摘 要：本文结合工程实践，阐述了某污水处理厂A/O工艺的曝气过程控制系统的应用，旨在为了确保出水水质满足设计要求，降低曝气系统的能源消耗。同时对污水处理厂曝气过程控制系统的运行提供参考与借鉴。
关键词：污水处理厂；曝气过程控制；控制性能评价；应用
良好的污水处理工艺自动控制系统，既能保障污水处理厂设备连续稳定运行，又可实现节能降耗在工艺升级改造中得到关注和应用。由于我国城市污水处理厂活性污泥法曝气供氧能耗占全厂总能耗的60%以上，因此，如何控制好曝气过程，确保污水处理厂的稳定运行和节能降耗具有重要的意义。
1 污水处理厂概况
某污水处理厂，采用二级生化处理加深度处理工艺，处理能力为10万m d，采用改良型同步脱氮除磷工艺，每组包括预缺氧区、厌氧区、缺氧区和好氧区。其中好氧区为接近完全混合状态的氧化沟型，由5根空气干管和阀门控制5个曝气区域。该污水处理厂出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》9（GB 18918—2002）一级A排放标准。
2 曝气系统控制性能评价方法
2.1在线数据来源
从中央控制系统的数据库中以5min为间隔，选取溶解氧浓度、气体流量等实时动态数据；由污水处理厂提供工艺运行数据和出水水质数据。实时动态数据采用统计分析方法，通过计算平均值和相对标准偏差等指标，反映曝气控制系统的性能和运行状况。
2.2 性能评价指标
曝气系统的性能评价指标应满足数据易获取、计算简单、可横向比较等要求。本文从溶解氧控制效果、能耗水平和工作效率3个方面衡量曝气系统的性能。
2.2.1溶解氧控制效果
溶解氧控制效果指标包括均值偏差和相对标准偏差。均值偏差指溶解氧仪实际读数的平均值偏离溶解氧设定值的大小，反映控制系统的准确度；相对标准偏差指溶解氧仪读数标准偏差与实际读数平均值的比值，反映控制系统的精确度。计算公式如下：
3 结果和讨论
3.1出水水质影响
曝气控制过程主要影响生化系统COD和氨氮的去除。由于COD的利用途径多，且去除COD的异养菌在活性污泥中浓度与活性较高，所以一般情况下，可溶性COD比氨氮更早降解完全。因此，本文主要讨论曝气控制对出水氨氮的影响。
3.2溶解氧控制效果
根据实施曝气过程控制系统前后半个月的溶解氧变化情况，数据来源于好氧池在线溶解氧仪表（HACH，0～20 mg L），5min 间隔的在线数据。可以看出，在控制以前，溶解氧波动范围比较大，在0.5～6mg L变动；实施控制系统以后溶解氧被控制在一个更稳定的范围，在0.5～2.5mg L变动.因此，曝气过程控制系统可以达到溶解氧稳定控制的目标，避免了溶解氧波动造成活性污泥微生物生存条件的剧烈变化。
3.3能耗水平
3.3.1气水比
根据实施曝气过程控制前后，气水比的变化情况，计算数据分别来源于气体流量计（E+H，0～3000m h）和超声波流量计（E+H，0.75m s）。可以看出，曝气系统将溶解氧控制在1.0～1.5mg L后，气水比为1～2平均值为1.34±0.17，低于控制前的气水比1.61±0.22和A O 工艺的常见值3～4。这说明通过控制曝气，达到了降低污水处理曝气强度、节约气量的效果。
3.3.2曝气单耗
实施曝气控制后，鼓风机曝气单耗在0.07～0.17KW·h m内变化平均，值为（0.096±0.021）KW·h m，低于控制前的曝气单耗（0.120±0.029）KW·h m，也低于A O工艺的常见值0.267KW·h m。这说明通过曝气过程控制，能够在工艺优化的基础上进一步降低曝气能耗。
曝气单耗直观表达了处理单位体积污水的能量消耗，是衡量曝气过程控制的定量指标。曝气单耗的影响因素包括进水污染物浓度、曝气设备的充氧性能、总风机效率等。进水污染物浓度越高，需氧量越大；曝气设备的充氧性能越低，需要风机提供的风量也越大，曝气单耗也就升高。同时，风机的运行效率也是影响曝气单耗的关键因素，总风机效率越低，损失的能量越多，曝气单耗就越高。
4 影响工程实施效果的因素分析
通过该污水处理厂实际运行曝气控制系统的情况来看，影响系统性能的主要因素包括风机选型、阀门性能、进水负荷和在线仪表的质量等。
4.1风机选型
鼓风机是整个曝气控制系统的核心设备，若鼓风机选型不合理，风机风量与曝气强度不匹配，将导致实际工况与最优工作点之间差距较大，造成能耗浪费。
4.2阀门性能
阀门的性能决定了曝气系统PID副回路的控制质量。常用的工业阀门都具有良好的理想特性曲线，但在实际工作中，由于管道阻力和水深压力的存在，工作曲线往往发生畸变。
该污水处理厂10根空气干管阀门就发生了不同程度的畸变，其中有四个阀门最严重。实际工作曲线已进入阻塞流状态，开度在低于10%和高于50%时基本不能改变流量，导致阀门可调节区间变小，曝气控制效果减弱。因此，良好的阀门控制性能是曝气控制系统正常运行的保证。
4.3进水负荷
进水负荷的快速和大幅度变化会影响曝气过程控制的效果。 由于泵的启停是离散变化，造成的进水冲击负荷会让生化处理的需气量迅速升高，鼓风机加大供气量，但溶解氧反应具有一定的延迟性，因此容易出现溶解氧的超调现象。因此，需要增开1台泵后，控制系统调节气体流量逐渐升高，但溶解氧仍出现较大幅度震荡。
4.4在线仪表
曝气控制系统的正常运行依赖于在线仪表（如解氧仪、水质仪表等）的准确可靠读数，因此在线仪的质量和日常维护工作会影响到控制系统的性能现。针对污水处理的特性，应该选择响应快、测量准确、抗污染能力强的仪表，如选用新型的LDO溶解氧仪。同时还应加强定期维护，包括每天巡视、每月清洗探头、每季度标定仪表等，保证在线仪表正常工作。
5 结论
综上所述，本文阐述了曝气控制系统在实际污水处理厂应用的效果，从某污水处理厂运行效果可见，控制系统能够实现溶解氧浓度的稳定控制，保障出水稳定达标，降低曝气单元的能耗。同时，对于污水处理厂优化曝气控制系统的设计和运行具有借鉴意义。
参考文献
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