Sục khớ là một phần quan trọng của toàn bộ quỏ trỡnh xử lý nước thải sử dụng bựn hoạt tớnh vỡ điều kiện hiếu khớ sẽ làm thuận lợi cho sự phỏt triển của một loạt cỏc vi sinh vật, bao gồm cả vi khuẩn dị dưỡng, từ đú gúp phần loại bỏ chất nền (BOD) trong nước thải. Chẳng hạn như như vi khuẩn nitrat ụxi húa ammoniac thành nitrat. Do những ảnh hưởng mạnh mẽ và nhanh chúng của điều kiện hiếu khớ đối với sự tăng trưởng của sinh khối. Điều khiển DO là vấn đề được nghiờn cứu nhiều nhất trong xử lý nước thải, đú là một cụng việc khú khăn và là cụng đoạn trọng tõm của quỏ trỡnh xử lý nước thải sinh học [9]. Lượng Oxy khụng đầy đủ hoặc dư
thừa trong bể hiếu khớ sẽ dẫn để sự suy giảm của bựn hoạt tớnh.
Trước đõy, hầu hết cỏc hệ thống điều khiển DO được đề xuất đều sử dụng bộ điều khiển PI kinh điển, chủ yếu là do thiết kế đơn giản, tớnh phổ dụng và hầu hết cỏc bộ điều khiển này đều đỏp ứng được chỉ tiờu kinh tế. Gần đõy, những bộ điều khiển hiện đại hơn vớ dụ như bộ điều khiển thụng minh dựa trờn logic mờ (FLC), dựng logic mờ chỉnh định tham số PI, bộ điều khiển lai giữa FLC và PI cũng đó được đề xuất với mục đớch tối ưu húa hiệu quả [10].
Cỏc bộ điều khiển thụng minh cú nhiều sự vượt trội về chất lượng điều khiển so với PI. Thờm vào đú, bộ điều khiển theo logic mờ khụng đũi hỏi phải biết về mụ hỡnh toỏn học cụ thể của hệ thống điều khiển và cho phộp tiếp cận một cỏch trực quan hơn để thiết kế so với cỏc bộ điều khiển PI. Ngoài ra, cỏc bộ điều khiển logic mờ cú khả năng xử lý tớn hiệu khụng chắc chắn, khụng rừ ràng. Vỡ thế chỳng thường cho kết quả tốt hơn so với cỏc bộ điều khiển PI kinh điển về thời gian đỏp ứng, thời gian xỏc lập và tớnh bền vững [11].
Xột về mặt khú khăn, cỏc bộ điều khiển thụng minh thường đũi hỏi thời gian tớnh toỏn lớn. Bờn cạnh đú, việc thiết kế bộ điều khiển FL cần phải cú kiến thức tốt về cỏc hệ thống điều khiển. Mặc dự tập mờ được sử dụng trong điều khiển mờ với mục đớch diễn đạt ngữ nghĩa của ngụn ngữ tự nhiờn xuất hiện trong luật điều khiển mờ nhưng lại khụng cú mối liờn hệ chặt chẽ giữa tập mờ với cỏc từ ngụn ngữ này về mặt ngữ nghĩa. Trong thực tế, khi thiết kế bộ điều khiển mờ người thiết kế thường lựa chọn và sắp xếp cỏc tập mờ chủ yếu là theo kinh nghiệm. Những hạn chế này làm khả năng mụ tả chặt chẽ giữa tập mờ và ngữ nghĩa của ngụn ngữ trong cỏc mụ hỡnh mờ sử dụng tri thức dưới dạng luật, vớ dụ như chỳng khụng duy trỡ cỏc mối quan hệ trật tự vốn cú giữa cỏc hạng từ ngụn ngữ và cũn làm giảm hiệu suất của cỏc bộ điều khiển mờ. Trờn thực tế, một điều quan trọng khi thiết kế bộ điều khiển mờ dựa trờn tri thức chuyờn gia phải sử dụng cỏc mối quan hệ thứ tự giữa cỏc giỏ trị ngụn ngữ xuất hiện trong hệ luật.
Hỡnh 3.1. Tổng quan chung của quỏ tỡnh xử lý nước thải dựng bựn hoạt tớnh [12]
Tổng quan chung của quỏ trỡnh xử lý nước thải dựng bựn hoạt tớnh được thể hiện trong Hỡnh 3.1. Luồng đầu vào đầu tiờn được xử lý trong bỡnh phản ứng sinh học. Tại đú, do tỏc động của vi sinh vật, chất nền bị giảm thiểu. Tiếp theo, nước được chảy đến một bể lắng, nơi bựn sinh khối phục hồi. Nước sạch nằm ở trờn cựng của bể lắng và được đưa ra khỏi hệ thống và một phần nhỏ của bựn trở về đầu vào của cỏc phản ứng sinh học để duy trỡ sinh khối ở một mức độ thớch hợp, cho phộp giảm chất hữu cơ cú trong nước thải. Phần cũn lại của bựn bị đẩy ra ngoài.
Hỡnh 3.2 Sơ đồ khối bộ điều khiển DO
Theo cụng trỡnh [13], sơ đồ khối của hệ thống điều khiển DO được chỉ ra trờn Hỡnh 3.2.
- yd – là giỏ trị đặt của lượng Oxy cần hoà tan trong nước [mg/l].
- y – là giỏ trị lượng Oxy hoà tan thực tế của hệ thống đo được thụng qua cảm biến [mg/l].
- Air-blower: bộ phận đưa khớ vào bể sục. Hệ thống này bao gồm cả quạt giú và van giú để điều chỉnh lượng oxy đưa vào bể xử lý.
- Oxygen mass transfer: Bể hoà tan oxy. Sử dụng cảm biến, đo được lượng oxy hoà tan thực thế làm tớn hiệu trạng thỏi phản hồi lại đầu vào của hệ thống.
- Đầu vào của bộ điều khiển gồm:
e (error) = yd-y: sai lệch điều khiển.
ce (change error) = e(t) – e(t-1): tốc độ thay đổi của sai lệch điều khiển.
ce được xỏc định bởi sai lệch của chu kỳ hiện tại và sai lệch của chu kỳ trước đú. Đõy là thành phần cú”nhớ”, ý nghĩa của nú núi lờn rằng giỏ trị điều khiển u ở đầu ra của bộ điều khiển khụng chỉ phụ thuộc vào sai lệch điều khiển hiện tại mà cũn phải kể đến mức độ thay đổi của sai lệch so với chu kỳ trước đú.
- Đầu ra của bộ điều khiển: u. Đõy chớnh là đại lượng điều khiển để điều khiển mức độ mở của van và tốc độ quạt giú.
Hàm truyền đạt DO được cho bởi [13]:
Trong đú:
Controller Air-blower Oxygen mass tranfer de/dt yd (+) (-) e ce u y
K = 0.8 là hệ số khuếch đại của cả hệ thống;T1 = 12; T2 = 100 là cỏc hằng số thời gian của cỏc khõu trong hệ thống; = 10 là thành phần trễ tỏc động của hệ thống.