关于污水处理(lǐ)曝气量的控制难点整理(lǐ)學(xué)习
鼓风曝气系统電(diàn)耗一般占全厂電(diàn)耗的60%左右,是全厂节能(néng)的关键。最根本的节能(néng)措施是提高曝气控制效率,降低氧的浪费,从而减小(xiǎo)风量。
进行气量控制是曝气系统效果最显著的节能(néng)方法,据美國(guó)环境保护署对美國(guó)12个处理(lǐ)设施的调查结果显示,以溶解氧(DO)為(wèi)指标控制风量时可(kě)节電(diàn)33%。根据风机风量与能(néng)耗的关系可(kě)知,電(diàn)耗随气量变化很(hěn)大,因此进行气量控制节能(néng)效果显著,而且功率越大效果越明显,当然气量并不是可(kě)以任意减小(xiǎo),它将受到许多(duō)因素的影响。
从处理(lǐ)工艺的角度看,曝气系统必须进行控制,因為(wèi)曝气系统如果操作不当,曝气量过小(xiǎo),二次沉淀池可(kě)能(néng)由于缺氧而发生污泥腐化,即池底污泥厌氧分(fēn)解,产生大量气體(tǐ),促使污泥上浮。当曝气时间長(cháng)或曝气量过大时,在曝气池中将发生高度硝化作用(yòng),使混合液中硝酸盐浓度较高。这时,在沉淀池中可(kě)能(néng)由于反硝化而产生大量N2,而使污泥上浮。
另外,曝气量的分(fēn)布是否均衡和稳定也是影响处理(lǐ)效果和能(néng)耗的一个重要原因。在曝气系统运行时,由于种种干扰,曝气量的分(fēn)布会发生变化,比如,一个地方曝气头堵塞,气體(tǐ)流量会减少,同时,也会造成其它地方流量增大,相反,曝气头破损,气體(tǐ)流量会大增,同时会造成其它地方流量锐减。这些都会使生物(wù)反应不平衡,处理(lǐ)质量下降。為(wèi)达到处理(lǐ)效果,不得不调整曝气量,而此时某一点的溶解氧的变化亦不能(néng)准确反映生物(wù)池的处理(lǐ)状态,使得以溶解氧為(wèi)指标的控制变得不稳定,能(néng)耗增加。
总结國(guó)内现有(yǒu)污水处理(lǐ)厂的运行后发现,自动化设备投入较低,能(néng)耗高,而且系统大多(duō)在投产时没能(néng)达到设计运行要求,或在运行一段时间后改為(wèi)部分(fēn)自动、部分(fēn)手动的运行状态,特别是曝气系统。分(fēn)析原因主要有(yǒu)以下几个方面:
1、自动化技术与工艺技术未能(néng)有(yǒu)机结合。我國(guó)污水处理(lǐ)厂起步时,自动化系统成套引进國(guó)外产品和技术,以后虽然硬件系统在國(guó)内采購(gòu),控制技术并没有(yǒu)被系统的吸收。國(guó)内污水处理(lǐ)行业的自动化专业力量较低,很(hěn)多(duō)兴建的污水处理(lǐ)工程的自动化系统是由冶金、化工、轻工等领域工程师设计、编程和调试的,对污水处理(lǐ)工艺了解较少,不能(néng)结合具體(tǐ)工艺进行控制策略设计,一般采用(yòng)套用(yòng)本行业现有(yǒu)技术的作法,如本行业PID调节及其整定参数等,因此,运行效果并不理(lǐ)想。
2、自控系统培训不到位。很(hěn)多(duō)污水处理(lǐ)厂运行人员没有(yǒu)得到控制系统供应商(shāng)系统的培训,除了基本操作以外,没有(yǒu)从理(lǐ)论上对诸如曝气系统调节技术的讲述,使得管理(lǐ)人员只能(néng)在工作中重新(xīn)摸索。
3、运行经验未得到利用(yòng)。污水处理(lǐ)厂很(hěn)重要的一点,是在長(cháng)期运行之后,可(kě)以总结日常规律,而且相对稳定,对于管理(lǐ)者,这些规律往往比昂贵的自控设备有(yǒu)用(yòng),但是在污水厂建设中,很(hěn)多(duō)设计并没有(yǒu)给管理(lǐ)者留有(yǒu)充分(fēn)的调整空间,而且这些有(yǒu)用(yòng)的经验也缺乏应用(yòng)到其他(tā)污水设施建设的途径。
污水水质的多(duō)变和生物(wù)处理(lǐ)系统中生化反应的复杂性,决定了污水处理(lǐ)的溶解氧(DO)检测控制是一个大滞后系统,检测出结果再进行参数处理(lǐ)和调整,往往已滞后几个小(xiǎo)时甚至几天,造成大量不合格水的排出。这种系统的特点是污水生物(wù)处理(lǐ)系统的运行管理(lǐ)具有(yǒu)相当的技术难度,要求管理(lǐ)者具有(yǒu)较好的环境工程知识基础和相当丰富的运行管理(lǐ)经验。
另外,溶解氧指标并不能(néng)直接反映生物(wù)反应的氧气需求量,它只是反映了反应池中氧气的剩余程度,无法根据它的数值和变化直接计算气量。
传统的PID控制虽然在工程上广泛采用(yòng),但只能(néng)解决線(xiàn)性系统的调节问题。曝气系统中PID能(néng)够实现对流量的控制,但对水质处理(lǐ)效果的控制能(néng)力有(yǒu)限。溶解氧(DO)控制时,PID参数的整定需要根据季节、水质的变化等实际情况不断调整。从控制理(lǐ)论的角度来看,污水的生物(wù)处理(lǐ)过程具有(yǒu)大滞后、非線(xiàn)性、随机性和多(duō)变量的特点,建立的模型也是经验的、有(yǒu)条件的,因此,单纯依靠理(lǐ)论模型建立的经典控制方法并不能(néng)很(hěn)好地满足溶解氧(DO)调节的需要,造成鼓风机和阀门调节频繁、超调量大,使得设备寿命降低、能(néng)耗过高。
空气质量流量是直接影响曝气处理(lǐ)效果的指标,从工程的角度看,诺大的反应池往往需要许多(duō)组曝气设备,包括空气管路、曝气头或曝气器等,实际运行中,这些设备能(néng)否稳定的工作、能(néng)否及时地发现和抑制故障,会影响到曝气过程的稳定和均衡,影响到生物(wù)反应效果和電(diàn)耗。不稳定的流量分(fēn)布会扰乱溶解氧检测参数的真实意义,使得本来就容易产生振荡的溶解氧控制变得更加难以驾御。
曝气池通常是几百或几千平米的流动水池,空气管路通过总管和支管将压缩空气输送到池底的曝气设备,比如空气由A分(fēn)别输送到B、C、D、E、F。在曝气系统设计中,曝气量应按照需要均匀的分(fēn)布,实际上,由于管道压力损失,B位置和F位置的空气压力和流量存在差异,当总气量由于水质或水量变化而调整时,B位置和F位置的压差和流量差也会发生改变,这会造成曝气分(fēn)布的偏差,而且这种偏差也是变化的;另外,在系统进行时,如果某位置(如D)的曝气设施堵塞或破漏,会造成该位置压力和流量的改变,同时会引起整个空气管路的压力和流量重新(xīn)分(fēn)布,其他(tā)各点(B、C、E、F)的空气流量也会相应改变,引起曝气分(fēn)布的偏差。上述运行中的曝气分(fēn)布不均往往是隐藏性的,水面上很(hěn)难发现。
曝气分(fēn)布不均使得溶解氧更加困难。因為(wèi)在工程中,溶解氧只能(néng)检测某点(通常是曝气池出口),不能(néng)反映出氧量的分(fēn)布,溶解氧控制的一个条件是溶解氧值真实地反映曝气池生物(wù)反应的环境状态,当曝气分(fēn)布不均时,这一条件不真实,控制效果也不会理(lǐ)想。
因此,空气流量的控制是曝气控制中十分(fēn)重要的一环,如果在B、C、D、E、F位置安装流量检测设备和调节阀门,并建立控制环节,流量偏差就会在运行中被纠正,溶解氧的控制也会更加有(yǒu)效。
曝气系统的特点如下:
1)污水输入量為(wèi)随机变量,其外部环境具有(yǒu)许多(duō)不确定因素,因此难以建立曝气生物(wù)系统的精确数學(xué)模型;
2)曝气系统的参数维数高、强耦合,高度非線(xiàn)性;
3)溶解氧存在大时滞,系统平衡难以在较短时间内达到;
4)污水处理(lǐ)工艺中需要大量熟练操作人员的实践经验和知识;
5)曝气流量分(fēn)布的稳定和均匀是控制处理(lǐ)效果和节能(néng)的基础。
因此,解决好曝气系统控制应从两方面加以改善,一是解决曝气池空气流量的平衡和稳定问题,二是寻求适合溶解氧控制空气流量的控制策略。
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