珠海市拱北水質凈化廠精確曝氣可行性分析

王 科

（珠海市城市排水有限公司，廣東 珠海 519000）

拱北水質凈化廠改擴設計處理規模5.5萬m3/d，采用改良A2O工藝，共有2組生物反應池。珠海拱北污水處理廠四期設計處理規模7萬m3/d，采用A2O+MBR工藝，共有2組生物反應池。曝氣系統是污水生化處理的核心，合理的溶解氧對微生物污染物降解至關重要，其能耗占整個污水處理過程的大部分。因此，曝氣系統運行效果對污水處理廠的運營有著重大影響[1-2]。目前，拱北廠的曝氣系統仍然采用人工控制的方法，對運行人員的素質和責任心要求較高，加上拱北廠四期風機和改擴風機出風匯集到一條風管上，因此又涉及聯調問題，要想做到精確控制，運行人員要頻繁進行判斷和手動操作，勞動強度很大。表1為拱北廠生化池曝氣調節的經驗思路。很明顯，這些調節程序完全可以用自動化的方式實現。

表1 拱北廠生化池曝氣調節的經驗思路

1 現狀分析

1.1 拱北廠鼓風機現狀

拱北廠四期和改擴風機房有4臺鼓風機，情況如下。四期兩臺鼓風機2015年投入使用至今已有2年，豪頓單級離心鼓風機，型號為SG35A-CVC，額定功率為315 kW，不支持中控遠程控制。改擴兩臺鼓風機2009年投入使用至今已有8年，西門子離心鼓風機、型號為KA5SV-GL210、額定功率為250 kW，不支持中控遠程控制。

拱北廠四期風機和改擴風機出風管匯集到一條風管上，中間由手動聯通閥連接，最后分別通過四期、改擴一期的主風管供氣至相應生化池好氧區。四期、改擴的主風管上，分別于風機房內設有手動總氣閥，于生化池上設有氣體流量計。可通過調節風機開度及相關風閥來調節兩期生化池好氧區的風量，最終實現控制生化池DO維持在目標范圍內（1.5～2.5 mg/L）。目前，拱北廠只開四期一臺鼓風機已足夠給四期、改擴供氣，四期風量為2 000～2 700 m3/h，改擴風量為5 000～7 000 m3/h。

1.2 改擴生化池現狀

拱北廠改擴生化池目前有兩臺哈希溶解氧儀、，安裝于生化池末端出水口處。近期拱北廠發現溶解氧數值出現異常波動，與便攜式溶解氧測量數值和化驗室人工測量數值存在差異，無法真實反映生化池現場DO情況。另外，現場，生化池出水口水流湍急對溶解氧測量造成影響，經分析，溶解氧擬安裝于水流平穩的曝氣區域，可以真實反映曝氣區域的溶解氧。

1.3 四期生化池現狀

目前，拱北廠四期生化池兩條生產線末端出水口處，各安裝有1臺哈希溶解氧儀，基本能反映生化池現場情況。但是，四期主風管到生化池后分往兩條生產線處沒有設置分支風閥，僅在各下池支管處設置了小支閥，并且都在蓋了厚鋼蓋板的風管溝內，不便于調節。因此，當四期兩條生產線好氧區DO不平衡時，要通過調節兩條正產線的內外回流和生化池進水來調節DO平衡。擬在生化池上設置兩條生產線的分支風閥。

1.4 拱北廠施行精確曝氣存在的問題

拱北廠上位機軟件還無法達到精確曝氣的條件，人們需要對上位軟件進行改造和升級；改擴生化池上的溶解氧儀只有2臺，并且目前安裝位置有問題，達不到DO控制精確曝氣的條件。四期、改擴生化風管閥門都是手動閥門，和溶解氧無法形成聯動來控制進風量。目前，四期、改擴的鼓風機仍未能實現遠程操作。拱北廠只開四期一臺鼓風機已足夠給四期、改擴供氣。當連續暴雨天氣，進水濃度異常降低時，四期、改擴溶解氧容易偏高，四期運行的一臺鼓風機開度調至最小時，仍然過度曝氣，此時需要調節為只開一臺改擴鼓風機，相關調節方式需要改變。

2 解決思路

2.1 閥門采購和安裝方案

拱北廠四期風機和改擴風機出風管匯集到一條總風管上，在兩期風機中間、總風管上由手動聯通閥連接，然后分別通過四期、改擴一期的主風管供氣至相應生化池好氧區。四期、改擴的主風管上分別于風機房內設有總氣閥（手動），進入改擴兩條生化池的干管分別設有一個調節閥，進入四期的干管僅設一個調節閥，并且干管為環狀布置，四期、改擴的生化池上均設氣體流量計。

現場了解，四期和改擴生化池水深和曝氣器安裝標高相近。因此，位于風機房內的閥門，包括聯通閥和兩期的總氣閥，均建議保持常開狀態，以減少主風管的阻力。若確實配氣需要，聯通閥仍保持常開，通過調整改擴和四期的調節閥，將其保持在一個固定開度來實現配氣的目的。該組閥門正常情況下不進行調整和開關操作，僅作為檢修閥。

進入改擴兩條生化池的干管分別設有手動調節閥。為實現對改擴兩條生產線風量的精確調控，建議更換這兩個閥門為電動菱形閥。進入四期的干管到生化池后分往兩條生產線沒有另設風閥，僅在各下池支管處設置了小支閥。建議將進入生化池的環狀干管在遠端切斷，以閥門形式連接，該閥門保持常閉；環狀干管的近端，在分別進入兩條生產線的干管上增設兩個電動菱形閥。正常情況下，建議所有小支閥保持常開狀態，不進行調整和開關操作，僅在檢修時使用。

2.2 鼓風機控制方案

拱北廠四期和改擴風機房有4臺鼓風機，現狀如下。四期兩臺鼓風機2015年投入使用至今已有2年，豪頓單級離心鼓風機、型號為SG35A-CVC、額定功率為315 kW，不支持中控遠程控制。改擴兩臺鼓風機2009年投入使用至今已有8年，西門子離心鼓風機，型號為KA5SV-GL210、額定功率為250 kW，不支持中控遠程控制。

四期的兩臺豪頓單級離心鼓風機本身具備遠控功能，只是由于拱北廠一直沒有遠控需求，故廠家未將其調試出來。而改擴的兩臺西門子離心風機不具備遠控功能。故現有2臺豪頓風機需廠家先調試出遠控模式，再通過優化軟件程序,實現按照實際所需風量大小，兩臺西門子風機執行定速運行。

由于壓力遠控模式較流量遠控模式控制簡便穩定，故建議在兩臺豪頓風機匯總出來的主管上安裝壓力計，兩臺豪頓風機作為主控風機，根據風機主管上壓力的變化，實現風量的精確調節控制。

2.3 聯動調節控制思路

現場了解，豪頓的離心風機壓力遠控模式調試出來后，可以與改擴更換的兩條生產線的電動菱形閥、四期環狀干管近端增設的兩個電動菱形閥、改擴兩條線末端的DO儀表、四期兩條線末端的DO儀表形成一個聯動控制模式。

聯動控制思路：通過在線的四個DO儀表設定一定范圍的數值來反饋調節其對應的四個菱形閥門。當在線DO數值超出設定值，其對應的菱形閥門開度會減少，管道中的壓力值會上升，此時風機則會調小開口度，使實際風壓下降到設定的風壓值；當在線DO數值低于設定值，其對應的菱形閥門開度會增加，管道中的壓力值會下降，此時風機則會調大開口度，使實際風壓上升到設定的風壓值。

當單臺豪頓風機的風量不足時，可以采取開一臺西門子的鼓風機穩定在一定的風量，然后通過遠程控制一臺豪頓風機來適應壓力變化。

2.4 儀表安裝和維護建議

拱北廠改擴生化池目前有兩臺溶解氧儀，安裝于生化池末端出水口處；四期生化池兩條生產線末端出水口處，各安裝有一臺溶解氧儀，基本能反映生化池現場情況。現場了解，改擴的兩臺DO儀表數據呈現有規律的波動，建議用便攜式的DO儀表進行一段時間的比對，如果數據誤差不大，則說明儀表本身較準確。建議每兩小時采集改擴的瞬時進水檢測常規指標分析進水水質的變化，找到DO起伏大的根源。

改擴和四期的DO的安裝位置不能離出水口太遠，選擇的位置要能代表該條線的DO真實水平。嚴格按照儀表的維護規程進行維護：一周一次清洗校正DO儀表，膜頭的定期更換等，確保數據準確。

2.5 軟件修改

上位系統增加豪頓的風機遠程控制功能（需要豪頓廠家開放遠程功能），同時根據豪頓廠家提供的自動方案，將相應的設置做到上位系統中。風機系統需要和生物池控制系統做PLC通信，傳輸“出口風壓設置”這個參數。

控制系統主要是對改擴生物池和四期生物池的PLC系統進行修改，在PLC程序中增加“進氣調節閥的控制”和“鼓風機出口風壓調節”的算法，根據生物池的溶解氧通過精確曝氣算法對進氣調節閥進行調節控制作為主調節，通過生物池進水流量或總進水流量對“風機出口風壓”進行調節作為輔助調節（若生物池進水流量穩定，可不用考慮輔助調節）。上位系統需要將新增調節閥的控制、風機的風壓調節以及新增的儀表增加上去，包括這些參數的歷史曲線。

2.6 其他

針對進水濃度異常低時，四期、改擴溶解氧容易偏高，四期運行的1臺鼓風機開度調整最小，仍曝氣過度的情況，建議增設一根管泄壓至曝氣沉砂池供氣，可節省曝氣沉砂池的供氣。四期出水TP不穩定，與厭氧環境差，外回流帶回來了大量的空氣有一定關系，建議適當調整外回流比例，減少帶回去厭氧段的氧氣。好氧段采用間歇供氧的方式。

3 效果預計

精確曝氣項目的實施，相比沒有實施該項目時，原生化池好氧段DO儀每天波動范圍可達2～6 mg/L，改造后根據經驗可穩定在2～4 mg/L，使得系統更加穩定，理論上出水水質穩定性也將得到增強。

其實施精確曝氣后將根據水質和能耗情況，在工控機上設定溶氧范圍等參數，自動調節鼓風機出口導葉開度，自動調節各池進氣閥門開度。當進水水質和水量發生變化時，精確曝氣控制系統通過導葉開度和閥門開度自動調整，并且形成閉環連接，任何跳出設定范圍的變化，都會引發其他參數的變化，這樣就能實現所有生化池好氧段溶氧在設定范圍內波動，避免過高或過低溶氧的出現。同時，改擴和四期的處理系統可能運行在不同的工況之下，可以將兩類生產系統控制在不同的溶氧水平，實現有針對性的溶氧控制。即使手動調整之后再恢復自動，精確曝氣系統仍然能夠實現自我調節，很快恢復自動運行，節省不少人力和減緩調節的滯后性。

精確曝氣項目閉環控制系統設置溶氧調整開口，供工藝人員隨時調整溶氧設置。當發現出水氨氮升高時，可以上調溶氧設置，若出水氨氮穩定且能耗較高，可以適當下調溶氧設置。鼓風機用電占全廠用電的比重較大，精確曝氣項目實施后能降低能耗。