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鼓風曝氣系統電耗一般占全廠電耗的60%左右，是全廠節能的關鍵。根本的節能措施是提高曝氣控制效率，降低氧的浪費，從而減小風量。

進行氣量控制是曝氣系統*的節能方法，據美國環境保護署對美國12個處理設施的調查結果顯示，以溶解氧(DO)為指標控制風量時可節電33%。根據風機風量與能耗的關系可知，電耗隨氣量變化很大，因此進行氣量控制節能*，而且功率越大效果越明顯，當然氣量并不是可以任意減小，它將受到許多因素的影響。

從處理工藝的角度看，曝氣系統必須進行控制，因為曝氣系統如果操作不當，曝氣量過小，二次沉淀池可能由于缺氧而發生污泥腐化，即池底污泥厭氧分解，產生大量氣體，促使污泥上浮。當曝氣時間長或曝氣量過大時，在曝氣池中將發生高度硝化作用，使混合液中硝酸鹽濃度較高。這時，在沉淀池中可能由于反硝化而產生大量N2，而使污泥上浮。

另外，曝氣量的分布是否均衡和穩定也是影響處理效果和能耗的一個重要原因。在曝氣系統運行時，由于種種干擾，曝氣量的分布會發生變化，比如，一個地方曝氣頭堵塞，氣體流量會減少，同時，也會造成其它地方流量增大，相反，曝氣頭破損，氣體流量會大增，同時會造成其它地方流量銳減。

這些都會使生物反應不平衡，處理質量下降。為達到處理效果，不得不調整曝氣量，而此時某一點的溶解氧的變化亦不能準確反映生物池的處理狀態，使得以溶解氧為指標的控制變得不穩定，能耗增加。

一、行業現狀的不足

總結國內現有污水處理廠的運行后發現，自動化設備投入較低，能耗高，而且系統大多在投產時沒能達到設計運行要求，或在運行一段時間后改為部分自動、部分手動的運行狀態，特別是曝氣系統。分析原因主要有以下幾個方面：

1、自動化技術與工藝技術未能有機結合。我國污水處理廠起步時，自動化系統成套引進國外產品和技術，以后雖然硬件系統在國內采購，控制技術并沒有被系統的吸收。國內污水處理行業的自動化專業力量較低，很多興建的污水處理工程的自動化系統是由冶金、化工、輕工等領域工程師設計、編程和調試的，對污水處理工藝了解較少，不能結合具體工藝進行控制策略設計，一般采用套用本行業現有技術的作法，如本行業PID調節及其整定參數等，因此，運行效果并不理想。

2、自控系統培訓不到位。很多污水處理廠運行人員沒有得到控制系統供應商系統的培訓，除了基本操作以外，沒有從理論上對諸如曝氣系統調節技術的講述，使得管理人員只能在工作中重新摸索。

3、運行經驗未得到利用。污水處理廠很重要的一點，是在*運行之后，可以總結日常規律，而且相對穩定，對于管理者，這些規律往往比昂貴的自控設備有用，但是在污水廠建設中，很多設計并沒有給管理者留有充分的調整空間，而且這些有用的經驗也缺乏應用到其他污水設施建設的途徑。

二、控制策略的不足

1、溶解氧控制的難點

污水水質的多變和生物處理系統中生化反應的復雜性，決定了污水處理的溶解氧(DO)檢測控制是一個大滯后系統，檢測出結果再進行參數處理和調整，往往已滯后幾個小時甚至幾天，造成大量不合格水的排出。這種系統的特點是污水生物處理系統的運行管理具有相當的技術難度，要求管理者具有較好的環境工程知識基礎和相當豐富的運行管理經驗。

另外，溶解氧指標并不能直接反映生物反應的氧氣需求量，它只是反映了反應池中氧氣的剩余程度，無法根據它的數值和變化直接計算氣量。

傳統的PID控制雖然在工程上廣泛采用，但只能解決線性系統的調節問題。曝氣系統中PID能夠實現對流量的控制，但對水質處理效果的控制能力有限。溶解氧(DO)控制時，PID參數的整定需要根據季節、水質的變化等實際情況不斷調整。從控制理論的角度來看，污水的生物處理過程具有大滯后、非線性、隨機性和多變量的特點，建立的模型也是經驗的、有條件的，因此，單純依靠理論模型建立的經典控制方法并不能很好地滿足溶解氧(DO)調節的需要，造成鼓風機和閥門調節頻繁、超調量大，使得設備壽命降低、能耗過高。

2、流量控制的重要性

空氣質量流量是直接影響曝氣處理效果的指標，從工程的角度看，諾大的反應池往往需要許多組曝氣設備，包括空氣管路、曝氣頭或曝氣器等，實際運行中，這些設備能否穩定的工作、能否及時地發現和抑制故障，會影響到曝氣過程的穩定和均衡，影響到生物反應效果和電耗。不穩定的流量分布會擾亂溶解氧檢測參數的真實意義，使得本來就容易產生振蕩的溶解氧控制變得更加難以駕御。

曝氣池通常是幾百或幾千平米的流動水池，空氣管路通過總管和支管將壓縮空氣輸送到池底的曝氣設備，比如空氣由A分別輸送到B、C、D、E、F。在曝氣系統設計中，曝氣量應按照需要均勻的分布，實際上，由于管道壓力損失，B位置和F位置的空氣壓力和流量存在差異，當總氣量由于水質或水量變化而調整時，B位置和F位置的壓差和流量差也會發生改變，這會造成曝氣分布的偏差，而且這種偏差也是變化的;另外，在系統進行時，如果某位置(如D)的曝氣設施堵塞或破漏，會造成該位置壓力和流量的改變，同時會引起整個空氣管路的壓力和流量重新分布，其他各點(B、C、E、F)的空氣流量也會相應改變，引起曝氣分布的偏差。上述運行中的曝氣分布不均往往是隱藏性的，水面上很難發現。

曝氣分布不均使得溶解氧更加困難。因為在工程中，溶解氧只能檢測某點(通常是曝氣池出口)，不能反映出氧量的分布，溶解氧控制的一個條件是溶解氧值真實地反映曝氣池生物反應的環境狀態，當曝氣分布不均時，這一條件不真實，控制效果也不會理想。

因此，空氣流量的控制是曝氣控制中十分重要的一環，如果在B、C、D、E、F位置安裝流量檢測設備和調節閥門，并建立控制環節，流量偏差就會在運行中被糾正，溶解氧的控制也會更加有效。

三、分析結論

曝氣系統的特點如下：

1)污水輸入量為隨機變量，其外部環境具有許多不確定因素，因此難以建立曝氣生物系統的精確數學模型;

2)曝氣系統的參數維數高、強耦合，高度非線性;

3)溶解氧存在大時滯，系統平衡難以在較短時間內達到;

4)污水處理工藝中需要大量熟練操作人員的實踐經驗和知識;

5)曝氣流量分布的穩定和均勻是控制處理效果和節能的基礎。

因此，解決好曝氣系統控制應從兩方面加以改善，一是解決曝氣池空氣流量的平衡和穩定問題，二是尋求適合溶解氧控制空氣流量的控制策略。
1.靜態培養

所謂的靜態培養是：為了防止新生微生物隨水流走，盡可能的提供微生物與填料層的接觸時間，為加快生物膜的形成，開始階段為了避免由于造紙廢水營養單一，故每天一次以BOD5;N：P=100：5：1.5比例投加尿素、二胺、白糖等營養底物。首先將接種污泥50m3(5%生化有效體積)和廢水按1：1的比例稀釋混合后用泵打入生化池內，再泵入20%～40%生化體積的生產廢水，然后剩余體積加清水貯滿池子開始曝氣培養。生化池內填料的堆放體積按反應池有效容積45%～50%。靜置24h不曝氣，使固著態微生物接種到填料上，然后曝氣24h，靜置2h后排掉反應器中呈懸浮狀態的微生物。再將配制好的混合液加入重復操作，5天后，填料表面已全部掛上生物膜，第6天開始連續小水量進水。

2.動態培養

經過6天的悶曝培養，填料表面已經生長了薄薄一層黃褐色生物膜，故改為連續進水，進行動態培養，調整進水量，使污水在生化池內的停留時間為20小時，控制溶解氧在2～4mg/L之間(用溶氧儀測定溶解氧)。約13天之后，填料上有一些變形蟲、漫游蟲(用生物顯微鏡觀察)，手摸填料有粘性、滑膩感，在24天以后出現鞭毛蟲、鐘蟲、草履蟲游離菌等原生動物。在經過24天的培養出現輪蟲、線蟲等后生動物，標志生物膜已經長成。可以開始連續小水量工業運行。

(四)生物膜的馴化

馴化的目的是選擇適應實際水質情況的微生物，淘汰無用的微生物，對于有脫氮除磷功能的處理工藝，通過馴化使硝化菌、反硝化菌、聚磷菌成為優勢菌群。具體做法是首先保持工藝的正常運轉，然后，嚴格控制工藝控制參數，DO平均應控制在2～4mg/l之間，好氧池曝氣時間不小于5小時，在此過程中，每天做好各項水質指標和控制參數的測定，當生物膜的平均厚度在2-2.5mm左右生物膜培養即告成功，直到出水BOD5、SS、CODCr等各項指標達到設計要求。

(五)工藝控制參數的確定

設計中的工藝控制參數是在預測水量、水質條件下確定的，而實際投入運行時的污水處理工程其水量、水質往往與設計有適當的差異，因此，必須根據實際水量水質情況來確定合適的工藝運行參數，以保證系統正常運行和出水水質達標的的同時盡可能降低能耗。

1.工藝參數內容：

需確定的重要工藝參數有進水泵站的水位控制，初沉池、二沉池池排泥周期，淺層氣浮處理量、加藥量，生物接觸氧化池溶解氧DO、溫度、PH值、生物膜厚、微生物的生長狀態及種類，二沉池泥面高度等。

2.確定方法：進水泵站水位在保證進水系統不溢流的前提下盡可能控制在高水位運行。用每天排除大泥量的體積和集泥容積對比來確定排泥周期，排泥量體積小于集泥容積。淺層氣浮處理能力由廠區所排污水量確定，PAC、PAM的投加量由實際混凝、絮凝情況定，理論與實際不太一樣。生物接觸演化池DO一般控制在2.5～3.5mg/l之間、不需污泥回流、常溫控制、PH值在6.0～8.5之間，微生物的生長狀況及種類可由生物顯微鏡觀察。

(六)工藝控制規程：工藝操作規程主要是用來指導系統運行的，是工藝運行的主要依據，其主要包含以下幾方面的內容：1，各構筑物的基本情況;2，各構筑物運行控制參數;3，設施設備運行方式;4，工藝調整方法;5，處理設施維護維修方式。工藝操作規程應在運行工藝參數穩定確定后編制。

(七)調試中的其他工作：污水廠要正常穩定的運行，還應有一套完善的制度，其主要包括管理制度、崗位職責、操作規程、運行記錄、設備、設施維護工作檔案記錄等，在調試過程中可分步完成上述工作。

三、異常現象處理方法及注意事項

1.在生物膜培養的初始階段，采用小負荷進水方式，使填料層表面應逐漸被膜狀污泥(生物膜)所覆蓋;

2.試運行中，應嚴格監測生物接觸氧化池內DO、溫度、PH值變化、微生物生長狀態及種類;

3.嚴格控制生物膜的厚度，保持好氧層厚度2mm左右，應不使厭氧層的過分增長，保證生物膜的脫落均衡進行;

4.生物接觸氧化在運行過程中應注意在低、中、高負荷時，DO控制不當均有可能發生生物膜的過分生長與脫落，故應控制污泥負荷在0.25～0.3.5kg，BOD5-6/kgMLSS之間;

5.淺層氣浮的加藥處理出水水質應以滿足生化設計進水水質條件為準，保證氣浮加藥的穩定以利于后續生化處理，因不同廠家生產的PAC含有大約6%～7%的Ca粉容易生化池泛白，經曝氣反應生成CaCO3包裹生物膜的表面造成生物膜接殼致使生物膜嚴重脫落，影響生化的正常運行。同時因聚合氯化鋁中AL3+、CL-對微生物的生長或多或少的抑制，建議投加聚鐵，Fe3+是微生物生長的微量元素。

6.運行前對所有設施、管道及水下設備進行檢查，*清理所有雜物，以避免通水后管道、設備堵塞和維修水下設備影響調試的順利進行。

7.培菌初期，曝氣池會出現大量的白色泡沫，嚴重時會堆積整個生化池走道板，這一問題是培菌初期的正常現象，只要控制好溶解氧和采取適當的消泡措施就可以解決。

8.運行后期發現二沉池出水帶有絮狀生物膜、并且從沉淀池底部污泥斗易翻團狀污泥，故應盡快排出沉淀池底部污泥斗污泥，減少污泥在二沉池的停留時間。

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