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汙（wū）水處理曝氣量的控製難點

汙水處理曝（pù）氣（qì）量的控製難（nán）點

發布日期：2022/3/24 14:33:52
鼓風曝氣（qì）係統（tǒng）電耗一（yī）般（bān）占全廠電耗的60%左右，是全廠節能的關鍵（jiàn）。最根本的節能措施是提高曝氣控製效率，降低氧的（de）浪（làng）費，從而減小風量。

進行氣量控（kòng）製是曝（pù）氣係統效果最顯著的節能方（fāng）法，據美國環境保（bǎo）護署對美國12個處理（lǐ）設施的調（diào）查結果（guǒ）顯示，以溶解氧（DO）為（wéi）指標控製風量時可節（jiē）電33%。根據風機（jī）風量與能耗的關係可知，電耗隨氣量變化（huà）很大，因（yīn）此進行氣量控製節（jiē）能效果顯著，而且功率越大效果越明顯，當（dāng）然氣量並不是可以任意減小（xiǎo），它將受到許多因素的影響。
從處理工藝的角度（dù）看，曝氣係（xì）統（tǒng）必須進行控製，因為曝（pù）氣係統如果（guǒ）操作不當，曝氣量過小（xiǎo），二次沉澱池可能由於（yú）缺氧而發生汙泥腐（fǔ）化，即池底汙泥厭（yàn）氧分解，產生大量氣（qì）體（tǐ），促（cù）使汙泥上浮。當曝氣時間長（zhǎng）或曝氣量過大時，在曝氣池中將（jiāng）發生高度硝化作用，使混合液中硝酸（suān）鹽濃度（dù）較高。這時，在沉澱池中可能由於（yú）反硝化而產生大（dà）量N2，而使（shǐ）汙（wū）泥上浮（fú）。
另外，曝氣量的分布是否均衡和穩定也是影響處理效果和能耗的一個重要原因（yīn）。在曝氣係統（tǒng）運行時，由於種種幹擾，曝（pù）氣（qì）量的分布會發生（shēng）變化，比如，一個地方曝氣頭堵塞，氣體流（liú）量會減少，同時，也會造成其它地方流（liú）量增大，相反（fǎn），曝氣頭破損，氣體流量會（huì）大增，同時會（huì）造成其它地方流量銳減。這些都會使（shǐ）生物反應不平衡，處理質量下（xià）降。為（wéi）達到處理效果，不得不調整曝氣量，而此時某一點的溶解（jiě）氧的變化亦（yì）不能準確反映生物（wù）池（chí）的處（chù）理狀態，使得以溶解氧為指（zhǐ）標的控製變得不穩定（dìng），能耗增加。

一、行業現狀的不足


總結國內現有汙水處理廠的運行後發現，自動化設備投入較低（dī），能（néng）耗（hào）高，而且係統大（dà）多（duō）在投產時沒能達到（dào）設計運行要求，或在運行一（yī）段時間後改為部分（fèn）自動、部分手動的運行狀態，特別是曝氣係統（tǒng）。分析原因主要有以下幾個方麵：
1、自動化技術與工藝（yì）技術未能有機結（jié）合。我（wǒ）國汙水處理廠起步時，自動化係統成套引進（jìn）國外產品和技術，以後（hòu）雖然硬件係統在國內采購，控製技術並沒有被係統的吸收。國內汙水處理行業的自動化專業力量較低，很多（duō）興建的汙水處理工程的自動化係統是由冶金、化工、輕工等領域工程師設計、編程和調試的，對汙水處理工（gōng）藝了解較（jiào）少，不能結合具體工（gōng）藝進行控製策略設計，一般采用套用本行業現有技術的作法，如本行業PID調節（jiē）及其整定參數（shù）等（děng），因此（cǐ），運（yùn）行效（xiào）果並不理想。
2、自控係統培訓不到位。很多（duō）汙水處（chù）理廠運行人員沒有得（dé）到（dào）控製係統供應商係統的培訓，除了基（jī）本操作以外，沒有從理（lǐ）論上對諸如曝氣係統調節技術的講（jiǎng）述，使得管理人員隻能在工作中重新摸索。
3、運行經驗未得到利用。汙水處理廠很重要的一點，是在長期（qī）運行之後，可以總結日常規律，而且相對穩定，對於管理者，這些規律往往比昂貴的自控設備有用，但是在汙水廠建設中，很多設計並沒（méi）有給（gěi）管理者留有充分的調整空（kōng）間，而且這些有用的經驗也缺乏應用到其他汙水設施建設的途徑。



二、控製策略的不足


1、溶解氧控製的難點
汙水水質的多變和生物處理係統中（zhōng）生化反應的複雜性，決定了汙水處理的（de）溶解氧（DO）檢測控製是一個大滯後係（xì）統，檢測出結果再進行參數處理和調整，往（wǎng）往已滯後幾個小時（shí）甚至幾天，造成大量不合格水的排（pái）出。這種係統的特（tè）點是汙（wū）水生物處（chù）理係統的運行（háng）管理具有相當的（de）技術難度，要求管理者具有較好的環境工程（chéng）知識基礎和（hé）相（xiàng）當豐富的運行管理經驗。
另外（wài），溶解氧指（zhǐ）標並（bìng）不能直接反映生物反應的氧氣需求量，它隻是反映了反應池中氧氣的剩（shèng）餘程度，無法根據它的數值和變（biàn）化（huà）直接計算氣量。
傳統的PID控製雖然在工程上廣泛采用，但隻能解決線性係統的調節問題。曝氣係（xì）統中PID能夠實現（xiàn）對（duì）流量的（de）控製，但對水質處理效果的控製能力有限。溶解（jiě）氧（DO）控製時，PID參數的整定（dìng）需要根據季節、水質的變化（huà）等實際情況不斷調整。從（cóng）控製理論的角度來看，汙水的生物處理過程具有大滯後、非線（xiàn）性、隨機性和多（duō）變量的特點，建立的模型也是經驗的、有條件的，因此（cǐ），單純依靠理論模型建立的經典控製方法並不能很（hěn）好地滿足溶解氧（DO）調節的需要，造成鼓風機和閥（fá）門調節頻繁、超調量大，使得設備壽命降低、能（néng）耗過（guò）高。
2、流量控製的（de）重（chóng）要性
空氣（qì）質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（qì）設備（bèi），包括（kuò）空（kōng）氣管路、曝氣頭或曝氣器等（děng），實際運行中，這些設備能否穩定的工作、能否及（jí）時地發現和抑製故障，會影響到曝（pù）氣過程的穩定（dìng）和均衡，影響到生物反應效果和電耗。不穩定的流量分布會擾亂溶解氧檢（jiǎn）測參數的真實意義，使得本來就容易產生（shēng）振蕩的溶解氧控製變得更加難以駕禦。
曝氣池通常是幾百或幾千平米的流動水池，空（kōng）氣管路通（tōng）過總管（guǎn）和支管將壓縮空氣輸（shū）送到池底的曝氣設備，比如空氣由A分別輸送到B、C、D、E、F。在曝氣係統設計中（zhōng），曝氣量應（yīng）按照需要均勻的分布，實（shí）際上，由於管（guǎn）道壓力損失，B位置和F位（wèi）置的空（kōng）氣壓力和流量存在差異，當總氣量由於水（shuǐ）質（zhì）或水量變化（huà）而調整時，B位置和F位置的（de）壓差和流量差也會發生改變，這會造成（chéng）曝氣分（fèn）布的偏差，而且這種偏差也是變化（huà）的；另外，在係統進行時，如果某位置（如D）的曝氣設施堵塞或破漏，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（de）壓（yā）力和流量重新分布，其他各點（B、C、E、F）的空氣流（liú）量也會相應改變，引起曝氣分布的偏差。上（shàng）述運（yùn）行中的曝氣（qì）分布不均往往（wǎng）是隱（yǐn）藏性的，水麵上很難發現。
曝（pù）氣分（fèn）布不均使得溶（róng）解氧（yǎng）更加困難。因為（wéi）在工程中，溶解氧隻能檢測（cè）某點（通常是曝氣池出口），不能反映出氧量的分布（bù），溶解氧控製的一個條件是（shì）溶解氧值真實地反映曝（pù）氣池（chí）生物（wù）反應的環境狀態，當曝（pù）氣分布（bù）不均時（shí），這一條件不真實，控製效果也不會理想。
因此，空氣流量的控製（zhì）是曝氣控製中十分重要的一環，如果在B、C、D、E、F位置安裝流量（liàng）檢測設備和（hé）調節（jiē）閥門，並建立控製環節，流量偏差就會在運行中被糾正（zhèng），溶解（jiě）氧的控製也會更加有效。

三、分析結（jié）論


曝氣係統的特點如（rú）下：
1）汙水輸（shū）入量為（wéi）隨機變量，其外部環境（jìng）具有許多不確定因素，因此難以建立曝氣生物係統的精確數學模型；
2）曝氣係統的參數維數高、強耦合，高度非線性；
3）溶解氧（yǎng）存在大時滯，係統平衡難以在較短時間內達到；
4）汙水處理工藝中需（xū）要大量熟練操作人員的實踐經驗和知識；
5）曝氣流量分布的穩定和（hé）均勻是控製處理效果和節能的基礎。
因此，解決好曝氣係（xì）統控製應從兩方麵加以改善，一是（shì）解決曝氣（qì）池空（kōng）氣流量（liàng）的平衡（héng）和（hé）穩（wěn）定問題，二是尋求適合溶解氧控製空氣流量的控製策略。

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