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冬奥会上显身手,精准曝气是什么"黑科技"?

发布时间:2022-04-20 09:29:30 点击次数:205

为努力践行“绿色办奥”理念,中国节能充分发挥主业优势,承担起冬奥会期间北京市部分固体废弃物和污水的处理保障工作。中国节能所属中环水务小汤山再生水厂与马池口再生水厂利用精确曝气系统、多段式A2O工艺等智慧水务手段提质降耗。此外,两个水厂还利用污水源热泵技术将蕴藏在污水中的低品位热能提取出来,为厂区供暖。
小汤山再生水厂采用精确曝气系统,相对连续不间断的传统曝气方式,同比节省约1/5的风机电能(约合1500kWh/日);采用精确曝气系统,精准控制曝气量,可有效保证冬奥期间的水质达标排放,提升周边水体及生态环境质量。
随着国家对环保的重视,污水处理厂的监管也越来越严格了。很多时候, 为了确保出水水质的全面稳定达标,需实现对各项工艺控制参数进行精确控制,其中生物处理曝气环节是一个非常关键的环节。
在某种程度上,曝气量的控制决定着整个系统对废水的处理效果和污水处理厂能耗水平。因为曝气量较小时将会抑制系统中的硝化反应,此外还会引起曝气池中丝状菌繁殖,导致污泥膨胀;而曝气量较大时,不仅会使曝气电耗,同时强烈的空气搅拌还会打碎污泥絮体从而影响出水水质。此外,如果处理工艺有硝化液回流时,回流的硝化液也会把氧带入缺氧区,从而影响反硝化效果。由于污水厂的进水水质和水温等条件有较大的波动性,这也就要求我们应及时调整曝气量,以应对这种变化,精确曝气技术也因此受到了青睐。
随着污水处理厂在线监测仪表及相关技术设备性能提高,精确曝气控制也是成为现实甚至取得了不错的效果。根据小编查阅的资料显示, 污水处理厂应用精确曝气控制技术后不仅改善和稳定了出水水质,曝气系统的能耗也降低了20%左右(不同资料数据可能有偏差,仅供参考)。接下来,小编就给大家详细介绍一下精确曝气技术。
精准曝气是什么“黑科技”?
精准曝气是污水处理厂由早期粗放式人工控制方式向现代精细化自动控制方式进阶的产物。
传统活性污泥法已经在世界范围内应用数百年,多位国内外权威专家多次提出并强调,需要深度挖掘百年活性污泥法工艺,实现生化处理工艺的最优控制与高效运行。
精准曝气的首要目标是保障生化处理工艺稳定运行以及出水稳定达标,进而达到鼓风曝气系统的节能降耗和污水处理厂的运行成本降低。
国际上早已提倡污水处理厂自动化和精细化管理与控制。精准曝气是污水厂实现精细化管理的有效工具,需要通过鼓风机、曝气设备以及精准曝气系统等各方的共同努力。
精准曝气系统可以使各种复杂的供气方案得以实现,如间歇曝气、微量曝气、正常曝 气、溶解氧分布控制等;可以帮助污水处理厂实现工艺的精细调节,适应各种工艺,并能够随着工艺变化而调整;还可以根据当前需要的曝气量,通知鼓风机主控进行风量调节,防止发生喘震等异常情况,节约鼓风机电耗。
为什么要实现精准曝气?
精准曝气是智慧水务的核心控制单元!
污水处理厂在生物处理过程当中,如果曝气量不足,会导致工艺运行恶化,出水水质排放超标;如果曝气量过多,会导致高能耗,造成污水处理厂运行成本增加。因此,只有根据实际需求合理分配与精准调节各区域的曝气量,才能保证污水处理厂高效和经济运行。
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。精准曝气控制系统是近年发展起来的一套较好控制鼓风曝气的节能技术。
我国污水处理厂的能耗主要是电耗,处理每吨污水耗电约0.2-0.3度,电费约占污水处理成本的50%-70%。在我国污水处理厂建设基础上,通过现有设施的优化运营,存在提高出水水质、降低能耗物耗的巨大空间。截至2019年6月底,全国设市城市累计建成城市污水处理厂5000多座(不含乡镇污水处理厂和工业),污水处理能力达2.1亿立方米/日。
按我国污水处理厂每年处理500亿吨污水来计算,如果能够节省20%的能耗,这就能够为国家节约约30亿度电。在目前国家大力提倡节能降耗的背景下,污水处理厂的节能降耗具有重大意义。
我国约有一半的污水处理厂采用氧化沟和AAO工艺,越来越多的AAO变形的工艺呈现上升的趋势。鼓风曝气的能耗占污水厂总能耗的51%左右。因此,实现曝气系统的节能运行是污水厂节能的关键。
曝气过量直接造成电能浪费,并且溶解氧通过内回流被带到缺氧区影响反硝化的效果,溶解氧通过外回流被带到厌氧区影响厌氧释磷的过程。
曝气量不足,影响生化池中微生物活性,可能影响出水水质;还可能造成二沉池中发生反硝化,污泥上浮,影响出水。
精准曝气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。
曝气过程涉及两个步骤: 一是氧气的扩散和溶解。在鼓风曝气系统中主要体现为空气从曝气池底部的曝气头释放后,空气中的氧气从气相向液相中转移。二是溶解氧的利用和消耗。这个过程综合了好氧处理过程的有机碳去除过程、生物脱氮、生物除磷等,是由多个过程综合作用的结果。
活性污泥法的曝气过程是为去除有机碳、硝化、吸磷等过程提供适宜的溶解氧,以促进三种生化反应的正常进行。曝气流量控制的目标就是是形成稳定的溶解氧条件,为微生物生长与污染物降解建立一个动态平衡和可靠的生存环境。这一动态平衡过程的实质,就是使总氧转移速率近似等于总耗氧速率。由于污水厂的进水水质和水量是变化的,在特定的时间段内其耗氧量也是变化的,只有使该时段内的供氧量和耗氧量相均衡,才能保证处理环境的稳定,保证出水水质。
精确曝气技术原理和特点
目前国内很多污水处理厂对于曝气的控制还停留在手动控制的基础上,一般是操作人员根据经验通过开启和关闭一定数量的鼓风机和曝气器来调节溶解氧。一旦运行情况发生变化,就需要操作人员反复调试,如果调整不及时不仅影响了处理效果而且增加了曝气电耗。
精确曝气是通过在线仪表实时采集溶解氧、水量、气量和鼓风机压力、功率等信号,然后通过内置的智能化控制系统计算实时需氧量,再通过控制系统控制鼓风机、阀门的开度,动态调整供应气量,使其气水比接近理论气水比,做到按需供气。精确曝气可以使生物系统运行和出水水质更加稳定,同时比人工控制更加节能。
传统的鼓风曝气机存在如下不足:
由于时间延迟,即从开始曝气到池内溶解氧DO变化需要一段时间,这就容易造成DO的控制波动很大;
耗能高。为了保证安全运行,生物池DO值只能保持在较高的数值上,造成了过大的曝气量的浪费。
而与传统曝气方式相比,精确曝气具有如下特点:
稳定地控制生物池中的溶解氧浓度。控制精度可优化在工艺要求的溶解氧设定值的±0.5mg/L,提高生化处理效率,提高达标率。
解决生物池曝气不均衡的问题。合理的分配气量,大大减少了阀门及鼓风机的调节频率,控制鼓风机在稳定的功率下供气,保障曝气系统的安全稳定运行。
提高污水厂的自动化水平,实现污水厂最重要过程参数溶解氧浓度的可控,保证实施运行后完全实现自动化控制。
缩短污水处理厂的工艺运行调节时间。
显著提高污水处理厂的抗负荷冲击能力。
降低污水厂工作人员的劳动强度,提高污水厂的运行效率。
精确曝气技术分类和应用
目前比较成熟的精确控制技术可以分为两种:“前馈+反馈+生物处理模块”和“反馈调节+性能优越的硬件系统”。
1、前馈+反馈+生物处理模块
这种控制方式是以国际水协的活性污泥模型为基础,根据污水厂历史运行数据和在线仪表检测到的水质水量的变化,预测曝气池所需的曝气量,再结合曝气池中实际溶解氧、水温、MLSS及水压等指标,来调节空气流量分配和鼓风机风量。
该控制模式较为完美,但需要采集较多的指标,对仪表的性能稳定性有较高的要求,并且生物模块也难以准确地预测曝气池所需供气量。
2、反馈调节+性能优越的硬件系统
该控制模式省去前馈和生物处理模块,解决了对在线仪表过多依赖和生物模块的准确度问题。但是该系统需要较高的对阀门和鼓风机的控制能力,即该系统要能在较短的时间内将阀门的开度和鼓风机的风量调整到能满足水质变化后曝气池所需的供气量和节能的目的。
3、精确曝气技术的具体应用
白龙港污水处理厂作为一座特大型污水处理厂,设计处理规模为280万m³/d,一级A提标结束后,厂内共有42条生物处理线,面对如此众多的生产线,手动控制溶解氧显然不现实。
基于前馈/生物处理模块/反馈的精确曝气技术需要多种仪表协同工作,而白龙港污水处理厂生产线众多,如果仪表精度差,那么控制效果不能稳定保证,因此白龙港污水处理厂选择基于末端DO控制方式同时搭配流量计和空气阀门的VACOMASS精确曝气控制系统,经过近一年的试运行,控制效果比较理想,末端溶解氧可以稳定控制在设定范围内,同时极大地减轻了人工调整的负担,这种技术具有一定的节能效果。
精确曝气控制依旧存在难点
实施精确曝气虽然有不同的策略,在工程实际中也有一定的应用。但是,从整体来看对污水处理厂的精确曝气控制还存在如下仪器设备和技术上的问题:
1、设备硬件和维护要求较高
精确曝气系统需要配备阀门和溶解氧测定仪、气体流量计、水流量计等仪表,其控制精度要求较高,若控制系统调节后的曝气量不能与理论需要的曝气量一致,则容易造成出水水质超标。
随着运行时间延长,阀门和仪表可能出现较大偏差,需要频繁校正,同时精确曝气系统需要定期维护,因此对从业人员的技术要求较高,其需要具备一定的仪表自动化知识。
2、无法实现空气量精确匹配
大部分精确曝气系统需要通过仪表采集的数据进行反馈,然后调整空气阀门,而大部分空气阀门调节存在一定误差,同时仪表也存在较大的误差,导致实际计算的气量可能与理论气量相差较大,难以精确提供空气量。
当空气管路由一路主管细分成多路支管时,调整其中一路的阀门,其他支路曝气量往往会出现较大变化,导致其他系统需要连锁调整。
3、难以建立生物曝气系统的精确数学模型
由于进水水量、水质为随机变量,其外部环境具有许多不确定因素,因此难以建立曝气生物系统的精确数学模型,也就难以准确地预测下一周期需气量。
4、在线监测仪表的监测和阀门、鼓风机控制调节的滞后性
水质在线测定仪如在线DO仪,在对溶解氧测定的过程是需要一定时间的,而好氧池的水体又是不断流动的,这就造成了监测数据的滞后性。与此同时,控制系统对阀门、鼓风机的调节也不是瞬时完成的,这也形成了一定滞后性。
这些滞后程度还会产生一定的累加效应,如果滞后过大溶解氧就会产生较大的波动,曝气控制精确的程度大打折扣。解决这一问题不仅要开发出性能更好的在线监测仪表、阀门和鼓风机,还需要对控制系统的程序进一步优化。
曝气控制的两大要点:
曝气控制是废水生物处理工艺中重要的控制变量,在一定程度上决定着出水水质和污水厂能耗水平。但是,目前限于技术水平和设备的性能的制约,现有的精确曝气控制系统很难完美地长时间的实现精确曝气。但随着相关仪器设备,如在线DO、氨氮、空气流量计、空气阀门、曝气设备等性能的不断提高,精确曝气控制的精确程度将会有很大的突破。
目前,在配备精确曝气系统污水处理厂中,为充分发挥曝气控制的性能,可以从两方面着手:
①要加强对工艺管理人员的系统培训。工艺管理人员除掌握基本操作以外,还应熟悉控制系统的原理、细节,在完成系统日常维护的同时能对系统进行一定的调整;
②加强对在线仪表、设备的维护。在线仪表的准确性是控制系统控制效果的前提,阀门、鼓风机及曝气器(盘)的性能稳定的发挥对控制效果也极为关键,出现问题应能及时解决。