城市污水处理A/A/O工艺中优化溶解氧自动控制的设计
邱少男+镡方平
摘要：A/A/O是一种常用的污水处理工艺，通过利用厌氧-缺氧-好氧的方法，将污水当中的磷和氮去除，达到治理污水的目的，因此在城市的污水处理当中也往往采用A/A/O工艺，对污染水进行治理工作。本文对该工艺当中的溶解氧自动控制系统进行分析，采取相应的优化措施，在一定程度上减少曝气池当中溶解氧的波动范围。
关键词：城市污水；溶解氧；设计
中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）03-0162-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.086
Abstract： A / A / O is a commonly used sewage treatment process， through the use of anaerobic - anoxic - aerobic method， the sewage of phosphorus and nitrogen removal， to achieve the purpose of sewage treatment， so the citys sewage treatment Which is often used A / A / O process， the pollution of water for governance. In this paper， the dissolved oxygen automatic control system in this process is analyzed and the corresponding optimization measures are taken to reduce the fluctuation range of dissolved oxygen in the aeration tank to a certain extent.
Key words： Urban sewage； Dissolved oxygen； Design
A/A/O污水处理由厌氧反应器、缺氧反应器、好氧反应器和沉淀池四个基本单元组成，其中厌氧反应器主要接收最原始的污水，并将污水当中的有机成分进行氨化的处理；缺氧反应器接收来自厌氧反应器经过氨化的污水，并对污水当中的氮进行去除；从缺氧反应器当中经过的污水到达好氧反应器当中，对污水当中的生化需氧量进行去除；最后经过沉淀池的沉淀作用，将泥和水两者分开，泥成分再一次进入到厌氧反应器当中，并完成污水的处理工作。这种污水的处理工艺应用到城市污水治理当中具有方便快捷、成本低廉的特点，但同时也存在一些问题。当污水进入到好氧反应器当中时，需要进行曝气和反应器当中溶解氧的调节，而此时这种调节和进水负荷之间还存在着时间差，因此溶解氧和进水负荷的调整不能做到同步进行。
1 优化溶解氧自动控制系统模型的构建
1.1 模型设计
以实际应用最为广泛的PID控制器为例，某污水处理厂对溶解氧的调控采用PID控制器。在该控制系统运行的过程当中，通过对污水当中的溶解氧的数值进行分析，将分析的结果信息传递给PID控制器，从而达到调节溶解氧的目的，但由于这种方式在调节的过程当中，由于进水的负荷随时都会产生不断地变化，但反馈给控制器的信息往往会存在时间上的偏差，使得溶解氧的改变会比进水负荷更加落后，从而让溶解氧在很大的范围内产生改变，造成很大的误差[1]。对溶解氧的自动控制系统进行如下改变，通过增添上位机和下位机，将好氧反应器模型算法加入到上位机当中，先对好氧反应器当中的溶解氧数值进行分析，在这个过程当中，不断收集鼓风机产生的空气含量数值，同时对污水的量进行监控，并对好氧反应器当中的泥质成分含量进行合理的调控，从而对阀门进行控制。
1.2 模型算法
这种溶解氧自动控制系统的优化模型需要采用到的模型公式为：
在该公式当中，表达的是曝气的传质系数，在本文的优化溶解氧自动控制系统模型当中，曝气传质系数值KLa=aqA+b。在优化溶解氧自动控制系统当中，需要着重关注性能指标的选择。由于该控制系统采取能量最低的控制方式，因此可以将函数假设成随着该系统的功率增大而增大，在满足最小能量控制的基础上，其性能指标公式为。对于该优化溶解氧自动控制系统而言，可以保证在溶解氧达到指标要求的基础上，通过控制器的调节，能够让鼓风机输送给好氧反应器当中的空气量达到最低值。因此，可以将其最小的空气量表示为：
，除了对溶解氧进行控制，在曝气系统的调整过程当中，还需要对曝气的含量限制在一定的范围，通常将该曝气的含量设置在污水进入量的三至八倍范围当中。
2 优化溶解氧自动控制系统模型的实现
2.1 软硬件的选择
由于在该污水处理的A/A/O工艺当中对溶解氧自动控制优化方面加入了上位机和下位机的单元结构，因此，该系统的控制过程也发生了相应的改变。上位机当中主要包含了好氧反应器模型算法以及数据库等，下位机当中主要是PLC，鼓风机等结构。通过以太网信息传递的方式，将上位机和下位机的调控进行信息的传递并协调工作。在硬件方面使用MR1000型曝气机，RD-240型测量仪。同时利用网络服务器对计算机网络进行管理，且对PLC的数值进行分析，数据库服务器采用工业实时数据库对信息资料进行储存。在软件系统上利用语言对该模型的算法进行数据分析，同时使好氧反应器当中的溶解氧量达到最合理的数值。对于好氧反应器还需要进行时刻监控，因此可以使用监控系统对PLC通讯以及污水处理数据等进行监视[2]。对于该系统当中空气的阀门的控制采用PLC进行逻辑指令执行工作。
2.2 溶解氧浓度控制
为了将好氧反应器当中的溶解氧浓度控制在2mg/L之间，就需要对曝气机的转速进行实时控制，建立曝气机输入电压和输出曝气机转速之间的相关公式，由于采用的MR1000型曝气机的直径为一米，因此该曝气机的曝气量和线速度之间的关系为，由于曝气机转速和线速度的关系为，则该曝气机的线速度不超过2.93m/s，需氧量在0-0.32kg/min的范围内。在对污水处理过程当中好氧反应器的溶解氧浓度进行测量时，采用的时RD-240测量仪器，这种仪器通过隔膜电极法对城市污水当中的溶解氧的浓度进行实时测定，该仪器的隔膜成分为聚乙烯等，利用铂作为正电极，铅作为负电极，氯化钾作为电解液，根据联通之后产生的电流强度与污水当中溶解氧浓度成一定比例的关系进行溶解氧的检测和分析工作。该溶解氧自动控制系统在进行优化以后，工作过程当中首先对曝气机以及空气管道当中的空气流量等数据进行计算，与此同时对空气管道的阀门进行调节，以达到符合标准的空气流量数值，之后对溶解氧的含量进行测定，若溶解氧的反馈数值在正常的范围内，则该系统进行循环的操作，若溶解氧不符合标准，则系统对该故障进行分析，还可以采取手动调节的方式，人为的观察溶解氧数值的变化情况。通过调节曝气和溶解氧来达到与进水负荷之间的同步，在不过量进行气体供给的同时，高效的利用了资源，完成了城市污水的治理[3]。该溶解氧自动控制系统模型主要是对溶解氧的控制进行了优化。由于好氧反应器当中，能否使污水的生化反应进行的彻底，起决定性作用的是污水当中的微生物，因此，能否合理控制污水当中溶解氧的浓度值，成为了污水能否高效处理的标准。如果好氧反应器运行当中进行长时间的曝气操作，则有可能会导致污水当中的溶解氧浓度超过既定的标准，那么污水当中的丝状菌的繁殖能力就会大幅加强，挤占微生物对于营养的获取能力，产出的污泥成分就会松散，经过处理的污水质量就会严重降低，城市污水治理效果将会不明显，浪费了时间、人力、物力和财力；同样的，如果在好氧反应器当中曝气的时间不足，就会使污水当中的溶解氧浓度不够，不能达到污水处理的各项数据要求。按照以往的方式进行污水处理的方法，没有考虑到污水当中的有机含量多少，而统一进行相同溶解氧的曝气工作，既可能会导致溶解氧含量过低，也可能使溶解氧含量过高，均不利于污水处理工作。本污水处理A/A/O工艺中优化溶解氧自动控制模型的建立，能够对该污水处理过程当中对曝气程度进行有效地调节，对溶解氧含量进行不断地改变，并始终将溶解氧的浓度控制在2mg/L左右，以适应进水负荷，使污水当中的微生物恰好进行活性污泥生化反应，提高了污水处理过程当中的资源利用率，降低了财务支出，使出水质量达到规定的要求。
3 结束语
使用以往的污水处理A/A/O工艺的情况下，由于污水的进入流量会在一个较大的范围内出现变动，就会导致污水当中的溶解氧的浓度不能稳定在一个正常的范围之内。这种采用PID控制的溶解氧污水处理系统在曝气量和進水负荷之间不能做到及时同步，且会受到周围环境温度、酸碱度等因素的影响，造成溶解氧浓度的改变，因此，PID控制方法对于城市污水治理的效果并不能达到理想的要求。本文在目前城市污水A/A/O处理工艺的基础上做出对溶解氧自动控制系统的优化设计，对于该系统当中的软硬件进行合理的选择，利用PLC对相关操作指令进行操作，对好氧反应器当中曝气机的曝气量进行合理的调节，实现了曝气与进水负荷之间的同步，使污水当中的溶氧量稳定在2mg/L左右，对于控制污水处理过程中的出水质量有着很大的作用。
参考文献
[1]王丽坤.城市污水处理厂改良AAO工艺除磷效果影响因素分析[J].城市建设理论研究（电子版），2015，（16）：6939.
[2]王轲.AAO工艺在污水处理厂设计中的应用[J].大陆桥视野，2016，（2）：61-62.
[3]施汉昌，蒲丽梅，沈童刚等.城市污水处理AAO工艺节能降耗控制技术[J].建设科技，2011，（21）：20-22.
收稿日期：2017-04-15
作者简介 ：邱少男（1988-）女，硕士研究生 ，助理工程师，研究方向为水处理 。
摘要：A/A/O是一种常用的污水处理工艺，通过利用厌氧-缺氧-好氧的方法，将污水当中的磷和氮去除，达到治理污水的目的，因此在城市的污水处理当中也往往采用A/A/O工艺，对污染水进行治理工作。本文对该工艺当中的溶解氧自动控制系统进行分析，采取相应的优化措施，在一定程度上减少曝气池当中溶解氧的波动范围。
关键词：城市污水；溶解氧；设计
中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）03-0162-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.086
Abstract： A / A / O is a commonly used sewage treatment process， through the use of anaerobic - anoxic - aerobic method， the sewage of phosphorus and nitrogen removal， to achieve the purpose of sewage treatment， so the citys sewage treatment Which is often used A / A / O process， the pollution of water for governance. In this paper， the dissolved oxygen automatic control system in this process is analyzed and the corresponding optimization measures are taken to reduce the fluctuation range of dissolved oxygen in the aeration tank to a certain extent.
Key words： Urban sewage； Dissolved oxygen； Design
A/A/O污水处理由厌氧反应器、缺氧反应器、好氧反应器和沉淀池四个基本单元组成，其中厌氧反应器主要接收最原始的污水，并将污水当中的有机成分进行氨化的处理；缺氧反应器接收来自厌氧反应器经过氨化的污水，并对污水当中的氮进行去除；从缺氧反应器当中经过的污水到达好氧反应器当中，对污水当中的生化需氧量进行去除；最后经过沉淀池的沉淀作用，将泥和水两者分开，泥成分再一次进入到厌氧反应器当中，并完成污水的处理工作。这种污水的处理工艺应用到城市污水治理当中具有方便快捷、成本低廉的特点，但同时也存在一些问题。当污水进入到好氧反应器当中时，需要进行曝气和反应器当中溶解氧的调节，而此时这种调节和进水负荷之间还存在着时间差，因此溶解氧和进水负荷的调整不能做到同步进行。
1 优化溶解氧自动控制系统模型的构建
1.1 模型设计
以实际应用最为广泛的PID控制器为例，某污水处理厂对溶解氧的调控采用PID控制器。在该控制系统运行的过程当中，通过对污水当中的溶解氧的数值进行分析，将分析的结果信息传递给PID控制器，从而达到调节溶解氧的目的，但由于这种方式在调节的过程当中，由于进水的负荷随时都会产生不断地变化，但反馈给控制器的信息往往会存在时间上的偏差，使得溶解氧的改变会比进水负荷更加落后，从而让溶解氧在很大的范围内产生改变，造成很大的误差[1]。对溶解氧的自动控制系统进行如下改变，通过增添上位机和下位机，将好氧反应器模型算法加入到上位机当中，先对好氧反应器当中的溶解氧数值进行分析，在这个过程当中，不断收集鼓风机产生的空气含量数值，同时对污水的量进行监控，并对好氧反应器当中的泥质成分含量进行合理的调控，从而对阀门进行控制。
1.2 模型算法
这种溶解氧自动控制系统的优化模型需要采用到的模型公式为：
在该公式当中，表达的是曝气的传质系数，在本文的优化溶解氧自动控制系统模型当中，曝气传质系数值KLa=aqA+b。在优化溶解氧自动控制系统当中，需要着重关注性能指标的选择。由于该控制系统采取能量最低的控制方式，因此可以将函数假设成随着该系统的功率增大而增大，在满足最小能量控制的基础上，其性能指标公式为。对于该优化溶解氧自动控制系统而言，可以保证在溶解氧达到指标要求的基础上，通过控制器的调节，能够让鼓风机输送给好氧反应器当中的空气量达到最低值。因此，可以将其最小的空气量表示为：
，除了对溶解氧进行控制，在曝气系统的调整过程当中，还需要对曝气的含量限制在一定的范围，通常将该曝气的含量设置在污水进入量的三至八倍范围当中。
2 优化溶解氧自动控制系统模型的实现
2.1 软硬件的选择
由于在该污水处理的A/A/O工艺当中对溶解氧自动控制优化方面加入了上位机和下位机的单元结构，因此，该系统的控制过程也发生了相应的改变。上位机当中主要包含了好氧反应器模型算法以及数据库等，下位机当中主要是PLC，鼓风机等结构。通过以太网信息传递的方式，将上位机和下位机的调控进行信息的传递并协调工作。在硬件方面使用MR1000型曝气机，RD-240型测量仪。同时利用网络服务器对计算机网络进行管理，且对PLC的数值进行分析，数据库服务器采用工业实时数据库对信息资料进行储存。在软件系统上利用语言对该模型的算法进行数据分析，同时使好氧反应器当中的溶解氧量达到最合理的数值。对于好氧反应器还需要进行时刻监控，因此可以使用监控系统对PLC通讯以及污水处理数据等进行监视[2]。对于该系统当中空气的阀门的控制采用PLC进行逻辑指令执行工作。
2.2 溶解氧浓度控制
为了将好氧反应器当中的溶解氧浓度控制在2mg/L之间，就需要对曝气机的转速进行实时控制，建立曝气机输入电压和输出曝气机转速之间的相关公式，由于采用的MR1000型曝气机的直径为一米，因此该曝气机的曝气量和线速度之间的关系为，由于曝气机转速和线速度的关系为，则该曝气机的线速度不超过2.93m/s，需氧量在0-0.32kg/min的范围内。在对污水处理过程当中好氧反应器的溶解氧浓度进行测量时，采用的时RD-240测量仪器，这种仪器通过隔膜电极法对城市污水当中的溶解氧的浓度进行实时测定，该仪器的隔膜成分为聚乙烯等，利用铂作为正电极，铅作为负电极，氯化钾作为电解液，根据联通之后产生的电流强度与污水当中溶解氧浓度成一定比例的关系进行溶解氧的检测和分析工作。该溶解氧自动控制系统在进行优化以后，工作过程当中首先对曝气机以及空气管道当中的空气流量等数据进行计算，与此同时对空气管道的阀门进行调节，以达到符合标准的空气流量数值，之后对溶解氧的含量进行测定，若溶解氧的反馈数值在正常的范围内，则该系统进行循环的操作，若溶解氧不符合标准，则系统对该故障进行分析，还可以采取手动调节的方式，人为的观察溶解氧数值的变化情况。通过调节曝气和溶解氧来达到与进水负荷之间的同步，在不过量进行气体供给的同时，高效的利用了资源，完成了城市污水的治理[3]。该溶解氧自动控制系统模型主要是对溶解氧的控制进行了优化。由于好氧反应器当中，能否使污水的生化反应进行的彻底，起决定性作用的是污水当中的微生物，因此，能否合理控制污水当中溶解氧的浓度值，成为了污水能否高效处理的标准。如果好氧反应器运行当中进行长时间的曝气操作，则有可能会导致污水当中的溶解氧浓度超过既定的标准，那么污水当中的丝状菌的繁殖能力就会大幅加强，挤占微生物对于营养的获取能力，产出的污泥成分就会松散，经过处理的污水质量就会严重降低，城市污水治理效果将会不明显，浪费了时间、人力、物力和财力；同样的，如果在好氧反应器当中曝气的时间不足，就会使污水当中的溶解氧浓度不够，不能达到污水处理的各项数据要求。按照以往的方式进行污水处理的方法，没有考虑到污水当中的有机含量多少，而统一进行相同溶解氧的曝气工作，既可能会导致溶解氧含量过低，也可能使溶解氧含量过高，均不利于污水处理工作。本污水处理A/A/O工艺中优化溶解氧自动控制模型的建立，能够对该污水处理过程当中对曝气程度进行有效地调节，对溶解氧含量进行不断地改变，并始终将溶解氧的浓度控制在2mg/L左右，以适应进水负荷，使污水当中的微生物恰好进行活性污泥生化反应，提高了污水处理过程当中的资源利用率，降低了财务支出，使出水质量达到规定的要求。
3 结束语
使用以往的污水处理A/A/O工艺的情况下，由于污水的进入流量会在一个较大的范围内出现变动，就会导致污水当中的溶解氧的浓度不能稳定在一个正常的范围之内。这种采用PID控制的溶解氧污水处理系统在曝气量和進水负荷之间不能做到及时同步，且会受到周围环境温度、酸碱度等因素的影响，造成溶解氧浓度的改变，因此，PID控制方法对于城市污水治理的效果并不能达到理想的要求。本文在目前城市污水A/A/O处理工艺的基础上做出对溶解氧自动控制系统的优化设计，对于该系统当中的软硬件进行合理的选择，利用PLC对相关操作指令进行操作，对好氧反应器当中曝气机的曝气量进行合理的调节，实现了曝气与进水负荷之间的同步，使污水当中的溶氧量稳定在2mg/L左右，对于控制污水处理过程中的出水质量有着很大的作用。
参考文献
[1]王丽坤.城市污水处理厂改良AAO工艺除磷效果影响因素分析[J].城市建设理论研究（电子版），2015，（16）：6939.
[2]王轲.AAO工艺在污水处理厂设计中的应用[J].大陆桥视野，2016，（2）：61-62.
[3]施汉昌，蒲丽梅，沈童刚等.城市污水处理AAO工艺节能降耗控制技术[J].建设科技，2011，（21）：20-22.
收稿日期：2017-04-15
作者简介 ：邱少男（1988-）女，硕士研究生 ，助理工程师，研究方向为水处理 。
