污水處理曝氣量控制難點

　　鼓風曝氣系統電耗一般占全廠電耗的60%左右，是(shì)全廠節能的關鍵。最根本的節能措施是(shì)提高曝氣控制效率，降低氧的浪費(fèi)，從而減小風量。

　　進行氣量控制是(shì)曝氣系統效果最顯著的節能方法，據美國環境保護署對美國12個處理設施的調查結果顯示，以溶解氧(DO)爲指标控制風量時可節電33%。根據風機風量與能耗的關系可知(zhī)，電耗随氣量變化很大，因此進行氣量控制節能效果顯著，而且功率越大效果越明顯，當然氣量并不是(shì)可以任意減小，它将受到許多因素的影響。

　　從處理工藝的角度看，曝氣系統必須進行控制，因爲曝氣系統如果操作不當，曝氣量過小，二次沉澱池可能由于缺氧而發生污泥腐化，即池底污泥厭(yàn)氧分解，産生大量氣體，促使污泥上浮。當曝氣時間長或曝氣量過大時，在曝氣池中将發生高度硝化作用，使混合液中硝酸鹽濃度較高。這時，在沉澱池中可能由于反硝化而産生大量N2，而使污泥上浮。

　　另外，曝氣量的分布是(shì)否均衡和穩定也是(shì)影響處理效果和能耗的一個重要原因。在曝氣系統運行時，由于種種幹擾，曝氣量的分布會發生變化，比如，一個地方曝氣頭堵塞，氣體流量會減少，同時，也會造成其它地方流量增大，相(xiàng)反，曝氣頭破損，氣體流量會大增，同時會造成其它地方流量銳減。

　　這些都會使生物反應不平衡，處理質量下降。爲達到處理效果，不得不調整曝氣量，而此時某一點的溶解氧的變化亦不能準确反映生物池的處理狀态，使得以溶解氧爲指标的控制變得不穩定，能耗增加。

　　一、行業現(xiàn)狀的不足

　　總結國内現(xiàn)有污水處理廠的運行後發現(xiàn)，自動化設備投入較低，能耗高，而且系統大多在投産時沒能達到設計運行要求，或在運行一段時間後改爲部分自動、部分手動的運行狀态，特别是(shì)曝氣系統。分析原因主要有以下幾個方面：

　　1、自動化技術與工藝技術未能有機結合。我國污水處理廠起步時，自動化系統成套引進國外産品和技術，以後雖然硬件系統在國内采購，控制技術并沒有被系統的吸收。國内污水處理行業的自動化專業力量較低，很多興建的污水處理工程的自動化系統是(shì)由冶金、化工、輕工等領域工程師設計、編程和調試的，對污水處理工藝了解較少，不能結合具體工藝進行控制策略設計，一般采用套用本行業現(xiàn)有技術的作法，如本行業PID調節及其整定參數等，因此，運行效果并不理想。

　　2、自控系統培訓不到位。很多污水處理廠運行人員(yuán)沒有得到控制系統供應商系統的培訓，除了基本操作以外，沒有從理論上對諸如曝氣系統調節技術的講述，使得管理人員(yuán)隻能在工作中重新摸索。

　　3、運行經驗未得到利用。污水處理廠很重要的一點，是(shì)在長期運行之後，可以總結日常規律，而且相(xiàng)對穩定，對于管理者，這些規律往往比昂貴的自控設備有用，但(dàn)是(shì)在污水廠建設中，很多設計并沒有給管理者留有充分的調整空間，而且這些有用的經驗也缺乏應用到其他污水設施建設的途徑。

　　二、控制策略的不足

　　1、溶解氧控制的難點

　　污水水質的多變和生物處理系統中生化反應的複雜(zá)性，決定了污水處理的溶解氧(DO)檢測控制是(shì)一個大滞後系統，檢測出結果再進行參數處理和調整，往往已滞後幾個小時甚至幾天，造成大量不合格水的排出。這種系統的特點是(shì)污水生物處理系統的運行管理具有相(xiàng)當的技術難度，要求管理者具有較好的環境工程知(zhī)識基礎和相(xiàng)當豐富的運行管理經驗。

　　另外，溶解氧指标并不能直接反映生物反應的氧氣需求量，它隻是(shì)反映了反應池中氧氣的剩餘程度，無法根據它的數值和變化直接計算氣量。

　　傳統的PID控制雖然在工程上廣泛采用，但(dàn)隻能解決線(xiàn)性系統的調節問題。曝氣系統中PID能夠實現(xiàn)對流量的控制，但(dàn)對水質處理效果的控制能力有限。溶解氧(DO)控制時，PID參數的整定需要根據季節、水質的變化等實際情況不斷調整。從控制理論的角度來看，污水的生物處理過程具有大滞後、非線(xiàn)性、随機性和多變量的特點，建立的模型也是(shì)經驗的、有條件的，因此，單純依靠理論模型建立的經典控制方法并不能很好地滿足溶解氧(DO)調節的需要，造成鼓風機和閥門調節頻(pín)繁、超調量大，使得設備壽命降低、能耗過高。

　　2、流量控制的重要性

　　空氣質量流量是(shì)直接影響曝氣處理效果的指标，從工程的角度看，諾大的反應池往往需要許多組曝氣設備，包括空氣管路、曝氣頭或曝氣器等，實際運行中，這些設備能否穩定的工作、能否及時地發現(xiàn)和抑制故障，會影響到曝氣過程的穩定和均衡，影響到生物反應效果和電耗。不穩定的流量分布會擾亂溶解氧檢測參數的真實意義，使得本來就容易産生振蕩的溶解氧控制變得更加難以駕禦。

　　曝氣池通常是(shì)幾百或幾千平米的流動水池，空氣管路通過總管和支管将壓縮空氣輸送到池底的曝氣設備，比如空氣由A分别輸送到B、C、D、E、F。在曝氣系統設計中，曝氣量應按照需要均勻的分布，實際上，由于管道壓力損失，B位置和F位置的空氣壓力和流量存在差異，當總氣量由于水質或水量變化而調整時，B位置和F位置的壓差和流量差也會發生改變，這會造成曝氣分布的偏差，而且這種偏差也是(shì)變化的;另外，在系統進行時，如果某位置(如D)的曝氣設施堵塞或破漏，會造成該位置壓力和流量的改變，同時會引起整個空氣管路的壓力和流量重新分布，其他各點(B、C、E、F)的空氣流量也會相(xiàng)應改變，引起曝氣分布的偏差。上述運行中的曝氣分布不均往往是(shì)隐藏性的，水面上很難發現(xiàn)。

　　曝氣分布不均使得溶解氧更加困難。因爲在工程中，溶解氧隻能檢測某點(通常是(shì)曝氣池出口)，不能反映出氧量的分布，溶解氧控制的一個條件是(shì)溶解氧值真實地反映曝氣池生物反應的環境狀态，當曝氣分布不均時，這一條件不真實，控制效果也不會理想。

　　因此，空氣流量的控制是(shì)曝氣控制中十分重要的一環，如果在B、C、D、E、F位置安裝流量檢測設備和調節閥門，并建立控制環節，流量偏差就會在運行中被糾正，溶解氧的控制也會更加有效。

　　三、分析結論

　　曝氣系統的特點如下：

　　1)污水輸入量爲随機變量，其外部環境具有許多不确定因素，因此難以建立曝氣生物系統的精确數學模型;

　　2)曝氣系統的參數維數高、強耦合，高度非線(xiàn)性;

　　3)溶解氧存在大時滞，系統平衡難以在較短時間内達到;

　　4)污水處理工藝中需要大量熟練操作人員(yuán)的實踐經驗和知(zhī)識;

　　5)曝氣流量分布的穩定和均勻是(shì)控制處理效果和節能的基礎。

　　因此，解決好曝氣系統控制應從兩方面加以改善，一是(shì)解決曝氣池空氣流量的平衡和穩定問題，二是(shì)尋求适合溶解氧控制空氣流量的控制策略。