基于节能的精确曝气系统的应用与研究

孙明翔 陆宁宁 陶晨艳 蒋瑞雪

【摘  要】目前，国内大多数采用活性污泥法的污水处理厂的曝气控制系统普遍存在着溶解氧浓度波动大、曝气量冗余大、曝气单元能耗高等问题。本文针对绍兴污水处理厂三期曝气系统生产运行工况，通过选择使用基于气量动态反馈控制原理的VACOMASS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。

【关键词】精确曝气;溶解氧;节能;自动控制

引言

随着国家“节能减排”工作的深入开展，如何在保证稳定运行的情况下，提高污水处理厂的生产效率，同时实现节能降耗的目的，已经成为各污水处理厂建设及管理人员急需解决的一道难题。

1.绍兴污水厂三期曝气系统概况

绍兴污水处理三期续建工程采用“物化混凝沉淀-水解酸化-延时曝气”工艺，处理能力为20万，由四组生物反应池构成（1#、2#、3#、4#曝气池），每组曝气池单池容积约为7.5万m?，分四个廊道，分别安装了在线溶氧仪，推流式运行，采用底部曝气方式。其中1#曝气池采用精确曝气分配与控制系统，每个曝气控制单元配备1台空气流量计、1台气体调节阀及1台就地控制系统，不同控制单元的气量控制由其就地控制系统完成，2#、3#、4#曝气池暂不采用精确曝气分配与控制系统。。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，供气管道采用枝状管网，四个总风管阀门控制曝气风量。

2.精确曝气分配与控制系统控制策略

根据绍兴污水厂生产运行需要，在三期1#曝气池使用精确曝气分配与控制系统，作为一个完整的子系统，其根据1#曝气池的工艺运行特征，采用菱形控制阀、气体流量计及就地控制系统进行一体化设计，通过气体流量的变化，反映该曝气池由于进水水量、水质而导致的处理负荷变化、曝气池中物理环境变化以及微生物生长状况的差异等因素而导致的实际所需气量的变化。由于对三期曝气系统进行单池调试，故保证1#曝气池供气总管阀门90%开度不变。

系统采用空气流量作为控制信号，外部各廊道上溶解氧信号作为触发信号，当溶解氧值处于控制界限内（设定值±0.5mg/L）时，就地控制器及时采集所辖控制区供气量，小范围调整阀门开度，保障溶解氧控制稳定;当溶解氧值偏离控制界限外时，及时调整阀门开度，进而使溶解氧值回归控制界限内。

3.精确曝气分配与控制系统运行分析

3.1阀门开度与溶解氧关系的逻辑分析

该系统采用菱形控制阀及热式流量计作为其硬件部分，是根据三期工艺运行特征一体化设计的，保证系统硬件之间的匹配性，避免因硬件设备的不匹配性而产生的误差积累，进而导致控制效果不佳甚至失败情况的发生，根据系统模拟实验，该系统控制精度优于3%。同时作为气量分配执行机构的线性控制阀，其开度与流量具有良好的线性关系（0-100%）及极高的步进精度（0.2%），为准确执行提供理论依据。

根据1#曝气池系统运行情况，1#溶解氧变化情况和阀門开度之间的关系可以看出，当溶解氧低于设定值时阀门向开度增大的方向调节，反之即向开度减小的方向调节，说明溶解氧与阀门开度执行方向逻辑正确，在阀门可执行范围内，溶解氧稳定控制在2.5±0.5mg/L范围内波动。通过控制菱形阀门的开度，将依靠气体流量计测定的当前值和变化趋势进行调节，从而使得各个廊道供气支管的曝气量恰好能满足当前曝气池中各段生化反应所需空气量，有利于微生物种群的生长繁殖，从而保证生化单元的稳定运行。

3.2溶解氧控制效果分析

为保证系统对气量分配控制效果评价的科学性，以溶解氧作为评价目标，在进水负荷实时改变的情况下，对比分析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可以看出，在监测时间内，1#曝气池溶解氧基本处于3.5mg/L范围内呈小尺度波动，其上下波动基本处于±0.5mg/L范围内，溶解氧控制效果理想，符合预期目标，同时实现了沿水流行方向溶解氧的差异化控制，有利于微生物种群的生长繁殖，达到工艺要求。

3.3节能效果分析

对比分析四组曝气池总管风量在同一时间段的变化，1#曝气池的精确曝气分配与控制系统统效果良好，和并列的2#、3#、4#曝气池（未开启精确曝气分配与控制系统）相比，DO的控制平稳，节气效果明显，节气效果一般在25%-50%，由于单池进行调试，鼓风机没有进行联动调节，随着进水水质水量负荷的变化，通过人工经验的判断，对鼓风机的总供气量进行手动调节。

4.结论

绍兴污水厂三期1#曝气池自使用精确曝气分配与控制系统后，达到了以下目标：①溶解氧控制稳定，可以实现工艺运行的目标，溶解氧控制效果基本处于设定值（±0.5mg/L）的范围内;②根据单池调试效果可以看出，运行此系统后，在保持曝气池中溶解氧浓度稳定、保证生化单元处理工艺的稳定运行的情况下，节气效果明显，节气效果一般在25%-50%，从而降低了曝气单元的能耗，节省曝气单元运行费用，实现了节能目的。

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