污水处理(lǐ)厂曝气量的调节控制

鼓风曝气系统電(diàn)耗一般占全厂電(diàn)耗的60%左右，是全厂节能(néng)的关键。根本的节能(néng)措施是提高曝气控制效率，降低氧的浪费，从而减小(xiǎo)风量。

进行1气量控制是曝气系统效果显著的节能(néng)方法，据美國(guó)环境保护署对美國(guó)12个处理(lǐ)设施的调查结果显示，以溶解氧（DO）為(wèi)指标控制风量时可(kě)节電(diàn)33%。根据风机风量与能(néng)耗的关系可(kě)知，電(diàn)耗随气量变化很(hěn)大，因此进行1气量控制节能(néng)效果显著，而且功率越大效果越明显，当然气量并不是可(kě)以任意减小(xiǎo)，它将受到许多(duō)因素的影响。

从处理(lǐ)工艺的角度看，曝气系统必1须进行控制，因為(wèi)曝气系统如果操作不当，曝气量过小(xiǎo)，二次沉淀池可(kě)能(néng)由于缺氧而发生污泥腐化，即池底污泥厌氧分(fēn)解，产生大量气體(tǐ)，促使污泥上浮。当曝气时间長(cháng)或曝气量过大时，在曝气池中将发生高度硝化作用(yòng)，使混合液中硝酸盐浓度较高。这时，在沉淀池中可(kě)能(néng)由于反硝化而产生大量N2，而使污泥上浮。

另外，曝气量的分(fēn)布是否均衡和稳定也是影响处理(lǐ)效果和能(néng)耗的一个重要原因。在曝气系统运行时，由于种种干扰，曝气量的分(fēn)布会发生变化，比如，一个地方曝气头堵塞，气體(tǐ)流量会减少，同时，也会造成其它地方流量增大，相反，曝气头破损，气體(tǐ)流量会大增，同时会造成其它地方流量锐减。这些都会使生物(wù)反应不平衡，处理(lǐ)质量下降。為(wèi)达到处理(lǐ)效果，不得不调整曝气量，而此时某一点的溶解氧的变化亦不能(néng)准确反映生物(wù)池的处理(lǐ)状态，使得以溶解氧為(wèi)指标的控制变得不稳定，能(néng)耗增加。

一、行业现状的不足

总结國(guó)内现有(yǒu)污水处理(lǐ)厂的运行后发现，自动化设备投入较低，能(néng)耗高，而且系统大多(duō)在投产时没能(néng)达到设计运行要求，或在运行一段时间后改為(wèi)部分(fēn)自动、部分(fēn)手动的运行状态，特别是曝气系统。分(fēn)析原因主要有(yǒu)以下几个方面：

1、自动化技术与工艺技术未能(néng)有(yǒu)机结合。我國(guó)污水处理(lǐ)厂起步时，自动化系统成套引进國(guó)外产品和技术，以后虽然硬件系统在國(guó)内采購(gòu)，控制技术并没有(yǒu)被系统的吸收。國(guó)内污水处理(lǐ)行业的自动化专1业力量较低，很(hěn)多(duō)兴建的污水处理(lǐ)工程的自动化系统是由冶金、化工、轻工等领域工程师设计、编程和调试的，对污水处理(lǐ)工艺了解较少，不能(néng)结合具體(tǐ)工艺进行控制策略设计，一般采用(yòng)套用(yòng)本行业现有(yǒu)技术的作法，如本行业PID调节及其整定参数等，因此，运行效果并不理(lǐ)想。

2、自控系统培训不到位。很(hěn)多(duō)污水处理(lǐ)厂运行人员没有(yǒu)得到控制系统供应商(shāng)系统的培训，除了基本操作以外，没有(yǒu)从理(lǐ)论上对诸如曝气系统调节技术的讲述，使得管理(lǐ)人员只能(néng)在工作中重新(xīn)摸索。

3、运行经验未得到利用(yòng)。污水处理(lǐ)厂很(hěn)重要的一点，是在長(cháng)期运行之后，可(kě)以总结日常规律，而且相对稳定，对于管理(lǐ)者，这些规律往往比昂贵的自控设备有(yǒu)用(yòng)，但是在污水厂建设中，很(hěn)多(duō)设计并没有(yǒu)给管理(lǐ)者留有(yǒu)充分(fēn)的调整空间，而且这些有(yǒu)用(yòng)的经验也缺乏应用(yòng)到其他(tā)污水设施建设的途径。

二、控制策略的不足

1、溶解氧控制的难点

污水水质的多(duō)变和生物(wù)处理(lǐ)系统中生化反应的复杂性，决定了污水处理(lǐ)的溶解氧（DO）检测控制是一个大滞后系统，检测出结果再进行参数处理(lǐ)和调整，往往已滞后几个小(xiǎo)时甚至几天，造成大量不合格水的排出。这种系统的特点是污水生物(wù)处理(lǐ)系统的运行管理(lǐ)具有(yǒu)相当的技术难度，要求管理(lǐ)者具有(yǒu)较好的环境工程知识基础和相当丰富的运行管理(lǐ)经验。

另外，溶解氧指标并不能(néng)直接反映生物(wù)反应的氧气需求量，它只是反映了反应池中氧气的剩余程度，无法根据它的数值和变化直接计算气量。

传统的PID控制虽然在工程上广泛采用(yòng)，但只能(néng)解决線(xiàn)性系统的调节问题。曝气系统中PID能(néng)够实现对流量的控制，但对水质处理(lǐ)效果的控制能(néng)力有(yǒu)限。溶解氧（DO）控制时，PID参数的整定需要根据季节、水质的变化等实际情况不断调整。从控制理(lǐ)论的角度来看，污水的生物(wù)处理(lǐ)过程具有(yǒu)大滞后、非線(xiàn)性、随机性和多(duō)变量的特点，建立的模型也是经验的、有(yǒu)条件的，因此，单纯依靠理(lǐ)论模型建立的经典控制方法并不能(néng)很(hěn)好地满足溶解氧（DO）调节的需要，造成鼓风机和阀门调节频繁、超调量大，使得设备寿命降低、能(néng)耗过高。

2、流量控制的重要性

空气质量流量是直接影响曝气处理(lǐ)效果的指标，从工程的角度看，诺大的反应池往往需要许多(duō)组曝气设备，包括空气管路、曝气头或曝气器等，实际运行中，这些设备能(néng)否稳定的工作、能(néng)否及时地发现和抑制故障，会影响到曝气过程的稳定和均衡，影响到生物(wù)反应效果和電(diàn)耗。不稳定的流量分(fēn)布会扰乱溶解氧检测参数的真实意义，使得本来就容易产生振荡的溶解氧控制变得更加难以驾御。

曝气池通常是几百或几千平米的流动水池，空气管路通过总管和支管将压缩空气输送到池底的曝气设备，比如空气由A分(fēn)别输送到B、C、D、E、F。在曝气系统设计中，曝气量应按照需要均匀的分(fēn)布，实际上，由于管道压力损失，B位置和F位置的空气压力和流量存在差异，当总气量由于水质或水量变化而调整时，B位置和F位置的压差和流量差也会发生改变，这会造成曝气分(fēn)布的偏差，而且这种偏差也是变化的；另外，在系统进行时，如果某位置（如D）的曝气设施堵塞或破漏，会造成该位置压力和流量的改变，同时会引起整个空气管路的压力和流量重新(xīn)分(fēn)布，其他(tā)各点（B、C、E、F）的空气流量也会相应改变，引起曝气分(fēn)布的偏差。上述运行中的曝气分(fēn)布不均往往是隐藏性的，水面上很(hěn)难发现。

曝气分(fēn)布不均使得溶解氧更加困难。因為(wèi)在工程中，溶解氧只能(néng)检测某点（通常是曝气池出口），不能(néng)反映出氧量的分(fēn)布，溶解氧控制的一个条件是溶解氧值真实地反映曝气池生物(wù)反应的环境状态，当曝气分(fēn)布不均时，这一条件不真实，控制效果也不会理(lǐ)想。

因此，空气流量的控制是曝气控制中十分(fēn)重要的一环，如果在B、C、D、E、F位置安装流量检测设备和调节阀门，并建立控制环节，流量偏差就会在运行中被纠正，溶解氧的控制也会更加有(yǒu)效。

三、分(fēn)析结论

曝气系统的特点如下：

1）污水输入量為(wèi)随机变量，其外部环境具有(yǒu)许多(duō)不确定因素，因此难以建立曝气生物(wù)系统的精1确数學(xué)模型；

2）曝气系统的参数维数高、强耦合，高度非線(xiàn)性；

3）溶解氧存在大时滞，系统平衡难以在较短时间内达到；

4）污水处理(lǐ)工艺中需要大量熟练操作人员的实践经验和知识；

5）曝气流量分(fēn)布的稳定和均匀是控制处理(lǐ)效果和节能(néng)的基础。

因此，解决好曝气系统控制应从两方面加以改善，一是解决曝气池空气流量的平衡和稳定问题，二是寻求适合溶解氧控制空气流量的控制策略。