污水處理曝氣量的控制難點！

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

  進行氣量控制是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(diàn)33%。根據風機風量與能耗的關系可知(zhī)，電(diàn)耗随氣量變化很大(dà)，因此進行氣量控制節能效果顯著，而且功率越大(dà)效果越明顯，當然氣量并不是可以任意減小(xiǎo)，它将受到許多因素的影響。

  從處理工(gōng)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(xiǎo)，二次沉澱池可能由于缺氧而發生(shēng)污泥腐化，即池底污泥厭(yàn)氧分(fēn)解，産生(shēng)大(dà)量氣體(tǐ)，促使污泥上浮。當曝氣時間長或曝氣量過大(dà)時，在曝氣池中(zhōng)将發生(shēng)高度硝化作用，使混合液中(zhōng)硝酸鹽濃度較高。這時，在沉澱池中(zhōng)可能由于反硝化而産生(shēng)大(dà)量N2，而使污泥上浮。

  另外(wài)，曝氣量的分(fēn)布是否均衡和穩定也是影響處理效果和能耗的一(yī)個重要原因。在曝氣系統運行時，由于種種幹擾，曝氣量的分(fēn)布會發生(shēng)變化，比如，一(yī)個地方曝氣頭堵塞，氣體(tǐ)流量會減少，同時，也會造成其它地方流量增大(dà)，相反，曝氣頭破損，氣體(tǐ)流量會大(dà)增，同時會造成其它地方流量銳減。這些都會使生(shēng)物(wù)反應不平衡，處理質量下(xià)降。爲達到處理效果，不得不調整曝氣量，而此時某一(yī)點的溶解氧的變化亦不能準确反映生(shēng)物(wù)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(yī)、行業現狀的不足

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

  1、自動化技術與工(gōng)藝技術未能有機結合。我(wǒ)(wǒ)國污水處理廠起步時，自動化系統成套引進國外(wài)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(gōng)程的自動化系統是由冶金、化工(gōng)、輕工(gōng)等領域工(gōng)程師設計、編程和調試的，對污水處理工(gōng)藝了解較少，不能結合具體(tǐ)工(gōng)藝進行控制策略設計，一(yī)般采用套用本行業現有技術的作法，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(shāng)系統的培訓，除了基本操作以外(wài)，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(gōng)作中(zhōng)重新摸索。

  3、運行經驗未得到利用。污水處理廠很重要的一(yī)點，是在長期運行之後，可以總結日常規律，而且相對穩定，對于管理者，這些規律往往比昂貴的自控設備有用，但是在污水廠建設中(zhōng)，很多設計并沒有給管理者留有充分(fēn)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(shēng)物(wù)處理系統中(zhōng)生(shēng)化反應的複雜(zá)性，決定了污水處理的溶解氧（DO）檢測控制是一(yī)個大(dà)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(xiǎo)時甚至幾天，造成大(dà)量不合格水的排出。這種系統的特點是污水生(shēng)物(wù)處理系統的運行管理具有相當的技術難度，要求管理者具有較好的環境工(gōng)程知(zhī)識基礎和相當豐富的運行管理經驗。

  另外(wài)，溶解氧指标并不能直接反映生(shēng)物(wù)反應的氧氣需求量，它隻是反映了反應池中(zhōng)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(gōng)程上廣泛采用，但隻能解決線性系統的調節問題。曝氣系統中(zhōng)PID能夠實現對流量的控制，但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(shēng)物(wù)處理過程具有大(dà)滞後、非線性、随機性和多變量的特點，建立的模型也是經驗的、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(dà)，使得設備壽命降低、能耗過高。

  2、流量控制的重要性

  空氣質量流量是直接影響曝氣處理效果的指标，從工(gōng)程的角度看，諾大(dà)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(zhōng)，這些設備能否穩定的工(gōng)作、能否及時地發現和抑制故障，會影響到曝氣過程的穩定和均衡，影響到生(shēng)物(wù)反應效果和電(diàn)耗。不穩定的流量分(fēn)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(shēng)振蕩的溶解氧控制變得更加難以駕禦。

  曝氣池通常是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(fēn)别輸送到B、C、D、E、F。在曝氣系統設計中(zhōng)，曝氣量應按照需要均勻的分(fēn)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(shēng)改變，這會造成曝氣分(fēn)布的偏差，而且這種偏差也是變化的；另外(wài)，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(fēn)布，其他各點（B、C、E、F）的空氣流量也會相應改變，引起曝氣分(fēn)布的偏差。上述運行中(zhōng)的曝氣分(fēn)布不均往往是隐藏性的，水面上很難發現。

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

  因此，空氣流量的控制是曝氣控制中(zhōng)十分(fēn)重要的一(yī)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(zhōng)被糾正，溶解氧的控制也會更加有效。

三、分(fēn)析結論

  曝氣系統的特點如下(xià)：

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

  2）曝氣系統的參數維數高、強耦合，高度非線性；

  3）溶解氧存在大(dà)時滞，系統平衡難以在較短時間内達到；

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

  5）曝氣流量分(fēn)布的穩定和均勻是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(yī)是解決曝氣池空氣流量的平衡和穩定問題，二是尋求适合溶解氧控制空氣流量的控制策略。