关键词：节能降耗；在线水质仪表；污水处理；优化运行；
在线水质仪表在污水处理厂的应用，使得实时监测进水负荷成为可能，也为污水处理工艺的优化控制奠定了基础。实践证明，通过实时监测进水负荷，利用各种数学模型，结合现代控制理论，对污水处理厂进行优化运行，能够提高处理效率，节能降耗，减少运行成本和碳排放。通过对进水负荷的快速响应，能够增强系统的稳定性，抵抗冲击负荷。
一、ＩＣＡ技术概述
国际水质协会（ＩＡＷＱ）提出了ＩＣＡ技术概念，即仪器化（Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ）、控制化（Ｃｏｎｔｒｏｌ）和自动化（Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）。通过实时监测污水处理过程的进水负荷和出水水质，比如：温度、ｐＨ、ＯＲＰ、ＤＯ、氨氮、硝氮、磷、污泥界面、污泥浓度、流量等参数，利用污水生物处理动力学模型，紧密结合前（反）馈、ＰＩＤ、自适应等现代控制理论，实时计算工厂最优控制的各种设定值，自动调节供氧强度、优化脱氮除磷、控制药剂投加、优化排泥和污泥脱水过程，从而对整个工艺过程进行优化控制。通过对进水负荷的实时监测，能够实现快速响应，提高处理效率，满足日益严格的污水排放标准，增强系统的稳定性，减轻冲击负荷对水处理系统的危害，实现节能降耗，减少运行成本和碳排放。ＩＣＡ的技术核心是检测仪器、数学模型和过程控制系统，所有可靠的优化控制策略都是基于有效、准确的检测值。国内外大量运行经验表明：通过在线水质分析仪器的监测，能够实现污水处理系统的过程优化控制。在欧洲一些污水处理技术领先的地区，已经投入了大量的研究，并取得了阶段性的成果。
二、污水处理设备改进
若想有效的降低污水处理设备用电能耗，对相关设备进行改进是十分必要的。首先应淘汰落后高耗能电机，所有设备选择节能环保的高效电机。目前来看，曝气系统的电耗量在当前污水处理设备中所占比例最大。因此鼓风机电机选择高效变频电机，用生物池的液位及实时进水流量来控制鼓风机的运行频率，以实时监测溶解氧浓度来保证供氧量的需求，既提高了设备效能、又减小了设备损耗、同时降低了设备能耗。同时加强设备设施维护，减少设备机械损耗。通过科学的维护保养设备，及时精准地添加润滑油，既能减少用能设备损耗，又能降低耗能设备的维修成本，从而有效地减少零配件等材料成本。进而实现了节能减排的最终目的。
三、工程项目背景
在某国南部某污水处理厂，是某国早期建立的污水处理厂之一，已经有六十六年的运行历史，服务人口二十五万人，处理水量约六万m3/d，采用4级Bardenpho工艺（在传统AAO工艺的好氧区末段增加停曝气缺氧区，加强反硝化）。见图1。
图1污水处理厂工艺流程
污水处理厂采用了某公司的WTOS优化控制系统，通过与系统集成公司合作完成实时控制系统。该案例的思路就是基于模型计算来调节过去固定的设定值，从而减少曝气量和加药量，节能降耗。为满足优化控制的需求，安装多台某公司溶解氧、硝氮、氨氮、COD和MLSS等在线水质分析仪。图2灰色框部分就是优化的曝气池。曝气池有2组，共8个曝气廊道，长约100米，宽9米，深6米，实际水深约4.5米。
图2污水处理厂的鸟瞰图
四、系统组成
整个优化系统包括多个控制策略。
1.对生化池的1、2组实行溶解氧开环＋闭环控制策略，装有全部的Ｈａｃｈ公司在线水质分析仪器，根据进水氨氮浓度，计算出４组好氧段的溶解氧浓度设定值，并根据出水氨氮的浓度进行检验。生化池的７、８组作为对比池，仅安装在线溶解氧仪，氨氮依然沿用传统的溶解氧恒定的ＰＩＤ控制策略，好氧４区的溶解氧设定值分别为２、２、１、０．５ｍｇ／Ｌ。发现７、８组出水氨氮值波动较大，而１、２组出水氨氮值比较稳定。１、２组生化池根据好氧池出水的氨氮浓度，计算溶解氧设定值，从而控制好氧池的曝气量与氨氮负荷相匹配，最终实现稳定的出水氨氮值排放。
2.根据缺氧段出水的在线硝氮数据，实行甲醇投加闭环控制策略，使用ＰＩＤ算法确定需要投加的甲醇含量。设定缺氧段出水硝氮值，如实际硝氮值偏高，则适当增加甲醇的投加量；如实际硝氮值偏低，则可适当减少甲醇的投加量。
3.根据缺氧段出水附近的硝氮浓度，实行回流比控制策略，使用ＰＩＤ算法，确定内回流的比例，使出水硝氮浓度降低至设定值。设定缺氧段出水硝氮值，如果实际硝氮值偏高，则适当减少回流比；如果实际硝氮值偏低，则可适当增加内回流比。
4.根据混合液和回流污泥的浓度，实行排泥量／污泥龄控制策略，控制排泥量，使用ＰＩＤ控制算法，使生化单元的混合液污泥浓度稳定在设定值上。当然，在工艺中还有很多其他控制策略。在除磷过程中，通过在线磷酸盐浓度和流量自动控制加药量，减少絮凝污泥和加药成本。当磷酸盐浓度和流量整体偏高时，适当增加药剂的投加；当磷酸盐浓度和流量整体偏低时，适当减少药剂的投加。在污泥脱水控制中，通过监测悬浮固体的浓度，来控制加药量，稳定排泥质量，减少加药成本。
五、数据对比
应用WTOS优化控制系统之后，取得了明显的社会效益和环境效益。据粗略估计，系统应用后可以节约曝气量20%，即8万英镑/年，可以节省甲醇投药量50%，即5万英镑/年，投资可在14个月内收回。更重要的是，应用优化控制后，系统处理氨氮冲击负荷的能力提高了，出水更加稳定，削峰明显。
六、数据分析和结论
该污水处理厂的氨氮排放标准为：氨氮出水浓度<3mg/L，或者氨氮去除率>90%。以前出水氨氮的平均值是0.2mg/L，应用优化控制系统后，可把出水氨氮平均值提高到1mg/L而不超标，这样自然就节省了曝气的能耗。在线水质仪表应用于污水处理厂，实现了水质的连续检测，为优化控制提供了有效可靠的测量值，使得自动优化控制能够稳定运行，从而提高处理效率，实现节能降耗。随着废水处理技术的数学模型不断完善，以及过程控制理论的不断应用，废水处理技术得到了进一步的发展。随着在线检测仪器技术的不断进步，水质分析变得更加方便、迅捷、可靠，为污水处理厂优化控制策略的实现提供了可靠的基础。哈希公司会在更多的污水处理厂应用ICA技术，优化更多的工艺过程，提高污水处理厂的管理运行水平，满足日益严格的排放标准。
七、做好日常维护工作
城市污水厂运行至今，基本都有一套成熟的“在线仪表日常维护管理”制度，主要包括了：责任部门、日常维护的内容频次、定期校准等等内容。泵站在线监测仪表的日常维护可以参照执行，但是由于泵站水质中垃圾、悬浮物更多，更易造成管路堵塞，所以，在初期安装时更应考虑采样时水中杂质的过滤问题，以减
轻日后的日常维护压力。现在，污水厂中在线监测仪表的种类、数目繁多，对于仪表的维护工作，以企业实际的技术和经济方面而言，基本上企业职能以监管为主，具体的维护工作应委托具有资质的维护单位进行维护、保养。依靠员工去维护管理显然从技术层面和经济层面都不合适，所以基本以委托第三方维护为主，职能部门负责监督、检查。
总之，在线水质仪表应用于污水处理厂，能够实现水质的连续检测，为优化控制提供了有效且可靠的测量值，使得自动优化控制能够稳定运行，从而提高处理效率，实现节能降耗。随着在线检测仪器技术的不断进步，水质分析将变得更加方便、快捷、可靠，这为污水处理厂优化控制策略的实现提供了可靠的基础。
参考文献：
［1］姚兴华．浅谈在线水质仪表在城市污水厂节能中的应用.2018.
［2］邹秀英．浅谈污水处理厂自动控制系统的应用和管理.2018.
论文作者:杨淑雅
论文发表刊物:《城镇建设》2019年22期
论文发表时间:2019/12/16
标签：在线论文; 污水处理论文; 水质论文; 浓度论文; 溶解氧论文; 设定值论文; 污泥论文; 《城镇建设》2019年22期论文;