污水处理生化池优化控制及改造

万春萌

摘 要：作为污水处理中的一个重要环节，生物处理的脱氮除磷效果尤其关键，由于进水水质、气候温度、曝气条件的变化，生物处理具有非线性、多变量、滞后性等诸多控制难题，因此自动化控制难度较大。为保证该系统合理、经济的运行，提高鼓风机的自动控制水平势在必行，同时引入时序控制，减少调节阀门的动作频率，提高阀门使用寿命。

关键词： 鼓风机自动控制；溶解氧PID控制；节能降耗；风量；风压

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.012

1 生物处理曝气控制现状

青岛娄山河污水处理厂二期扩建工程5万m3/天，生物池分为A/B两组独立运行，目前只使用一组生物池，每组生物池各有三组主曝气区，每个曝气区对应一个曝气主管道，主管道配备3套电动调节阀和3块溶解氧分析仪。二期扩建工程拥有三台单级离心风机为A/B两组生物池曝气，每台风量6000m3/h，风机采用恒风量LCP现场控制，中控室无法对风机作远程控制；报警信息在LCP现场显示，中控室无法更改风机风压设定和风量设定，阀门无法根据溶解氧自动调节。

原有的风机运行由值班人员设定风机风量值，往往设定一个风量值连续几天没有变化，溶解氧忽高忽低。此外当污水厂进水水量和水质变化时，曝气量的分配、供应效果很不理想，溶解氧浓度控制滞后、精度低、波动大、能耗高、直接影响处理效果，这种风机运行方式不但无法稳定出水水质，而且对风机容易造成喘振。为了提高污水处理工艺水平，保证出水水质，实现节能降耗，改造升级新的控制系统势在必行。

改造方案：

（1）鼓风机控制由恒风量改为恒风压，在风压变化的情况下风机自动调整转速改变风量，使风机始终在稳定高效的工况下运行。

（2）DO控制是活性污泥控制的重要变量，在外界条件规律变化的条件下，通过PI比例积分或PID反馈控制器可以实现将DO控制在某一值附近。

2 鼓风机控制优化

2.1 鼓风机自动控制

风机在LCP柜上可设置为远程或就地控制，并实现风机恒风压模式：调节阀跟随DO实时改变，管路压力也会随之改变，在主管路上安装一块压力变送器，将压力值实时传输至MCP柜，通过与设定压力值（BIOS输出值）比较调整风机风量。若是风压高于设定值则降低风量，若风压低于设定值则提高风量，直至风压稳定在设定值附近；若是风压超出极限值则发出报警，风量不会增加或减少。

风机风量调整间隔时间为40秒，娄山河污水厂生物池深7米，风管压力一般稳定在70kPa左右，压力设定值来源于根据模型输出值或者人工设定，当风压测量值小于65kPa或大于78kPa时，发生报警并解除风压联锁模式。

2.2 风机控制程序

（1）风机出风口压力转换：使用PLC自带的模拟量转换块FC105将PIW752值转换成PLC实数型值（DB30.DBD0），PT_REAL_H为量程最大值，PT_REAL_L为量程最小值。

（2）压力控制逻辑程序：DB2.DBD0.0为1#鼓风机远程状态，这段程序表示在风机打到远程后，而且中控室按下风机自动按钮DB30.DBX48.0，再经过T20时间后，实际风压减去风机自动设定风压得到一个差值，若是大于等于1，小于等于2则鼓风机风量减少50m3/h，若是差值大于等于2，小于等于3则鼓风机减小100m3/h，并且通过以太网通讯写给1#风机。

（3）若是风压差值大于等于3，则鼓风机风量减少200m3/h。

（4）若是鼓风机自动设定风压减去实际风压的差值，大于等于1且小于等于2则鼓风机风量增加50m3/h，差值大于等于2且小于等于3，则鼓风机风量增加100m3/h，传送给1#鼓风机。

（5）若是鼓风机压力差值大于等于3则风量增加200m3/h.

（6）为了避免风机压力波动较大而导致风机超调，增加一个延时时间T20，默认为40S调整一次风量。

（7）风机最小风量为2700，最大风量5500，所以写入1#风机的风量低于2700或者大于5500的风量均不会超过限制值。

（8）风机压力最高不得超过78kPa，最低不得超过65kPa，超出此限制值将压力控制联锁按钮复位，接触自动控制模式。并且发出报警。

（9）设置一个风机压力报警复位按钮，用于人工复位报警。

风机风压输出由BIOS活性污泥模型计算给定，初始阀门开度也由模型给定，在第一次开启风机后模型通过计算给定一个初始风压和开度，生物池溶解氧迅速达到目标值后模型不断调整各项参数。鼓风机的控制应尽量保持低风压，低流量，大阀门开度控制，如此可以降低风机转速，达到节省电耗的目的。

3 溶解氧与阀门PID调节在PLC中的实现

（1）PID调用FB41，因为调用FB41需要用时钟脉冲或者在OB30-OB86中才可以连续调用所以在FB41之前加上M59.0（1秒脉冲）作为触发条件。

FB41中SP_INT为内部设定值输入用于指定的设定值，在这里就是溶解氧的给定值。

PV_IN为输入设置的初始化值，在这里就是实际溶解氧的值。

GAIN为比例值，输入指定控制器增益。

TI復位时间，输入决定积分器的时间响应。

TD微分时间，输入决定微分单元的时间响应。

LMN_PER将I/O格式的操作值连接到输出的控制器。在这里就是输出阀门开度。

（2）1秒钟脉冲，阀门连锁位可以是时序控制同一个位。

（3）将输出的阀门开度放到相应的过程影像区中。

（4）最后将时序控制和PID调节程序进一步统一，当某一阀门满足时序控制条件时开始动作，并且按照PID给定的开度执行。程序中预留最大和最小开度，PID输出开度不可超过极值。

（5）虽然程序基本编写完成，但是PID调节具有一定的经验和偶然性，要根据不用情况使用不同的PID数值，要想使用好PID调节就需要了解比例积分微分的作用。

4 结论及展望

在人工控制下，曝气池实时溶解氧从0.5mg/L到4mg/L之间波动，曝气区溶解氧曲线波动较大。但在二期精确曝气系统的控制下，实时溶解氧稳定在3mg/L附近，而控制精度在±0.5mg/L范围内的时间达99%。

由此看出经过鼓风机和溶解氧阀门联动后，溶解氧控制更加精确，波动较小，而且风机尽可能多的在高效区运行节约了大量的电能、减少了喘振次数。污水处理厂在保证生物池出水质量的同时又延长了设备的使用寿命。