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《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。
关于污水厂节能降耗之精确曝气的构想李仕惠发布时间：2021-07-27T11:37:15.133Z 来源：《基层建设》2021年第14期作者：李仕惠[导读] 城镇污水处理厂生产运行管理的电费、药剂费、污泥运输及处置费、维护费中，其电费占比在35%左右。
工艺控制过程控制是体现人为控制供氧量滞后性中信环境冶理（东源）有限公司摘要：城镇污水处理厂生产运行管理的电费、药剂费、污泥运输及处置费、维护费中，其电费占比在35%左右。
工艺控制过程控制是体现人为控制供氧量滞后性，存在节能降耗空间。
随着信息化和大数据发展方向，拟构想依靠信息技术的自动化控制方式，来讨论研究过程控制之精确曝气的可行性。
精确曝气的思路为需氧量与供氧量的平衡控制。
关键词：污水厂；精确曝气；PLC自动控制一、设计规范对构想理念的技术支持基础根据《GB 50014-2006（2014年版）室外排水设计规范》之6.8供氧设施：“6.8.2生物反应池中好氧区的污水需氧量，根据去除的五日生化需氧量、氨氮的硝化和除氮等要求，宜按下式计算：需氧量=0.001aQ（So-Se）-c&Xv+b[O.001Q（Nk•Nke）-0.12&XvJO.62b[0.001Q （N，-Nke-出）一0.12~XvJ（6.8.2）”根据《GB 50014-2006（2014年版）室外排水设计规范》之6.8供氧设施：“6.8.4鼓风曝气时，可按下式将标准状态下污水需氧量，换算为标准状态下的供气量。
”二、分阶段性建模、持续完善。
2.1需氧量数据建模。
根据《室外排水设计规范》，污水处理需氧量=碳需氧量+氮需氧量-剩余污泥氧当量-反硝化回收氧量。
能否将核心指标数据BOD、TKN，以COD、氨氮来换算代入计算需氧量数值：①需氧量=进水处理量*[0.001*1.47（a值）*进出水BOD差值+0.001*4.57（b值）*进出水TKN差值]；②需氧量=进水处理量*[0.001*1.47（a值）*进出水COD差值*B/C+0.001*4.57（b值）*进出水氨氮差值*占比%]；③建立需氧量数据模型。
浅谈污水处理厂AVS精确曝气自动控制系统摘要：针对污水处理厂进水负荷的波动性及时变性等原因造成的溶解氧波动较大、曝气能耗高、出水水质不达标等问题，浅谈A2O污水处理工艺中AVS精确曝气系统的全自动过程控制方案。
通过AVS精确曝气系统的实施与运行，将鼓风机纳入到曝气控制的闭环内，实现了鼓风机、曝气管道以及调节阀门、溶解氧之间的闭环控制，从曝气源头上实现了生物反应池按需曝气。
该方案有效降低了鼓风机能耗、提高了出厂水水质。
对全厂节能降耗具有积极意义。
关键词：污水处理；自动化控制；精确曝气控制引言AVS精确曝气自动控系统是一套集成的智能控制系统，为污水处理过程提供精确的曝气解决方案。
控制过程的基础是建立对应的生化需氧模型。
通过对工程规模及水质要求的特点进行研究分析，确定工程特性，建立仿真模型。
通过建模计算得出不同环境情况下需要的氧气量，按照该气量需求进行精确控制。
根据在线数据的前馈数据和后馈数据，进行建模计算。
1 AVS精确曝气自动控制系统1）AVS精确曝气自控控制系统概述生物反应池中微生物消耗DO，为了使生物反应池中的DO达到平衡状态，可以采用生物反应池精确曝气控制DO含量，微生物消耗DO的同时，去除水中的有机碳、总磷、总氮等。
由于在污水处理的过程中，有许多不定因素影响，如水质及水量变化具有非线性，生物反应池微生物的数量也随时间和温度发生着变化，检测仪表有具有滞后性等，所以在不同时间生物反应池的耗氧量是不一样的，为了达到国家指定的出水标准，AVS精确曝气系统采用预设前馈信号，根据反馈信号调整设备的方式，实现自动控制来保证氧气的供求平衡。
通过精确曝气，可以使污水处理效果更好，使曝气更充分，节省能耗。
控制过程的基础是建立对应的生化需氧模型。
通过对工程规模及水质要求的特点进行研究分析，确定工程特性，建立仿真模型。
其次通过建模计算得出不同环境情况下需要的氧气量，按照该气量需求进行精确控制。
2）AVS精确曝气控制原理AVS精确曝气系统控制原理图（图1.2）AVS精确曝气根据在线数据的前馈数据和后馈数据，进行建模计算。
污水处理厂BAF系统（上流式曝气生物滤池）BAF应为上流式曝气生物滤池，具有去除有机污染物、氨氮和SS的功能。
滤池为功能性招标，本公司提供的BAF系统应适用于设计进水水质和出水水质要求，对其技术性能负完全责任。
＜1＞一般要求1、BAF池应同时具有2个功能：①生物脱氮除碳；②悬浮物(SS)的过滤去除。
2、设备应能保证在设计条件下以连续或间断的方式长期平稳运转，并能在长期停运后仍然能够正常启动运转。
3、BAF池采用为污水处理专用陶粒滤料，且BAF池应为上向流固定式曝气生物滤池。
招标文件的要求及附图为最低性能要求，根据设计进出水质和本工程污水性质并结合自身经验对BAF系统进行计算和优化设计(包括清水池、废水池)，对冲洗水泵、冲洗风机、曝气风机进行选型(包括技术参数)，保证BAF系统有稳定的脱氮除碳和去除SS效果，满足出水水质的要求。
4、BAF采用气水反冲洗方式。
先进行气洗5min，空气冲洗强度为50m³/m²•h；再气水同时冲洗6min，空气冲洗强度为50m³/m²•h，水冲洗强度为20m³/m²•h；最后水洗10分钟，水洗强度为水冲强度20m³/m²•h；要求冲洗后，均匀混合的砂层不产生水力分级。
冲洗周期为24～36h。
5、本公司除了负责上述货物制造和供货、滤板的制作外，还应负责上述供货内容的指导安装、调试、试运行及性能测试行工作。
滤板、滤头制作应符合CECS265：2009《曝气生物滤池工程技术规程》及CECS178：2009《气水冲洗滤池整体浇筑滤板可调式滤头技术规程》中的相关要求及标准。
如上述标准之间有矛盾时，应以标准高的为准。
配水系统能均匀收集滤后水，在冲洗时应布水、布气均匀，不均匀度不大于2%。
6、招标文件的要求及附图为最低性能要求，根据设计进出水质和本工程污水性质并结合自身经验对BAF系统进行计算和优化设计(包括清水池、废水池)，对反冲洗水泵、反冲洗风机、曝气风机进行选型(包括技术参数)，保证BAF系统有稳定的脱氮除碳和去除SS效果，满足出水水质的要求。
扬州市六圩污水处理厂试运行总结A2O工艺引言扬州市六圩污水处理厂作为城市重要的环保设施，其建设和运营对改善城市水环境、促进可持续发展具有重要意义。
本文档旨在总结该厂采用A2O工艺进行试运行的经验与成果，为后续正式运营提供参考。
一、项目概况扬州市六圩污水处理厂位于扬州市六圩区，设计处理能力为每日XX万立方米，服务人口约XX万。
该厂采用先进的A2O（厌氧-好氧-缺氧）工艺，旨在有效去除污水中的有机物、氮、磷等污染物。
二、A2O工艺介绍A2O工艺是一种高效的污水处理技术，通过厌氧、好氧和缺氧三个阶段的生物处理过程，实现对污水中污染物的高效去除。
2.1 厌氧阶段在厌氧阶段，污水中的有机物被厌氧微生物分解，产生沼气等副产品，同时释放出磷。
2.2 好氧阶段好氧阶段是微生物利用氧气将有机物转化为二氧化碳和水的过程，同时硝化细菌将氨氮转化为硝酸盐。
2.3 缺氧阶段在缺氧条件下，硝酸盐被还原为氮气，实现氮的去除。
三、试运行准备3.1 设备安装与调试在试运行前，对所有污水处理设备进行了严格的安装和调试，确保设备运行稳定。
3.2 微生物培养为了确保A2O工艺的高效运行，进行了微生物的培养和驯化，以适应污水处理厂的特定环境。
3.3 人员培训对操作人员进行了系统的培训，确保他们熟悉A2O工艺的操作流程和维护要求。
四、试运行实施4.1 试运行时间试运行时间从XXXX年XX月XX日至XXXX年XX月XX日，共计XX天。
4.2 试运行流程进水调节：根据设计流量，逐步增加进水量，确保系统稳定。
工艺调整：根据水质监测数据，调整A2O工艺的运行参数。
水质监测：定期对进出水水质进行监测，确保处理效果达标。
4.3 问题处理在试运行过程中，我们遇到了XX问题，通过XX措施，问题得到了及时解决。
五、试运行成果5.1 水质处理效果试运行期间，污水厂的出水水质达到了国家XX标准，具体指标如下：化学需氧量（COD）：XX mg/L氨氮（NH3-N）：XX mg/L总磷（TP）：XX mg/L5.2 设备运行情况所有设备运行稳定，未出现重大故障。
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。
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。
扬州六圩污水处理厂工程，BIOS II 应用案例
扬州市洁源排水有限公司六圩污水处理厂，二期扩建工程10万吨/日，成功应用生物工艺智能优化及动态控制系统BIOS II 后，2011年投入运行后当年即实现节约鼓风能耗23.3%，降低电费成本196万余元，并获得江苏省“十一五”减排先进单位称号。
该项目荣获“江苏省科技进步奖”三等奖。
三期扩建工程5万吨/日，再次采用生物工艺智能优化及动态控制系统BIOS II ，2015年4月完成联调进行试运行，并且与升级后的二期BIOS II 系统联网整合。
系统设计与控制过程
第一，生物工艺智能优化及动态控制系统BIOS II 是一套拥有前馈与后馈相结合控制理念的系统。
前馈式主要体现在通过安装在生物池前端的水质水量仪表。
后馈式主要体现生物工艺智能优化及动态控制系统BIOS II 在追踪溶解氧的过程中，还会对于生物池出水端氨氮/硝氮浓度进行监测。
第二，生物工艺智能优化及动态控制系统BIOS II 是真正基于每个污水厂独特的进水成分而开发完善的控制系统。
在生物工艺智能优化及动态控制系统BIOS II 正式调试以前，会有专门的工艺工程师到达现场，使用ABAM 水质分析仪表对于污水厂进水水质进行密集采样分析，对于污泥的好氧速率/
硝化速率等参数进行确认，这些数据都将成为生物工艺智能优化及动态控制系统 二期BIOS 三期BIOS 二期+三期BACS
BIOS II运行的初始数据。
而由于BIOS II系统内建的数据库功能，在系统运行控制中，通过溶解氧对于气量增减的反应快慢而计算得到的实际的好氧速率/硝化速率等，均会被用来修正ABAM初始的数据。
第三，ASM2D水质模型的引入，在根本上与传统PID调节控制区分开来。
生物工艺智能优化及动态控制系统BIOS II的溶解氧控制思路为直接计算得到较为准确的阀门开度设定值，由执行机构直接将阀门开动到这个位置，然后再做一定的微调。
左图为BACS控制下20分钟内阀门的动作曲线，动作频率7次
右图为PID控制下20分钟内阀门的动作曲线，动作频率26次
在次数据基础上进行计算，BACS控制下的电动阀门寿命可以达到PID控制下的6倍。
第四，生物工艺智能优化及动态控制系统BIOS II将鼓风系统与阀门控制有机结合，真正为节能降耗提供了条件。
生物工艺智能优化及动态控制系统BIOS II拥有自行开发的MOV逻辑，保证有特定
的阀门（非固定）始终处于较大开度的状态，以此平衡整个管路中的压力，使得鼓风机能够在最小的压力损耗状态下进行总风量控制。
第五，生物工艺智能优化及动态控制系统BIOS II不但实现了曝气能耗的降低，更为硝化与反硝化反应创造了最佳的生物环境。
系统的实施将根据进水氨氮浓度科学的控制生物池各廊道溶解氧，保证内回流液中溶解氧处于较低状态，确保反硝化反应的进行，实现氨氮与总氮的高效去除。
BIOS II系统控制下的生物池，鼓风系统随着进水氨氮的浓度变化而做出相应的变化。
1：高风量应对高浓度进水氨氮，使得出水稳定达标；
2：低风量应对低浓度进水氨氮，使得节能效益产生
受控设备简介
上图为三期BIOS II系统主界面：绿色管路代表进水管路（五点进水），红色管路代表内回流（四点内回流），灰色管路代表外回流管路，箭头方向表示水流方向。
控制理念
二期：6套电动阀门/空气流量计安装在各支管上，用以控制进入该廊道的气量（绿色三角
表示）
1套空气流量计安装在总管，用以控制鼓风机总气量
好氧区前端/末端分别安装氨氮及氨氮/硝氮在线仪。
各个控制廊道安装溶解氧在线仪。
末端安装溶解氧仪监测内回流溶解氧。
应用效果
BIOS II系统自动根据安装在生物池缺氧段的氨氮在线分析仪数据，计算得到最适合当前工况的溶解氧设定值。
BIOS II系统自动根据进水水量计算最适应当前工况的溶解氧设定值。
87.7%90.9%
90.8%94.0%
生物工艺智能优化及动态控制系统BIOS II于2011年2月联调完成以来，2011全年平
均溶解氧控制在±20%精度内为90.9%。
将生物工艺智能优化及动态控制系统BIOS II 控制下溶解氧数据与日常手动操作时溶解氧数据进行对比，估算鼓风能耗降低约23.3% 2.5mg/L 3.0mg/L 2.5mg/L
2.5mg/L。
