Orbal氧化沟生物脱氮工艺溶解氧控制装置及其方法

摘要

Orbal氧化沟脱氮工艺溶解氧控制装置及方法属于活性污泥法的智能控制领域。现有工艺恒定曝气的运行方法，脱氮效果差，浪费能耗。本发明计算机的数据信号输出接口连接过程控制器相连，过程控制器中设置外沟曝气变频控制器，通过过程控制器的输出端与外、中、内沟道变频鼓风机相连接；变频鼓风机同外、中、内沟道曝气头相连。根据分析的进水水质，通过活性污泥反应动力学计算，确定各沟道初始溶解氧设定值，并由计算机控制过程控制器，通过三沟道的曝气变频控制器控制鼓风机的曝气量；当水质水量发生改变时，通过各沟道内溶解氧的变化情况及设定规则，调整鼓风机曝气量。本发明总氮去除率在80％以上，节约曝气能耗30％以上。

说明书

技术领域

本发明所属的技术领域为活性污泥法污水生物处理系统智能控制领域。

背景技术

Orbal氧化沟系统及其脱氮运行存在的问题

1、Orbal氧化沟系统是一种多沟道(通常为三沟)的单污泥延时曝气活性污泥法系统。污水和回流污泥由外沟道进入系统，依次流经中沟和内沟后进入二沉池。每一个沟道都是一个相对独立的完全混合系统，混合液在其中不断进行循环流动。在典型的三沟道系统中，外沟、中沟和内沟的溶解氧(DO)一般大致控制在0～0.5mg/l、0.5～1.5mg/l和2～5mg/l之间。这种溶解氧的阶梯分布有利于节约曝气能耗，同时可以为生物脱氮创造条件。外沟内的亏氧状态提高了供氧的利用率，同时较低的溶解氧浓度和较丰富的含碳有机物，也提供了反硝化的条件。内沟相对较高的溶解氧浓度可以保证有机物去除和硝化作用；中沟可以发挥“摆动”沟道的作用，当反硝化效果不好时，中沟采用较低的溶解氧浓度强化反硝化作用，当硝化效果不好时，中沟采用较高的溶解氧浓度强化硝化作用。氧化沟工艺系统具有处理效果稳定，运行管理简便等特点，在城市污水处理中得到了广泛应用。目前我国在建城镇污水厂中有一半以上都采用氧化沟工艺。

2、溶解氧(DO)控制在污水处理中的应用

随着我国水体富营养化问题的加剧，城镇污水厂排放标准中，对出水氮的要求更加严格。由于缺乏有效的控制和管理手段，造成目前许多污水厂出水总氮浓度过高，并没有发挥氧化沟工艺的节能优势和脱氮功能，甚至不能发挥正常的有机物降解和硝化功能。目前，许多国内污水处理厂虽然都安装了溶解氧(DO)仪、氧化还原电位(ORP)仪和pH仪等在线监测仪表，但是在实际运行过程中，由于缺乏管理经验和专业知识，不得不仍然沿用传统的恒定曝气量的方法。恒定曝气量的运行方式很难适应水质水量的变化，并根据反应进程调节曝气量，因而会造成大量的能耗浪费，并导致脱氮效果不理想和系统运行的不稳定。曝气池中氧气不足和过量都会导致污泥生存环境的恶化，引起处理效果下降并导致系统的不稳定运行：当氧气不足时，一方面由于曝气池中丝状菌会大量繁殖，最终产生污泥膨胀；另一方面由于其他细菌的生长速率降低而引起的出水水质下降。而当氧气过量(即过量曝气)则会引起由于活性污泥絮体遭到破坏而导致悬浮固体沉降性变差，同时使曝气能耗过高。

发明内容

技术原理

实现Orbal氧化沟的高效脱氮过程就在于：在反硝化主要发生的外沟道，实现最大程度的氨氮氧化(硝化过程)和硝态氮去除(反硝化过程)。但是，一方面硝化和反硝化过程是相互促进的过程，只有较高的硝化反应，才能为反硝化反应提供充足的反应底物；另一方面，两个反应对于反应条件的要求不同：氨氮氧化的硝化过程是需要氧参与的过程，要求体系内一定的溶解氧浓度；而硝态氮去除的反硝化过程是不需要氧的，随着溶解氧浓度的提高，反硝化过程会被抑制甚至完全停止。因此，确定合适的溶解氧，使Orbal氧化沟的外沟硝化，尤其是反硝化过程能够达到最大的反应速率，并实现外沟道内最大程度的总氮去除，是本脱氮系统设计的关键。

本发明中，通过现有的活性污泥反应动力学的计算，并结合大量实际运行数据，分析了外沟道内氨氮、硝态氮和亚硝态氮浓度的变化情况同溶解氧浓度的关系，发现在特定的溶解氧值条件下可以达到硝化和反硝化过程两者最优组合，使外沟道内的总氮浓度值达到最小值，如附图1所示：

在溶解氧小于某一特定值范围内，随着溶解氧的增加，氨氮氧化作用不断增强，氨氮浓度不断降低，同时硝态氮浓度增加不明显，说明在这一较低的溶解氧范围内，硝化效果在加强的过程中，反硝化效果没有受到溶解氧增加的影响，总氮(在城市污水和生活污水中，总氮主要以氨氮和硝态氮两种形式存在)去除不断得到加强；而在特征点处，此时总氮浓度达到最低点，说明总氮在该溶解氧条件下达到了最大的去除效果，则此时的溶解氧值为外沟道内最佳设定值(外沟道的反硝化作用是系统脱氮运行的关键，硝化作用可以在中沟道和内沟道中得以确保)；在特征点之后，随着溶解氧浓度的增加，硝化效果进一步加强，氨氮浓度进一步降低；但是反硝化效果急剧恶化，硝态氮浓度不断升高，表现在总氮上就是总氮值不断升高。在连续流系统中，运行条件适当的情况下，亚硝态氮的浓度始终保持很低。

虽然外沟道最佳的溶解氧浓度值受到进水有机物浓度、氮元素浓度以及反应器特性，如水力停留时间，污泥浓度，污泥龄和污泥回流比等影响，但是客观上存在一个溶解氧值，在该溶解氧条件下，可以实现外沟道的总氮值为最小。

由于中沟道和内沟道较高的溶解氧浓度，同时缺乏反硝化过程中需要的碳源，所以在系统脱氮中的作用有限，但是控制其溶解氧浓度在一定范围内，可以保证系统的正常运行前提下，节约曝气能耗。

技术方案

一种Orbal氧化沟生物脱氮工艺的溶解氧控制装置，包括进水水箱A，同心三沟道串联布置的Orbal氧化沟B，沉淀池C和计算机控制系统D四大部分组成(参见附图2)，进水由水箱A依次连接进水泵，经过进水管2和进水口3连接Orbal氧化沟B的外沟道4；在外、中、内沟道内设曝气头，推流泵，搅拌器，内沟道连接沉淀池C；

在Orbal氧化沟反应器B的外沟道4，中沟道9和内沟道14中分别设置外沟道溶解氧传感器26，中沟道溶解氧传感器27和内沟道溶解氧传感器28，上述传感器分别通过导线与外沟溶解氧测定仪29、中沟溶解氧测定仪30和内沟溶解氧测定仪31连接后，与计算机32的数据信号输入接口33连接；

其特征在于：计算机的数据信号输出接口34经导线连接过程控制器35的输入端36相连，过程控制器35中设置外沟曝气变频控制器37、中沟曝气变频控制器38和内沟曝气变频控制器39，通过过程控制器的输出端40，分别与外沟道变频鼓风机41、中沟道变频鼓风机42和内沟道变频鼓风机43相连接；外沟道变频鼓风机41、中沟道变频鼓风机42和内沟道变频鼓风机43分别通过外沟道曝气管44、中沟道曝气管45和内沟道曝气管46，同外沟道曝气头5、中沟道曝气头11和内沟道曝气头16相连。

本发明提供一种Orbal氧化沟生物脱氮工艺的溶解氧控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)启动进水泵连续进水，启动曝气鼓风机向三沟道曝气，启动搅拌器搅拌，启动推流泵推动混合液循环流动；启动污泥回流泵连续回流二沉池污泥。

2)根据分析的进水水质情况，通过现有的活性污泥反应动力学计算，同时结合大量实验确定相应进水条件下的溶解氧设定值，设定初始的外沟道、中沟道和内沟道的溶解氧初始值，设定值由计算机输出控制信号给过程控制器，过程控制器通过三沟道的曝气变频控制器分别控制变频鼓风机的曝气量；

外沟道溶解氧设定值DOref1：取使外沟道内总氮浓度值为最小值(如附图1所示特征点处)条件下的溶解氧浓度(由于溶解氧的存在对于反硝化过程的强烈抑制作用，所以外沟道溶解氧的范围一般都在0～0.4mg/l)；中沟道溶解氧设定值DOref2：取使中沟道内氨氮浓度小于8.0mg/l的最小的溶解氧浓度；内沟道溶解氧设定值DOref3取使内沟道内氨氮浓度小于1.0mg/l的最小的溶解氧浓度。(中沟道氨氮浓度小于8mg/l以及内沟道氨氮浓度小于1.0mg/l的浓度值设定条件是，当原污水中氨氮浓度小于100mg/l。当处理氨氮浓度较高的污水时，因根据该污水的氨氮排放标准，确定相应的控制规则中沟道和内沟道中的氨氮设定值。)

以上这些数据均可调整，且调整技术方案均为本领域人员的公知技术常识。所以在本发明的原则范围内，对技术方案的数据调整，应该视为不脱离本发明的保护范围。

3)读取各个沟道内的溶解氧的信号，作为Orbal氧化沟脱氮过程的过程实时控制参数；当进水水质改变而曝气量不变的情况，三个沟道内的溶解氧值会发生变化，当发生下列条件之一，计算机发出指令，通过过程控制器控制曝气变频控制器，改变变频鼓风机的输出风量，实现对于曝气量的调节。

A.对于外沟道的控制条件为：①溶解氧设定值DOref1与溶解氧实测值DO1的差值的绝对值大于0.1mg/l时，且持续时间大于30分钟；②外沟道溶解氧实测值DO1小于外沟道溶解氧的下限设定值，且持续时间大于15分钟；③溶解氧实测值DO1大于外沟道溶解氧的上限设定值，且持续时间大于15分钟；

B.对于中沟道的控制条件为：①溶解氧设定值DOref2与溶解氧实测值DO2的差值的绝对值大于0.2mg/l时，且持续时间大于30分钟；②中沟道溶解氧实测值DO2小于中沟道溶解氧的下限设定值，且持续时间大于15分钟；③溶解氧实测值DO2大于中沟道溶解氧的上限设定值，且持续时间大于15分钟；

C.对于内沟道的控制条件为：①溶解氧设定值DOref3与溶解氧实测值DO3的差值的绝对值大于0.5mg/l时，且持续时间大于30分钟；②内沟道溶解氧实测值DO3小于内沟道溶解氧的下限设定值，且持续时间大于15分钟；③溶解氧实测值DO3大于内沟道溶解氧的上限设定值，且持续时间大于15分钟。

控制规则的制订本着及时、可靠和可操作性强的原则，考虑适当的控制反应时间，避免短时间内由于溶解氧在线测定仪的误差和受干扰造成的测量信号的不准确，而造成频繁改变曝气量的情况的发生；同时考虑曝气量改变频率在工程中的可行性。

当Orbal氧化沟用于处理工业废水时，以上脱氮过程的溶解氧控制方法仍然适用，但是具体的设定值，需要结合污水水质和模型的运行参数，具体情况具体分析，通过动力学计算综合确定最佳的控制条件，如各沟道的氨氮控制浓度等。

采用在线溶解氧(DO)浓度作为控制参数，主要有以下几点原因：(1)可行性，目前许多城市污水处理厂都安装了DO传感器和PLC控制系统，具有实现的客观条件；(2)相关性，目前大量的研究已经表明，DO浓度同污水处理中的有机物降解、硝化和反硝化过程关系紧密；(3)DO浓度在线传感器具有响应时间短和精度高等特点；(4)可靠性强，因为DO浓度是影响污水生物处理系统的最为重要的运行参数之一，DO控制可以保证在一定范围内活性污泥系统的正常运行；同时与目前开发出能在线测定有机物、氮、磷的传感器相比，DO传感器具有价格低廉、维护费用低以及稳定性强，可以方便的与计算机接口等特点。

随着氧化沟工艺的日益普及和广泛应用，基于溶解氧控制的Orbal氧化沟生物脱氮及节能运行系统，可根据原水水质水量变化实时控制曝气量，不仅可以避免传统控制方法造成的脱氮效率低，能耗高和运行系统不稳定的缺点，提高脱氮效率并且降低运行能耗，而且对于进一步实现和丰富活性污泥法的在线模糊控制有重要的理论意义与应用价值。

本发明的Orbal氧化沟的溶解氧控制方法，与现有Orbal氧化沟常用的恒曝气量或者恒溶解氧控制方法相比，具有以下优点：

(1)节能效果明显：能够使曝气量尽量同微生物的需氧量相一致，避免了曝气不完全引起的硝化不完全和有机物降解不彻底，污泥发生膨胀；以及曝气过量引起的能量浪费和系统的微生物絮体结构被破坏等不稳定运行状态。同传统的恒定曝气量相比，可以节约曝气能耗在30％以上。

(2)脱氮效果好：本发明在充分发挥外沟道反硝化潜力的基础上，在不外投加反硝化碳源的情况下，仅利用原水中的碳源进行反硝化，反硝化效果明显提高。而目前Orbal氧化沟的脱氮控制一般只考虑对于外沟道的反硝化作用，对于中沟道的强化脱氮作用和内沟道的节能作用考虑不足。在原水中碳源充足的条件下，可以实现80％以上的总氮去除率，出水氨氮小于1mg/l，总氮小于10mg/l。

(3)硝化和反硝化发生在同一个反应器内，同目前的顺序硝化-反硝化工艺相比，具有流程简化，节约硝化液内回流的能量消耗；不投加外碳源，充分利用原污水中有机物作为反硝化碳源，节省碳源投加操作过程及费用投入等优点。

附图说明

图1是外沟道溶解氧变化过程中，外沟道内氨氮、硝态氮、亚硝态氮及总氮的变化情况；

图2是该实验装置结构示意图；

1进水泵；2进水管；3进水口；4外沟道；5外沟道曝气头；6外沟道推流泵；7外沟道搅拌器；8穿孔挡板；9中沟道；10外沟道与中沟道的连通口；11中沟道曝气头；12中沟道搅拌器；13中沟道推流泵；14内沟道；15中沟道与内沟道的连通口；16内沟道曝气头；17内沟道推流泵；18内沟搅拌器；19出水口；20氧化沟出水管；21沉淀池出水管；22污泥回流泵；23污泥回流管；24污泥回流口；25沉淀池排泥管；26外沟道溶解氧传感器；27中沟道溶解氧传感器；28内沟道溶解氧传感器；29外沟溶解氧测定仪；30中沟溶解氧测定仪；31内沟溶解氧测定仪；32计算机；33计算机的数据信号输入接口；34计算机的数据信号输出接口；35过程控制器；36过程控制器的输入端；37外沟曝气变频控制器；38中沟曝气变频控制器；39内沟曝气变频控制器；40过程控制器的输出端；41外沟道变频鼓风机；42中沟道变频鼓风机；43内沟道变频鼓风机；44外沟曝气管；45中沟曝气管；46内沟曝气管

图3是本发明Orbal氧化沟生物脱氮溶解氧控制装置与方法的实时控制流程图。

图4是应用本发明Orbal氧化沟生物脱氮溶解氧控制方法处理城市污水的处理效果。

图5是应用本发明Orbal氧化沟生物脱氮溶解氧控制方法处理低碳氮比生活污水的处理效果。

具体实施方式

结合实施例，本发明工艺的具体操作运行工序如下：

具体实施方式1：某市城市污水的处理

实验用水为华北地区某城市污水处理厂曝气沉砂池出水，其代表性水质主要为：COD210～400mg/l，均值288mg/l；BOD₅130～210mg/l，均值为147mg/l，NH₄⁺-N15～46mg/l，均值为29mg/l，总氮(TN)主要由氨氮组成，均值为29.5mg/l。每天取样分析一次，试验中采用的分析方法均是国家环保局发布的标准方法。

试验模型：Orbal氧化沟的有效容积设为330L，外沟道，中沟道和内沟道的容积分别为180L，85L和65L；反应器污泥浓度为3500mg/l，污泥龄为25天左右，反应温度为28℃；污泥回流量为进水流量的80％，进水水箱300L，二沉池有效容积100L，模型连续进水连续出水，Orbal氧化沟的水力停留时间为14小时。

本发明中设计应用的Orbal氧化沟生物脱氮溶解氧控制方法的实验装置，由以下部分和运行过程构成：

由进水水箱A，同心三沟道串联布置的Orbal氧化沟B，二沉池C和计算机控制系统D四大部分组成(参见附图2)。进水由水箱A经过进水泵1作用，经过进水管2和进水口3连续进入Orbal氧化沟B的外沟道4。

在外沟道经过曝气头5的曝气作用发生有机物去除和氨氮氧化反应，同时混合液在推流泵6的作用下在外沟道循环流动，在非曝气点发生硝态氮反硝化作用。在外沟道设置搅拌器7，强化混合效果并防止污泥沉淀。

外沟道混合液经过反应后，经过设置在外沟道4与中沟道9之间隔墙底部的连通口10重力流进入中沟道9。在中沟道经过曝气头11的曝气和中沟道推流泵13的推动作用下发生有机物降解、硝化/反硝化等过程，并使混合液在中沟道内循环流动。中沟道设置搅拌器12强化混合效果并防止污泥沉淀。

中沟道混合液经过反应后，经过设置在中沟道9与内沟道14之间隔墙底部的连通口15重力流进入内沟14。在内沟道曝气头16和内沟推流泵17的作用下主要发生有机物和硝化反应，并使混合液在内沟道循环流动。内沟道设置搅拌器18强化混合效果并防止污泥沉淀。

内沟道的混合液经过反应后，经过内沟道14内设置的出水口19和氧化沟出水管20重力流进入沉淀池C。混合液经过沉淀池C的固液分离后，上清液经过沉淀池出水管21排放；部分污泥经过污泥回流泵22和污泥回流管23，经过氧化沟上的污泥回流口24回流到外沟道4。部分污泥经过沉淀池C的排泥管25排出系统。

在Orbal氧化沟反应器B的外沟道4，中沟道9和内沟道14中分别设置外沟道溶解氧传感器26，中沟道溶解氧传感器27和内沟道溶解氧传感器28，上述传感器分别通过导线与外沟溶解氧测定仪29、中沟溶解氧测定仪30和内沟溶解氧测定仪31连接后，与计算机32的数据信号输入接口33连接。计算机的数据信号输出接口34经导线连接过程控制器35的输入端36相连，过程控制器35中设置外沟曝气变频控制器37、中沟曝气变频控制器38和内沟曝气变频控制器39，通过过程控制器的输出端40，分别与外沟道变频鼓风机41、中沟道变频鼓风机42和内沟道变频鼓风机43相连接，可以实现对相应鼓风机的频率控制。外沟道变频鼓风机41、中沟道变频鼓风机42和内沟道变频鼓风机43分别通过外沟道曝气管44、中沟道曝气管45和内沟道曝气管46，同外沟道曝气头5、中沟道曝气头11和内沟道曝气头16相连。

为了验证本发明中提出的Orbal氧化沟生物脱氮的溶解氧控制方法的效果和可操作性，设计了一套反应器，模拟工程氧化沟的反应器特征，与工程上应用的区别仅仅在于，实验模型在外沟设置穿孔的挡板8，以控制循环流速，更好地模拟氧化沟的循环流态。

结合附图2和附图3，本发明的具体控制过程如下：

1、应用本发明所提供的Orbal氧化沟生物脱氮溶解氧控制系统和装置，首先打开进水泵，连续向Orbal氧化沟的外沟道进水，每小时进水量为23.6L/h；检测进水水质，根据一定时间内进水水质确定曝气量，启动三沟道的曝气设备开始曝气，使压缩空气以微气泡的形式释放到反应器内，同活性污泥与污水的混合液充分接触；启动三沟道内的搅拌设备和推流设备进行搅拌和推流。开启污泥回流泵回流二沉池污泥。实现该系统的连续运行并达到稳定状态。

2、根据活性污泥反应动力学计算，结合反应器的大量实际运行数据，分析各个沟道之间的有机物浓度，氨氮和硝态氮浓度的变化同相应沟道内溶解氧浓度的关系，确定在该运行条件和该水质范围(典型值：COD均值288mg/l；BOD₅均值为147mg/l，NH₄⁺-N均值为29mg/l，总氮均值为29.5mg/l)内，外沟道内达到最小的总氮浓度出现点的溶解氧浓度值为0.30mg/l；确定中沟道确保沟道内氨氮浓度小于8mg/l的最小溶解氧浓度之为0.8mg/l；确定内沟道确保沟道内氨氮浓度小于1mg/l的最小溶解氧浓度为1.2mg/l。基于上述溶解氧值设定基于溶解氧浓度值的曝气量控制规则。(有机物浓度在此条件下，不成为出水的限制条件，出水基本保持在50mg/l以下。)

3、启动计算机，启动过程实时控制系统，开始检测三沟道内的溶解氧值，并根据设定值和检测值的绝对差值，以及溶解氧的设定限制和改变条件对于曝气变频控制器发出指令，改变(增大或者减小)变频风机的转速，从而根据溶解氧的变化改变曝气量，当各沟道内满足下列条件之一时执行改变：

A.对于外沟道的控制条件为：①溶解氧实测值DO1与溶解氧设定值DOref1(0.3mg/l)的差值的绝对值大于0.1mg/l时，且持续时间大于30分钟；②外沟道溶解氧实测值DO1小于0.1mg/l，且持续时间大于15分钟；③外沟道溶解氧实测值DO1大于0.5mg/l，且持续时间大于15分钟；

B.对于中沟道的控制条件为：①溶解氧实测值DO2与溶解氧设定值DOref2(0.8mg/l)的差值的绝对值大于0.2mg/l时，且持续时间大于30分钟；②中沟道溶解氧实测值DO2小于0.5mg/l，且持续时间大于15分钟；③中沟道溶解氧实测值DO2大于2.0mg/l，且持续时间大于15分钟；

C.对于内沟道的控制条件为：①溶解氧实测值DO3与溶解氧设定值DOref3(1.5mg/l)的差值的绝对值大于0.5mg/l时，且持续时间大于30分钟；②内沟道溶解氧实测值DO3小于0.5mg/l，且持续时间大于15分钟；③内沟道溶解氧实测值DO3大于3.0mg/l，且持续时间大于15分钟。

4、定期检测进水的水质变化情况，实时监控各个沟道内溶解氧的变化情况，对于曝气量进行调解。

当满足上述控制条件时，对于不同沟道的曝气量进行在线调节控制。

实验结果表明，参看附图4城市污水的处理效果，总氮去除效果大大提高，总氮平均去除率为74％，出水氨氮浓度保持在0.5mg/l以下，出水总氮在10mg/l以下。外沟道，中沟道和内沟道的溶解氧在典型水质条件下分别控制在0.3mg/l，0.8mg/l和1.2mg/l，大大降低了系统的曝气能耗。

具体实施方式2：某生活小区低碳氮比生活污水的处理

实验用水某生活小区化粪池内的生活污水，水质特点是碳氮比低，其代表性水质主要为：COD160～310mg/l，均值220mg/l；BOD₅100～165mg/l，均值为115mg/l，NH₄⁺-N58～108mg/l，均值为80mg/l，总氮(TN)59～110mg/l，主要由氨氮组成，均值为81mg/l，其碳氮比(COD/TN)只有2.75。每天取样分析一次，试验中采用的分析方法均是国家环保局发布的标准方法。

试验模型：Orbal氧化沟的有效容积设为330L，外沟道，中沟道和内沟道的容积分别为180L，85L和65L；反应器污泥浓度为5000mg/l，污泥龄为30天左右，反应温度为28℃；污泥回流量为进水流量的150％，进水水箱300L，二沉池有效容积100L，模型连续进水连续出水，Orbal氧化沟的水力停留时间为16.5小时。上述工况条件和设计参数主要是根据进水碳氮比低的水质特点，在大量实验的基础上，结合反应动力学计算确定，主要措施是提高污泥浓度，增加污泥回流比和延长水力停留时间。

实验装置及运行过程如上述实时方式1种所述。

结合附图2和附图3，本发明的具体控制过程如下：

1、应用本发明所提供的Orbal氧化沟生物脱氮溶解氧控制系统和装置，首先打开进水泵，连续向Orbal氧化沟的外沟道进水，每小时进水量为20.0L/h；检测进水水质，根据一定时间内进水水质确定曝气量，启动三沟道的曝气设备开始曝气，使压缩空气以微气泡的形式释放到反应器内，同活性污泥与污水的混合液充分接触；启动三沟道内的搅拌设备和推流设备进行搅拌和推流。开启污泥回流泵回流二沉池污泥。实现该系统的连续运行并达到稳定状态。

2、根据活性污泥反应动力学计算，结合反应器的大量实际运行数据，分析各个沟道之间的有机物浓度，氨氮和硝态氮浓度的变化同相应沟道内溶解氧浓度的关系，确定在该运行工况条件和该水质范围(典型值为COD均值220mg/l；BOD5均值为115mg/l，NH₄⁺-N均值为80mg/l，总氮均值为81mg/l)内，外沟道内达到最小的总氮浓度出现点的溶解氧浓度值为0.10mg/l；确定中沟道确保沟道内氨氮浓度小于8mg/l的最小溶解氧浓度之为0.5mg/l；确定内沟道确保沟道内氨氮浓度小于2mg/l(在本实验条件下，为了提高脱氮效果，适当提高出水氨氮浓度的限值为2mg/l)的最小溶解氧浓度为0.8mg/l。基于上述溶解氧值设定基于溶解氧浓度值的曝气量控制规则。(在此水质条件下，有机物去除不成为出水的限制条件，而总氮的去除受到进水有机碳源缺乏的限制，所以是否能充分利用原水中的碳源是脱氮的关键。)

3、启动计算机，启动过程实时控制系统，开始检测三沟道内的溶解氧值，并根据设定值和检测值的绝对差值，以及溶解氧的设定限制和改变条件对于曝气变频控制器发出指令，改变(增大或者减小)变频风机的转速，从而根据溶解氧的变化改变曝气量，当各沟道内满足下列条件之一时：

A.对于外沟道的控制条件为：①溶解氧实测值DO1与溶解氧设定值DOref1(0.1mg/l)的差值的绝对值大于0.05mg/l时，且持续时间大于30分钟；②外沟道溶解氧实测值DO1小于0.02mg/l，且持续时间大于15分钟；③外沟道溶解氧实测值DO1大于0.2mg/l，且持续时间大于15分钟；

B.对于中沟道的控制条件为：①溶解氧实测值DO2与溶解氧设定值DOref2(0.5mg/l)的差值的绝对值大于0.2mg/l时，且持续时间大于30分钟；②中沟道溶解氧实测值DO2小于0.2mg/l，且持续时间大于15分钟；③中沟道溶解氧实测值DO2大于0.8mg/l，且持续时间大于15分钟；

C.对于内沟道的控制条件为：①溶解氧实测值DO3与溶解氧设定值DOref3(0.8mg/l)的差值的绝对值大于0.3mg/l时，且持续时间大于30分钟；②内沟道溶解氧实测值DO3小于0.4mg/l，且持续时间大于15分钟；③内沟道溶解氧实测值DO3大于1.2mg/l，且持续时间大于15分钟。

4、定期检测进水的水质变化情况，实时监控各个沟道内溶解氧的变化情况，对于曝气量进行调解。

实验结果表明，参见附图5，应用本发明的溶解氧控制系统，通过外沟道控制非常低的溶解氧，结合强化中沟道的反硝化作用，以及内沟道的限制曝气，有效地利用了有限的进水碳源进行反硝化脱氮，总氮去除率平均达到71％，而通过提高污泥浓度，增加污泥回流比和延长水力停留时间等措施，在较低的溶解氧条件下仍然保证了良好的硝化的效果，出水氨氮浓度在2mg/l以下。

虽然原水中碳源不足，但是通过控制溶解氧，充分利用了原水中的碳源进行反硝化；充分发挥中沟道的反硝化潜力，是系统取得较高脱氮效率的关键。同时结合较高的污泥浓度、污泥回流比和较长的水力停留时间等手段，在不外投加碳源的条件下，出水总氮的浓度控制在20mg/l左右。