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AVS精确曝气控制系统Energy Saving solution for Wastewater Treatment PlantAVS精确曝气控制系统生物处理工艺是目前广为采用的污水处理技术，其过程是一个复杂的生化过程，曝气控制（溶解氧控制）是其中一个非常重要的环节。
不同的工艺，对曝气控制方式也有所不同，但是在几乎所有的采用生物处理工艺的污水厂中，曝气始终是最重要的能耗环节。
从一些国内的污水处理厂耗电量来，曝气占据了总耗电量的50-70%，所以曝气系统是整个污水厂节能降耗运行的关键环节。
AVS（Aeration Volume control System）精确曝气系统是一个智能控制系统，旨在为生物处理工艺提供精确曝气，即实现精确溶解氧（DO）控制。
AVS的核心是生物处理过程建模（ASM模型）和鼓风曝气精确配气调节，在控制过程中其模型会根据系统的在线数据进行自动的优化调整。
采用AVS，能够为污水处理企业带来一下益处：◆根据真实需求实现节能曝气，有助于实现污水厂节能运行；◆为各种复杂工艺提供精确供气方案，适用于多种活性污泥处理工艺及其改良工艺（AO,AAO,SBR 等）；◆有助于实现溶解氧分布控制，为工艺优化提供支持；◆依靠模型，部分实现了污水处理智能控制，有助于处理效果的稳定、高效；系统功能AVS在污水厂现场控制示意AVS可以使各种复杂的供气方案得以实现，间歇曝气、微量曝气、正常曝气、溶解氧分布控制等。
帮助用户实现工艺的精细调节。
AVS还可以根据当前需要的曝气量，通知鼓风机主控（MCP）进行风量调节，使鼓风机节能运行，防止发生喘震等异常情况，节约鼓风机电耗。
下图为AVS在污水厂工艺流程中的示意：AVS精确曝气控制原理生物处理过程是通过人为地维持好氧/厌氧环境，使曝气池中的微生物持续特定的生化过程，去除或降低污水中的目标物质，从而达到排放要求。
传统方法因缺乏依赖精确模型的控制策略，造成过量曝气或DO 控制波动过大，控制效果不佳，易造成去除率的波动。
《污水处理精准曝气智能控制方法研究》一、引言随着工业化的快速发展和城市化进程的加速，污水处理成为环境保护的重要环节。
曝气作为污水处理中的关键技术，其精确控制对提升处理效率和减少能耗具有重要意义。
然而，传统的曝气控制方法往往存在能耗高、效率低等问题。
因此，研究污水处理中精准曝气智能控制方法具有重要的实践价值。
二、研究背景与意义传统的污水处理曝气控制方法大多基于经验或固定参数进行调节，无法根据实际污水处理过程中的变化进行自适应调整。
这导致曝气量过大或过小，不仅浪费能源，还可能影响污水处理效果。
因此，研究精准曝气智能控制方法，可以实现曝气量的实时调整，提高污水处理效率，降低能耗，对环境保护和可持续发展具有重要意义。
三、研究内容与方法（一）研究内容本研究旨在开发一种污水处理精准曝气智能控制方法。
首先，通过对污水处理过程中曝气系统的运行数据进行分析，提取影响曝气量的关键因素。
其次，基于机器学习和人工智能技术，建立曝气量与关键因素之间的数学模型。
最后，通过实时监测和调整曝气量，实现精准曝气。
（二）研究方法1. 数据收集与处理：收集污水处理过程中曝气系统的运行数据，包括进水水质、出水水质、曝气量等，对数据进行清洗、整理和分析。
2. 数学模型建立：基于机器学习和人工智能技术，建立曝气量与关键因素之间的数学模型。
采用支持向量机、神经网络等算法进行模型训练和优化。
3. 控制系统设计：设计一种基于数学模型的实时控制系统，通过传感器实时监测关键因素的变化，并自动调整曝气量。
4. 实验验证与优化：在实验室和实际污水处理厂进行实验验证，根据实验结果对数学模型和控制系统进行优化。
四、实验结果与分析（一）实验结果通过实验验证，本研究开发的精准曝气智能控制方法能够实现曝气量的实时调整。
在实验室和实际污水处理厂的应用中，该方法能够有效提高污水处理效率，降低能耗。
具体数据如下：1. 污水处理效率提高XX%。
2. 能耗降低XX%。
（二）结果分析本研究开发的精准曝气智能控制方法能够根据实际污水处理过程中的变化进行自适应调整，实现曝气量的实时调整。
基于节能的精确曝气系统在大型污水处理厂的研究作者：陈露岚姚斌来源：《科技创新导报》2017年第30期摘要：大多数使用活性污水处理技术的污水处理厂曝气系统具有溶解氧浓度波动大，曝气量冗余和单位曝气能耗较高等问题。
经过对绍兴水处理三期曝气池精确曝气分配控制系统技术运行资料的分析，结果表明溶氧控制稳定，溶解氧控制可达到设定值（±0.5mg/L）范围内的目的。
在曝气池溶解氧浓度稳定、保证生化系统稳定运行的情况下，节气效果通常在25%～50%，从而降低了曝气装置的能耗，节省了曝气单位的经营成本。
关键词：精确曝气溶解氧节能自动控制中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（c）-0119-02目前，活性污泥法因其成本较低、管理难度小、处理效率高的优势，仍然是众多污水处理厂的首要选择[1]。
其中，曝气系统的供氧稳定程度决定了曝气池的运行效率、出水水质情况和运行能耗。
因此，溶解氧浓度是过程控制的重要控制参数[2]。
在进水水质变化的过程中，通过曝气阀门开度保持溶解氧的稳定，对生产的自动控制和降低曝气单元的能耗具有重大的现实意义[3-6]。
本文以绍兴水处理发展有限公司三期曝气系统为对象，选择使用基于气态动态反馈控制原理的精确曝气分配与控制系统，实现了溶解氧自动控制的稳定运行，并达到节能降耗的目的。
1 精确曝气分配与控制系统的原理和控制策略1.1 绍兴水处理三期曝气池溶解氧单元控制策略系统以溶解氧信号为触发信号，空气流量信号为控制信号，当溶解氧处于设定值±0.5mg/L 以内时，空气流量计及时采集所控辖区供气需求量，反馈至阀门控制器对阀门开度进行小范围调整，控制溶解氧恒定；当溶解氧值超过或低于设定范围时，就地控制器及时调整阀门开度，使溶解氧值回复到控制范围内。
单个曝气控制单元示意如图1所示。
1.2 曝气量的控制策略因为三期进水水量、水质不断变化，生化过程对应其气量需求亦实时改变，因此需对鼓风机的气量供给进行相应的控制。
上海昊沧系统控制技术有限责任公司
AVS具有丰富的故障应对策略，当在线仪表如DO、空气流量计或阀门等发生故障或信号
AVS数据云平台由数据集成平台和数据分析与决策辅助平台两部分构成。
精确曝气流量控制系统
ProSee以污水厂进水的水质、水量作为输入信号，对整个生物反应池的水力和活性污泥
图AVS对不同DO目标设定值的精细化控制能力
/26
⏹ 改造前后的出水水质数据对比
AVS 实施前后出水BOD 5对比图 AVS 实施前后出水氨氮对比图
AVS 实施前后出水总氮对比图 AVS 实施前后出水总磷对比图
未采用AVS
时溶解氧控制效果（1）采用AVS后溶解氧控制效果（1）未采用AVS时溶解氧控制效果（2）采用AVS后溶解氧控制效果（2）
未采用AVS
时溶解氧控制效果（1
）采用AVS后溶解氧控制效果（1）未采用AVS时溶解氧控制效果（2）采用AVS后溶解氧控制效果（2）
未采用
AVS
时溶解氧控制效果（
1）采用AVS后溶解氧控制效果（1）未采用AVS时溶解氧控制效果（2）采用AVS后溶解氧控制效果（2）
⏹改造前后的生化池溶解氧控制效果对比
未采用AVS时溶解氧控制效果（1）采用AVS后溶解氧控制效果（1）
未采用AVS时溶解氧控制效果（2）采用AVS后溶解氧控制效果（2）⏹改造前后的单方水鼓风机能耗数据对比
一期AVS运行前后单方水能耗对比二期AVS运行前后单方水能耗对比
未使用AVS溶解氧控制效果
使用AVS
未使用AVS。
AVS概述生物处理工艺是目前广为采用的污水处理技术，其过程是一个复杂的生化过程，曝气控制（溶解氧控制）是其中一个非常重要的环节。
不同的工艺，对曝气控制方式也有所不同，但是在几乎所有的采用生物处理工艺的污水厂中，曝气始终是最重要的能耗环节。
从一些国内的污水处理厂耗电量来，曝气占据了总耗电量的50-70%，所以曝气系统是整个污水厂节能降耗运行的关键环节。
AVS（Aeration Volume control System）精确曝气系统是一个智能控制系统，旨在为生物处理工艺提供精确曝气，即实现精确溶解氧（DO）控制。
AVS的核心是生物处理过程建模（ASM模型）和鼓风曝气精确配气调节，在控制过程中其模型会根据系统的在线数据进行自动的优化调整。
采用AVS，能够为污水处理企业带来以下益处：∙根据真实需求实现节能曝气，有助于实现污水厂节能运行；∙为各种复杂工艺提供精确供气方案，适用于多种活性污泥处理工艺及其改良工艺（AO,AAO,SBR等）；∙有助于实现溶解氧分布控制，为工艺优化提供支持；∙依靠模型，部分实现了污水处理智能控制，有助于处理效果的稳定、高效；系统功能（1）AVS在污水厂现场控制示意AVS可以使各种复杂的供气方案得以实现，间歇曝气、微量曝气、正常曝气、溶解氧分布控制等。
帮助用户实现工艺的精细调节。
AVS还可以根据当前需要的曝气量，通知鼓风机主控（MCP）进行风量调节，使鼓风机节能运行，防止发生喘震等异常情况，节约鼓风机电耗。
下图为AVS在污水厂工艺流程中的示意：AVS1（2）AVS精确曝气控制原理生物处理过程是通过人为地维持好氧/厌氧环境，使曝气池中的微生物持续特定的生化过程，去除或降低污水中的目标物质，从而达到排放要求。
传统方法因缺乏依赖精确模型的控制策略，造成过量曝气或DO控制波动过大，控制效果不佳，易造成去除率的波动。
生物处理工艺中，DO是快时标变量，其动力学特性是非线性和时变的，传统控制方式无法及时准确地应对各种扰动的影响，要达到精确控制必须建立可靠的动力学模型。
AVS精确曝气控制系统Energy Saving solution for Wastewater Treatment PlantAVS精确曝气控制系统生物处理工艺是目前广为采用的污水处理技术，其过程是一个复杂的生化过程，曝气控制（溶解氧控制）是其中一个非常重要的环节。
不同的工艺，对曝气控制方式也有所不同，但是在几乎所有的采用生物处理工艺的污水厂中，曝气始终是最重要的能耗环节。
从一些国内的污水处理厂耗电量来，曝气占据了总耗电量的50-70%，所以曝气系统是整个污水厂节能降耗运行的关键环节。
AVS（Aeration Volume control System）精确曝气系统是一个智能控制系统，旨在为生物处理工艺提供精确曝气，即实现精确溶解氧（DO）控制。
AVS的核心是生物处理过程建模（ASM模型）和鼓风曝气精确配气调节，在控制过程中其模型会根据系统的在线数据进行自动的优化调整。
采用AVS，能够为污水处理企业带来一下益处：◆根据真实需求实现节能曝气，有助于实现污水厂节能运行；◆为各种复杂工艺提供精确供气方案，适用于多种活性污泥处理工艺及其改良工艺（AO,AAO,SBR 等）；◆有助于实现溶解氧分布控制，为工艺优化提供支持；◆依靠模型，部分实现了污水处理智能控制，有助于处理效果的稳定、高效；系统功能AVS在污水厂现场控制示意AVS可以使各种复杂的供气方案得以实现，间歇曝气、微量曝气、正常曝气、溶解氧分布控制等。
帮助用户实现工艺的精细调节。
AVS还可以根据当前需要的曝气量，通知鼓风机主控（MCP）进行风量调节，使鼓风机节能运行，防止发生喘震等异常情况，节约鼓风机电耗。
下图为AVS在污水厂工艺流程中的示意：AVS精确曝气控制原理生物处理过程是通过人为地维持好氧/厌氧环境，使曝气池中的微生物持续特定的生化过程，去除或降低污水中的目标物质，从而达到排放要求。
传统方法因缺乏依赖精确模型的控制策略，造成过量曝气或DO 控制波动过大，控制效果不佳，易造成去除率的波动。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201822231046.0(22)申请日 2018.12.28(73)专利权人 中原环保股份有限公司地址 450000 河南省郑州市中原区中原中路167号1号楼16层(72)发明人 王小玲 蒋晚霞 和笑天 王宏武 周鹏 陈煜 李新喜 楚金喜 胡冰 李永 杜云鹏 魏明 万晓瑞 李华伟 张良 罗鹏 李海涛 李鹏飞 杨丽亚 罗思远 (74)专利代理机构 郑州浩翔专利代理事务所(特殊普通合伙) 41149代理人 边延松(51)Int.Cl.C02F 7/00(2006.01)C02F 3/02(2006.01)C02F 101/16(2006.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利(54)实用新型名称一种污水处理精确曝气系统(57)摘要本实用新型公开了一种污水处理精确曝气系统，包括控制组件、鼓风机组以及两个以上的生物池，每个生物池内均设有曝气管，所述曝气管通过分流管与外部的空气总管相连通，所述空气总管与鼓风机组相连通，在每个生物池对应的分流管上分别设有电动阀和空气流量计；在所述空气总管上设有压力表；所述控制组件包括主控制器、分别对应每个生物池的子站控制器，在每个生物池内均设有与所述子站控制器对应电连接的在线溶解氧测定仪、污泥浓度计、水温计和氨氮在线监测仪。
本实用新型能够根据实测的溶解氧浓度的变化，通过电动阀来实时调节气量分配，实现了精确曝气，克服了传统曝气方法存在的偏差大、能耗高的缺陷。
权利要求书1页 说明书7页 附图2页CN 209583779 U 2019.11.05C N 209583779U1.一种污水处理精确曝气系统，其特征在于，包括控制组件、鼓风机组以及两个以上的生物池，每个生物池内均设有曝气管，所述曝气管通过分流管与外部的空气总管相连通，所述空气总管与鼓风机组相连通，在每个生物池对应的分流管上分别设有电动阀和空气流量计；在所述空气总管上设有压力表；所述控制组件包括主控制器、分别对应每个生物池的子站控制器，在每个生物池内均设有与所述子站控制器对应电连接的在线溶解氧测定仪、污泥浓度计、水温计和氨氮在线监测仪；所述鼓风机组配置有鼓风机主控柜和分别对应每个鼓风机的就地控制柜，所述主控制器通过MCP接口与鼓风机主控柜对应连接，所述鼓风机主控柜分别通过就地控制柜与鼓风机组内的鼓风机对应控制连接。
精确曝气系统技术说明
精确曝气系统是一种用于控制曝气过程的技术，它通过对氧气、二氧化碳等气体的浓度进行精确测量和控制，以达到优化生物反应器性能的目的。
该系统通常由以下部分组成：
1. 气体传感器：用于测量氧气、二氧化碳等气体的浓度。
2. 控制器：用于接收气体传感器的信号，并根据设定的参数进行计算和控制。
3. 曝气头：用于将氧气、二氧化碳等气体释放到生物反应器中。
4. 空气压缩机：用于提供曝气所需的气体。
精确曝气系统的工作原理如下：
1. 气体传感器实时监测生物反应器中的氧气、二氧化碳等气体浓度。
2. 控制器根据设定的参数和气体传感器的信号，计算出需要释放的气体量。
3. 曝气头根据控制器的指令，释放出相应量的气体，以维持生物反应器中的气体浓度在设定范围内。
4. 空气压缩机提供曝气所需的气体。
精确曝气系统的优点如下：
1. 可以精确控制生物反应器中的气体浓度，提高生物反应器的效率。
2. 可以减少气体浪费，降低能源消耗。
3. 可以提高生物反应器的稳定性和可靠性。
总之，精确曝气系统是一种先进的曝气技术，它可以提高生物反应器的效率和稳定性，降低能源消耗，是现代生物技术中不可或缺的一部分。
污水厂精确曝气系统
2、4、1供货范围
精确曝气系统主要由现场控制柜、控制硬件及软件、鼓风机压力优化系统硬件及软件、通讯系统硬件及软件以及空气流量计等货物,系统内部连接电缆、通讯电缆等材料组成,不论本技术规范就是否指明,保证精确曝气系统正常运转所必需的货物也在投标人的供货范围内。
*2、4、2精确曝气系统制造商资质及业绩要求
1)投标人所选用的精确曝气系统必须为具有成套技术与成熟运用的产品,投标人在投标文件中必须提供所选用的精确曝气系统配套软件开发商的授权书原件。
2)投标人所选精确曝气系统须有在10万m³/d及以上规模采用A/A/O工艺的城镇市政污水处理厂成功运行3年以上(含3年)的业绩1项。
投标文件中必须提供满足该业绩要求的合同的复印件及与该合同对应的成功满意运行的最终用户证明的复印件予以证明。
投标时携带合同原件及最终用户证明原件(加盖最终用户单位正式公章)供查验,若原件与复印件不符则将导致投标被否决。
注:最终用户证明必须加盖最终用户单位正式公章,最终用户单位正式公章上显示的单位名称要与最终单位用户名称一致;最终用户证明必须显示出最终用户名称及使用该系统的污水处理厂名称、使用该系统的污水处理厂规模、使用该系统的污水处理厂处理工艺、供货商名称、精确曝气系统软件开发商名称、精确曝气系统开始使用时间、精确曝气系统使用满意度等内容,需要涵盖以上业绩要求的各要素。
3)投标人在投标文件中须提供所选精确曝气系统配套软件开发商的软件著作权登记证书的复印件,并加盖授权人公章。
2、4、3系统技术要求
1、总体要求
精确曝气系统就是一套集成的智能控制系统,应能为污水生物处理过程提供精确曝气解决方案。
系统应能实现各种曝气方案如间歇曝气、正常曝气、溶解氧分布控制等,帮助用户实现工艺的精细调节,并能够随着工艺变化而调整。
系统应包含曝气量计算、配气、鼓风机调节等曝气控制所需的核心功能模块。
在满足系统的整体运行功能前提下,为了保证系统的安全稳定以及可靠性,需要最大限度降低对在线仪表的依赖程度。
为确保成套精确曝气系统的整体测控精度与匹配性,系统内成套组件应安装在模拟与校验实验中心的等尺寸曝气管路上,进行系统集成与标定,通过反向补偿最大限度的降低管路布设及空气流态变化造成的流量计量误差及阀门执行误差,确保系统对气体流量的测控精度优于3%。
*在污水处理厂工艺运行稳定及相关设备仪表正常运行情况下,生物池中溶解氧浓度调节波动范围须大体控制在目标设定值±0、5mg/L。
2、现场控制站
精确曝气系统应根据工艺特征提供成套现场控制柜,曝气就地控制系统与鼓风机压力优化系统集成安装在现场控制柜中,负责电动阀门信号(阀位反馈、阀位设定、阀门状态等)、空气流量计信号等的采集及数据分析。
实时计算出鼓风机实际运行所需的压力优化参考值并与PLC通讯,该参考信号通过PLC传给鼓风机MCP控制柜,进而由鼓风机实现风量的调节,达到进一步节能运行的目的。
*控制柜应采用双层设计,每个曝气控制区须配备独立的曝气控制器与显示模块,显示模块带参数设置与输入功能;控制柜外壳应采用不锈钢材质,防护等级不小于IP65,并具备通风散热措施;控制柜内部所需的电缆、端子、元器件等由投标人负责提供并安装及调试。
精确曝气系统控制软件应该基于主流的开发平台,为达到最优的控制性能与较高可靠性,系统的控制软件应该就是为该系统开发的专用软件,而不就是基于通用组态软件之上后续开发。
3、曝气就地控制系统
曝气就地控制系统应能具备以下功能:
1)集成了大量现场信息的数据模块及系统软件组成的就地控制器可自动调整气体流量设定值,并可按实际需要进行快速、有效的控制。
2)以气体流量信号作为控制信号,溶解氧作为辅助控制信号。
3)空气流量的评估与进一步处理;
4)流量剖面修正数据的处理,对不规则流态的自动补偿修正,不受介质流态的影响;
5)电动执行器的就地控制;
6)每个池的就地空气控制回路控制。
集成的就地流量分析控制回路,以保持中常规运行需要的溶解氧浓度,不受静态与动态压力变化的影响;
7)处理PLC输入信号,作为设定值或直接设定值计算;
8)当前需要的空气流量的计算;
9)报警参数、所有输入与外部控制模式的实时控制;
10)可变的控制特征,可根据具体污水厂情况进行调整;
11)测量值失效或管道泄露时可切换到安全模式;
12)报警停止后自动复位到正常工作状态;
13)在“外部控制”模式下,上位机的控制命令可直接传递给就地执行器;
14)隔离的输入与输出信号,通过4-20 mA连接;
15)相关测量与控制变量可通过各个控制回路的单独的LCD 图形显示器进行显示与编程;
4、鼓风机压力优化系统
*鼓风机压力优化控制系统实时采集所辖曝气就地控制系统内各阀位开度信号及在线采集的曝气总管压力变送器信号,经压力优化控制系统实时计算出鼓风机实际运行所需的压力优化参考值并与PLC通讯,该参考信号通过中央控制室传给鼓风机管理系统控制柜,进而由鼓风机实现风量的调节,避免鼓风机出现喘振,并达到进一步节能运行的目的。
鼓风机压力优化控制系统接收现场阀位信号,并输出鼓风机的压力控制优化信号,输入输出为标准4～20m A信号。
此外,控制系统中还应能集成数据处理模块及流量、阀位与压力的智能计算软件,能够根据进水流量的变化、阀位及空气总管压力通过计算得出阀位的开度及总管压力值,并将计算值通过中央控制室传给鼓风机管理系统控制柜进行气量调节。
5、热式气体质量流量计
*1)形式:一体式;
2)测量介质:空气;
3)测量原理:热扩散技术(热导式);
4)安装方式:插入式;
*5)测量精度:≤1%读数值;
*6)重复性:≤0、5%满量程;
7)测量系统不受入口与出口区域、直管段以及压力与温度变化的影响;
8)传感器温度范围:-20℃到150℃;
9)绝缘信号输出,4-20mA,有源,负荷小于400Ohm,10bit分辨率;
10)供电:18-36VDC;
*11)传感器保护等级:IP68;
*12)传感器以及变送器外壳均为全不锈钢1、4571,传感器中探针与探杆须由一根棒材一
体加工制成、无焊接,耐腐蚀;
13)安装附件:配套不锈钢焊接短管与手动球阀。
6、系统集成标定与检验
系统开发商应拥有系统模拟与校验实验中心或专业的第三方权威测评机构模拟现场实际工况,进行系统集成标定与校验。
系统内电动菱形调节阀,热式气体质量流量计,就地控制器均需在生产性的系统模拟实验中心进行基于实际运行工况的成套集成标定及校验。
此外,为符合将来污水厂运行情况,生产性的系统模拟实验中心精确模拟气体流量、运行压力及温度,特别就是对于控制难点,将在生产性系统模拟实验中心布设模拟污水厂现场的曝气管路,进行模拟实验,以便确保该系统的测控精度优于3%。
为保证系统计量及控制的精确性,测量部件应预先通过标准测试,其测试结果作为评价系统计量及控制精确性的评价标准,确保气体流量的测控精度优于3%;
曝气控制系统的集成与标定就是对整个测控系统的校准过程,集成与校准过程中需记录流量剖面的变化情况,应对气体流态扰动引起流量剖面变化对测控精度的影响进行准确的反向补偿;
要求在该系统模拟实验中心完成电动菱形调节阀与热式气体流量计的集成与标定,将流量计量误差及阀门“开度——流量”的执行误差反向补偿到控制系统中去;
系统内所涉及的所有部件,包括管道的布置形式、弯管、三通、缩扩径等均在模拟标定集成及校验范围之内;
系统模拟集成标定及校验后,气体流量计要求安装在菱形控制阀前端且前后直管段不能超过0、5m时,精度也能满足要求。
标定时,将装配好的测量与控制回路连接到相同于实际设备几何尺寸与运行条件的空气流量校准系统进行验证。
