【干貨】污水處理中的精準曝氣！
2023-01-07 16:15:01 admin
一、什么是精準曝氣？
精準曝氣是污水處理廠由早期粗放式人工控制方式向現(xiàn)代精細化自動控制方式進階的產(chǎn)物。
傳統(tǒng)活性污泥法已經(jīng)在世界范圍內(nèi)應(yīng)用數(shù)百年，多位國內(nèi)外權(quán)威專家多次提出并強調(diào)，需要深度挖掘百年活性污泥法工藝，實現(xiàn)生化處理工藝的最優(yōu)控制與高效運行。
精準曝氣的首要目標是保障生化處理工藝穩(wěn)定運行以及出水穩(wěn)定達標，進而達到鼓風曝氣系統(tǒng)的節(jié)能降耗和污水處理廠的運行成本降低。
國際上早已提倡污水處理廠自動化和精細化管理與控制。精準曝氣是污水廠實現(xiàn)精細化管理的有效工具，需要通過鼓風機、曝氣設(shè)備以及精準曝氣系統(tǒng)等各方的共同努力。
精準曝氣系統(tǒng)可以使各種復(fù)雜的供氣方案得以實現(xiàn)，如間歇曝氣、微量曝氣、正常曝 氣、溶解氧分布控制等；可以幫助污水處理廠實現(xiàn)工藝的精細調(diào)節(jié)，適應(yīng)各種工藝，并能夠隨著工藝變化而調(diào)整；還可以根據(jù)當前需要的曝氣量，通知鼓風機主控進行風量調(diào)節(jié)，防止發(fā)生喘震等異常情況，節(jié)約鼓風機電耗。
污水處理廠在生物處理過程當中，如果曝氣量不足，會導(dǎo)致工藝運行惡化，出水水質(zhì)排放超標；如果曝氣量過多，會導(dǎo)致高能耗，造成污水處理廠運行成本增加。因此，只有根據(jù)實際需求合理分配與精準調(diào)節(jié)各區(qū)域的曝氣量，才能保證污水處理廠高效和經(jīng)濟運行。
良好的污水處理工藝自動控制系統(tǒng)，既能保障污水處理廠設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運行，又可實現(xiàn)節(jié)能降耗， 在工藝升級改造中得到關(guān)注和應(yīng)用。精準曝氣控制系統(tǒng)是近年發(fā)展起來的一套較好控制鼓風曝氣的節(jié)能技術(shù)。
我國污水處理廠的能耗主要是電耗，處理每噸污水耗電約0.2-0.3度，電費約占污水處理成本的50%-70%。在我國污水處理廠建設(shè)基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)有設(shè)施的優(yōu)化運營，存在提高出水水質(zhì)、降低能耗物耗的巨大空間。截至2019年6月底，全國設(shè)市城市累計建成城市污水處理廠5000多座(不含鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠和工業(yè))，污水處理能力達2.1億立方米/日。
按我國污水處理廠每年處理500億噸污水來計算，如果能夠節(jié)省20%的能耗，這就能夠為國家節(jié)約約30億度電。在目前國家大力提倡節(jié)能降耗的背景下，污水處理廠的節(jié)能降耗具有重大意義。
我國約有一半的污水處理廠采用氧化溝和AAO工藝，越來越多的AAO變形的工藝呈現(xiàn)上升的趨勢。鼓風曝氣的能耗占污水廠總能耗的51%左右。因此，實現(xiàn)曝氣系統(tǒng)的節(jié)能運行是污水廠節(jié)能的關(guān)鍵。
曝氣過量直接造成電能浪費，并且溶解氧通過內(nèi)回流被帶到缺氧區(qū)影響反硝化的效果，溶解氧通過外回流被帶到厭氧區(qū)影響厭氧釋磷的過程。
曝氣量不足，影響生化池中微生物活性，可能影響出水水質(zhì)；還可能造成二沉池中發(fā)生反硝化，污泥上浮，影響出水。
精準曝氣系統(tǒng)既能保障污水處理廠設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運行，又可實現(xiàn)節(jié)能降耗。我公司將鼓風機、曝氣器、電動閥門、在線監(jiān)測儀表等國際頂尖設(shè)備與良好的自控系統(tǒng)完美結(jié)合，真正實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運行。
曝氣過程涉及兩個步驟:一是氧氣的擴散和溶解。在鼓風曝氣系統(tǒng)中主要體現(xiàn)為空氣從曝氣池底部的曝氣頭釋放后，空氣中的氧氣從氣相向液相中轉(zhuǎn)移。二是溶解氧的利用和消耗。這個過程綜合了好氧處理過程的有機碳去除過程、生物脫氮、生物除磷等，是由多個過程綜合作用的結(jié)果。
活性污泥法的曝氣過程是為去除有機碳、硝化、吸磷等過程提供適宜的溶解氧，以促進三種生化反應(yīng)的正常進行。曝氣流量控制的目標就是是形成穩(wěn)定的溶解氧條件，為微生物生長與污染物降解建立一個動態(tài)平衡和可靠的生存環(huán)境。這一動態(tài)平衡過程的實質(zhì)，就是使總氧轉(zhuǎn)移速率近似等于總耗氧速率。由于污水廠的進水水質(zhì)和水量是變化的，在特定的時間段內(nèi)其耗氧量也是變化的，只有使該時段內(nèi)的供氧量和耗氧量相均衡，才能保證處理環(huán)境的穩(wěn)定，保證出水水質(zhì)。
1. 鼓風機的控制模
市場上大部分的鼓風機調(diào)節(jié)方式分為調(diào)頻率、調(diào)風量和調(diào)壓力三種模式。精確曝氣系統(tǒng)和調(diào)壓力模式的鼓風機配合最為高效。推薦具有恒壓模式的鼓風機作為精確曝氣系統(tǒng)的專用鼓風機，以實現(xiàn)高效的控制。
2. 鼓風機的喘震風險
同時，在鼓風機的選型時不僅要考慮到鼓風機的控制方式，還要考慮到鼓風機的氣量運行范圍，由于水質(zhì)水量的變化，工藝需要的曝氣量時刻最變化，如果工藝需要的氣量小于鼓風機能提供的最小氣量，鼓風機就有可能發(fā)生喘震風險。比如說，現(xiàn)在有兩臺恒壓控制模式的鼓風機給工藝供氣，單臺鼓風機的風量范圍是6000-10000m3/h,現(xiàn)場兩臺鼓風機聯(lián)動運行，如果工藝需要的需氣量是1100m3/h，則開一臺鼓風機風量不夠，需要開兩臺鼓風機，但風量太大，導(dǎo)致閥門處于最小閥位，整個曝氣系統(tǒng)的管路壓力越來越高，最終導(dǎo)致鼓風機喘震。 避免鼓風機喘震的方法有兩種。大小配方案：在選型的時候考慮到鼓風機大小配，就是選一臺4000-8000m3/h的鼓風機和一臺5000-10000m3/h 的鼓風機，則能實現(xiàn)4000-18000m3/h 的連續(xù)流量供氣，避免了鼓風機喘震的風險，大大調(diào)高了鼓風機可調(diào)節(jié)風量的區(qū)間范圍，很好的解決了喘震的風險。如果是新項目，推薦鼓風機大小配方案。如果是改造的項目，推薦最小氣量法方案?？勺们檫x擇。
閥門閥門是整個曝氣系統(tǒng)的主控設(shè)備。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，通過調(diào)節(jié)閥門的開度，來調(diào)節(jié)管路的流量，從而達到調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的目的。這就對閥門的要求比較高，其工作特性曲線的選型也很重要。最好能選擇線性度良好的調(diào)節(jié)閥，如棱形閥等，同時還要考慮到閥門的變徑尺寸、壓力損失等因素。有些廠家用蝶閥來代替調(diào)節(jié)閥，由于其閥門調(diào)節(jié)曲線的限制，壓損高，調(diào)節(jié)線性度不好，效果非常不好。
3. 流量計
流量計用來測量管路的流量，是整個曝氣系統(tǒng)的測量設(shè)備，流量計要選擇質(zhì)量流量計，其不受溫度、壓力的影響。選擇精度高、重復(fù)性好的流量計。同時還要考慮到流量計和閥門的安裝要求。流量計的安裝有其特殊的要求，如直管段和縮擴徑等和流量計的距離，閥門和流量計的距離，以及彎頭等對流量計的測量影響。
4. DO現(xiàn)場工藝儀表
現(xiàn)場儀表主要包括DO 儀表，氨氮儀表，PH值儀表等，市場上有很多品牌的儀表都能滿足要求。主要考慮到平時維護的方便，因為大部分的儀表都需要定期維護和校準，對污水處理廠的運行人員要求較高。如果現(xiàn)場儀表不能準確的測量工藝值（如儀表傳感器堵住等），則整個精確曝氣系統(tǒng)便會朝著錯誤的方向控制，影響出水的水質(zhì)。
5. 曝氣盤/管 曝氣盤/管主要是安裝要合格，不能有漏氣和安裝水平問題。需要嚴格按照安裝工藝來進行，防止漏氣發(fā)生，且要做水平測試，以保證氣量的分配均勻。
6. 精準曝氣系統(tǒng)控制柜
可以把精確曝氣系統(tǒng)比作一個很有經(jīng)驗的工藝人員，如果說鼓風機是心臟，閥門、流量計和DO等儀表是手足的話，那么精確曝氣系統(tǒng)控制柜就是大腦，其控制的精確度直接影響系統(tǒng)的精確度，影響出水水質(zhì)的穩(wěn)定度。
理想的精準曝氣系統(tǒng)應(yīng)該考慮到閥門、流量計、DO儀表、鼓風機等設(shè)備的影響，并能適應(yīng)這些設(shè)備的工作特性，要能有針對不同工藝負載的參數(shù)設(shè)置，同是還要有緊急情況下的控制方式和報警輸出（如DO儀表壞，鼓風機喘震等不利因素）
市場上有很多做精準曝氣系統(tǒng)的廠家，其控制也不一樣，但總的來說，一個完美的精確曝氣系統(tǒng)，應(yīng)該有以下特點：
1. 適應(yīng)性
理想的精準曝氣系統(tǒng)應(yīng)該能適應(yīng)不同的水質(zhì)要求，同時還能適應(yīng)各個配套的工藝設(shè)備。對于其他的設(shè)備（如鼓風機）能很好的適應(yīng)其控制方式，如流量和壓力控制模式都可。
2. 獨立性：
理想的精準曝氣系統(tǒng)應(yīng)該具有獨立的控制能力，只需要將系統(tǒng)置于自動模式，系統(tǒng)便可按照設(shè)定的工藝參數(shù)運行，不受其他如通訊斷路的干擾。且在緊急情況下有替代的控制方式和報警輸出等，以保證參數(shù)穩(wěn)定。
3. 參數(shù)可選性：
理想的精準曝氣系統(tǒng)的參數(shù)應(yīng)該具有可選性，如可以設(shè)定控制模式（流量控制，閥位控制，DO 控制等），控制地點（遠程/本地），控制參數(shù)等。
4. 細化性：
理想的精準曝氣系統(tǒng)應(yīng)該細化控制區(qū)間，因為不同的閥門和流量計曲線不一樣，可以將不同的閥門和流量計的參數(shù)導(dǎo)入到精準曝氣系統(tǒng)中，即使是蝶閥，也能達到較好的效果。
二、為什么要實現(xiàn)精準曝氣？
三、精準曝氣系統(tǒng)的組成
四、理想中的精準曝氣系統(tǒng)
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