精确曝气系统是一个集成的控制系统，主要用于污水处理厂的生化处理过程。该系统的核心目标是实现生化处理工艺的稳定运行和出水的稳定标准，从而降低污水处理厂的运行成本。该系统采用“前馈+模型+反馈”的多参数控制策略，根据实际工艺流程、曝气管道布局、水流走向等因素，将生化池的曝气区域划分成若干溶解氧控制区作为受控单元，并对控制区设置溶解氧设定值作为控制目标。

精确曝气系统可实现间歇曝气、微曝气、正常曝气、溶解氧分布控制等各种复杂的供气方案，以满足污水处理厂各种工艺需求。该系统通过模型计算每个受控单元的需气量（设定气量）及所有受控单元的总需气量（即设定总气量），然后由系统控制柜向鼓风机主控柜MCP发出指令，通过鼓风机导叶或变频器进行气量调节，使鼓风机输出与总需气量匹配的实际曝气量。再通过同时调节多个电动空气流量调节阀的开度，使曝气支管供给各个受控单元的实际气量与其所需气量匹配，实现了按需供气和按需配气。

通过这些方式，精确曝气系统能够提高污水处理厂的自动化和精细化程度，帮助污水处理厂实现节能降耗，降低运行成本。在实际应用中，还需要根据具体工况和工艺需求，对系统进行适当的调整和优化，以充分发挥其功能和性能。

精确曝气系统的硬件设备主要包括以下几类：

1. 精确曝气系统控制装置：该装置负责接收和解析控制系统发出的指令，根据指令调节鼓风机的输出和各个曝气盘/管的开度，以实现精确曝气，是精确曝气系统的核心。

2. 鼓风机：鼓风机是精确曝气系统的气源提供设备，负责提供适合的压力和流量的压缩空气。它负责将空气输送到曝气盘/管，以满足生化反应所需的氧量和保持混合液处于悬浮状态。

3. 鼓风机MCP柜：集成了多种控制和监测功能的柜子，用于精确控制鼓风机的运行，以满足污水处理工艺的需求。

4. 气体流量计：流量计用于监测和控制气体流量，确保曝气量符合工艺需求。

5. 曝气盘/管：曝气盘/管负责将空气分散成小气泡，增大空气和混合液之间的接触面积，从而促进氧气的溶解。根据分散气泡的大小，扩散器可分为小气泡、中气泡、大气泡和微气泡扩散器等类型。

6. DO（溶解氧）现场仪表：用于实时监测曝气池中的溶解氧浓度，将数据反馈给控制系统，以调整曝气量。

7. 氨氮在线仪表：实时监测废水中的氨氮浓度，提供数据支持，通过精确控制曝气量，可以有效地提高氨氮的去除效率，减少废水中的氨氮含量，从而达到排放标准。

8. 电动菱形调节阀：控制和调节曝气量的大小，以满足生物反应器对溶解氧的需求。通过接收来自控制系统的指令，调节阀的开度，控制曝气盘/管的曝气量，以维持生物反应器中的溶解氧浓度在一个适宜的范围内。

9. 气体压力变送器：实时监测气体压力，并将压力信号转换为标准的电信号输出。通过与控制系统的配合使用，能够实现对气体压力的精确控制，保证曝气设备的正常运行和处理效率，提高整个处理过程的稳定性和可靠性。

1. 电动菱形调节阀

（1）电动菱形调节阀的工作原理

当控制系统发出指令时，控制信号通过线路传递至电动执行器。电动执行器接收到控制信号后，将电能转换为机械能，驱动阀杆旋转。阀杆的旋转通过螺纹副将旋转运动转化为直线运动，从而带动阀门的开启或关闭。在阀门开启时，阀门通过旋转运动转化为直线运动向下运动，同时利用阀座与阀板之间的压力将阀门紧密密封，以保证介质不会外泄。在阀门关闭时，阀门通过电机带动的阀杆上升，将阀门关闭，起到截止介质的作用。当控制信号停止后，电动执行器将停止工作，并通过阀芯自身重力或弹簧等方式将阀芯定位在设定的位置。

（2）电动菱形调节阀的作用

调节流量：可以根据实际需求精确地控制流量，实现流量的快速、稳定和精确调节。

切断功能：在流体管路中，电动菱形阀可以作为可靠的切断装置使用，实现管路的开启和关闭，保障系统的安全运行。

保护作用：当管路中的流体温度、压力等参数超过安全范围时，电动菱形阀能够快速响应，自动切断或调节流体流量，防止事故发生。

（3）电动菱形调节阀技术参数

调节范围：电动菱形阀的调节范围为0-100%，调节特性成线性比例，可以根据需要进行精确的调节。

压力损失：阀门压力损失小于10mbar，满足ATV推荐标准，在工作过程中能保持较低的压力损失，从而提高系统的工作效率。

严密性：关断严密，零泄漏，这表明该阀门在关闭时具有良好的密封性能，能够有效地防止气体或液体的泄漏。

对夹连接形式：采用对夹连接形式，法兰标准为DIN2501，压力等级PN10。

配套附件：电动执行机构，供电电源为380V，50Hz。

环境适应性：满足户外使用要求，防护等级为IP65，环境使用温度范围为-25℃~+80℃。

（4）电动菱形调节阀的优缺点

优点

结构简单，操作方便：电动菱形阀结构紧凑，操作简单，维护方便，能够适应各种复杂的流体管路系统。

调节性能好：电动菱形阀的调节性能优异，能够实现流量的快速、稳定和精确调节，提高系统的控制精度。

切断可靠：电动菱形阀的切断性能稳定可靠，能够保证管路系统的安全运行。

耐腐蚀性强：电动菱形阀的材质具有良好的耐腐蚀性，能够适应各种腐蚀性流体介质，延长阀门的使用寿命。

缺点

成本较高：相对于一些传统的阀门，电动菱形阀的成本较高，会增加整个系统的成本。

对电源依赖性强：电动菱形阀需要电源供电，如果电源出现故障，阀门将无法正常工作。

流体阻力较大：由于电动菱形阀的结构特点，流体通过阀门时会产生一定的阻力，影响流体的流量和压力。

2. 气体压力变送器

（1）气体压力变送器的工作原理

气体压力变送器的工作原理是当气体压力作用于传感器时，传感器将压力转换成电信号，再经过放大器放大，最后输出标准电流信号或电压信号。其原理主要基于压力与电信号之间的转换关系，通过测量气体的压力并将其转换为可测量的电信号，实现对气体压力的测量。

气体压力变送器的核心是传感器部分，其能够感知气体压力并将其转换为相应的电信号。传感器内部通常包括敏感元件和转换元件。敏感元件用于感受气体压力，而转换元件则将感受到的压力转换成电信号。在电信号的输出过程中，需要进行适当的放大和调整，以确保输出的准确性和稳定性。

气体压力变送器的输出信号通常为4-20mA或0-5V的电流或电压信号，这种标准信号能够被大多数控制系统所接收并处理。此外，气体压力变送器还具有零位调整功能，可以在无气体压力的情况下调整零位输出，以减小误差和提高测量精度。

（2）气体压力变送器的作用

在精确曝气系统中，压力变送器的作用是测量和监测气体压力，并将压力信号转换为标准的电信号输出。压力变送器通常由一个密封的弹性膜片和电子元件组成，当膜片受到气体压力作用时，它会变形并压缩膜片内的气体或液体。这些电子元件会检测膜片的变形量并将其转换为电信号。这个电信号与压力成正比，因此可以通过它来测量气体压力。

通过安装和使用压力变送器，可以实现对气体压力的实时监测和控制。在曝气池中，气体的压力变化会影响到曝气效果和氧气的传递效率。如果压力过高或过低，可能会导致曝气设备的损坏或影响处理效果。因此，通过压力变送器的监测和控制，可以及时发现和解决潜在的问题，保证曝气设备的正常运行和处理效率。

此外，压力变送器输出的电信号还可以被控制系统接收并处理。这些电信号可以作为控制系统的反馈信号，用于调节曝气设备的运行参数，如电动菱形阀的开启程度、气体的流量等。通过与控制系统的配合使用，压力变送器能够提高曝气系统的自动化程度和稳定性，降低人工干预和操作难度，提高整个处理过程的效率和可靠性。

（3）气体压力变送器的技术参数

测量范围：气体压力变送器的测量范围通常为0-100kPa、0-200kPa、0-500kPa等，根据实际需求选择合适的测量范围。

精度：气体压力变送器的精度一般较高，可达到±0.25%F.S、±0.5%F.S等，但精度越高价格也越贵。

稳定性：气体压力变送器的稳定性很重要，稳定性好的产品能够保证长期稳定运行。

温度影响：气体压力变送器应具有温度补偿功能，以减小温度对测量结果的影响。

（4）气体压力变送器的优缺点

优点

测量精度高：能够准确地测量气体压力，并转换为相应的电信号输出。

稳定性好：经过精密的加工和校准，使得气体压力变送器具有良好的稳定性。

可靠性高：具有较高的抗干扰能力和防震能力，能够在恶劣的环境下稳定运行。

使用方便：气体压力变送器可以直接输出电信号，方便与控制系统连接。

缺点

价格较高：由于其技术含量较高，因此价格相对较高。

维护困难：对于一些复杂的环境和安装位置，气体压力变送器的安装和维护可能比较困难。

对气体流速和温度敏感：气体压力变送器对气体流速和温度的变化较为敏感，可能会影响测量精度。

3. 热质气体流量计

（1）工作原理

利用热扩散原理测量气体流量的仪表。传感器由两个基准级热电阻（RTD）组成，一个是速度传感器RH，一个是测量气体温度变化的温度传感器RMG。当流体流过发热物体时，发热物体的热量散失多少与流体的流量呈一定的比例关系。该系列流量计的传感器有两只标准级的RTD，一只用来做热源，一只用来测量流体温度，当流体流动时，两者之间的温度差与流量的大小成线性关系，再通过微电子控制技术，将这种关系转换为测量流量信号的线性输出。

（2）作用

热质气体流量计在精确曝气中起着重要的作用。例如，它可以监测气体流量，优化曝气量，指导工艺调整，预警与故障排除等。通过合理使用热质气体流量计，可以提高污水处理效果和处理效率，同时也有助于节约能源。

（3）技术参数

热质气体质量流量计的技术参数包括以下几个方面：

测量范围：热质气体质量流量计的测量范围取决于具体型号和规格，通常覆盖较广的流量范围，能够满足不同流量的测量需求。

准确度：热质气体质量流量计的准确度通常较高，可以达到±1%的读数或±0.5%满量程。这有助于确保测量结果的可靠性。

量程比：热质气体质量流量计的量程比通常较大，能够满足不同流量变化范围的测量需求。

响应速度：热质气体质量流量计的响应速度较快，可以快速地响应流量的变化。

重复性：热质气体质量流量计的重复性较好，能够提供一致的测量结果。

测量介质：热质气体质量流量计适用于各种气体介质的测量，包括空气、氮气、氧气、氢气等单一或混合气体。

环境温度范围：热质气体质量流量计的环境温度范围根据具体型号和规格而定，一般较宽，能够适应不同温度环境下的测量需求。

介质温度范围：热质气体质量流量计的介质温度范围也较宽，能够适应不同温度气体介质的测量需求。

传感器材质：热质气体质量流量计的传感器材质根据具体型号和规格而定，一般采用不锈钢、钛等耐腐蚀、耐高温材料制成。

输出信号：热质气体质量流量计的输出信号可以是4-20mA电流信号、脉冲信号、RS-485通讯协议等。

防护等级：热质气体质量流量计的防护等级根据具体型号和规格而定，一般较高，能够适应各种复杂环境下的测量需求。

（4）热质气体质量流量计优缺点

优点

高精度测量：热质气体质量流量计的测量原理使其能够直接测得流体的质量流量，无需温压补偿，精度可达±1%FS。

宽量程比：热质气体质量流量计量程比可达100：1，流量测量下限极低，几乎从零开始测量，适合大管径、低流速场合。

安装、维护成本低：热质气体质量流量计结构简单，一般不需维护，如果需要维护，可以实现在线不停产插拔维护。

无压力损失：热质气体流量计几乎无压力损失，不会对管道中介质的压力造成影响。

可测量混合气体：热质气体质量流量计可以测量混合气体，能够适应多种气体的测量需求。

缺点

长期使用可能会导致传感器磨损或污染，影响测量精度。

对于高温、高压或腐蚀性气体，可能需要特殊的材料和工艺来制造传感器，增加了制造成本和维护难度。

热质气体流量计的响应速度相对较慢，对于快速变化的气体流量可能无法及时跟踪和测量。

4. 鼓风机MCP柜

鼓风机MCP柜是一个集成了多种控制和监测功能的柜子，用于精确控制鼓风机的运行，以满足污水处理工艺的需求。

主要功能和作用：

控制功能：MCP柜通过接收来自控制系统的指令，调节鼓风机的运行参数，如风量、风压、转速等，以实现精确曝气。此外，MCP柜还可以监测鼓风机的运行状态，如电流、电压、温度等，并将这些信息反馈给控制系统。

安全保护：MCP柜配备有多种安全保护装置，如过载保护、短路保护、过热保护等，以确保鼓风机在异常情况下能够迅速停机，防止设备损坏和事故发生。

通讯功能：MCP柜具备与上位机通讯的功能，能够接收来自上位机的控制指令，并将鼓风机的工作状态和运行参数实时传输给上位机。这有助于实现远程监控和控制，提高管理效率。

人机界面：MCP柜通常配备有触摸屏或液晶显示屏，可以实时显示鼓风机的工作状态和运行参数。操作人员可以通过界面进行参数设置、控制指令输入等操作，方便快捷。

可扩展性：MCP柜的设计考虑了未来扩展的需求，可以通过增加模块或插件来实现功能的升级和扩展，以适应不断变化的工艺需求和技术发展。