国产欧美日韩精品a在线观看-国产欧美日韩精品一区二区三区-国产欧美日韩精品综合-国产欧美中文字幕-一区二区三区精品国产-一区二区三区精品国产欧美

    作者：張泳（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院 300051）

    提要：本文以天津某污水處理廠(chǎng)改造工程為例，簡(jiǎn)單介紹了針對(duì)該工藝流程，采用相應(yīng)的控制技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率，降低藥品消耗和能量消耗。

    關(guān)鍵詞：改造；儀表；控制技術(shù)；消耗；成本

    Abstract: According to the modification works of a Tianjin WWWP project, this paper introduces the arrangement using new process control system for the new process flow. At the same time, the system can rise performance, reduce the chemicals and power cost.

    Keyword: Modification; Instrument;Control system;Consumption;Cost

    1．引言

    由于人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)中大量使用化肥，大量未被作物吸收利用的N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入河流、湖泊、海灣等緩流水域，引起不良藻類(lèi)和其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧含量下降，水質(zhì)惡化，魚(yú)類(lèi)及其他生物大量死亡，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。而現(xiàn)階段城市污水經(jīng)過(guò)二級(jí)處理后僅BOD5、SS等指標(biāo)去除率較高，仍有大量的N、P最終排入河道，成為河道出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化條件之一。

    所以現(xiàn)在國(guó)家要求污水處理廠(chǎng)改造及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)按照《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，以減少N、P的排放量。現(xiàn)有污水處理廠(chǎng)的目前出水水質(zhì)TN、TP指標(biāo)無(wú)法滿(mǎn)足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，為了使現(xiàn)有污水處理廠(chǎng)的尾水能夠全面達(dá)標(biāo)排放，必須現(xiàn)有處理工藝的進(jìn)行改造。

    2．改造工藝簡(jiǎn)介

    我院在天津市某污水處理廠(chǎng)改造工程中，采用了強(qiáng)化生物脫氮工藝。該工藝是將現(xiàn)有的AO生物反應(yīng)池改造成由一個(gè)曝氣缺氧的立環(huán)氧化溝和兩級(jí)微孔曝氣池。

    該工藝把生物處理工序分成了三段，在每一段中保持溶解氧的濃度不同，在不同階段采用近似的0、1、2mg/L的溶解氧分布。

    第一段采用了同步硝化-反硝化技術(shù)，即通過(guò)控制溶解氧濃度在第一級(jí)生物反應(yīng)池內(nèi)來(lái)完成同步硝化和反硝化，可以提高氮的去除率。主要實(shí)現(xiàn)方式為：將前面若干個(gè)廊道改為串聯(lián)的立環(huán)氧化溝，此部分為曝氣缺氧池，反應(yīng)池內(nèi)的DO控制在0mg/L，采用轉(zhuǎn)蝶曝氣機(jī)進(jìn)行曝氣。少量的曝氣一直使溶解氧處于不足狀態(tài)，溶解氧幾乎為零，因此在此區(qū)內(nèi)除進(jìn)行有機(jī)物的降解外，還同時(shí)發(fā)生硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)。一部分溶解氧用于氧化分解污水中的有機(jī)物，另一部分溶解氧用于去除氨氮的硝化反應(yīng)，硝化反應(yīng)產(chǎn)生的硝酸鹽和亞硝酸鹽可以直接進(jìn)行反硝化反應(yīng)，并在反硝化反應(yīng)過(guò)程中消耗一部分有機(jī)物。因此在曝氣缺氧區(qū)可以得到最大的氧轉(zhuǎn)移動(dòng)力和最大的氧轉(zhuǎn)移效率。同時(shí)，反硝化反應(yīng)釋放的氧氣可以被硝化反應(yīng)和BOD氧化分解反應(yīng)利用，可以減少用于硝化反應(yīng)的曝氣量，降低充氧的動(dòng)力消耗。

    其次，中間的幾個(gè)廊道為一級(jí)微孔曝氣生物反應(yīng)池，采用鼓風(fēng)曝氣，DO保持在0.5mg/L以下，曝氣缺氧立環(huán)氧化溝出水進(jìn)入一級(jí)微孔曝氣池，進(jìn)一步去除有機(jī)物和進(jìn)行硝化反硝化反應(yīng)；最后的幾個(gè)廊道為二級(jí)微孔曝氣生物反應(yīng)池，也采用鼓風(fēng)曝氣，DO控制在2~3mg/L。 

    該工藝的主要設(shè)計(jì)理念是缺氧曝氣。影響需氧量的關(guān)鍵因素是設(shè)計(jì)中采用的DO值，使得需氧量大大降低，氧傳遞效率大大提高。該工藝更多的是同時(shí)反應(yīng)而非循環(huán)反應(yīng)，氨硝化成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽直接反硝化，而省略了轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，這種短程反應(yīng)減少了反硝化1/3的需碳量，即減少了外加碳源的投加量。

   由上述描述可以看出，該工藝流程對(duì)溶解氧的控制較為嚴(yán)格，對(duì)外加碳源的需求減少，這些都要求在工藝流程改造的同時(shí)，必須輔以相應(yīng)的檢測(cè)儀表及控制系統(tǒng)，對(duì)各階段的溶解氧進(jìn)行精確控制，提高生產(chǎn)效率和效果；控制外加碳源的投加量，降低消耗，節(jié)約成本。下面針對(duì)上述兩方面分別做簡(jiǎn)單介紹，供借鑒參考。

    3．精確曝氣分配與控制系統(tǒng)

    為了滿(mǎn)足上述工藝過(guò)程中對(duì)溶解氧的要求，設(shè)計(jì)采用精確曝氣分配與控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由高精度的氣體流量計(jì)、高精度的控制閥、控制器及軟件等組成。本工程中每個(gè)系列采用五套該系統(tǒng)，分別對(duì)應(yīng)上述三段，即串聯(lián)立環(huán)氧化溝部分、一級(jí)微孔曝氣生物反應(yīng)池、二級(jí)微孔曝氣生物反應(yīng)池。其中串聯(lián)立環(huán)氧化溝部分一套，一級(jí)曝氣生物反應(yīng)池部分一套，二級(jí)生物反應(yīng)池部分三套，分別將溶解氧目標(biāo)值控制在0mg/l、0.5mg/l、2mg/l。

    精確曝氣分配與控制系統(tǒng)是集成的智能化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)以氣體流量信號(hào)作為控制信號(hào)，溶解氧信號(hào)作為輔助控制信號(hào)，根據(jù)污水處理廠(chǎng)進(jìn)水實(shí)際負(fù)荷大小提供氣體供給量。該系統(tǒng)的核心控制理念如圖：
    
               
                                    圖1 系統(tǒng)核心控制理念圖

    系統(tǒng)中，氣體流量計(jì)采用熱效應(yīng)氣體流量計(jì)，不需要孔板或文丘里管等部件，沒(méi)有壓力損失；不受溫度和壓力的影響；經(jīng)過(guò)校正，對(duì)直管段要求可以很低，甚至在特殊情況下可以取消直管段；響應(yīng)迅速，測(cè)量精度高。閥門(mén)采用高精度菱形控制閥，其氣體流量與截面積成正比；閥門(mén)的線(xiàn)性調(diào)節(jié)性好；重復(fù)精度高；優(yōu)化的步進(jìn)值提高了流量調(diào)節(jié)的靈敏度。系統(tǒng)的計(jì)算和控制回路采用專(zhuān)家智能系統(tǒng)和模糊神經(jīng)元控制技術(shù)，打破了傳統(tǒng)溶解氧控制系統(tǒng)的滯后性、受外界擾動(dòng)影響大等局限性，建立起適合污水處理廠(chǎng)的氣量分配和控制數(shù)據(jù)模型，并可以在調(diào)試中結(jié)合實(shí)際水質(zhì)水量特征和實(shí)際進(jìn)水負(fù)荷狀況，不斷地完善系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，跟蹤負(fù)載的變化，根據(jù)工藝的溶解氧設(shè)定值，智能化的分配每個(gè)階段的曝氣量，滿(mǎn)足實(shí)際運(yùn)行工況的需要，達(dá)到氣體供應(yīng)的最佳化，使改造后的生物反應(yīng)池能高效、穩(wěn)定的運(yùn)行。

    在采用該系統(tǒng)后，可以滿(mǎn)足工藝流程改造后，生物反應(yīng)池各個(gè)階段對(duì)溶解氧梯度的控制要求，同時(shí)將傳統(tǒng)溶解氧PID控制系統(tǒng)中溶解氧的振蕩降到較低的水平，從而降低曝氣系統(tǒng)中能量的消耗。由于反應(yīng)池溶解氧存在梯度，改造后生物反應(yīng)池曝氣系統(tǒng)的能量消耗，比改造前反應(yīng)池溶解氧一個(gè)目標(biāo)值（2~3mg/l）時(shí)降低了約20%。

    4．甲醇投加控制系統(tǒng)

    通過(guò)對(duì)該污水處理廠(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)的分析，設(shè)計(jì)認(rèn)為該廠(chǎng)來(lái)水碳源并不充裕，不能完全滿(mǎn)足脫氮所需的碳源，因此為保證出水水質(zhì)，設(shè)計(jì)通過(guò)方案對(duì)比，認(rèn)為采用外加碳源（甲醇），工程改造量最小，系統(tǒng)最穩(wěn)定可靠，對(duì)本工程來(lái)說(shuō)是適宜的。雖然外加有機(jī)碳源使反硝化速率加快，脫氮效率提高，但運(yùn)行成本也相應(yīng)大幅度增加，所以工程中需要解決如何控制碳源的添加以保證脫氮除磷的效果，又不浪費(fèi)碳源。

    本工程在設(shè)計(jì)中，提出自動(dòng)碳源投加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該方案是通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)好氧段，即上述生物反應(yīng)池中一級(jí)、二級(jí)微孔曝氣部分的硝酸鹽氮濃度，通過(guò)控制器，對(duì)出水的氨氮和硝酸鹽氮以及硝化-反硝化作用進(jìn)行自動(dòng)控制。系統(tǒng)包括反應(yīng)池的硝氮監(jiān)測(cè)及流量監(jiān)測(cè)、甲醇投加的流量監(jiān)測(cè)，其中硝氮的測(cè)量采用無(wú)試劑、免維護(hù)的光譜傳感器，流量監(jiān)測(cè)采用電磁流量計(jì)，甲醇投加采用計(jì)量泵，輔以流量計(jì)進(jìn)行流量監(jiān)測(cè)。

    系統(tǒng)經(jīng)過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)反應(yīng)池的硝氮，與設(shè)定值對(duì)比計(jì)算得出硝氮差值，再根據(jù)流量計(jì)所測(cè)流量計(jì)算出單位時(shí)間的硝氮總量，再根據(jù)設(shè)計(jì)條件下硝化及反硝化反應(yīng)的碳氮比計(jì)算出單位時(shí)間所需要的碳源總量，依此可以設(shè)定計(jì)量泵所要設(shè)置的流量值進(jìn)行碳源投加，達(dá)到合理控制投加碳源的目標(biāo)。

    為了達(dá)到更好的效果，也可以采用同時(shí)測(cè)定碳源和氮源方法，即通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)反應(yīng)池內(nèi)的硝酸鹽氮濃度和COD濃度，通過(guò)控制器，計(jì)算出實(shí)時(shí)的碳氮比，采用閉環(huán)控制對(duì)出水的氨氮和硝酸鹽氮以及硝化-反硝化作用進(jìn)行自動(dòng)控制，但此方案成本略高。控制系統(tǒng)方框圖如下：
      
               
                                   圖2 控制系統(tǒng)方框圖

    5．結(jié)語(yǔ)

    截至2009年9月底，全國(guó)設(shè)市城市、縣及部分重點(diǎn)建制鎮(zhèn)共建成污水處理廠(chǎng)1792座，處理能力9904萬(wàn)立方米/日；在建城鎮(zhèn)污水處理項(xiàng)目1977個(gè)，設(shè)計(jì)能力約5527萬(wàn)立方米/日。如果這些已建成污水處理廠(chǎng)升級(jí)改造，在建項(xiàng)目工程實(shí)施過(guò)程中，采用先進(jìn)的檢測(cè)儀表、控制器、控制策略，對(duì)曝氣分配系統(tǒng)進(jìn)行精確控制，對(duì)碳源投加系統(tǒng)進(jìn)行合理控制，都將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，既實(shí)現(xiàn)了減排污染物的目標(biāo)，保護(hù)了環(huán)境，也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目標(biāo)，降低了運(yùn)營(yíng)成本。

    參考文獻(xiàn)：

    [1] 秦麟源.廢水生物處理[M].同濟(jì)大學(xué)出版社，1989. 

    [2] 德國(guó)Binder公司相關(guān)資料[Z].

    [3] 張自杰等.排水工程 下冊(cè)（第四版）[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第七期