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2025年6月4-6日

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污水處理廠曝氣量的調(diào)節(jié)控制

鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)電耗一般占全廠電耗的60%左右,是全廠節(jié)能的關(guān)鍵。最根本的節(jié)能措施是提高曝氣控制效率,降低氧的浪費,從而減小風(fēng)量。
進行氣量控制是曝氣系統(tǒng)效果最顯著的節(jié)能方法,據(jù)美國環(huán)境保護署對美國12個處理設(shè)施的調(diào)查結(jié)果顯示,以溶解氧(do)為指標控制風(fēng)量時可節(jié)電33%。根據(jù)風(fēng)機風(fēng)量與能耗的關(guān)系可知,電耗隨氣量變化很大,因此進行氣量控制節(jié)能效果顯著,而且功率越大效果越明顯,當(dāng)然氣量并不是可以任意減小,它將受到許多因素的影響。
從處理工藝的角度看,曝氣系統(tǒng)必須進行控制,因為曝氣系統(tǒng)如果操作不當(dāng),曝氣量過小,二次沉淀池可能由于缺氧而發(fā)生污泥腐化,即池底污泥厭氧分解,產(chǎn)生大量氣體,促使污泥上浮。當(dāng)曝氣時間長或曝氣量過大時,在曝氣池中將發(fā)生高度硝化作用,使混合液中硝酸鹽濃度較高。這時,在沉淀池中可能由于反硝化而產(chǎn)生大量n2,而使污泥上浮。
另外,曝氣量的分布是否均衡和穩(wěn)定也是影響處理效果和能耗的一個重要原因。在曝氣系統(tǒng)運行時,由于種種干擾,曝氣量的分布會發(fā)生變化,比如,一個地方曝氣頭堵塞,氣體流量會減少,同時,也會造成其它地方流量增大,相反,曝氣頭破損,氣體流量會大增,同時會造成其它地方流量銳減。這些都會使生物反應(yīng)不平衡,處理質(zhì)量下降。為達到處理效果,不得不調(diào)整曝氣量,而此時某一點的溶解氧的變化亦不能準確反映生物池的處理狀態(tài),使得以溶解氧為指標的控制變得不穩(wěn)定,能耗增加。

 

一、行業(yè)現(xiàn)狀的不足

總結(jié)國內(nèi)現(xiàn)有污水處理廠的運行后發(fā)現(xiàn),自動化設(shè)備投入較低,能耗高,而且系統(tǒng)大多在投產(chǎn)時沒能達到設(shè)計運行要求,或在運行一段時間后改為部分自動、部分手動的運行狀態(tài),特別是曝氣系統(tǒng)。分析原因主要有以下幾個方面:
1、自動化技術(shù)與工藝技術(shù)未能有機結(jié)合。我國污水處理廠起步時,自動化系統(tǒng)成套引進國外產(chǎn)品和技術(shù),以后雖然硬件系統(tǒng)在國內(nèi)采購,控制技術(shù)并沒有被系統(tǒng)的吸收。國內(nèi)污水處理行業(yè)的自動化專業(yè)力量較低,很多興建的污水處理工程的自動化系統(tǒng)是由冶金、化工、輕工等領(lǐng)域工程師設(shè)計、編程和調(diào)試的,對污水處理工藝了解較少,不能結(jié)合具體工藝進行控制策略設(shè)計,一般采用套用本行業(yè)現(xiàn)有技術(shù)的作法,如本行業(yè)pid調(diào)節(jié)及其整定參數(shù)等,因此,運行效果并不理想。
2、自控系統(tǒng)培訓(xùn)不到位。很多污水處理廠運行人員沒有得到控制系統(tǒng)供應(yīng)商系統(tǒng)的培訓(xùn),除了基本操作以外,沒有從理論上對諸如曝氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)技術(shù)的講述,使得管理人員只能在工作中重新摸索。
3、運行經(jīng)驗未得到利用。污水處理廠很重要的一點,是在長期運行之后,可以總結(jié)日常規(guī)律,而且相對穩(wěn)定,對于管理者,這些規(guī)律往往比昂貴的自控設(shè)備有用,但是在污水廠建設(shè)中,很多設(shè)計并沒有給管理者留有充分的調(diào)整空間,而且這些有用的經(jīng)驗也缺乏應(yīng)用到其他污水設(shè)施建設(shè)的途徑。

 

二、控制策略的不足

1、溶解氧控制的難點
污水水質(zhì)的多變和生物處理系統(tǒng)中生化反應(yīng)的復(fù)雜性,決定了污水處理的溶解氧(do)檢測控制是一個大滯后系統(tǒng),檢測出結(jié)果再進行參數(shù)處理和調(diào)整,往往已滯后幾個小時甚至幾天,造成大量不合格水的排出。這種系統(tǒng)的特點是污水生物處理系統(tǒng)的運行管理具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度,要求管理者具有較好的環(huán)境工程知識基礎(chǔ)和相當(dāng)豐富的運行管理經(jīng)驗。
另外,溶解氧指標并不能直接反映生物反應(yīng)的氧氣需求量,它只是反映了反應(yīng)池中氧氣的剩余程度,無法根據(jù)它的數(shù)值和變化直接計算氣量。
傳統(tǒng)的pid控制雖然在工程上廣泛采用,但只能解決線性系統(tǒng)的調(diào)節(jié)問題。曝氣系統(tǒng)中pid能夠?qū)崿F(xiàn)對流量的控制,但對水質(zhì)處理效果的控制能力有限。溶解氧(do)控制時,pid參數(shù)的整定需要根據(jù)季節(jié)、水質(zhì)的變化等實際情況不斷調(diào)整。從控制理論的角度來看,污水的生物處理過程具有大滯后、非線性、隨機性和多變量的特點,建立的模型也是經(jīng)驗的、有條件的,因此,單純依靠理論模型建立的經(jīng)典控制方法并不能很好地滿足溶解氧(do)調(diào)節(jié)的需要,造成鼓風(fēng)機和閥門調(diào)節(jié)頻繁、超調(diào)量大,使得設(shè)備壽命降低、能耗過高。
2、流量控制的重要性
空氣質(zhì)量流量是直接影響曝氣處理效果的指標,從工程的角度看,諾大的反應(yīng)池往往需要許多組曝氣設(shè)備,包括空氣管路、曝氣頭或曝氣器等,實際運行中,這些設(shè)備能否穩(wěn)定的工作、能否及時地發(fā)現(xiàn)和抑制故障,會影響到曝氣過程的穩(wěn)定和均衡,影響到生物反應(yīng)效果和電耗。不穩(wěn)定的流量分布會擾亂溶解氧檢測參數(shù)的真實意義,使得本來就容易產(chǎn)生振蕩的溶解氧控制變得更加難以駕御。
曝氣池通常是幾百或幾千平米的流動水池,空氣管路通過總管和支管將壓縮空氣輸送到池底的曝氣設(shè)備,比如空氣由a分別輸送到b、c、d、e、f。在曝氣系統(tǒng)設(shè)計中,曝氣量應(yīng)按照需要均勻的分布,實際上,由于管道壓力損失,b位置和f位置的空氣壓力和流量存在差異,當(dāng)總氣量由于水質(zhì)或水量變化而調(diào)整時,b位置和f位置的壓差和流量差也會發(fā)生改變,這會造成曝氣分布的偏差,而且這種偏差也是變化的;另外,在系統(tǒng)進行時,如果某位置(如d)的曝氣設(shè)施堵塞或破漏,會造成該位置壓力和流量的改變,同時會引起整個空氣管路的壓力和流量重新分布,其他各點(b、c、e、f)的空氣流量也會相應(yīng)改變,引起曝氣分布的偏差。上述運行中的曝氣分布不均往往是隱藏性的,水面上很難發(fā)現(xiàn)。
曝氣分布不均使得溶解氧更加困難。因為在工程中,溶解氧只能檢測某點(通常是曝氣池出口),不能反映出氧量的分布,溶解氧控制的一個條件是溶解氧值真實地反映曝氣池生物反應(yīng)的環(huán)境狀態(tài),當(dāng)曝氣分布不均時,這一條件不真實,控制效果也不會理想。
因此,空氣流量的控制是曝氣控制中十分重要的一環(huán),如果在b、c、d、e、f位置安裝流量檢測設(shè)備和調(diào)節(jié)閥門,并建立控制環(huán)節(jié),流量偏差就會在運行中被糾正,溶解氧的控制也會更加有效。

 

三、分析結(jié)論

曝氣系統(tǒng)的特點如下:
1)污水輸入量為隨機變量,其外部環(huán)境具有許多不確定因素,因此難以建立曝氣生物系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型;
2)曝氣系統(tǒng)的參數(shù)維數(shù)高、強耦合,高度非線性;
3)溶解氧存在大時滯,系統(tǒng)平衡難以在較短時間內(nèi)達到;
4)污水處理工藝中需要大量熟練操作人員的實踐經(jīng)驗和知識;
5)曝氣流量分布的穩(wěn)定和均勻是控制處理效果和節(jié)能的基礎(chǔ)。
因此,解決好曝氣系統(tǒng)控制應(yīng)從兩方面加以改善,一是解決曝氣池空氣流量的平衡和穩(wěn)定問題,二是尋求適合溶解氧控制空氣流量的控制策略。

 

文章來源:環(huán)保小蜜蜂

 

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