大中型城市污水处理厂多有数个生物池,根据工艺有两种运行方式:
1)生物池的曝气量分配不同,有不同的溶氧控制目标值,如采用AB法的海泊河污水处理厂,由于鼓风机输出气量不能平均分配,需要在输气管道出口安装电动阀来调节气量的分配。运行控制采用2个独立的调节回路,1个调节回路是根据DO的变化调节相应管路的风量阀门,另1个调节回路是根据管道压力变化来调节鼓风机进口导叶片或出口扩压器叶片。其控制系统简图如下所示。
实地测量海泊河污水处理厂生物池在各种不同控制条件下的数据,结果表明,只有在调节阀门之后根据总管压力调节扩压器叶片,鼓风机能耗才能保持最小,所以最经济的方法是尽量开大阀门以减少管道的损耗,以调节扩压器叶片调节风量为主,阀门开度调节为辅。
2)生物池的运行条件完全一样,也有同样的溶解氧控制目标值,如李村河污水处理厂。这种情况从原理上讲应平均分配气量,虽然在实际运行中,各个生物池的运行状态不可能完全一样,各个池子的溶氧值有一些差异,但是由于差异比较小,而且变化和扰动情况相似,可以采用手动阀门,在污水处理厂运行初期人工调节气量的分配,以获得调节经验,稳定运行后,阀门开度基本可以固定下来,这样可以降低成本减少运行控制的复杂程度。其控制系统简图如下所示。

如前面对鼓风机的分析中所述,出口节流是经济性最差的方案,但是在第一种请况下,为了满足气量分配的要求又必须采用出口节流。设计适合这种工艺条件的控制系统时,要尽量减少阀门阻力,尽量保持阀门阀门开度量大,以减小鼓风机的功率损耗。此外,为防止发生喘振,也应控制阀门的开度,防止阀门开度过小,流量减小,会使鼓风机性能工况点移到喘振区。控制系统应考虑下面三种情况:
1)所有生物池的溶氧值均偏高。这时应调节鼓风机的导叶片,降低风量。如果此时有多台鼓风机在运行,应调节累计运行时间长的两台鼓风机的导叶片,使其流量降低,当这两台鼓风机流量之和再加上一预先设定值后小于单台鼓风机气量时,关闭运行时间最长的鼓风机。设定值的作用是设置了一个缓冲区,以避免鼓风机的频繁启停。
2)生物池的溶氧值有的偏高,有的偏低。这时应先根据溶氧值调节出口阀门,进行气量的重新分配,鼓风机则根据空气总管的压力调节导叶片,以维持总管压力的稳定,如果阀门开度均已达到最大,而溶氧值还未达到目标,则应调节鼓风机导叶片增加鼓风机的流量。
3)所有生物池的溶氧值均偏低。这时应逐步增加阀门的开度,减小管网阻力,当阀门开度达到最大时,溶氧值还未达标,则应调节鼓风机的导叶片增加流量。如果在设定时间内,溶氧值还未达标,应增加开启一台鼓风机。此设定时间为溶解氧测量系统的时间常数,一般约为10分钟到半小时。
由于溶氧值测量存在滞后,溶氧值的控制目标值不应设定为一固定值,而应设定一个控制死区,例如,当期望的溶氧值是1.5mg/l时,可以设定溶氧值的控制区间为1.0mg/l-2.0mg/l,这样可以使得鼓风机的启停间隔时间延长,保护风机,节约电耗,但是控制效果会有一些下降。由于曝气池的主要目的是保证生物的活性而且仪表测量本身有一定的不稳定性,只要死区设置得当,这种控制对曝气效果的影响甚微。为了达到需要的溶氧值,测量溶氧值的溶氧仪的安装位置应根据工艺选定,自控系统获得的溶氧值最好是几台溶氧仪的平均值,以减少测量误差。
导叶片和扩压器的调节一般采用PID闭环控制。在确定的运行条件下,应该能够找到一组最佳的控制参数。但是对于DO浓度控制,由于其动态过程是非线性的,随时间、温度、水质等参数变化,实现理想的控制需要随时调节PID参数,参数不断变化会和控制器的稳定性之间产生矛盾,所以固定PID参数,以便在较大的范围内实现充分控制是比较好的方案。如果条件允许,可以根据运行情况的变化,在不同的时间,设置不同的控制参数,例如,为适应季节性DO浓度变化,可以在不同的季节设置不同的控制参数。
空气管道出口阀门的调节如果采用PID调节,会使阀门的开度产生震荡,从而影响到对鼓风机的调节。所以,阀门的调节以步进调节为好,步进的幅度宜小不宜大,宜慢不宜快,以配合溶解氧测定的速度。
溶氧控制系统需要设置的仪表:气体流量计,压力计,温度计,溶氧仪。