污水处理工艺优化控制模块（RTC）的工程应用

孙海波，徐 进，马建彬

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司第九设计研究院 天津 300182）

随着国内污水处理厂运营进一步发展，出于节能降耗和精细化管理考虑，生物池溶氧优化和精确曝气在主要工艺段得到广泛应用，但各大公司推出的精确曝气系统和软件在各大净水处理厂应用效果不一，褒贬均有之。本文以乌鲁木齐河西三期污水处理厂设计中应用哈希公司的工艺优化控制模块（RTC）为例，阐述一种新的污水曝气处理应用选择。

1 优化控制模块（RTC）概述

对现代化的污水处理厂来说，如何以可持续的方式运行是一个重要的问题，已成为既满足日益严格的排放要求，同时实现节能降耗的关键所在。RTC污水工艺实时控制优化系统，正是哈希公司基于此种理念推出的新一代标准化产品，它是应用先进实时过程控制理念，基于对污水处理工艺的数学模拟及动态数学控制模型的污水智能控制优化系统，无需大的工程量，避免了过多投资投入，RTC模块能优化区域工艺控制，同时实现稳定达标并节能降耗。无论是化学除磷、生物除氮还是污泥处理，RTC优化控制模块均可实现简单高效达标的稳定污水排放。它具备以下明显优点：标准化产品，固化了污水动态数学控制模型的标准化模块设计，模块可独立和组合使用；多种工艺选择，基于化学除磷、生物除氮、污泥处理、营养盐投加的不同应用，推出RTC-N、RTC-DO、RTC-P、RTCDN、RTC-SD、RTC-DOS系列优化模块，更有选择性；依据测量带来更佳的优化，相较于依赖时间或流量负荷的控制方式，RTC模块控制基于污染物负荷以及动态数学模拟技术，实现实时控制；运行可靠性高，HACH PROGNOSYS系统会对主要测量值进行智能分析，提高RTC系统控制可靠性，并自动备有优化方案，最大限度保证系统的稳定。

2 设计应用概念理解

在乌鲁木齐河西三期污水处理厂设计中选用哈希公司的RTC模块应用，主要基于：①RTC标准化模块应用集中在控制层，能自动响应，无需上一级人工干预，这将使运营维护更简单；②多种功能模块选择，可以根据功能需要进行选择，利于控制单项成本，在乌鲁木齐河西三期污水处理厂设计中主要应用了N/DO-RTC硝化优化模块这一项，目的还是精确曝气控制；③从系统稳定性考虑，自动化系统设计更适合应用标准化、开放性高、操作简单可行的产品，以从宏观方面保证自控系统的可靠性和扩展性。

3 N/DO-RTC系统原理

采用N/DO-RTC硝化优化模块的目的是优化污水处理厂中的生物除氮环节，主要应用于连续曝气工艺。实时监测曝气池进出口氨氮值、进口流量、污泥浓度及水温变化，以此计算溶解氧最佳设定值并传送至PLC控制曝气装置，使出水氨氮稳定达标，同时通过减少曝气强度的最佳控制，避免过度曝气，实现节能降耗。具体原理和方法如图1所示。

图1 N/DO-RTC系统原理示意图Fig.1 Principle diagram of N/DO-RTC system

N/DO-RTC硝化优化模块在采集上述仪表数据（DO、T、NH4N、MLSS）的同时接收污水处理进水流量信号，并经系统计算后输出曝气池的实时溶氧需求值及曝气量（或空气调节阀开度）。涉及RTC精确曝气系统所需在线仪表数据，如处理水量氨氮、温度、曝气量等均通过与现场PLC子站机柜通信获得，输出信号如曝气池目标溶氧、目标曝气量（空气调节阀开度除外）等也均由RTC系统输出至现场PLC子站，这部分需与自控承包商配合，整个精确曝气RTC系统与生物池和鼓风机自控系统PLC子站实现有效通信衔接。

在控制执行端和传统精确曝气方式一样，曝气空气管路上需配备空气调节阀，可远程控制其开度；为每个曝气池空气管配备空气流量计（每个空气调节阀配一个空气流量计），以便实现精确化曝气调节控制；曝气用鼓风机可远程自动调节（变频调节或改变导叶开度调节），鼓风机系统配备MCP控制柜，以便鼓风机系统可根据曝气主管压力（或空气流量）的设定和反馈值自动调节风机。

RTC系统首先计算出曝气池所需的当前溶解氧浓度设定值，以溶解氧设定值与实际反馈值为主要控制信号，以空气流量为辅助控制信号，进出水氨氮为控制目标；根据污水处理厂实际进水负荷的变化及生物池各控制区域溶解氧运行水平的需求，及时准确分配与控制气量，以达到溶解氧稳定控制的需求，实现各曝气反应池控制区内实际溶解氧浓度在要求的设定值附近，从而确保整个污水处理工艺在最佳状态下工作，并获得平稳的出水氨氮浓度，提高缺氧池反硝化脱氮效率。

4 N-RTC系统构成

系统设备组成主要包括N-RTC实时控制单元、溶氧分析仪、氨氮分析仪、污泥浓度计和通用控制器等，以及相应的通信、电缆及系统软件，见表1。

表1 N/DO-RTC系统主要构成Tab.1 Main composition of N/DO-RTC system

5 N/DO-RTC系统应用方案

在乌鲁木齐河西三期污水处理厂自控设计中，根据工艺生物池的平面布置，仪表结合哈希公司的指导布置如图2所示。

图2 河西三期单座生物池示意图Fig.2 Schematic diagram of single biological pool

①过程在线分析仪表（单座生物池）：在线溶氧 仪×3（位于生物池3个好氧段）、污泥浓度计×2（位于生物池前好氧段）、在线氨氮×2、在线硝氮×2（位于好氧段进、出水口）。

②曝气控制设备：空气调节阀×3、空气流量 计×3（对应生物池3个好氧段空气支管上）。

③鼓风机控制设备：MCP控制柜，鼓风机系统可根据曝气主管压力或流量的设定和反馈值自动调节风机。

④N/DO-RTC硝化优化模块2组：同步设置于生物池PLC站RTC机柜内，通过工业以太网协议与PLC站保持实时数据交换。

⑤室内集成柜：供电电源220VAC 防护等级IP20；配备RTC自控计算单元及人机界面，柜内温控可调，安装方式为壁挂式，箱体如图3所示。

图3 RTC柜布置图Fig.3 Layout of RTC cabinet

6 N-RTC系统应用要点

本项目工程设计上提供了符合业主成本控制的精确曝气优化方案，还需要注意以下应用细节：

①注重曝气工艺中空气流量计的选择，空气流量计首先满足现场直管段要求，选择上注重以精度和稳定性为主，宽温20～100℃（一般曝气管路都发热）；

②注重曝气工艺中氨氮、硝氮仪表的选择，由于仪表实时性和造价进一步发展，进出水氨氮和硝氮仪表不再选择离子电极的测量原理，而选用气敏电极法的氨氮仪表，以提高测量精度，其响应时间在5～10min可调；

RTC③ 工艺智能优化和过程动态控制系统内拥有阀门线性补偿功能，但空气调节阀仍需考虑线性好的电动执行机构，蝶阀或针阀均可，开/关极限位置均配限位开关；

④单台鼓风机风量调节范围应不少于其最大设计风量的60%～100%，风量追踪时间（涉及鼓风机启停）≤6min；

⑤入口氨氮是为了结合水量、回流量确定进入曝气池的氨氮负荷，出口氨氮是为了反馈曝气池生化处理后的氨氮浓度，建议两处都安装，而且最好配备在线预处理装置。

7 结论

RTC优化控制模块，是哈希公司结合污水处理厂的工艺设计需求及实际运行特征，在模型计算软件中模拟生化池各曝气控制单元实际管路布设，基于大量试验数据积累建立的科学数学模型。在当前现代化污水处理厂越来越重视工艺实时控制优化，RTC优化控制模块为设计和业主应用提供了更多控制优化、布局灵活的系统方案。该智能系统运行稳定，运营维护简单，也给精确曝气系统应用提供更多选择。