污水廠(chǎng)曝氣系統的控制模式探討
時(shí)間:2023-11-10 作者:admin
在污水處理的行業(yè)中,對生化池進(jìn)行曝氣是污水處理過(guò)程中最重要的部分之一。但是在污水廠(chǎng)中,提供曝氣的鼓風(fēng)機也是能源最密集的設備之一,通常占污水廠(chǎng)全部設備的總能源使用量的40%~60%。并且在工藝運行中,向有氧過(guò)程提供正確量的空氣的鼓風(fēng)機的工藝作用也至關(guān)重要—鼓風(fēng)機提供的空氣不足意味著(zhù)溶解氧較低,并可能導致系統好氧微生物及硝化功能不佳,而鼓風(fēng)機提供的空氣過(guò)多則可能導致能源浪費并增加運營(yíng)成本。
在污水廠(chǎng)運行中,對鼓風(fēng)機的節能控制的研究一直在各個(gè)領(lǐng)域不斷地深化,特別是近年來(lái),鼓風(fēng)機的設備形式發(fā)生了重大的革新變化,空氣懸浮和磁懸浮風(fēng)機,克服了軸承摩擦帶來(lái)的輸出功率的損耗,提升了鼓風(fēng)機的運行效率。從另一方面,活性污泥對溶解氧的需求控制上,也不斷地推陳出新,基于溶解氧的控制,基于氨氮去除的控制等,都在不斷優(yōu)化著(zhù)鼓風(fēng)機的精確曝氣控制的進(jìn)程。也有很多污水廠(chǎng)使用優(yōu)化的控制實(shí)現了一定的節能降耗的目標。但是在普遍的污水廠(chǎng)運行中,并不是所有曝氣設計和控制系統都能提供足夠多的控制儀表,并能確保它們的精度或適應性來(lái)應對進(jìn)水負荷和其他的污水環(huán)境條件的日?;蚣竟澬宰兓?。一些運行參數的大幅波動(dòng)可能會(huì )導致這些基于壓力或者DO檢測的曝氣控制系統陷入困境,從而導致鼓風(fēng)機開(kāi)啟控制混亂,造成污水廠(chǎng)的曝氣過(guò)程中的過(guò)度的消耗能源,或者開(kāi)啟不足導致污水中污染物成分去除不足。
從市政污水的設計單位和一些污水處理廠(chǎng)運行管理人員通常的看法認為,對鼓風(fēng)機的出風(fēng)壓力是調整多個(gè)平行生物池的溶解氧平衡重點(diǎn),也是污水廠(chǎng)中調整的經(jīng)驗說(shuō)法。但是這種方法是在大多數鼓風(fēng)機都是恒轉速的設備得出的調整措施,具體的調整是通過(guò)調整進(jìn)口導葉或者進(jìn)風(fēng)閥的開(kāi)啟程度或進(jìn)風(fēng)的壓力來(lái)進(jìn)行。
在這種基于壓力的鼓風(fēng)機控制模式的一個(gè)非常大的缺點(diǎn)是在外界環(huán)境條件發(fā)生變化的時(shí)候,比如進(jìn)出水水質(zhì),日夜不同的進(jìn)水水量,甚至空氣壓力改變(有時(shí)我們人體都難以察覺(jué)到的壓力變化),就必須對其進(jìn)行調整以適應這些變化。而且我們知道在污水廠(chǎng)中,環(huán)境條件的變化是長(cháng)期發(fā)生的,需要隨時(shí)進(jìn)行調整風(fēng)壓以保持鼓風(fēng)機的輸出風(fēng)量滿(mǎn)足活性污泥的性能。特別是這種調整是需要一定專(zhuān)業(yè)知識和技能的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)進(jìn)行,很多污水廠(chǎng)很難具有這樣的技術(shù)人員,也就導致很多污水廠(chǎng)采取了以不變應萬(wàn)變的做法,不調整來(lái)應對復雜變化。
在一些污水廠(chǎng)中,采用的精準曝氣的技術(shù)來(lái)進(jìn)行鼓風(fēng)機控制,精準曝氣采用了一些較為復雜的控制技術(shù),通過(guò)使用在線(xiàn)儀表特別是在線(xiàn)的DO檢測儀,并使用檢測到的DO數據分析來(lái)處理、量化和調整鼓風(fēng)機的運行,來(lái)確保曝氣系統的運行能滿(mǎn)足活性污泥對氧氣的需求。同時(shí)這些檢測數據還可以傳輸到污水廠(chǎng)的中控計算機上,為污水廠(chǎng)的運行人員提供報警信息,以避免潛在問(wèn)題。
但是這種控制的模式主要的制約因素來(lái)自于溶解氧探頭,如果探頭的維護不當或長(cháng)期未能保持探頭表面的清潔,因為溶解氧探頭是放置在生化池的大量的活性污泥中,探頭表面很容易附著(zhù)生物膜,這些生物膜會(huì )導致溶解氧探頭數據檢測的不準確??赡軙?huì )產(chǎn)生低于混合液中實(shí)際的溶解氧讀數,在基于這樣的錯誤數據進(jìn)行了曝氣系統的控制,可以使鼓風(fēng)機提供超出實(shí)際所需要的的空氣量。因此,采用在線(xiàn)探頭技術(shù)的精確曝氣控制系統在污水廠(chǎng)中推廣的效果不佳,也與污水廠(chǎng)不能具備充足的在線(xiàn)監測探頭的維護保養,更新更換的運維能力有很大的關(guān)聯(lián)性。
基于鼓風(fēng)機空氣流量控制系統的出現是近年來(lái)國際上針對鼓風(fēng)曝氣系統節能降耗的創(chuàng )新之一,該系統的原理是通過(guò)使用空氣管路上的電動(dòng)調節閥和氣體流量計組合成控制系統,通過(guò)鼓風(fēng)機出口管路上的空氣流量計來(lái)統計每臺鼓風(fēng)機的風(fēng)量,再通過(guò)不同的流程上的曝氣干管的分支流量計來(lái)統計進(jìn)入到每個(gè)曝氣池的風(fēng)量,以達到各個(gè)曝氣池的溶解氧(DO)平衡控制。
這種曝氣控制系統解決方案通過(guò)建立空氣風(fēng)量的平衡算法,依賴(lài)成熟的電控球閥控制風(fēng)量技術(shù),可以對不斷變化的外界條件做出快速響應,結合大數據的算法可以實(shí)現自適應的智能調控,以應對進(jìn)水水質(zhì)水量的持續變化帶來(lái)的復雜工況。
基于氣流的曝氣控制系統還可以深入開(kāi)發(fā)下去,比如把現場(chǎng)溶解氧的數據結合到控制系統中去,在空氣流量和進(jìn)水未發(fā)生變化時(shí),去識別溶解氧的變化,并根據溶解氧的變化趨勢,比如持續降低,通過(guò)系統提出建議,督促污水處理廠(chǎng)操作員檢查溶解氧探頭是否有污垢。同時(shí)該技術(shù)與現代鼓風(fēng)機配合使用,可以通過(guò)變頻器來(lái)改變風(fēng)機運行速度使其各種壓力下運行。鼓風(fēng)機在較低壓力下運行,對污水廠(chǎng)來(lái)說(shuō),會(huì )有更低的能源成本和更少的熱量產(chǎn)生,還可以提高電機效率并延長(cháng)鼓風(fēng)機電機的使用壽命。
功能更加強大的變頻器、空氣流量傳感器和基于大數據的更智能的控制技術(shù)的引入,現在可以實(shí)現鼓風(fēng)機控制的重點(diǎn)轉移到鼓風(fēng)機直接影響曝氣過(guò)程的參數上來(lái)進(jìn)行,也就是空氣流量和溶解氧(DO)之間的關(guān)系。在一些國外的技術(shù)文章表明,在采用這類(lèi)新型的自調節、基于氣流的控制系統可節省能源、改善廢水排放并減少溫室氣體排放,從而獲得最大的經(jīng)濟和環(huán)境效益。