AAO生物池自控系统设计

白敬中

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010）

AAO生物池自控系统设计

白敬中

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010）

在目前城镇污水处理厂的污水处理工艺中，AAO生物池占有举足轻重的地位，而在AAO生物池设置适当的在线检测仪表，采用先进的PLC自动控制系统，通过调节曝气量、污泥回流量等参数则可达到设计预期的脱氮除磷效果。为了根据进水水质、温度等调节AAO生物池的各设计参数，将变频器与先进的自动控制技术、通讯技术相结合，对鼓风机、回流污泥泵等进行变频调速控制，不但可以满足工艺设计要求，而且也是一种比较节能的技术手段。

AAO生物池；仪表；自控；变频控制

1 引言

为实现环境保护与经济建设的协调发展，贯彻和落实国家有关环境保护和城市污水治理的政策的规定，避免发展经济以牺牲环境为代价，各地兴建了许多污水处理厂及其配套管网工程。污水处理工艺的选择会根据设计进水水质、处理程度要求、用地面积和工程规模等多因素进行综合考虑，各种工艺都有其适用条件，应视具体情况而定。而aaO（a2/O）工艺在系统上是最简单的同步生物除磷脱氮工艺，总水力停留时间小于其它同类工艺，在厌氧（缺氧）、好氧交替运行的条件下可抑制丝状菌繁殖，克服污泥膨胀，SVI值一般小于100，有利于处理后污水与污泥的分离，运行中在厌氧和缺氧段内只需轻缓搅拌，故其运行费用偏低。并且由于该工艺厌氧、缺氧和好氧三个区严格分开，有利于不同微生物菌群的繁殖生长，因此脱氮除磷效果非常好。目前，该工艺在国内外使用较为广泛。由于其曝气和控制系统复杂，依靠传统的操作人员凭经验手动或半自动控制其实际效果往往并不好，很难达到设计要求。因此，aaO生物池的仪表设置及自控系统设计在全厂的仪表、自控系统设计中具有举足轻重的地位。

2 aaO生物池工艺过程

目前，用于城市污水生物处理并具有一定脱氮除磷效果的污水处理工艺可分为两大类：一类为按空间进行分割的连续流活性污泥法；另一类为按时间进行分割的间歇式活性污泥法。a2/O工艺即厌氧——缺氧 ——好氧活性污泥法属于按空间分割的连续流活性污泥法，污水在流经三个不同功能分区的过程中，在不同微生物菌群作用下，使污水中的有机物、氮和磷得到去除。其流程简图见图1。

aaO生物池污水中有机氮在缺氧、好氧状态下，首先由异养菌转化成氨氮，完成氨化作用，并在好氧状态下由自养型硝化菌群氧化成硝态氮，从而完成硝化作用。硝态氮在缺氧状态下又由反硝化菌利用有机物作为碳源将其还原成氮气从水中溢出，从而完成脱氮作用。除磷是通过磷的厌氧释放和好氧吸收两个过程完成的，混合液中的聚磷菌进入厌氧区后会处于压抑状态，将体内磷酸盐释放到污水中，在好氧状态下又由聚磷菌将其过量吸收，以聚磷酸盐的形式贮存于体内，最终以剩余污泥的形式排出系统，从而完成除磷的过程。可以看出，aaO生物池内水的温度、PH值、溶解氧和污泥浓度等参数对出水能否达标有重要影响，而溶解氧、污泥浓度可以通过控制鼓风机和回流污泥泵进行调节。

图1 aaO生物池工艺流程简图

3 仪表设置和主要设备监控点

仪表设置基于两方面考虑，一方面要满足工艺流程和计算机测控管理系统控制的需要，另一方面要满足污水厂管理的需要并按经济实用的原则。除了液位检测仪表、PH及温度检测仪表外，aaO生物池其它在线检测仪表设置如下：

①厌氧区中间和生物池出水端设置污泥浓度（MLSS）检测仪；

②好氧区曝气总管和分管上设气体热式质量流量计；

③厌氧区和缺氧区分别设氧化还原电位（ORP）检测仪；

④好氧区的鼓风曝气稳定区设溶解氧（DO）检测仪。

除设置适当的在线检测仪表检测相应的工艺参数外，还要对水泵、阀门、鼓风机等电气设备进行监测、控制，才能实现整个过滤及反冲洗过程的自动控制。自控主要接口如下：

①搅拌器、水下推进器：开/停控制，运行状态监控；

②循环水泵：开/停控制，运行状态监控，频率调节；

③电动空气调节蝶阀：开/关阀控制、阀门开度调节及位置、运行状态；

④鼓风机房曝气鼓风机：在每台鼓风机组控制柜内设有一台MicroPLC，专门用于测量鼓风机及辅助设备的状态，并控制鼓风机及辅助设备的运行，要求能根据出风管压力信号、污水量及溶解氧的偏差调节鼓风机运行频率，从而调节鼓风机的出风量。

图2表示aaO生物池的仪表、自控系统简图。

图2 aaO生物池仪表、自控系统简图

4 自控系统设计

生物池的自动控制，主要体现在两个方面：一个是根据生物池内的溶解氧含量自动调节鼓风机单机的送风量及机组开启台数,实现生物池充氧系统的智能化控制管理,使整个生物处理系统得以经济、正常地运行；另一个是根据厌氧段、缺氧段的污泥浓度和氧化还原电位值，控制污泥回流量，为污泥反硝化和磷的释放提供良好的反应条件，确保生物除磷、脱氮的效果。这两方面的具体控制要求如下：

①在向生物池供气的控制中，和鼓风机的控制是密切相关的。在每台鼓风机组控制柜内设一台PLC子站，同时在鼓风机房设一台鼓风机总控制柜（内置PLC）。每台鼓风机机组控制柜内的PLC子站负责实时采集本机组的运行频率、电流和电压等信号，并与总控制柜内PLC实时通讯。根据总控制柜的控制要求，负责本机组的开停及频率调节等。鼓风机总控制柜则负责公用设备、仪表的信号采集及控制，并协调各鼓风机组的运行。鼓风机组总的控制要求为：根据污水量、DO浓度值与实测值的偏差等反馈信息，应用模糊控制理论并结合实际运行经验优化生物池的曝气量，据此控制鼓风机的开停台数及每台机组的运行频率，并与各个（或各组）生物池的空气调节阀相协调。

②污泥回流泵的控制要求为：根据厌氧段、缺氧段的氧化还原电位值和污泥浓度，计算出回流污泥比，再换算成污泥回流量，自动控制回流污泥泵的运行台数，调节运行污泥回流泵的频率，同时自动累计单台泵运行时间，实现自动轮换运行。

5 结束语

aaO生物池是一座污水处理厂出水水质能否达标的重要工段，同时也是运行中的主要电耗点，在该工段布置合理的检测仪表、采集合适的监控信息、采用先进的通讯技术及自动控制技术，使aaO生物池经济、高效地运行，不但可以保证出水水质达标，而且还可以减少劳动强度及避免人工控制的随意性，达到节能降耗的目的。必须指出的是，节能降耗的主要手段是对鼓风机、污泥回流泵电机进行变频控制，如果想仅仅通过调节空气调节阀开度来减小曝气量，虽然可满足工艺对溶解氧的要求却不能达到降低电耗的目的。实际运行时，要注意对各检测仪表的及时更换和维护，否则可能导致信号不准确或根本无信号，没有了现场在线仪表的检测信号，自控系统的控制则没有了依据，造成事实上自控设备的闲置，也失去了当初设计的初衷，则是得不偿失的。

[1]中国市政工程中南设计研究院主编．给水排水设计手册第8册电气与自控（第二版）[M]．北京：中国建筑工业出版社，2002．

[2]GB50014-2006(2014年版)，室外排水设计规范．

[3]CJJ120-2008，城镇排水系统电气与自动化工程技术规程．

Design ofautomatic Control System foraaO Biological Tank

Bai Jingzhong
(Central and Southern China Municipal Engineering Design&Research Institute,Wuhan 430010,Hubei)

In the current sewage treatment process of urban wastewater treatment plant,aaO(anaerobic/anoxic/oxic)biological pool occupies a pivotal position.It can achieve expected design effect of the nitrogen and phosphorus removal by setting appropriate online detection instruments in the aaO biological pool,using advanced PLC automatic control system,regulating the amount of aeration,returned sludge and other parameters.In order to adjust the design parameters of the aaO biological pool according to the water quality and temperature etc.,by combining inverter,advanced automatic control technology and communication technology to control frequency of blower,returned sludge pump and so on,it not only can meet the requirements of process design, but also be a more energy-efficient technical means.

anaerobic/anoxic/Oxic biological reaction tank;instruments;automatic control;frequency control

TP29

a

1008-6609(2016)03-0067-02

白敬中，男，湖北武汉人，大学本科，高级工程师，研究方向：市政电气。