白敬中

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

AAO生物池自控系統(tǒng)設計

白敬中

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

在目前城鎮(zhèn)污水處理廠的污水處理工藝中，AAO生物池占有舉足輕重的地位，而在AAO生物池設置適當?shù)脑诰€檢測儀表，采用先進的PLC自動控制系統(tǒng)，通過調節(jié)曝氣量、污泥回流量等參數(shù)則可達到設計預期的脫氮除磷效果。為了根據(jù)進水水質、溫度等調節(jié)AAO生物池的各設計參數(shù)，將變頻器與先進的自動控制技術、通訊技術相結合，對鼓風機、回流污泥泵等進行變頻調速控制，不但可以滿足工藝設計要求，而且也是一種比較節(jié)能的技術手段。

AAO生物池；儀表；自控；變頻控制

1 引言

為實現(xiàn)環(huán)境保護與經(jīng)濟建設的協(xié)調發(fā)展，貫徹和落實國家有關環(huán)境保護和城市污水治理的政策的規(guī)定，避免發(fā)展經(jīng)濟以犧牲環(huán)境為代價，各地興建了許多污水處理廠及其配套管網(wǎng)工程。污水處理工藝的選擇會根據(jù)設計進水水質、處理程度要求、用地面積和工程規(guī)模等多因素進行綜合考慮，各種工藝都有其適用條件，應視具體情況而定。而aaO（a2/O）工藝在系統(tǒng)上是最簡單的同步生物除磷脫氮工藝，總水力停留時間小于其它同類工藝，在厭氧（缺氧）、好氧交替運行的條件下可抑制絲狀菌繁殖，克服污泥膨脹，SVI值一般小于100，有利于處理后污水與污泥的分離，運行中在厭氧和缺氧段內只需輕緩攪拌，故其運行費用偏低。并且由于該工藝厭氧、缺氧和好氧三個區(qū)嚴格分開，有利于不同微生物菌群的繁殖生長，因此脫氮除磷效果非常好。目前，該工藝在國內外使用較為廣泛。由于其曝氣和控制系統(tǒng)復雜，依靠傳統(tǒng)的操作人員憑經(jīng)驗手動或半自動控制其實際效果往往并不好，很難達到設計要求。因此，aaO生物池的儀表設置及自控系統(tǒng)設計在全廠的儀表、自控系統(tǒng)設計中具有舉足輕重的地位。

2 aaO生物池工藝過程

目前，用于城市污水生物處理并具有一定脫氮除磷效果的污水處理工藝可分為兩大類：一類為按空間進行分割的連續(xù)流活性污泥法；另一類為按時間進行分割的間歇式活性污泥法。a2/O工藝即厭氧——缺氧 ——好氧活性污泥法屬于按空間分割的連續(xù)流活性污泥法，污水在流經(jīng)三個不同功能分區(qū)的過程中，在不同微生物菌群作用下，使污水中的有機物、氮和磷得到去除。其流程簡圖見圖1。

aaO生物池污水中有機氮在缺氧、好氧狀態(tài)下，首先由異養(yǎng)菌轉化成氨氮，完成氨化作用，并在好氧狀態(tài)下由自養(yǎng)型硝化菌群氧化成硝態(tài)氮，從而完成硝化作用。硝態(tài)氮在缺氧狀態(tài)下又由反硝化菌利用有機物作為碳源將其還原成氮氣從水中溢出，從而完成脫氮作用。除磷是通過磷的厭氧釋放和好氧吸收兩個過程完成的，混合液中的聚磷菌進入?yún)捬鯀^(qū)后會處于壓抑狀態(tài)，將體內磷酸鹽釋放到污水中，在好氧狀態(tài)下又由聚磷菌將其過量吸收，以聚磷酸鹽的形式貯存于體內，最終以剩余污泥的形式排出系統(tǒng)，從而完成除磷的過程?？梢钥闯?，aaO生物池內水的溫度、PH值、溶解氧和污泥濃度等參數(shù)對出水能否達標有重要影響，而溶解氧、污泥濃度可以通過控制鼓風機和回流污泥泵進行調節(jié)。

圖1 aaO生物池工藝流程簡圖

3 儀表設置和主要設備監(jiān)控點

儀表設置基于兩方面考慮，一方面要滿足工藝流程和計算機測控管理系統(tǒng)控制的需要，另一方面要滿足污水廠管理的需要并按經(jīng)濟實用的原則。除了液位檢測儀表、PH及溫度檢測儀表外，aaO生物池其它在線檢測儀表設置如下：

①厭氧區(qū)中間和生物池出水端設置污泥濃度（MLSS）檢測儀；

②好氧區(qū)曝氣總管和分管上設氣體熱式質量流量計；

③厭氧區(qū)和缺氧區(qū)分別設氧化還原電位（ORP）檢測儀；

④好氧區(qū)的鼓風曝氣穩(wěn)定區(qū)設溶解氧（DO）檢測儀。

除設置適當?shù)脑诰€檢測儀表檢測相應的工藝參數(shù)外，還要對水泵、閥門、鼓風機等電氣設備進行監(jiān)測、控制，才能實現(xiàn)整個過濾及反沖洗過程的自動控制。自控主要接口如下：

①攪拌器、水下推進器：開/?？刂疲\行狀態(tài)監(jiān)控；

②循環(huán)水泵：開/停控制，運行狀態(tài)監(jiān)控，頻率調節(jié)；

③電動空氣調節(jié)蝶閥：開/關閥控制、閥門開度調節(jié)及位置、運行狀態(tài)；

④鼓風機房曝氣鼓風機：在每臺鼓風機組控制柜內設有一臺MicroPLC，專門用于測量鼓風機及輔助設備的狀態(tài)，并控制鼓風機及輔助設備的運行，要求能根據(jù)出風管壓力信號、污水量及溶解氧的偏差調節(jié)鼓風機運行頻率，從而調節(jié)鼓風機的出風量。

圖2表示aaO生物池的儀表、自控系統(tǒng)簡圖。

圖2 aaO生物池儀表、自控系統(tǒng)簡圖

4 自控系統(tǒng)設計

生物池的自動控制，主要體現(xiàn)在兩個方面：一個是根據(jù)生物池內的溶解氧含量自動調節(jié)鼓風機單機的送風量及機組開啟臺數(shù),實現(xiàn)生物池充氧系統(tǒng)的智能化控制管理,使整個生物處理系統(tǒng)得以經(jīng)濟、正常地運行；另一個是根據(jù)厭氧段、缺氧段的污泥濃度和氧化還原電位值，控制污泥回流量，為污泥反硝化和磷的釋放提供良好的反應條件，確保生物除磷、脫氮的效果。這兩方面的具體控制要求如下：

①在向生物池供氣的控制中，和鼓風機的控制是密切相關的。在每臺鼓風機組控制柜內設一臺PLC子站，同時在鼓風機房設一臺鼓風機總控制柜（內置PLC）。每臺鼓風機機組控制柜內的PLC子站負責實時采集本機組的運行頻率、電流和電壓等信號，并與總控制柜內PLC實時通訊。根據(jù)總控制柜的控制要求，負責本機組的開停及頻率調節(jié)等。鼓風機總控制柜則負責公用設備、儀表的信號采集及控制，并協(xié)調各鼓風機組的運行。鼓風機組總的控制要求為：根據(jù)污水量、DO濃度值與實測值的偏差等反饋信息，應用模糊控制理論并結合實際運行經(jīng)驗優(yōu)化生物池的曝氣量，據(jù)此控制鼓風機的開停臺數(shù)及每臺機組的運行頻率，并與各個（或各組）生物池的空氣調節(jié)閥相協(xié)調。

②污泥回流泵的控制要求為：根據(jù)厭氧段、缺氧段的氧化還原電位值和污泥濃度，計算出回流污泥比，再換算成污泥回流量，自動控制回流污泥泵的運行臺數(shù)，調節(jié)運行污泥回流泵的頻率，同時自動累計單臺泵運行時間，實現(xiàn)自動輪換運行。

5 結束語

aaO生物池是一座污水處理廠出水水質能否達標的重要工段，同時也是運行中的主要電耗點，在該工段布置合理的檢測儀表、采集合適的監(jiān)控信息、采用先進的通訊技術及自動控制技術，使aaO生物池經(jīng)濟、高效地運行，不但可以保證出水水質達標，而且還可以減少勞動強度及避免人工控制的隨意性，達到節(jié)能降耗的目的。必須指出的是，節(jié)能降耗的主要手段是對鼓風機、污泥回流泵電機進行變頻控制，如果想僅僅通過調節(jié)空氣調節(jié)閥開度來減小曝氣量，雖然可滿足工藝對溶解氧的要求卻不能達到降低電耗的目的。實際運行時，要注意對各檢測儀表的及時更換和維護，否則可能導致信號不準確或根本無信號，沒有了現(xiàn)場在線儀表的檢測信號，自控系統(tǒng)的控制則沒有了依據(jù)，造成事實上自控設備的閑置，也失去了當初設計的初衷，則是得不償失的。

[1]中國市政工程中南設計研究院主編．給水排水設計手冊第8冊電氣與自控（第二版）[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002．

[2]GB50014-2006(2014年版)，室外排水設計規(guī)范．

[3]CJJ120-2008，城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)電氣與自動化工程技術規(guī)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，湖北武漢人，大學本科，高級工程師，研究方向：市政電氣。