污水處理中控制曝氣量的難點

鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)的能耗一般約占全廠能耗的60%，這是全廠節(jié)能的關(guān)鍵。z根本的節(jié)能措施是提高曝氣控制效率和浪費氧氣降低，以減少風(fēng)量。

風(fēng)量控制是一種節(jié)能方法，在曝氣系統(tǒng)中效果顯著。根據(jù)美國環(huán)境保護署對美國12個處理設(shè)施的調(diào)查結(jié)果，當溶解氧(DO)為指標以控制風(fēng)量時，可以節(jié)省33%的電力。從風(fēng)機風(fēng)量與能耗的關(guān)系可以看出，能耗隨風(fēng)量變化很大，風(fēng)量控制的節(jié)能效果顯著，功率越大，效果越明顯。當然，風(fēng)量不能隨意減少，它會受到許多因素的影響。

從處理過程的角度來看，曝氣系統(tǒng)必須得到控制，因為如果曝氣系統(tǒng)運行不正常，曝氣量太小，二沉池可能會因缺氧而發(fā)生污泥衰變，即池底污泥厭氧分解，產(chǎn)生大量氣體，促使污泥上浮。當曝氣時間較長或曝氣量過大時，曝氣池中會發(fā)生高硝化作用，導(dǎo)致混合溶液中硝酸鹽濃度較高。此時，由于沉淀池中的反硝化作用，可能會產(chǎn)生大量的N2，導(dǎo)致污泥上浮。

此外，曝氣分布是否平衡穩(wěn)定也是影響處理效果和能耗的重要原因。在曝氣系統(tǒng)運行過程中，由于各種干擾，曝氣量的分布會發(fā)生變化。例如，如果曝氣頭在一個地方堵塞，氣體流速將降低，同時，在其他地方的流速將增加。相反，如果曝氣頭損壞，氣體流量將大大增加，同時其他地方的流量將急劇下降。

所有這些都會使生物反應(yīng)失衡，治療質(zhì)量下降。為了達到處理效果，必須調(diào)整曝氣量，此時某一點溶解氧的變化不能準確反映生物池的處理狀態(tài)，使得指標溶解氧的控制不穩(wěn)定，增加了能耗。

一、行業(yè)現(xiàn)狀的不足

總結(jié)國內(nèi)現(xiàn)有污水處理廠的運行情況后，發(fā)現(xiàn)自動化設(shè)備投資少，能耗高，投產(chǎn)時大部分系統(tǒng)不能滿足設(shè)計和運行要求，或運行一段時間后轉(zhuǎn)為部分自動和部分手動運行，特別是曝氣系統(tǒng)。分析主要原因如下:

1。自動化技術(shù)和過程技術(shù)不能有機結(jié)合。中國污水處理廠啟動時，自動化系統(tǒng)成套引進了國外產(chǎn)品和技術(shù)。雖然硬件系統(tǒng)是在國內(nèi)年購買的，但控制技術(shù)沒有被系統(tǒng)吸收。國內(nèi)污水處理行業(yè)的自動化程度相對較低。許多廢水處理工程的自動化系統(tǒng)是由冶金、化工、輕工等領(lǐng)域的工程師設(shè)計、編程和調(diào)試的。他們對廢水處理技術(shù)知之甚少，不能與特定工藝相結(jié)合來設(shè)計控制策略。一般來說，應(yīng)用該行業(yè)中現(xiàn)有的技術(shù)，例如該行業(yè)中的PID調(diào)節(jié)和參數(shù)設(shè)置。因此，運行效果不理想。

2。自動控制系統(tǒng)培訓(xùn)不到位。許多污水處理廠操作員沒有接受控制系統(tǒng)供應(yīng)商系統(tǒng)的培訓(xùn)。除了基本操作外，他們沒有從理論上描述曝氣系統(tǒng)的調(diào)節(jié)技術(shù)，這使得管理人員只能在工作中摸索。

3。沒有利用操作經(jīng)驗。污水處理廠的一個重要點是，經(jīng)過長期運行，常規(guī)定律可以總結(jié)出來，并且相對穩(wěn)定。對經(jīng)理來說，這些法律通常比昂貴的自動控制設(shè)備更有用。然而，在污水處理廠的建設(shè)中，許多設(shè)計沒有給管理者留下足夠的調(diào)整空間，這些有益的經(jīng)驗也缺乏適用于其他污水處理設(shè)施的方法。

二、控制策略的不足

1，溶解困難

雖然傳統(tǒng)的PID控制在工程中得到廣泛應(yīng)用，但它只能解決線性系統(tǒng)的調(diào)節(jié)問題。曝氣系統(tǒng)中的PID可以控制流量，但其控制水質(zhì)處理效果的能力有限。溶解氧控制時，需要根據(jù)季節(jié)和水質(zhì)的變化等實際情況不斷調(diào)整PID參數(shù)。從控制理論的角度來看，污水生物處理過程具有大滯后、非線性、隨機性和多變量的特點。所建立的模型也是經(jīng)驗的和有條件的。因此，僅由理論模型建立的經(jīng)典控制方法不能很好地滿足溶解氧調(diào)節(jié)的需要，導(dǎo)致風(fēng)機和閥門頻繁調(diào)節(jié)和超調(diào)量大，導(dǎo)致設(shè)備壽命為降低，能耗高。

2。空氣質(zhì)量流量時流量控制的重要性為指標，直接影響曝氣處理效果。從工程角度來看，諾達反應(yīng)池通常需要多組曝氣設(shè)備，包括空氣管道、曝氣頭或曝氣機。在實際運行中，如果這些設(shè)備能夠穩(wěn)定運行，及時發(fā)現(xiàn)和抑制故障，將會影響曝氣過程的穩(wěn)定性和平衡，影響生物反應(yīng)效果和能耗。不穩(wěn)定的流量分布會擾亂溶解氧檢測參數(shù)的真正含義，使得本來就容易振蕩的溶解氧控制更加難以控制。

曝氣池通常是數(shù)百或數(shù)千平方米的流動水箱。風(fēng)管通過主管道和支管將壓縮空氣輸送到罐底的曝氣設(shè)備。例如，空氣分別從甲輸送到乙、丙、丁、戊和氟。在曝氣系統(tǒng)設(shè)計中，曝氣量應(yīng)按要求均勻分布。事實上，由于管道壓力損失，位置B和位置F之間的空氣壓力和流量存在差異，當由于水質(zhì)或水量變化而調(diào)整總風(fēng)量時，位置B和位置F之間的壓力差和流量差也會發(fā)生變化，這將導(dǎo)致曝氣分布的偏差，這種偏差也會發(fā)生變化。此外，當系統(tǒng)運行時，如果某一位置(如:D)的曝氣設(shè)施被堵塞或泄漏破壞，該位置的壓力和流量將發(fā)生變化，同時整個空氣管道的壓力和流量將被重新分配，其它位置(B、C、E、F)的空氣流量也將相應(yīng)變化，導(dǎo)致曝氣分布的偏差。在上述操作中，曝氣的不均勻分布通常是隱藏的，并且難以在水面上找到。

曝氣的不均勻分布使得溶解氧更加困難。因為在本項目中，溶解氧只能在檢測點(通常在曝氣池的出口)，不能反映氧氣的分布。溶解氧控制的一個條件是溶解氧值真實地反映曝氣池中生物反應(yīng)的環(huán)境狀態(tài)。當曝氣分布不均勻時，這種情況不成立，控制效果不理想。

因此，氣流控制是曝氣控制的一個非常重要的部分。如果流量檢測設(shè)備和調(diào)節(jié)閥安裝在位置B、C、D、E和F，并建立控制鏈路，流量偏差將在運行過程中得到糾正，溶解氧控制將更加有效。

三、分析結(jié)論

曝氣系統(tǒng)的特點如下:

1)污水輸入是一個隨機變量，其外部環(huán)境有許多不確定因素，很難建立曝氣生物系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；

2)曝氣系統(tǒng)參數(shù)維數(shù)高，耦合性強，非線性強。

3)溶解氧延時大，短時間內(nèi)難以達到系統(tǒng)平衡。

4)污水處理過程需要大量熟練操作人員的實踐經(jīng)驗和知識；

5)穩(wěn)定均勻的曝氣流量分布是控制處理效果和節(jié)能的基礎(chǔ)。

因此，曝氣系統(tǒng)的控制應(yīng)從兩個方面進行改進:一是解決曝氣池內(nèi)氣流的平衡和穩(wěn)定；另一個是找到適合溶解氧控制空氣流量的控制策略。