污水厂节能降耗：精确曝气是关键

　　中国水网近期举办的第八期专家精品解答活动正开展得如火如荼。在活动中，许多网友提出污水厂如何节能降耗等相关问题，首创爱华运营总监刘智晓指出，精确曝气系统是污水厂节能降耗的关键。
　　刘智晓指出，污水厂中曝气系统能耗约占全厂能耗的50%-70%，是污水厂节能降耗的关键环节。众所周知，污水厂运行控制特性不同于其它反应系统，污水处理过程属于“非线性、大滞后”系统，目前常见的生物池曝气控制回路采用DO-阀门调节或PID定值调节，这种控制方式经实践证明存在很大缺欠。常规的PID控制不但存在较大的滞后效应，而且控制过程易引起系统振荡。据不完全调查，国内采用此种控制方式实现稳定运行的案例很少。很多污水厂由开始的“自动”逐渐变成“半自动”，甚至到最后变成手动“衡量控制”。因此，近些年大家开始关注和尝试采用“精确曝气”技术，但是在实施过程中存在或者出现了一些问题。精确曝气控制原理图见下图。

 

精确曝气量控制原理图

“精确曝气”技术成效面临各种考验，甚至有人认为精确曝气属于“商业炒作”，之所以出现以上情况和现象，刘智晓博士认为有以下四个方面的原因。
　　一是目前污水厂自控系统的方案设计环节与精确曝气技术的要求上存在脱节，也就是设计院的自控方案往往采用传统的“DO-阀门开度”调节方式，设计之初并没有考虑嵌入精确曝气技术。主要因为精确曝气技术往往掌握在一些专业公司，同时业主也往往缺乏这方面的经验或者不想增加这部分投资，因此按常规的曝气控制方式很难稳定地实现精确曝气进而实现节能目的。对于改造项目，在原有系统上嵌入基于精确曝气算法的新的鼓风曝气控制回路，实施起来确实不易。因此刘博士建议，尽量在污水厂设计、设备采购时将精确曝气技术融入整个污水厂投资范围内。
　　二是精确曝气技术要依赖高质量的硬件设备，如空气线性调节阀（如菱形调节阀），高质量的DO仪等，而这部分投资较大，无论是对新建或对改造而言确实都需要斟酌，而常规的电动调节蝶阀无法做到曝气量的精确控制。
　　三是精确曝气技术依赖比较可靠的控制算法及软件编程，而目前基于精确曝气的算法和实现方式很多，不同公司的算法也是“各显神通”，甚至“独辟蹊径”，感觉确实有些“眼花缭乱”，实际上这些不同的实施方式基于控制原理方面存在很大差异，因此在实施效果、控制过程稳定性方面肯定不同。目前，污水厂主流的精确曝气系统还是基于生物池DO设定值的精确控制，实际上这种控制存在非常大的工艺、技术缺欠。因此，目前国际上先进的一些控制系统正逐渐采用基于NH3-N、NO3-N、TP等在线水质仪表参与过程控制，当然这需要高质量高稳定性的传感器和维护水准。
　　四是精确曝气系统需要高素质的运营维护，很多污水厂即使拥有硬件，但管理往往跟不上，也是导致精确曝气系统不能实现既定功能的重要原因。因此，污水厂实施并实现精确曝气的预定功效，以上条件缺一不可。
　　另外，目前国内已经有多家公司提供精确曝气系统的服务，尽管在技术细节、控制方式及原理有较大不同，但是基本原理是相似的，即实现“按需曝气”，采用闭环控制系统，不但采集生物池DO等工艺在线监测数据，甚至也采集NH3-N等水质指标作为反馈控制信号参与系统控制。此外在前馈方面，采集进水流量Q、进水水质指标，如COD、NH3-N等。这样形成了一个“前馈-后馈”闭环控制回路。在闭环控制方面，刘总建议将NH3-N甚至PO4-P引入控制回路。他认为，DO只是一个工艺指标，而我们控制的实际上是出水水质指标。控制系统不但对生物池每个反应区域进行单独的DO控制，而且对出水NH3-N进行反馈控制。
　　除了此种方式的“精确控制”曝气方式外，也有一些国外的公司推出了基于ASM2、ASM2D等活性污泥数学模型的精确曝气系统，这些系统在国内有应用案例，但是这种系统较依赖一些生化过程动力学参数及化学计量学系数的提取及准确设定，其中有几个关键参数需要定期测定、校准。而这些关键参数依赖污水厂长周期的运行数据作为支撑，所以实际运行数据的准确性影响该系统是否能真正发挥作用。因此此种系统到底应用效果如何，尚待时间验证。
　　最后刘智晓强调，即使拥有精确曝气系统，也需要强化运营维护及管理，而不能仅仅单纯依赖自控系统。再先进的控制系统，没有高质量的维护和管理也是不能持久的。因此，真正具有效果的控制系统一定是“自动”和“手动”相结合的。