污水廠曝氣系統的控制模式探討
時間：2023-11-10 作者：admin
在污水處理的行業中，對生化池進行曝氣是污水處理過程中最重要的部分之一。但是在污水廠中，提供曝氣的鼓風機也是能源最密集的設備之一，通常占污水廠全部設備的總能源使用量的40%~60%。并且在工藝運行中，向有氧過程提供正確量的空氣的鼓風機的工藝作用也至關重要—鼓風機提供的空氣不足意味著溶解氧較低，并可能導致系統好氧微生物及硝化功能不佳，而鼓風機提供的空氣過多則可能導致能源浪費并增加運營成本。
在污水廠運行中，對鼓風機的節能控制的研究一直在各個領域不斷地深化，特別是近年來，鼓風機的設備形式發生了重大的革新變化，空氣懸浮和磁懸浮風機，克服了軸承摩擦帶來的輸出功率的損耗，提升了鼓風機的運行效率。從另一方面，活性污泥對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，都在不斷優化著鼓風機的精確曝氣控制的進程。也有很多污水廠使用優化的控制實現了一定的節能降耗的目標。但是在普遍的污水廠運行中，并不是所有曝氣設計和控制系統都能提供足夠多的控制儀表，并能確保它們的精度或適應性來應對進水負荷和其他的污水環境條件的日常或季節性變化。一些運行參數的大幅波動可能會導致這些基于壓力或者DO檢測的曝氣控制系統陷入困境，從而導致鼓風機開啟控制混亂，造成污水廠的曝氣過程中的過度的消耗能源，或者開啟不足導致污水中污染物成分去除不足。
從市政污水的設計單位和一些污水處理廠運行管理人員通常的看法認為，對鼓風機的出風壓力是調整多個平行生物池的溶解氧平衡重點，也是污水廠中調整的經驗說法。但是這種方法是在大多數鼓風機都是恒轉速的設備得出的調整措施，具體的調整是通過調整進口導葉或者進風閥的開啟程度或進風的壓力來進行。
在這種基于壓力的鼓風機控制模式的一個非常大的缺點是在外界環境條件發生變化的時候，比如進出水水質，日夜不同的進水水量，甚至空氣壓力改變(有時我們人體都難以察覺到的壓力變化)，就必須對其進行調整以適應這些變化。而且我們知道在污水廠中，環境條件的變化是長期發生的，需要隨時進行調整風壓以保持鼓風機的輸出風量滿足活性污泥的性能。特別是這種調整是需要一定專業知識和技能的專業技術人員來進行，很多污水廠很難具有這樣的技術人員，也就導致很多污水廠采取了以不變應萬變的做法，不調整來應對復雜變化。
在一些污水廠中，采用的精準曝氣的技術來進行鼓風機控制，精準曝氣采用了一些較為復雜的控制技術，通過使用在線儀表特別是在線的DO檢測儀，并使用檢測到的DO數據分析來處理、量化和調整鼓風機的運行，來確保曝氣系統的運行能滿足活性污泥對氧氣的需求。同時這些檢測數據還可以傳輸到污水廠的中控計算機上，為污水廠的運行人員提供報警信息，以避免潛在問題。
但是這種控制的模式主要的制約因素來自于溶解氧探頭，如果探頭的維護不當或長期未能保持探頭表面的清潔，因為溶解氧探頭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，這些生物膜會導致溶解氧探頭數據檢測的不準確。可能會產生低于混合液中實際的溶解氧讀數，在基于這樣的錯誤數據進行了曝氣系統的控制，可以使鼓風機提供超出實際所需要的的空氣量。因此，采用在線探頭技術的精確曝氣控制系統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測探頭的維護保養，更新更換的運維能力有很大的關聯性。
基于鼓風機空氣流量控制系統的出現是近年來國際上針對鼓風曝氣系統節能降耗的創新之一，該系統的原理是通過使用空氣管路上的電動調節閥和氣體流量計組合成控制系統，通過鼓風機出口管路上的空氣流量計來統計每臺鼓風機的風量，再通過不同的流程上的曝氣干管的分支流量計來統計進入到每個曝氣池的風量，以達到各個曝氣池的溶解氧(DO)平衡控制。
這種曝氣控制系統解決方案通過建立空氣風量的平衡算法，依賴成熟的電控球閥控制風量技術，可以對不斷變化的外界條件做出快速響應，結合大數據的算法可以實現自適應的智能調控，以應對進水水質水量的持續變化帶來的復雜工況。
基于氣流的曝氣控制系統還可以深入開發下去，比如把現場溶解氧的數據結合到控制系統中去，在空氣流量和進水未發生變化時，去識別溶解氧的變化，并根據溶解氧的變化趨勢，比如持續降低，通過系統提出建議，督促污水處理廠操作員檢查溶解氧探頭是否有污垢。同時該技術與現代鼓風機配合使用，可以通過變頻器來改變風機運行速度使其各種壓力下運行。鼓風機在較低壓力下運行，對污水廠來說，會有更低的能源成本和更少的熱量產生，還可以提高電機效率并延長鼓風機電機的使用壽命。
功能更加強大的變頻器、空氣流量傳感器和基于大數據的更智能的控制技術的引入，現在可以實現鼓風機控制的重點轉移到鼓風機直接影響曝氣過程的參數上來進行，也就是空氣流量和溶解氧(DO)之間的關系。在一些國外的技術文章表明，在采用這類新型的自調節、基于氣流的控制系統可節省能源、改善廢水排放并減少溫室氣體排放，從而獲得最大的經濟和環境效益。
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