活性污泥法自动控制的实验研究

出　　自： 1990年第1期第31页
发表时间： ： 1990-1

施汉昌；张崇华；王锐；黄小璞(清华大学环境工程系)；黄小文；王小鹏(北京计算机学院)

　　活性污泥法是处理城市污水和工业废水的主要方法，活性污泥法的自动控制研究在实际应用中具有经济和环境两方面的效益。国外自七十年代以来在污水处理的计算机控制方面，已做了大量的工作可以为我们学习和借鉴。本实验研究的目的是利用计算机配合仪表测试参数，对活性污泥法处理单元进行自动控制。该控制系统可以为实验室对活性污泥法的研究提供方便，并为在污水处理厂推广采用计算机实行自动控制提供有益的经验。本文将介绍该研究的计算机、仪器系统的设置、程序框图以及溶解氧控制实验、冲击负荷试验的结果。

一、活性污泥法计算机控制系统的设置

　　活性污泥法是一种控制参数较多的废水好氧生物处理工艺，经过对整个工艺过程的分析，本研究选择了溶解氧(DO)、污泥沉降比(SV)作为系统的检测控制量、pH值和温度(T)作为检测量。为了提高整个系统的自动控制程度，采用了闭环直接数字控制(DDC)的计算机控制方式，系统如图1所示
　　本实验系统中采用TP-801B型单板机作为控制主机。采用的仪器有YSI-54A型溶解氧测定仪，PHS-3C型pH计，PY33-2型数字式温度计和自行研制的SV测定仪。
　　活性污泥体积比(SV)测定仪的原理是利用活性污泥在玻璃管中沉淀时有一个十分清晰的泥水界面的现象，当一束光通过沉淀管时由于泥水界面的位置不同，在另一侧被照射的硅光电池的个数不同，引起光电池组输出的电信号变化。这一电信号送入计算机经过处理就可得出SV值。SV测定仪的原理如图2所示。

二、活性污泥法自动控制系统的软件设计

　　本控制系统中的控制量为DO和SV，根据一般污水处理厂的运行经验，DO应控制在1.5～2.0mg/L之间，SV应控制在15—30%之间，设DO的调节量为V，SV的调节量为fd，其数学表达式如下:

　　控制系统的信号输入输出关系如图3所示。
　　计算机输出控制和报警两类信号。控制信号包括1 # 、2 # 、3 # 供气电磁阀的开闭，SV测定仪的开关，污泥回流泵的开关。报警信号有DO、pH、T、SV的超限报警和DO、SV的系统报警，系统报警指当参数超限而系统的调节能力已达到最大值，不能再进行调节时的报警。

　　本计算机控制系统的运行程序包括一个主程序、四个中断服务程序和五个采样子程序。主程序的主要功能是显示时间和扫描键盘。为在自动采样时间以外仍能以手动方式测试DO、pH、T三个参数，系统选择了三个数字键07，08，09分别表示DO、pH和T。在执行键盘扫描时，发现这三个键之一按入则转入相应采样程序，然后打印出测定结果。主程序框图如下:

　　中断服务程序包括SV测定仪开、关中断，回流泵开、关时间中断和采样中断。当设定的采样时间一到，主程序转入执行采样中断服务程序，它顺序调用四个采样子程序，完成DO、pH、T、SV的数据采集、控制信号发出、结果打印等一系列工作。子程序的作用是分别采集DO、pH、T、SV信号，进行比较、判断，置报警标志。这里仅介绍两个主要的子程序，DO采样子程序和SV测定子程序。
　　DO采样子程序的功能是将采集的DO值与设定值进行比较，检查供气阀的开关状况，输出调节信号，设置报警。该程序的框图如下。
　　SV采样子程序的功能是输出信号控制SV 测定仪的运行，采入SV值与设定值进行比较，输出信号调节污泥回流泵的回流时间，设置报警标志。子程序框图如图6。

三.溶解氧控制与冲击负荷试验

　　溶解氧控制与冲击负荷试验是模拟污水处理厂出现冲击负荷时的情况进行的对比试验。当冲击负荷到来时，曝气池的需氧量增加，采用计算机控制可及时提高或降低曝气量。实验在曝气池稳定运行以后，提高负荷一倍运行两小时，再恢复原负荷运行，观察和比较系统在受计算机自动控制和不受计算机控制两种条件下的运行情况。
用计算机进行自动控制的实验历时10h，计算机每10 min ，检测打印出DO数值，并发出控制信号。实验开始后每一小时测一次二沉池出水的TOC值。常负荷和提高负荷运行时，进水总有机碳浓度分别是81.4mg/L和174.3mg/L。曝光池停留时间为4h，DO设定区间为1.5～2.0mg/L。无自动控制对比实验，曝气量恒定为0.75m 3 /hr，其它条件与上实验相同。实验结果如图7、8、9所示。
　　图7表明在同样冲击负荷下，有计算机控制时，沉淀池出水水质一直比较稳定，而无计算机控制时，沉淀池3h后出水TOC浓度有显著提高。

　　图8和图9表明，有计算机控制时DO基本上被控制在设定区间内。当冲击负荷到来时，DO从1.6mg/L降至1.4mg/L，而后计算机发出提高供气量的信号，DO很快回升到2.0mg/L。在无计算机控制条件下，当冲击负荷到来时，由于系统不能自动调节气量，致使DO从2.0mg/L下降至0.7mg/L。由图8、图9的气量曲线可计算曝气池的供气情况，经计算可得到有计算机控制时平均进气量为0.667m 3 /h，而无计算机控制时平均进气量为0.750m 3 /h。有计算机控制比无计算机控制时单位时间可节省供气量0.083m 3 。

四结论

　　采用计算机控制可使活性污泥法中的曝气池处于良好的溶解氧条件下，同时可提高活性污泥法系统对冲击负荷的适应能力，保证出水水质稳定，使池中DO保持在较佳状况，因此可以节省曝气池的供气量，降低运转动力费用。
　　参考文献(略)