污水廠曝氣系統(tǒng)的控制模式探討
時(shí)間：2023-11-10 作者：admin
在污水處理的行業(yè)中，對(duì)生化池進(jìn)行曝氣是污水處理過(guò)程中最重要的部分之一。但是在污水廠中，提供曝氣的鼓風(fēng)機(jī)也是能源最密集的設(shè)備之一，通常占污水廠全部設(shè)備的總能源使用量的40%~60%。并且在工藝運(yùn)行中，向有氧過(guò)程提供正確量的空氣的鼓風(fēng)機(jī)的工藝作用也至關(guān)重要—鼓風(fēng)機(jī)提供的空氣不足意味著溶解氧較低，并可能導(dǎo)致系統(tǒng)好氧微生物及硝化功能不佳，而鼓風(fēng)機(jī)提供的空氣過(guò)多則可能導(dǎo)致能源浪費(fèi)并增加運(yùn)營(yíng)成本。
在污水廠運(yùn)行中，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的節(jié)能控制的研究一直在各個(gè)領(lǐng)域不斷地深化，特別是近年來(lái)，鼓風(fēng)機(jī)的設(shè)備形式發(fā)生了重大的革新變化，空氣懸浮和磁懸浮風(fēng)機(jī)，克服了軸承摩擦帶來(lái)的輸出功率的損耗，提升了鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率。從另一方面，活性污泥對(duì)溶解氧的需求控制上，也不斷地推陳出新，基于溶解氧的控制，基于氨氮去除的控制等，都在不斷優(yōu)化著鼓風(fēng)機(jī)的精確曝氣控制的進(jìn)程。也有很多污水廠使用優(yōu)化的控制實(shí)現(xiàn)了一定的節(jié)能降耗的目標(biāo)。但是在普遍的污水廠運(yùn)行中，并不是所有曝氣設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)都能提供足夠多的控制儀表，并能確保它們的精度或適應(yīng)性來(lái)應(yīng)對(duì)進(jìn)水負(fù)荷和其他的污水環(huán)境條件的日?；蚣竟?jié)性變化。一些運(yùn)行參數(shù)的大幅波動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致這些基于壓力或者DO檢測(cè)的曝氣控制系統(tǒng)陷入困境，從而導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)啟控制混亂，造成污水廠的曝氣過(guò)程中的過(guò)度的消耗能源，或者開(kāi)啟不足導(dǎo)致污水中污染物成分去除不足。
從市政污水的設(shè)計(jì)單位和一些污水處理廠運(yùn)行管理人員通常的看法認(rèn)為，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)壓力是調(diào)整多個(gè)平行生物池的溶解氧平衡重點(diǎn)，也是污水廠中調(diào)整的經(jīng)驗(yàn)說(shuō)法。但是這種方法是在大多數(shù)鼓風(fēng)機(jī)都是恒轉(zhuǎn)速的設(shè)備得出的調(diào)整措施，具體的調(diào)整是通過(guò)調(diào)整進(jìn)口導(dǎo)葉或者進(jìn)風(fēng)閥的開(kāi)啟程度或進(jìn)風(fēng)的壓力來(lái)進(jìn)行。
在這種基于壓力的鼓風(fēng)機(jī)控制模式的一個(gè)非常大的缺點(diǎn)是在外界環(huán)境條件發(fā)生變化的時(shí)候，比如進(jìn)出水水質(zhì)，日夜不同的進(jìn)水水量，甚至空氣壓力改變(有時(shí)我們?nèi)梭w都難以察覺(jué)到的壓力變化)，就必須對(duì)其進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)這些變化。而且我們知道在污水廠中，環(huán)境條件的變化是長(zhǎng)期發(fā)生的，需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整風(fēng)壓以保持鼓風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)量滿足活性污泥的性能。特別是這種調(diào)整是需要一定專業(yè)知識(shí)和技能的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)進(jìn)行，很多污水廠很難具有這樣的技術(shù)人員，也就導(dǎo)致很多污水廠采取了以不變應(yīng)萬(wàn)變的做法，不調(diào)整來(lái)應(yīng)對(duì)復(fù)雜變化。
在一些污水廠中，采用的精準(zhǔn)曝氣的技術(shù)來(lái)進(jìn)行鼓風(fēng)機(jī)控制，精準(zhǔn)曝氣采用了一些較為復(fù)雜的控制技術(shù)，通過(guò)使用在線儀表特別是在線的DO檢測(cè)儀，并使用檢測(cè)到的DO數(shù)據(jù)分析來(lái)處理、量化和調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，來(lái)確保曝氣系統(tǒng)的運(yùn)行能滿足活性污泥對(duì)氧氣的需求。同時(shí)這些檢測(cè)數(shù)據(jù)還可以傳輸?shù)轿鬯畯S的中控計(jì)算機(jī)上，為污水廠的運(yùn)行人員提供報(bào)警信息，以避免潛在問(wèn)題。
但是這種控制的模式主要的制約因素來(lái)自于溶解氧探頭，如果探頭的維護(hù)不當(dāng)或長(zhǎng)期未能保持探頭表面的清潔，因?yàn)槿芙庋跆筋^是放置在生化池的大量的活性污泥中，探頭表面很容易附著生物膜，這些生物膜會(huì)導(dǎo)致溶解氧探頭數(shù)據(jù)檢測(cè)的不準(zhǔn)確?？赡軙?huì)產(chǎn)生低于混合液中實(shí)際的溶解氧讀數(shù)，在基于這樣的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行了曝氣系統(tǒng)的控制，可以使鼓風(fēng)機(jī)提供超出實(shí)際所需要的的空氣量。因此，采用在線探頭技術(shù)的精確曝氣控制系統(tǒng)在污水廠中推廣的效果不佳，也與污水廠不能具備充足的在線監(jiān)測(cè)探頭的維護(hù)保養(yǎng)，更新更換的運(yùn)維能力有很大的關(guān)聯(lián)性。
基于鼓風(fēng)機(jī)空氣流量控制系統(tǒng)的出現(xiàn)是近年來(lái)國(guó)際上針對(duì)鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)節(jié)能降耗的創(chuàng)新之一，該系統(tǒng)的原理是通過(guò)使用空氣管路上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和氣體流量計(jì)組合成控制系統(tǒng)，通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)出口管路上的空氣流量計(jì)來(lái)統(tǒng)計(jì)每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，再通過(guò)不同的流程上的曝氣干管的分支流量計(jì)來(lái)統(tǒng)計(jì)進(jìn)入到每個(gè)曝氣池的風(fēng)量，以達(dá)到各個(gè)曝氣池的溶解氧(DO)平衡控制。
這種曝氣控制系統(tǒng)解決方案通過(guò)建立空氣風(fēng)量的平衡算法，依賴成熟的電控球閥控制風(fēng)量技術(shù)，可以對(duì)不斷變化的外界條件做出快速響應(yīng)，結(jié)合大數(shù)據(jù)的算法可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的智能調(diào)控，以應(yīng)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)水量的持續(xù)變化帶來(lái)的復(fù)雜工況。
基于氣流的曝氣控制系統(tǒng)還可以深入開(kāi)發(fā)下去，比如把現(xiàn)場(chǎng)溶解氧的數(shù)據(jù)結(jié)合到控制系統(tǒng)中去，在空氣流量和進(jìn)水未發(fā)生變化時(shí)，去識(shí)別溶解氧的變化，并根據(jù)溶解氧的變化趨勢(shì)，比如持續(xù)降低，通過(guò)系統(tǒng)提出建議，督促污水處理廠操作員檢查溶解氧探頭是否有污垢。同時(shí)該技術(shù)與現(xiàn)代鼓風(fēng)機(jī)配合使用，可以通過(guò)變頻器來(lái)改變風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度使其各種壓力下運(yùn)行。鼓風(fēng)機(jī)在較低壓力下運(yùn)行，對(duì)污水廠來(lái)說(shuō)，會(huì)有更低的能源成本和更少的熱量產(chǎn)生，還可以提高電機(jī)效率并延長(zhǎng)鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)的使用壽命。
功能更加強(qiáng)大的變頻器、空氣流量傳感器和基于大數(shù)據(jù)的更智能的控制技術(shù)的引入，現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)控制的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到鼓風(fēng)機(jī)直接影響曝氣過(guò)程的參數(shù)上來(lái)進(jìn)行，也就是空氣流量和溶解氧(DO)之間的關(guān)系。在一些國(guó)外的技術(shù)文章表明，在采用這類新型的自調(diào)節(jié)、基于氣流的控制系統(tǒng)可節(jié)省能源、改善廢水排放并減少溫室氣體排放，從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
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