基于节能的精确曝气系统在大型污水处理厂的研究

陈露岚++姚斌

摘 要：大多数使用活性污水处理技术的污水处理厂曝气系统具有溶解氧浓度波动大，曝气量冗余和单位曝气能耗较高等问题。经过对绍兴水处理三期曝气池精确曝气分配控制系统技术运行资料的分析，结果表明溶氧控制稳定，溶解氧控制可达到设定值（±0.5mg/L）范围内的目的。在曝气池溶解氧浓度稳定、保证生化系统稳定运行的情况下，节气效果通常在25%～50%，从而降低了曝气装置的能耗，节省了曝气单位的经营成本。

关键词：精确曝气 溶解氧 节能 自动控制

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（c）-0119-02

目前，活性污泥法因其成本较低、管理难度小、处理效率高的优势，仍然是众多污水处理厂的首要选择[1]。其中，曝气系统的供氧稳定程度决定了曝气池的运行效率、出水水质情况和运行能耗。因此，溶解氧浓度是过程控制的重要控制参数[2]。在进水水质变化的过程中，通过曝气阀门开度保持溶解氧的稳定，对生产的自动控制和降低曝氣单元的能耗具有重大的现实意义[3-6]。

本文以绍兴水处理发展有限公司三期曝气系统为对象，选择使用基于气态动态反馈控制原理的精确曝气分配与控制系统，实现了溶解氧自动控制的稳定运行，并达到节能降耗的目的。

1 精确曝气分配与控制系统的原理和控制策略

1.1 绍兴水处理三期曝气池溶解氧单元控制策略

系统以溶解氧信号为触发信号，空气流量信号为控制信号，当溶解氧处于设定值±0.5mg/L以内时，空气流量计及时采集所控辖区供气需求量，反馈至阀门控制器对阀门开度进行小范围调整，控制溶解氧恒定；当溶解氧值超过或低于设定范围时，就地控制器及时调整阀门开度，使溶解氧值回复到控制范围内。单个曝气控制单元示意如图1所示。

1.2 曝气量的控制策略

因为三期进水水量、水质不断变化，生化过程对应其气量需求亦实时改变，因此需对鼓风机的气量供给进行相应的控制。绍兴污水处理厂三期供气系统采用5台KA44SV-GL315型HV-TUBRO鼓风机，运行方式为4用1备，具体控制策略为由系统计算合适的鼓风机压力设定值并将压力设定信号提供给鼓风机管理系统（MCP），使得鼓风机处于恒定压力状态下运行，风管上的阀门处于给定开度，从而完成气体总量的供给。气量控制系统选配压力设定优化控制器，压力优化控制器动态的太极各就地控制模块计算压损信号，以风管上的静压值为对此信号，动态给定MCP优化的压力设定信号，由MCP完成鼓风机压力优化控制，如图2所示。

2 精确曝气分配与控制系统运行分析

2.1 溶解氧控制效果对比分析

为了验证该系统对气量分配控制效果评价的科学性，在进水水质水量实时变动情况下，曲线显示1#曝气池与2#曝气池末廊道在同一时间段内溶解氧浓度的变化，1#曝气池开启精确曝气系统，2#曝气池关闭精确曝气系统如图3所示。红色曲线为1#曝气池，蓝色曲线为2#曝气池。

由图3可以发现，在同一时间段，1#曝气池内溶解氧控制效果较理想，溶解氧曲线波动较小，基本稳定在3.5mg/L的范围内，上下波动基本处于±0.5mg/L范围内。2#曝气池末端廊道溶解氧曲线波动较大较不稳定，溶解氧值与设定值有较大差异，这种不稳定会造成风量消耗增大并对处理效果产生影响，无法保证系统工艺稳定运行。

2.2 节能效果对比分析

对比分析两组曝气池总管风量在同一时间段的变化曲线，1#曝气池开启精确曝气系统，2#曝气池关闭精确曝气系统，1#曝气池的精确曝气分配与控制系统风量波动较小，供风量也处于较低水平，节气效果明显，节气效果一般在25%～50%。

3 结语

根据4个多月初步调试数据的监测分析和统计结果显示，绍兴水处理三期曝气池自使用精确曝气分配与控制系统后，在稳定控制溶解氧浓度，满足工艺运行要求的同时，节气效果在25%～50%，降低了曝气单元的能耗，节省曝气单元运行费用，实现了节能的目的。

该系统在绍兴污水厂三期曝气池的成功调试和运行，论证了精确曝气分配与控制系统对于采用鼓风曝气的活性污泥法工艺具有良好的适用性和有效性，对于公司一期和二期曝气池的智能控制具有一定的指导和借鉴意义。

参考文献

[1] 邬扬善.我国城市污水处理技术路线和适用技术分析[J].给水排水，1989，15（5）：15-17.

[2] 王小文.水污染控制工程[M].北京：煤炭工业出版社，2002.

[3] 王显，吕庆兴.曝气池溶解氧浓度控制与节能[J].给水排水，1996，22（12）：22-24.

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[5] 张禹卿.活性污泥系统溶解氧控制的计算机模拟研究[J].中国给水排水，1988，4（4）：4-10.

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