中國水網(wǎng)近期舉辦的第八期專家精品解答活動(dòng)正開展得如火如荼。在活動(dòng)中，許多網(wǎng)友提出污水廠如何節(jié)能降耗等相關(guān)問題，首創(chuàng)愛華運(yùn)營總監(jiān)劉智曉指出，精確曝氣系統(tǒng)是污水廠節(jié)能降耗的關(guān)鍵。
　　劉智曉指出，污水廠中曝氣系統(tǒng)能耗約占全廠能耗的50%-70%，是污水廠節(jié)能降耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。眾所周知，污水廠運(yùn)行控制特性不同于其它反應(yīng)系統(tǒng)，污水處理過程屬于“非線性、大滯后”系統(tǒng)，目前常見的生物池曝氣控制回路采用DO-閥門調(diào)節(jié)或PID定值調(diào)節(jié)，這種控制方式經(jīng)實(shí)踐證明存在很大缺欠。常規(guī)的PID控制不但存在較大的滯后效應(yīng)，而且控制過程易引起系統(tǒng)振蕩。據(jù)不完全調(diào)查，國內(nèi)采用此種控制方式實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行的案例很少。很多污水廠由開始的“自動(dòng)”逐漸變成“半自動(dòng)”，甚至到最后變成手動(dòng)“衡量控制”。因此，近些年大家開始關(guān)注和嘗試采用“精確曝氣”技術(shù)，但是在實(shí)施過程中存在或者出現(xiàn)了一些問題。精確曝氣控制原理圖見下圖。

 

精確曝氣量控制原理圖

“精確曝氣”技術(shù)成效面臨各種考驗(yàn)，甚至有人認(rèn)為精確曝氣屬于“商業(yè)炒作”，之所以出現(xiàn)以上情況和現(xiàn)象，劉智曉博士認(rèn)為有以下四個(gè)方面的原因。
　　一是目前污水廠自控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與精確曝氣技術(shù)的要求上存在脫節(jié)，也就是設(shè)計(jì)院的自控方案往往采用傳統(tǒng)的“DO-閥門開度”調(diào)節(jié)方式，設(shè)計(jì)之初并沒有考慮嵌入精確曝氣技術(shù)。主要因?yàn)榫_曝氣技術(shù)往往掌握在一些專業(yè)公司，同時(shí)業(yè)主也往往缺乏這方面的經(jīng)驗(yàn)或者不想增加這部分投資，因此按常規(guī)的曝氣控制方式很難穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)精確曝氣進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。對于改造項(xiàng)目，在原有系統(tǒng)上嵌入基于精確曝氣算法的新的鼓風(fēng)曝氣控制回路，實(shí)施起來確實(shí)不易。因此劉博士建議，盡量在污水廠設(shè)計(jì)、設(shè)備采購時(shí)將精確曝氣技術(shù)融入整個(gè)污水廠投資范圍內(nèi)。
　　二是精確曝氣技術(shù)要依賴高質(zhì)量的硬件設(shè)備，如空氣線性調(diào)節(jié)閥（如菱形調(diào)節(jié)閥），高質(zhì)量的DO儀等，而這部分投資較大，無論是對新建或?qū)Ω脑於源_實(shí)都需要斟酌，而常規(guī)的電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥無法做到曝氣量的精確控制。
　　三是精確曝氣技術(shù)依賴比較可靠的控制算法及軟件編程，而目前基于精確曝氣的算法和實(shí)現(xiàn)方式很多，不同公司的算法也是“各顯神通”，甚至“獨(dú)辟蹊徑”，感覺確實(shí)有些“眼花繚亂”，實(shí)際上這些不同的實(shí)施方式基于控制原理方面存在很大差異，因此在實(shí)施效果、控制過程穩(wěn)定性方面肯定不同。目前，污水廠主流的精確曝氣系統(tǒng)還是基于生物池DO設(shè)定值的精確控制，實(shí)際上這種控制存在非常大的工藝、技術(shù)缺欠。因此，目前國際上先進(jìn)的一些控制系統(tǒng)正逐漸采用基于NH3-N、NO3-N、TP等在線水質(zhì)儀表參與過程控制，當(dāng)然這需要高質(zhì)量高穩(wěn)定性的傳感器和維護(hù)水準(zhǔn)。
　　四是精確曝氣系統(tǒng)需要高素質(zhì)的運(yùn)營維護(hù)，很多污水廠即使擁有硬件，但管理往往跟不上，也是導(dǎo)致精確曝氣系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)既定功能的重要原因。因此，污水廠實(shí)施并實(shí)現(xiàn)精確曝氣的預(yù)定功效，以上條件缺一不可。
　　另外，目前國內(nèi)已經(jīng)有多家公司提供精確曝氣系統(tǒng)的服務(wù)，盡管在技術(shù)細(xì)節(jié)、控制方式及原理有較大不同，但是基本原理是相似的，即實(shí)現(xiàn)“按需曝氣”，采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，不但采集生物池DO等工藝在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，甚至也采集NH3-N等水質(zhì)指標(biāo)作為反饋控制信號(hào)參與系統(tǒng)控制。此外在前饋方面，采集進(jìn)水流量Q、進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)，如COD、NH3-N等。這樣形成了一個(gè)“前饋-后饋”閉環(huán)控制回路。在閉環(huán)控制方面，劉總建議將NH3-N甚至PO4-P引入控制回路。他認(rèn)為，DO只是一個(gè)工藝指標(biāo)，而我們控制的實(shí)際上是出水水質(zhì)指標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)不但對生物池每個(gè)反應(yīng)區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)的DO控制，而且對出水NH3-N進(jìn)行反饋控制。
　　除了此種方式的“精確控制”曝氣方式外，也有一些國外的公司推出了基于ASM2、ASM2D等活性污泥數(shù)學(xué)模型的精確曝氣系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在國內(nèi)有應(yīng)用案例，但是這種系統(tǒng)較依賴一些生化過程動(dòng)力學(xué)參數(shù)及化學(xué)計(jì)量學(xué)系數(shù)的提取及準(zhǔn)確設(shè)定，其中有幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)需要定期測定、校準(zhǔn)。而這些關(guān)鍵參數(shù)依賴污水廠長周期的運(yùn)行數(shù)據(jù)作為支撐，所以實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性影響該系統(tǒng)是否能真正發(fā)揮作用。因此此種系統(tǒng)到底應(yīng)用效果如何，尚待時(shí)間驗(yàn)證。
　　最后劉智曉強(qiáng)調(diào)，即使擁有精確曝氣系統(tǒng)，也需要強(qiáng)化運(yùn)營維護(hù)及管理，而不能僅僅單純依賴自控系統(tǒng)。再先進(jìn)的控制系統(tǒng)，沒有高質(zhì)量的維護(hù)和管理也是不能持久的。因此，真正具有效果的控制系統(tǒng)一定是“自動(dòng)”和“手動(dòng)”相結(jié)合的。