城市污水處理廠生物反應池控制優(yōu)化運行的探討
大中型城市污水處理廠多有數(shù)個生物池,根據(jù)工藝有兩種運行方式:
1)生物池的曝氣量分配不同,有不同的溶氧控制目標值,如采用AB法的海泊河污水處理廠,由于鼓風機輸出氣量不能平均分配,需要在輸氣管道出口安裝電動閥來調(diào)節(jié)氣量的分配。運行控制采用2個獨立的調(diào)節(jié)回路,1個調(diào)節(jié)回路是根據(jù)DO的變化調(diào)節(jié)相應管路的風量閥門,另1個調(diào)節(jié)回路是根據(jù)管道壓力變化來調(diào)節(jié)鼓風機進口導葉片或出口擴壓器葉片。其控制系統(tǒng)簡圖如下所示。
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實地測量海泊河污水處理廠生物池在各種不同控制條件下的數(shù)據(jù),結果表明,只有在調(diào)節(jié)閥門之后根據(jù)總管壓力調(diào)節(jié)擴壓器葉片,鼓風機能耗才能保持最小,所以最經(jīng)濟的方法是盡量開大閥門以減少管道的損耗,以調(diào)節(jié)擴壓器葉片調(diào)節(jié)風量為主,閥門開度調(diào)節(jié)為輔。
2)生物池的運行條件完全一樣,也有同樣的溶解氧控制目標值,如李村河污水處理廠。這種情況從原理上講應平均分配氣量,雖然在實際運行中,各個生物池的運行狀態(tài)不可能完全一樣,各個池子的溶氧值有一些差異,但是由于差異比較小,而且變化和擾動情況相似,可以采用手動閥門,在污水處理廠運行初期人工調(diào)節(jié)氣量的分配,以獲得調(diào)節(jié)經(jīng)驗,穩(wěn)定運行后,閥門開度基本可以固定下來,這樣可以降低成本減少運行控制的復雜程度。其控制系統(tǒng)簡圖如下所示。
如前面對鼓風機的分析中所述,出口節(jié)流是經(jīng)濟性最差的方案,但是在第一種請況下,為了滿足氣量分配的要求又必須采用出口節(jié)流。設計適合這種工藝條件的控制系統(tǒng)時,要盡量減少閥門阻力,盡量保持閥門閥門開度量大,以減小鼓風機的功率損耗。此外,為防止發(fā)生喘振,也應控制閥門的開度,防止閥門開度過小,流量減小,會使鼓風機性能工況點移到喘振區(qū)??刂葡到y(tǒng)應考慮下面三種情況:
1)所有生物池的溶氧值均偏高。這時應調(diào)節(jié)鼓風機的導葉片,降低風量。如果此時有多臺鼓風機在運行,應調(diào)節(jié)累計運行時間長的兩臺鼓風機的導葉片,使其流量降低,當這兩臺鼓風機流量之和再加上一預先設定值后小于單臺鼓風機氣量時,關閉運行時間最長的鼓風機。設定值的作用是設置了一個緩沖區(qū),以避免鼓風機的頻繁啟停。
2)生物池的溶氧值有的偏高,有的偏低。這時應先根據(jù)溶氧值調(diào)節(jié)出口閥門,進行氣量的重新分配,鼓風機則根據(jù)空氣總管的壓力調(diào)節(jié)導葉片,以維持總管壓力的穩(wěn)定,如果閥門開度均已達到最大,而溶氧值還未達到目標,則應調(diào)節(jié)鼓風機導葉片增加鼓風機的流量。
3)所有生物池的溶氧值均偏低。這時應逐步增加閥門的開度,減小管網(wǎng)阻力,當閥門開度達到最大時,溶氧值還未達標,則應調(diào)節(jié)鼓風機的導葉片增加流量。如果在設定時間內(nèi),溶氧值還未達標,應增加開啟一臺鼓風機。此設定時間為溶解氧測量系統(tǒng)的時間常數(shù),一般約為10分鐘到半小時。
由于溶氧值測量存在滯后,溶氧值的控制目標值不應設定為一固定值,而應設定一個控制死區(qū),例如,當期望的溶氧值是1.5mg/l時,可以設定溶氧值的控制區(qū)間為1.0mg/l-2.0mg/l,這樣可以使得鼓風機的啟停間隔時間延長,保護風機,節(jié)約電耗,但是控制效果會有一些下降。由于曝氣池的主要目的是保證生物的活性而且儀表測量本身有一定的不穩(wěn)定性,只要死區(qū)設置得當,這種控制對曝氣效果的影響甚微。為了達到需要的溶氧值,測量溶氧值的溶氧儀的安裝位置應根據(jù)工藝選定,自控系統(tǒng)獲得的溶氧值最好是幾臺溶氧儀的平均值,以減少測量誤差。
導葉片和擴壓器的調(diào)節(jié)一般采用PID閉環(huán)控制。在確定的運行條件下,應該能夠找到一組最佳的控制參數(shù)。但是對于DO濃度控制,由于其動態(tài)過程是非線性的,隨時間、溫度、水質(zhì)等參數(shù)變化,實現(xiàn)理想的控制需要隨時調(diào)節(jié)PID參數(shù),參數(shù)不斷變化會和控制器的穩(wěn)定性之間產(chǎn)生矛盾,所以固定PID參數(shù),以便在較大的范圍內(nèi)實現(xiàn)充分控制是比較好的方案。如果條件允許,可以根據(jù)運行情況的變化,在不同的時間,設置不同的控制參數(shù),例如,為適應季節(jié)性DO濃度變化,可以在不同的季節(jié)設置不同的控制參數(shù)。
空氣管道出口閥門的調(diào)節(jié)如果采用PID調(diào)節(jié),會使閥門的開度產(chǎn)生震蕩,從而影響到對鼓風機的調(diào)節(jié)。所以,閥門的調(diào)節(jié)以步進調(diào)節(jié)為好,步進的幅度宜小不宜大,宜慢不宜快,以配合溶解氧測定的速度。
溶氧控制系統(tǒng)需要設置的儀表:氣體流量計,壓力計,溫度計,溶氧儀。