AVS精确曝气控制系统

AVS精确曝气控制系统

Energy Saving solution for Wastewater Treatment Plant

AVS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以精确模型为基础，以曝气流量控制为目标，实现DO精确控制。

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针对污水生物处理过程建模，通过对特定污水厂的历史运行数据或在线运行数据进行分析处理，确定该污水厂生物处理过程的一些特征参数和补偿参数；再通过仿真，检验这些特征参数的有效性。利用在线仪表或实验室取得的NH4-N、NO3-N以及TP等信号AVS还能对内回流行优化调节，给出最优内回流比设定值，原理如下图所示：

AVS精确曝气系统扰动抑制

针对常见扰动输入如水量变化、水质变化、PH值变化等，AVS通过生物处理过程模型块和历史数据综合处理，得出系统需要的曝气量提前进行反操作，而不是等到DO发生变化后再进行调节；对曝气流量调节性能和空气压力损失的关系进行了平衡，得到最优阀门开度组合（最小的压力损失），给出鼓风机允许的最小输出压力；曝气流量控制为基本就地控制回路，由电动流量调节阀、热值气体流量计和模型给定的瞬时设定流量组成回路，可快速、准确地根据实际的负荷波动按需供气，使生物池的每一部分都能达到高效，从而稳定解溶氧，达到精细控制。

AVS精确曝气系统流量分配

电动流量调节阀在全开的情况下压力损失比较小，但随着开度的减小压力损失会逐步上升。出于优化运行和节能的考虑，需要尽量使电动流量调节阀在大开度工况条件下工作，对流量调节性能和空气压力损失的关系进行平衡，减少因压力损失造成的能源损耗，寻找最优阀门开度组合（最小的压力损失），并在此条件下给出鼓风机允许的最小输出压力。液位是另一个重要因素，较低的液位意味曝气头出口压力低，会诱导气体从压力低的地方释放，使较过高的液位供气不足，甚至会发生液位过高，以至于无法曝气。污水厂每日进水的时间分布特性导致生物池液位经常产生波动，所以实际控制中必须考虑这个因素。

AVS模型的跟踪和校对

模型是对污水厂生物处理工艺主要特征的抽象和再现，AVS据此可以对处理过程中各种扰动进行及时判度并适当应对，以达到精确控制的效果。污水厂是一个开放的系统，必然受到环境的影响； 除此之外，污水厂的进水变化也具有一定的趋势性，这些因素无一不造成了污水处理模型特征数值的变化，AVS需要能够及时跟踪这些变化，并对自身的模型做出响应的调整才能保证其模型控制的精确性。在运行的过程中，AVS不断地将运行数据采集到模型特征数据库里面，利用该数据库里面的数据定期进行模型的自整运算，保证了模型不至于随时间和环境的变化而偏离真实。

AVS精确曝气系统组成

◆ 流量调节阀 ◆ 电动执行机构 ◆ 气体流量计 ◆ 就地控制器 ◆ AVS控制软件 ◆ 压力变送器 ◆ 液位计

AVS精确曝气系统特点

◆ 适时精确供气，降低能耗

◆ 三种运行模式：本地自动控制模式、人工强制控制模式、安全模式，适应范围广 ◆ 良好的可靠性、可维护性、可扩展性，降低远期使用成本

◆ 接入GPRS远程通讯模块，支持远程调试、诊断、维护等服务 ◆ 溶氧仪、气体流量计、电动阀门、压力传感器发生故障后可及时报警 ◆ 可及时发现管道漏损、阀门泄漏、曝气头堵塞等异常现象 ◆ 内回流优化控制，提高生物脱氮除磷的效果 ◆ 支持Profibus DP、Modbus等多种通讯方式 ◆ 采用流量调节阀，良好的流量控制特性，精度高

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