污水处理中控制曝气量的难点

鼓风曝气系统的能耗一般约占全厂能耗的60%，这是全厂节能的关键。z根本的节能措施是提高曝气控制效率和浪费氧气降低，以减少风量。

风量控制是一种节能方法，在曝气系统中效果显著。根据美国环境保护署对美国12个处理设施的调查结果，当溶解氧(DO)为指标以控制风量时，可以节省33%的电力。从风机风量与能耗的关系可以看出，能耗随风量变化很大，风量控制的节能效果显著，功率越大，效果越明显。当然，风量不能随意减少，它会受到许多因素的影响。

从处理过程的角度来看，曝气系统必须得到控制，因为如果曝气系统运行不正常，曝气量太小，二沉池可能会因缺氧而发生污泥衰变，即池底污泥厌氧分解，产生大量气体，促使污泥上浮。当曝气时间较长或曝气量过大时，曝气池中会发生高硝化作用，导致混合溶液中硝酸盐浓度较高。此时，由于沉淀池中的反硝化作用，可能会产生大量的N2，导致污泥上浮。

此外，曝气分布是否平衡稳定也是影响处理效果和能耗的重要原因。在曝气系统运行过程中，由于各种干扰，曝气量的分布会发生变化。例如，如果曝气头在一个地方堵塞，气体流速将降低，同时，在其他地方的流速将增加。相反，如果曝气头损坏，气体流量将大大增加，同时其他地方的流量将急剧下降。

所有这些都会使生物反应失衡，治疗质量下降。为了达到处理效果，必须调整曝气量，此时某一点溶解氧的变化不能准确反映生物池的处理状态，使得指标溶解氧的控制不稳定，增加了能耗。

一、行业现状的不足

总结国内现有污水处理厂的运行情况后，发现自动化设备投资少，能耗高，投产时大部分系统不能满足设计和运行要求，或运行一段时间后转为部分自动和部分手动运行，特别是曝气系统。分析主要原因如下:

1。自动化技术和过程技术不能有机结合。中国污水处理厂启动时，自动化系统成套引进了国外产品和技术。虽然硬件系统是在国内年购买的，但控制技术没有被系统吸收。国内污水处理行业的自动化程度相对较低。许多废水处理工程的自动化系统是由冶金、化工、轻工等领域的工程师设计、编程和调试的。他们对废水处理技术知之甚少，不能与特定工艺相结合来设计控制策略。一般来说，应用该行业中现有的技术，例如该行业中的PID调节和参数设置。因此，运行效果不理想。

2。自动控制系统培训不到位。许多污水处理厂操作员没有接受控制系统供应商系统的培训。除了基本操作外，他们没有从理论上描述曝气系统的调节技术，这使得管理人员只能在工作中摸索。

3。没有利用操作经验。污水处理厂的一个重要点是，经过长期运行，常规定律可以总结出来，并且相对稳定。对经理来说，这些法律通常比昂贵的自动控制设备更有用。然而，在污水处理厂的建设中，许多设计没有给管理者留下足够的调整空间，这些有益的经验也缺乏适用于其他污水处理设施的方法。

二、控制策略的不足

1，溶解困难

虽然传统的PID控制在工程中得到广泛应用，但它只能解决线性系统的调节问题。曝气系统中的PID可以控制流量，但其控制水质处理效果的能力有限。溶解氧控制时，需要根据季节和水质的变化等实际情况不断调整PID参数。从控制理论的角度来看，污水生物处理过程具有大滞后、非线性、随机性和多变量的特点。所建立的模型也是经验的和有条件的。因此，仅由理论模型建立的经典控制方法不能很好地满足溶解氧调节的需要，导致风机和阀门频繁调节和超调量大，导致设备寿命为降低，能耗高。

2。空气质量流量时流量控制的重要性为指标，直接影响曝气处理效果。从工程角度来看，诺达反应池通常需要多组曝气设备，包括空气管道、曝气头或曝气机。在实际运行中，如果这些设备能够稳定运行，及时发现和抑制故障，将会影响曝气过程的稳定性和平衡，影响生物反应效果和能耗。不稳定的流量分布会扰乱溶解氧检测参数的真正含义，使得本来就容易振荡的溶解氧控制更加难以控制。

曝气池通常是数百或数千平方米的流动水箱。风管通过主管道和支管将压缩空气输送到罐底的曝气设备。例如，空气分别从甲输送到乙、丙、丁、戊和氟。在曝气系统设计中，曝气量应按要求均匀分布。事实上，由于管道压力损失，位置B和位置F之间的空气压力和流量存在差异，当由于水质或水量变化而调整总风量时，位置B和位置F之间的压力差和流量差也会发生变化，这将导致曝气分布的偏差，这种偏差也会发生变化。此外，当系统运行时，如果某一位置(如:D)的曝气设施被堵塞或泄漏破坏，该位置的压力和流量将发生变化，同时整个空气管道的压力和流量将被重新分配，其它位置(B、C、E、F)的空气流量也将相应变化，导致曝气分布的偏差。在上述操作中，曝气的不均匀分布通常是隐藏的，并且难以在水面上找到。

曝气的不均匀分布使得溶解氧更加困难。因为在本项目中，溶解氧只能在检测点(通常在曝气池的出口)，不能反映氧气的分布。溶解氧控制的一个条件是溶解氧值真实地反映曝气池中生物反应的环境状态。当曝气分布不均匀时，这种情况不成立，控制效果不理想。

因此，气流控制是曝气控制的一个非常重要的部分。如果流量检测设备和调节阀安装在位置B、C、D、E和F，并建立控制链路，流量偏差将在运行过程中得到纠正，溶解氧控制将更加有效。

三、分析结论

曝气系统的特点如下:

1)污水输入是一个随机变量，其外部环境有许多不确定因素，很难建立曝气生物系统的数学模型；

2)曝气系统参数维数高，耦合性强，非线性强。

3)溶解氧延时大，短时间内难以达到系统平衡。

4)污水处理过程需要大量熟练操作人员的实践经验和知识；

5)稳定均匀的曝气流量分布是控制处理效果和节能的基础。

因此，曝气系统的控制应从两个方面进行改进:一是解决曝气池内气流的平衡和稳定；另一个是找到适合溶解氧控制空气流量的控制策略。