在线水质仪表在城市污水厂节能中的应用

作者：美国哈希公司 黄伟明

欢迎访问e展厅 展厅 3 液体/气体检测分析仪器展厅 气体分析仪, 水质检测仪, pH/ORP仪, 气体报警器, 余氯仪, ... 我国城市污水的排放量每年为356亿t，随着城市化的发展，城市污水的排放量还在不断增加。2008年底，全国建有城市污水处理厂共1400座，尚有1000座城市污水处理厂在建设中。根据中国环境保护远景目标纲要，2010年全国设市城市的污水处理率不低于60%，重点城市的污水处理率不低于70%，要在10年的时间内达到这一目标将需要建设一大批城市污水处理厂。 目前，我国污水处理厂比较重视出水水质的检测，一般都设有在线分析仪表。进水水质检测则依靠实验室检测，检测次数少。然而，进水负荷是不断变化的，使得设备运行状态调整滞后，导致出水水质不稳定。为保证出水达到排放标准，一般采取保守“可靠”的方式运行，具有一定的富余量。这种运行方式效率低，浪费大。当出现冲击负荷时，这种运行方式就变得不可靠了，出水很难达到排放标准。 ICA技术概念 国际水质协会（IAWQ）提出了ICA技术概念，即仪器化（Instrumentation）、控制化（Control）和自动化（Automation）。通过实时监测污水处理过程中的进水负荷和出水水质，如温度、pH、ORP、DO、氨氮、硝氮、磷、污泥界面、污泥浓度、流量等参数，利用废水生物处理动力学模型，紧密结合前（反）馈、PID、自适应等现代控制理论，实时计算工厂最优控制的各种设定值，自动调节供氧强度、优化脱氮除磷、控制药剂投加、优化排泥和污泥脱水过程，从而对整个工艺过程进行优化控制。通过对进水负荷的实时监测，能够实现快速响应，提高处理效率，满足日益严格的污水排放标准，增强系统的稳定性，减轻冲击负荷对水处理系统的危害，实现节能降耗，减少运行成本和碳排放。 ICA的技术核心是检测仪器、数学模型和过程控制系统，所有可靠的优化控制策略都是基于有效准确的检测值。国内外大量运行经验表明，通过在线水质分析仪器的监测，能够实现污水处理系统的过程优化控制。在欧洲一些污水处理技术领先的地区,已经投入了大量的研究,并取得了阶段性的成果。 Peel Common污水处理厂 英国南部的Peel Common污水处理厂，是英国早期建立的污水处理厂之一，已经有了66年的运行历史，服务人口25万人，处理水量约6万m3/d，采用4级Bardenpho工艺（在传统AAO工艺的好氧区末段增加停曝气缺氧区，加强反硝化），如图1所示。 Peel Common污水处理厂实时控制系统项目是Hach公司与两家系统集成公司合作完成。该案例的思路就是基于模型计算来调节过去固定的设定值，从而减少曝气量和加药量，节能降耗。为满足优化控制的需求，安装多台Hach公司溶解氧、硝氮、氨氮、COD和MLSS等在线水质分析仪。图2中红色框部分就是优化的曝气池。曝气池有2组，共8个曝气廊道，长约100m，宽9m，深6m，实际水深约4.5m。 系统组成 整个优化系统包括多个控制策略： 对生化池的1、2组实行溶解氧开环+闭环控制策略，装有全部的Hach公司在线水质分析仪器，根据进水氨氮浓度，计算四段好氧段的溶解氧设定值，并根据出水氨氮的浓度进行检验。生化池的7、8组作为对比池，仅安装在线溶解氧仪、氨氮依然沿用传统的溶解氧恒定的PID控制策略，好氧4区的溶解氧设定值分别为2、2、1、0.5 mg/L（见图3）。 根据缺氧段出水的在线硝氮数据，实行甲醇投加闭环控制策略，使用PID算法确定需要投加的甲醇含量，如图5所示。 根据出水附近的硝氮浓度，实行回流比控制策略，使用PID算法，确定内回流的比例，使出水硝氮浓度降低至设定值，如图6所示。 根据混合液和回流污泥的浓度，实行排泥量/污泥龄控制策略，控制排泥量，使用PID控制算法，使生化单元的混合液污泥浓度稳定在设定值上。 以上是Peel Common污水处理厂的控制策略，在工艺中还有很多控制策略，在除磷过程中，通过在线磷酸盐浓度和流量自动控制加药量，减少絮凝污泥和加药成本，如图7所示。 在污泥脱水控制中，通过监测悬浮固体的浓度，来控制加药量，稳定排泥质量，减少加药成本，如图8所示。 数据比对 应用优化控制系统之后，取得了明显的社会效益和环境效益。据粗略估计，系统应用后可节约曝气量20%，节省甲醇投药量50%。更重要的是，应用优化控制后，系统处理氨氮冲击负荷的能力提高了，出水更加稳定，削峰明显，如图9、图10、图11所示。 数据分析 Peel Common污水处理厂的氨氮排放标准为氨氮出水浓度<3mg/L或氨氮去除率>90%。以前的出水氨氮的平均值是0.2mg/L，应用优化控制系统后，可把出水氨氮平均值提高到1mg/L而不超标，这样自然就节省了曝气的能耗。 结论 在线水质仪表应用于污水处理厂，能够实现了水质的连续检测，为优化控制提供了有效可靠的测量值，使得自动优化控制能够稳定运行，从而提高处理效率，实现节能降耗。 随着废水处理技术的数学模型不断完善，过程控制理论的不断应用，废水处理技术得到了进一步的发展。随着在线检测仪器技术的不断进步，水质分析变得更加方便、迅捷、可靠，为污水处理厂优化控制策略的实现提供了可靠的基础。应用ICA技术，优化更多的工艺过程，提高污水处理厂的管理运行水平，满足日益严格的排放标准，在未来水处理工艺过程中将会发挥越来越大的作用。 哈希产品通过在线余氯分析仪新标准 2010年4月6日，哈希公司发表声明，公司的实验室相关产品均符合USEPA新的在线余氯分析仪测量标准，334.0号方法。 “2009年11月，USEPA发布了334.0号标准方法，该标准方法强调了对于应用于饮用水行业的在线余氯分析仪在性能可靠性检验和质量控制方面的要求。”哈希实验室产品总监Thom Voll表示，“新的标准方法提出了相关的条件、技术规格及验收标准，但并没有涉及到具体的验证方法。为此，哈希饮用水领域的专家开发了一套工具用以帮助用户通过新标准的认证。”(end)

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