污水處理中控制曝氣量的難點

鼓風曝氣系統(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，以減少風量。

風量控制是一種節(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個處理設施的調查結果，當溶解氧(DO)為指標以控制風量時，可以節(jié)省33%的電力。從風機風量與能耗的關系可以看出，能耗隨風量變化很大，風量控制的節(jié)能效果顯著，功率越大，效果越明顯。當然，風量不能隨意減少，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，可能會產生大量的N2，導致污泥上浮。

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失衡，治療質量下降。為了達到處理效果，必須調整曝氣量，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

總結國內現(xiàn)有污水處理廠的運行情況后，發(fā)現(xiàn)自動化設備投資少，能耗高，投產時大部分系統(tǒng)不能滿足設計和運行要求，或運行一段時間后轉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。自動化技術和過程技術不能有機結合。中國污水處理廠啟動時，自動化系統(tǒng)成套引進了國外產品和技術。雖然硬件系統(tǒng)是在國內年購買的，但控制技術沒有被系統(tǒng)吸收。國內污水處理行業(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、輕工等領域的工程師設計、編程和調試的。他們對廢水處理技術知之甚少，不能與特定工藝相結合來設計控制策略。一般來說，應用該行業(yè)中現(xiàn)有的技術，例如該行業(yè)中的PID調節(jié)和參數(shù)設置。因此，運行效果不理想。

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

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

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用，但它只能解決線性系統(tǒng)的調節(jié)問題。曝氣系統(tǒng)中的PID可以控制流量，但其控制水質處理效果的能力有限。溶解氧控制時，需要根據(jù)季節(jié)和水質的變化等實際情況不斷調整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驗的和有條件的。因此，僅由理論模型建立的經典控制方法不能很好地滿足溶解氧調節(jié)的需要，導致風機和閥門頻繁調節(jié)和超調量大，導致設備壽命為降低，能耗高。

2?？諝赓|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，諾達反應池通常需要多組曝氣設備，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。風管通過主管道和支管將壓縮空氣輸送到罐底的曝氣設備。例如，空氣分別從甲輸送到乙、丙、丁、戊和氟。在曝氣系統(tǒng)設計中，曝氣量應按要求均勻分布。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，當由于水質或水量變化而調整總風量時，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變化，導致曝氣分布的偏差。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。如果流量檢測設備和調節(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。

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