基于節能的精確曝氣系統的應用與研究

孫明翔 陸寧寧 陶晨艷 蔣瑞雪

【摘? 要】目前，國內大多數采用活性污泥法的污水處理廠的曝氣控制系統普遍存在著溶解氧濃度波動大、曝氣量冗余大、曝氣單元能耗高等問題。本文針對紹興污水處理廠三期曝氣系統生產運行工況，通過選擇使用基于氣量動態反饋控制原理的VACOMASS精確曝氣分配與控制系統，實現了溶解氧自動控制的穩定運行，并達到節能降耗的目的。

【關鍵詞】精確曝氣;溶解氧;節能;自動控制

引言

隨著國家“節能減排”工作的深入開展，如何在保證穩定運行的情況下，提高污水處理廠的生產效率，同時實現節能降耗的目的，已經成為各污水處理廠建設及管理人員急需解決的一道難題。

1.紹興污水廠三期曝氣系統概況

紹興污水處理三期續建工程采用“物化混凝沉淀-水解酸化-延時曝氣”工藝，處理能力為20萬，由四組生物反應池構成（1#、2#、3#、4#曝氣池），每組曝氣池單池容積約為7.5萬m?，分四個廊道，分別安裝了在線溶氧儀，推流式運行，采用底部曝氣方式。其中1#曝氣池采用精確曝氣分配與控制系統，每個曝氣控制單元配備1臺空氣流量計、1臺氣體調節閥及1臺就地控制系統，不同控制單元的氣量控制由其就地控制系統完成，2#、3#、4#曝氣池暫不采用精確曝氣分配與控制系統。。供氣系統采用5臺KA44SV-GL315型HV-TUBRO鼓風機，運行方式為4用1備，供氣管道采用枝狀管網，四個總風管閥門控制曝氣風量。

2.精確曝氣分配與控制系統控制策略

根據紹興污水廠生產運行需要，在三期1#曝氣池使用精確曝氣分配與控制系統，作為一個完整的子系統，其根據1#曝氣池的工藝運行特征，采用菱形控制閥、氣體流量計及就地控制系統進行一體化設計，通過氣體流量的變化，反映該曝氣池由于進水水量、水質而導致的處理負荷變化、曝氣池中物理環境變化以及微生物生長狀況的差異等因素而導致的實際所需氣量的變化。由于對三期曝氣系統進行單池調試，故保證1#曝氣池供氣總管閥門90%開度不變。

系統采用空氣流量作為控制信號，外部各廊道上溶解氧信號作為觸發信號，當溶解氧值處于控制界限內（設定值±0.5mg/L）時，就地控制器及時采集所轄控制區供氣量，小范圍調整閥門開度，保障溶解氧控制穩定;當溶解氧值偏離控制界限外時，及時調整閥門開度，進而使溶解氧值回歸控制界限內。

3.精確曝氣分配與控制系統運行分析

3.1閥門開度與溶解氧關系的邏輯分析

該系統采用菱形控制閥及熱式流量計作為其硬件部分，是根據三期工藝運行特征一體化設計的，保證系統硬件之間的匹配性，避免因硬件設備的不匹配性而產生的誤差積累，進而導致控制效果不佳甚至失敗情況的發生，根據系統模擬實驗，該系統控制精度優于3%。同時作為氣量分配執行機構的線性控制閥，其開度與流量具有良好的線性關系（0-100%）及極高的步進精度（0.2%），為準確執行提供理論依據。

根據1#曝氣池系統運行情況，1#溶解氧變化情況和閥門開度之間的關系可以看出，當溶解氧低于設定值時閥門向開度增大的方向調節，反之即向開度減小的方向調節，說明溶解氧與閥門開度執行方向邏輯正確，在閥門可執行范圍內，溶解氧穩定控制在2.5±0.5mg/L范圍內波動。通過控制菱形閥門的開度，將依靠氣體流量計測定的當前值和變化趨勢進行調節，從而使得各個廊道供氣支管的曝氣量恰好能滿足當前曝氣池中各段生化反應所需空氣量，有利于微生物種群的生長繁殖，從而保證生化單元的穩定運行。

3.2溶解氧控制效果分析

為保證系統對氣量分配控制效果評價的科學性，以溶解氧作為評價目標，在進水負荷實時改變的情況下，對比分析1#曝氣池與2#曝氣池末廊道在同一時間段內溶解氧濃度的變化可以看出，在監測時間內，1#曝氣池溶解氧基本處于3.5mg/L范圍內呈小尺度波動，其上下波動基本處于±0.5mg/L范圍內，溶解氧控制效果理想，符合預期目標，同時實現了沿水流行方向溶解氧的差異化控制，有利于微生物種群的生長繁殖，達到工藝要求。

3.3節能效果分析

對比分析四組曝氣池總管風量在同一時間段的變化，1#曝氣池的精確曝氣分配與控制系統統效果良好，和并列的2#、3#、4#曝氣池（未開啟精確曝氣分配與控制系統）相比，DO的控制平穩，節氣效果明顯，節氣效果一般在25%-50%，由于單池進行調試，鼓風機沒有進行聯動調節，隨著進水水質水量負荷的變化，通過人工經驗的判斷，對鼓風機的總供氣量進行手動調節。

4.結論

紹興污水廠三期1#曝氣池自使用精確曝氣分配與控制系統后，達到了以下目標：①溶解氧控制穩定，可以實現工藝運行的目標，溶解氧控制效果基本處于設定值（±0.5mg/L）的范圍內;②根據單池調試效果可以看出，運行此系統后，在保持曝氣池中溶解氧濃度穩定、保證生化單元處理工藝的穩定運行的情況下，節氣效果明顯，節氣效果一般在25%-50%，從而降低了曝氣單元的能耗，節省曝氣單元運行費用，實現了節能目的。

參考文獻

[1]我國城市污水處理技術路線和適用技術分析[J].鄔揚善.給水排水，1989，15 （5） ：15～17;

[2]水污染控制工程[M].王小文.煤炭工業出版社，2002;

[3]曝氣池溶解氧濃度控制與節能[J].王顯，呂慶興.給水排水，1996 ，22（12） ：22～24;

[4]Dissolved oxygen cont roller based on on2line measurement s of ammonia combining feed-forward and feedback. [J]. Ingildsen P， J eppsson U， Olsson G. Wat Sci Tech ，2001 ，45 （425） ： 453～460;

[5]活性污泥系統溶解氧控制的計算機模擬研究[J].張禹卿.中國給水排水，1988，4 （4） ：4～10;

[6]城市污水處理系統溶解氧的控制[J].何世鈞，王化祥，楊立功等.化工自動化及儀表，2003 ，30 （1） ：36～38;

[7]基于節能的鼓風曝氣系統溶解氧穩定智能控制方法.[J].趙冬泉，佟慶遠，李寧，陳吉寧.給水排水，2008，34（7）：116～119.