出　　自： 1990年第1期第31頁(yè)
發(fā)表時(shí)間： ： 1990-1

施漢昌；張崇華；王銳；黃小璞(清華大學(xué)環(huán)境工程系)；黃小文；王小鵬(北京計(jì)算機(jī)學(xué)院)

　　活性污泥法是處理城市污水和工業(yè)廢水的主要方法，活性污泥法的自動(dòng)控制研究在實(shí)際應(yīng)用中具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境兩方面的效益。國(guó)外自七十年代以來(lái)在污水處理的計(jì)算機(jī)控制方面，已做了大量的工作可以為我們學(xué)習(xí)和借鑒。本實(shí)驗(yàn)研究的目的是利用計(jì)算機(jī)配合儀表測(cè)試參數(shù)，對(duì)活性污泥法處理單元進(jìn)行自動(dòng)控制。該控制系統(tǒng)可以為實(shí)驗(yàn)室對(duì)活性污泥法的研究提供方便，并為在污水處理廠推廣采用計(jì)算機(jī)實(shí)行自動(dòng)控制提供有益的經(jīng)驗(yàn)。本文將介紹該研究的計(jì)算機(jī)、儀器系統(tǒng)的設(shè)置、程序框圖以及溶解氧控制實(shí)驗(yàn)、沖擊負(fù)荷試驗(yàn)的結(jié)果。

一、活性污泥法計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)置

　　活性污泥法是一種控制參數(shù)較多的廢水好氧生物處理工藝，經(jīng)過(guò)對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程的分析，本研究選擇了溶解氧(DO)、污泥沉降比(SV)作為系統(tǒng)的檢測(cè)控制量、pH值和溫度(T)作為檢測(cè)量。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制程度，采用了閉環(huán)直接數(shù)字控制(DDC)的計(jì)算機(jī)控制方式，系統(tǒng)如圖1所示
　　本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中采用TP-801B型單板機(jī)作為控制主機(jī)。采用的儀器有YSI-54A型溶解氧測(cè)定儀，PHS-3C型pH計(jì)，PY33-2型數(shù)字式溫度計(jì)和自行研制的SV測(cè)定儀。
　　活性污泥體積比(SV)測(cè)定儀的原理是利用活性污泥在玻璃管中沉淀時(shí)有一個(gè)十分清晰的泥水界面的現(xiàn)象，當(dāng)一束光通過(guò)沉淀管時(shí)由于泥水界面的位置不同，在另一側(cè)被照射的硅光電池的個(gè)數(shù)不同，引起光電池組輸出的電信號(hào)變化。這一電信號(hào)送入計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)處理就可得出SV值。SV測(cè)定儀的原理如圖2所示。

二、活性污泥法自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　本控制系統(tǒng)中的控制量為DO和SV，根據(jù)一般污水處理廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，DO應(yīng)控制在1.5～2.0mg/L之間，SV應(yīng)控制在15—30%之間，設(shè)DO的調(diào)節(jié)量為V，SV的調(diào)節(jié)量為fd，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:

　　控制系統(tǒng)的信號(hào)輸入輸出關(guān)系如圖3所示。
　　計(jì)算機(jī)輸出控制和報(bào)警兩類信號(hào)。控制信號(hào)包括1 # 、2 # 、3 # 供氣電磁閥的開(kāi)閉，SV測(cè)定儀的開(kāi)關(guān)，污泥回流泵的開(kāi)關(guān)。報(bào)警信號(hào)有DO、pH、T、SV的超限報(bào)警和DO、SV的系統(tǒng)報(bào)警，系統(tǒng)報(bào)警指當(dāng)參數(shù)超限而系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力已達(dá)到最大值，不能再進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)的報(bào)警。

　　本計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行程序包括一個(gè)主程序、四個(gè)中斷服務(wù)程序和五個(gè)采樣子程序。主程序的主要功能是顯示時(shí)間和掃描鍵盤(pán)。為在自動(dòng)采樣時(shí)間以外仍能以手動(dòng)方式測(cè)試DO、pH、T三個(gè)參數(shù)，系統(tǒng)選擇了三個(gè)數(shù)字鍵07，08，09分別表示DO、pH和T。在執(zhí)行鍵盤(pán)掃描時(shí)，發(fā)現(xiàn)這三個(gè)鍵之一按入則轉(zhuǎn)入相應(yīng)采樣程序，然后打印出測(cè)定結(jié)果。主程序框圖如下:

　　中斷服務(wù)程序包括SV測(cè)定儀開(kāi)、關(guān)中斷，回流泵開(kāi)、關(guān)時(shí)間中斷和采樣中斷。當(dāng)設(shè)定的采樣時(shí)間一到，主程序轉(zhuǎn)入執(zhí)行采樣中斷服務(wù)程序，它順序調(diào)用四個(gè)采樣子程序，完成DO、pH、T、SV的數(shù)據(jù)采集、控制信號(hào)發(fā)出、結(jié)果打印等一系列工作。子程序的作用是分別采集DO、pH、T、SV信號(hào)，進(jìn)行比較、判斷，置報(bào)警標(biāo)志。這里僅介紹兩個(gè)主要的子程序，DO采樣子程序和SV測(cè)定子程序。
　　DO采樣子程序的功能是將采集的DO值與設(shè)定值進(jìn)行比較，檢查供氣閥的開(kāi)關(guān)狀況，輸出調(diào)節(jié)信號(hào)，設(shè)置報(bào)警。該程序的框圖如下。
　　SV采樣子程序的功能是輸出信號(hào)控制SV 測(cè)定儀的運(yùn)行，采入SV值與設(shè)定值進(jìn)行比較，輸出信號(hào)調(diào)節(jié)污泥回流泵的回流時(shí)間，設(shè)置報(bào)警標(biāo)志。子程序框圖如圖6。

三.溶解氧控制與沖擊負(fù)荷試驗(yàn)

　　溶解氧控制與沖擊負(fù)荷試驗(yàn)是模擬污水處理廠出現(xiàn)沖擊負(fù)荷時(shí)的情況進(jìn)行的對(duì)比試驗(yàn)。當(dāng)沖擊負(fù)荷到來(lái)時(shí)，曝氣池的需氧量增加，采用計(jì)算機(jī)控制可及時(shí)提高或降低曝氣量。實(shí)驗(yàn)在曝氣池穩(wěn)定運(yùn)行以后，提高負(fù)荷一倍運(yùn)行兩小時(shí)，再恢復(fù)原負(fù)荷運(yùn)行，觀察和比較系統(tǒng)在受計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制和不受計(jì)算機(jī)控制兩種條件下的運(yùn)行情況。
用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制的實(shí)驗(yàn)歷時(shí)10h，計(jì)算機(jī)每10 min ，檢測(cè)打印出DO數(shù)值，并發(fā)出控制信號(hào)。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后每一小時(shí)測(cè)一次二沉池出水的TOC值。常負(fù)荷和提高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，進(jìn)水總有機(jī)碳濃度分別是81.4mg/L和174.3mg/L。曝光池停留時(shí)間為4h，DO設(shè)定區(qū)間為1.5～2.0mg/L。無(wú)自動(dòng)控制對(duì)比實(shí)驗(yàn)，曝氣量恒定為0.75m 3 /hr，其它條件與上實(shí)驗(yàn)相同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7、8、9所示。
　　圖7表明在同樣沖擊負(fù)荷下，有計(jì)算機(jī)控制時(shí)，沉淀池出水水質(zhì)一直比較穩(wěn)定，而無(wú)計(jì)算機(jī)控制時(shí)，沉淀池3h后出水TOC濃度有顯著提高。

　　圖8和圖9表明，有計(jì)算機(jī)控制時(shí)DO基本上被控制在設(shè)定區(qū)間內(nèi)。當(dāng)沖擊負(fù)荷到來(lái)時(shí)，DO從1.6mg/L降至1.4mg/L，而后計(jì)算機(jī)發(fā)出提高供氣量的信號(hào)，DO很快回升到2.0mg/L。在無(wú)計(jì)算機(jī)控制條件下，當(dāng)沖擊負(fù)荷到來(lái)時(shí)，由于系統(tǒng)不能自動(dòng)調(diào)節(jié)氣量，致使DO從2.0mg/L下降至0.7mg/L。由圖8、圖9的氣量曲線可計(jì)算曝氣池的供氣情況，經(jīng)計(jì)算可得到有計(jì)算機(jī)控制時(shí)平均進(jìn)氣量為0.667m 3 /h，而無(wú)計(jì)算機(jī)控制時(shí)平均進(jìn)氣量為0.750m 3 /h。有計(jì)算機(jī)控制比無(wú)計(jì)算機(jī)控制時(shí)單位時(shí)間可節(jié)省供氣量0.083m 3 。

四結(jié)論

　　采用計(jì)算機(jī)控制可使活性污泥法中的曝氣池處于良好的溶解氧條件下，同時(shí)可提高活性污泥法系統(tǒng)對(duì)沖擊負(fù)荷的適應(yīng)能力，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定，使池中DO保持在較佳狀況，因此可以節(jié)省曝氣池的供氣量，降低運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力費(fèi)用。
　　參考文獻(xiàn)(略)