鼓风曝气系统中风机的自动控制.pdf

2 0 0 8 年 7 月第 7 期 城 市道桥 与防洪 防洪排水 7 5 鼓风曝气系统中风机的 自动控制 杨玉梅 ， 樊仁毅 1 ． 上海市政工程设计研究总院 ， 上海市 2 0 0 0 9 2 ； 2 ． 上海 白龙港污水处理有限公司 ， 上海市 2 0 1 2 0 3 摘 要 鼓风机的自动控制在污水厂设计中非常重要 ， 对曝气池的运行和节能都有十分显著的意义 。该文对鼓风机的控制 提出了一个新的方法， 供有关设计人员参考。 关键 词 鼓风 曝气 系统 ； 鼓风 机 ； 自动 控制 ； 污 水厂 中图分 类号 X 7 0 3 文献标 识 码 A文章 编 号 1 0 0 9 7 7 1 6 2 0 0 8 0 7 ． 0 0 7 5 0 2 1 概 述 在污水厂生物处理鼓风曝气系统里 ，曝气池 中溶解氧含量的数值对生物处理 的效果起着重 要的控制作用。随着污水厂 自动控制要求 的提 高 ， 经常要求把鼓风机的运行按照曝气池 中溶解 氧 的需 求联动控 制 ， 根据 曝气池 中测得 的溶解 氧 高低 ， 由 P L C来控制鼓风机的开启 台数 ， 调节风 量。设计通常需要把曝气池中溶解氧的含量通过 在线溶解氧传感器模拟量信号反馈给 P L C控制 中心 ， 由 P L C与事 先设定 的参 照值 比较 ， 然 后 向 鼓风机控制器发出开机或关机的开关指令信号 ， 通过增加或减少鼓风机运行台数改变供气量来 调整池中溶解氧的含量 ， 然后再 由溶解氧传感器 给 P L C反馈信号 ， 形成一个闭合控制回路 。控制 框图如 图 1所示 。 溶氧探测 竖氢浊 控制歪统夔凰扭 图 1 鼓风 曝气 系统 风机 自控 图 气量 的改 变 ， 各处 供气量 只能通 过手动调 节进 气 阀控制 ， 而进气阀的调节往往只是在试运行时调 节后就很少再改变 ， 曝气池各段的供气无法按实 时水 质 的变化进 行 自动 控制 ， 整 个系统处 于一 种 模糊控制状态 ， 无法准确地对曝气池中各段的需 氧量进行调节和控制。如此 ， 就提高了低段的供 气量 ， 同时也加大了其他地方的气量 ， 会造成其 他段溶解氧过高。而且 ， 从 P L C得到传感器的反 馈信号后再调整鼓风机运行， 到曝气池中的溶解 氧 量值 的变化 还 需要 一 段时 间后 才 会再 次 反 映 到溶解 氧传感 器重新 给 P L C反 馈信号 ， 此时 的运 行工况可能已经与前一个测量时段发生了改变， 鼓风机又必须进行重新调整运行 ， 自动控制的敏 感性较 差 。 就曝气池的溶解氧控制来讲 ，若溶解氧浓度 太低，丝状菌在系统中占优势，微生物活性效率 低 ， 容易诱发污泥膨胀 ， 而溶解氧浓度太高 ， 菌胶 团容易解体 ， 造成氧的转移效率降低。 同时鼓风机 提供的风量大于实际需求量 ，使鼓风机长期处于 满负荷或超负荷 的情况下运行 。曝气池的鼓风机 耗能量一般 约 占污水 厂总能耗 的 5 0 ％ ， 因此实际 上传统的溶解氧控制方法存在能源浪费，导致成 本 升高 。 2 传统溶解氧控 制方法的缺 陷 3 鼓风机 自动控制新方法的提出与设计 在推流式曝气池中，需氧量随着生物流程的 反应从进水端到出水端是逐步递减 ，溶解氧数值 却是逐步递增变化的， 为此， 溶解氧传感器的安装 位置和安装数量非常重要 。 在这种控制方式 中， 反 馈给 P L C的一个溶解 氧信号 ， 是 通过安 装在池 子 中不同位置的几个传感器的平均值来确定。这个 溶解氧值既不是进水端的，也不是出口处的实际 溶解氧数值。鼓风系统的调节是对整个曝气池供 收稿 日期 2 0 0 8 - 0 4 - 1 8 作者简介 杨玉梅 1 9 6 4 一 ， 女， 上海人， 高级工程师， 从事给 排水工程设计工作。 在我们的日常生活供水系统里 ，也存在同鼓 风机类似的控制要求。但用户只需根据 自己用水 量的多少来开关各用户家中水龙头，而不必考虑 管 网中压力 、 流量 的大小 。 自来水厂是 根据输水管 网系统 中压力 的高低来控制水厂二级泵房的水 泵，而不必顾忌现在有多少用户在用水、用多少 水。 由此想到， 污水厂的鼓风机控制原理同供水系 统控制如出一辙。曝气池中各处的供气量如同我 们的 自来水用户 ， 鼓风机好比水厂， 只要在曝气池 中需要有不同溶解氧的供气管道上装上电磁流量 控制阀 如同用户的“ 水龙头” ， 溶解氧传感器的 维普资讯 7 6 防洪排水 城市道桥 与防洪 2 0 0 8 年 7 月第 7 期 溶氧模拟量信号送到 P L C，由 P L C按照事先设定 各点不 同需氧量的参数进行数据处理后反馈给各 段空气流量控制阀， 调节流量控制阀的开度 ， 该调 节阀只改变相应段的供气量 ，满足该处供气 的要 求 ， 与其他段 的空气流量控制无关 。 控制 流程框图 如 图 2所 示 。 溶氧探测 风机控制 曝气迪 搋量燕倒 燕制歪筮 垂 拯 L 图 2 曝气 系统风 量控制 图 在工程设计 中，可 以按照推流曝气过程把曝 气池分成几个 区段 此处假设分 为三个 区段 ， 在 进水端和每个区段的末端设置溶解氧传感器 ， 取 相临两个传感器检测值 的平均值作为该段的溶解 氧值 见 图 3 。 溶解氧传感器 I 一④ 图 3 生 物池 两个传 感器测 量示 意图 将以上获得的溶解氧平均值送往 P L C系统， 见下式 I 段溶解氧平均值 Ⅱ段溶解氧平均值 Ⅲ段溶解氧平均值 在曝气池中 ， 对每个 区段事先设定溶解氧控制 值 ， 例如假定 I 段为 1 ． 5 m g ／ L ，I I 段为 2 ． 0 m g ／ L ， m 段为 2 ． 5 m g ／ L ， 见图 4所示 。 图 4 生物 池风量 控制 示意 图 P L C根 据各段 的检测 值 ，按照不同的控制要 求将控制信号反馈给各个 空气流量控制 阀，。 分别 调整各个控制 阀的开度 ， 各段控制相对独立 。 P L C在控制 各段空 气流 量控制 阀的 同时 ， 检 测空气总管内的压力。 根据鼓风机的特性曲线 ， 流 量的增加必将引起压力的下降。管路上的压力传 感器将压力变化的模拟量信号反馈到 P L C， P L C 对鼓风机发出开机或关机的指令 ，保持总管内的 空气压力基本恒定。若配备变频鼓风机 ，则 P L C 可以通过风机变频控制无级 变速 ，更有利 于稳定 总管内的压力 ， 减少鼓风机 的频繁开停机 。 在这种控 制方式 中 ，空气 流量控制 阀和鼓风 机 同时受到 P L C的监控 ， 在曝气池某段 溶解氧发 生变化 时 ， 该段控制阀会先行动作 ， 自动调节控制 阀开度。管道中压力的变化在一定范围内由总管 和鼓风机特性 自动平衡。当总管 中压力超过设定 值时 ， P L C才会对鼓风机发出调节指令 ， 对 曝气 系 统的控制较灵活， 作用明显， 控制稳定。 维普资讯