污水厂节能降耗：精确曝气是关键

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中国水网近日举办的第八届专家优秀答疑活动正如火如荼地进行着。在活动中，许多网友提出了相关问题，如如何在污水处理厂节能降耗。先锋爱华首席运营官刘指出，精确的曝气系统是污水处理厂节能降耗的关键。

刘指出，污水厂曝气系统的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，污水处理厂的运行控制特性不同于其他反应系统，污水处理过程属于“非线性、大滞后”系统。目前，生物塘常用的曝气控制回路采用do阀调节或pid定值调节，实践证明存在不足。传统的pid控制不仅滞后效应大，而且在控制过程中容易引起系统振荡。根据不完全的调查，在中国很少有利用这种控制模式实现稳定运行的案例。许多污水处理厂逐渐从“自动”变为“半自动”，最后甚至变成了人工“计量控制”。因此，近年来，人们开始重视并尝试采用“精确曝气”技术，但在实施过程中存在一些问题。精确曝气控制示意图见下图。

精确曝气控制示意图

“精确曝气”的技术效果面临着各种挑战。有些人甚至认为精确曝气属于“商业投机”。刘博士认为，造成上述情况和现象的原因有四个。

首先，污水处理厂自动控制系统的方案设计与精确曝气技术的要求存在脱节，即设计院的自动控制方案往往采用传统的“do-阀门开度”调节方式，设计之初没有考虑精确曝气技术。主要原因是精确曝气技术往往被一些专业公司所掌握，业主往往缺乏这方面的经验或不想增加这部分投资，所以很难按照常规的曝气控制方法稳定地实现精确曝气和达到节能的目的。对于改造工程，在原有系统中嵌入基于精确曝气算法的新鼓风曝气控制回路并不容易。因此，刘博士建议在污水处理厂的设计和设备采购中，尽可能将精密曝气技术纳入整个污水处理厂的投资范围。

第二，精确曝气技术依赖于高质量的硬件设备，如空气体线性调节阀(如菱形调节阀)、高质量的do仪器等。，而且这部分投资很大，这确实需要考虑是新建还是改造，但是常规的电动蝶阀不能实现曝气量的精确控制。

第三，精确曝气技术依赖于可靠的控制算法和软件编程。目前，基于精确曝气的算法和实现方法很多，不同公司的算法都在“展示自己的神奇力量”，甚至“创造自己的方式”，真是令人眼花缭乱。事实上，基于控制原理，这些不同的实现方法有很大的不同，所以它们在实现效果和控制过程的稳定性上肯定是不同的。目前，污水处理厂的主流精密曝气系统是基于生物池do设定值的精确控制。事实上，这种控制在工艺和技术上有很大的缺陷。因此，目前一些国际先进的控制系统正逐步采用基于nh3-n、no3-n和tp的在线水质仪表参与过程控制，这当然需要高质量、稳定的传感器和维护水平。

第四，精密曝气系统需要高质量的操作和维护。即使许多污水处理厂有硬件，管理往往跟不上，这也是为什么精密曝气系统不能实现既定功能的一个重要原因。因此，上述条件对于污水处理厂实施和实现精确曝气的预定效果是必不可少的。

此外，目前，国内许多公司都提供精密曝气系统的服务。虽然技术细节、控制方法和原理有很大不同，但基本原理是相似的，即实现“按需曝气”，采用闭环控制系统，不仅采集生物池do等过程的在线监测数据，还采集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，收集进水流量Q和进水水质指标，如cod和nh3-n。因此，形成了“前馈-反馈”闭环控制回路。在闭环控制中，刘先生提出在控制回路中引入nh3-n甚至po4-p。在他看来，do只是一个工艺指标，但我们控制的实际上是出水水质指标。该控制系统不仅对生物池的各个反应区进行独立的do控制，而且对出水NH3-N进行反馈控制..

除了这种“精确控制”曝气的方式，一些外国公司还引进了基于活性污泥数学模型的精确曝气系统，如asm2和asm2d。这些系统在国内已有应用案例，但该系统依赖于一些生化过程动力学参数和化学计量学系数的提取和精确设置，其中几个关键参数需要定期测量和校准。这些关键参数取决于污水处理厂的运行数据，因此实际运行数据的准确性影响系统能否真正发挥作用。因此，这个系统的有效性还有待时间来验证。

最后，刘强调，即使有精确的曝气系统，也要加强运行、维护和管理，而不是单纯依靠自动控制系统。不管控制系统有多先进，没有高质量的维护和管理是无法持久的。因此，一个真正有效的控制系统必须是“自动”和“手动”的结合。