珠海市拱北水質(zhì)凈化廠精確曝氣可行性分析

王 科

（珠海市城市排水有限公司，廣東 珠海 519000）

拱北水質(zhì)凈化廠改擴設(shè)計處理規(guī)模5.5萬m3/d，采用改良A2O工藝，共有2組生物反應(yīng)池。珠海拱北污水處理廠四期設(shè)計處理規(guī)模7萬m3/d，采用A2O+MBR工藝，共有2組生物反應(yīng)池。曝氣系統(tǒng)是污水生化處理的核心，合理的溶解氧對微生物污染物降解至關(guān)重要，其能耗占整個污水處理過程的大部分。因此，曝氣系統(tǒng)運行效果對污水處理廠的運營有著重大影響[1-2]。目前，拱北廠的曝氣系統(tǒng)仍然采用人工控制的方法，對運行人員的素質(zhì)和責(zé)任心要求較高，加上拱北廠四期風(fēng)機和改擴風(fēng)機出風(fēng)匯集到一條風(fēng)管上，因此又涉及聯(lián)調(diào)問題，要想做到精確控制，運行人員要頻繁進行判斷和手動操作，勞動強度很大。表1為拱北廠生化池曝氣調(diào)節(jié)的經(jīng)驗思路。很明顯，這些調(diào)節(jié)程序完全可以用自動化的方式實現(xiàn)。

表1 拱北廠生化池曝氣調(diào)節(jié)的經(jīng)驗思路

1 現(xiàn)狀分析

1.1 拱北廠鼓風(fēng)機現(xiàn)狀

拱北廠四期和改擴風(fēng)機房有4臺鼓風(fēng)機，情況如下。四期兩臺鼓風(fēng)機2015年投入使用至今已有2年，豪頓單級離心鼓風(fēng)機，型號為SG35A-CVC，額定功率為315 kW，不支持中控遠程控制。改擴兩臺鼓風(fēng)機2009年投入使用至今已有8年，西門子離心鼓風(fēng)機、型號為KA5SV-GL210、額定功率為250 kW，不支持中控遠程控制。

拱北廠四期風(fēng)機和改擴風(fēng)機出風(fēng)管匯集到一條風(fēng)管上，中間由手動聯(lián)通閥連接，最后分別通過四期、改擴一期的主風(fēng)管供氣至相應(yīng)生化池好氧區(qū)。四期、改擴的主風(fēng)管上，分別于風(fēng)機房內(nèi)設(shè)有手動總氣閥，于生化池上設(shè)有氣體流量計?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)風(fēng)機開度及相關(guān)風(fēng)閥來調(diào)節(jié)兩期生化池好氧區(qū)的風(fēng)量，最終實現(xiàn)控制生化池DO維持在目標(biāo)范圍內(nèi)（1.5～2.5 mg/L）。目前，拱北廠只開四期一臺鼓風(fēng)機已足夠給四期、改擴供氣，四期風(fēng)量為2 000～2 700 m3/h，改擴風(fēng)量為5 000～7 000 m3/h。

1.2 改擴生化池現(xiàn)狀

拱北廠改擴生化池目前有兩臺哈希溶解氧儀、，安裝于生化池末端出水口處。近期拱北廠發(fā)現(xiàn)溶解氧數(shù)值出現(xiàn)異常波動，與便攜式溶解氧測量數(shù)值和化驗室人工測量數(shù)值存在差異，無法真實反映生化池現(xiàn)場DO情況。另外，現(xiàn)場，生化池出水口水流湍急對溶解氧測量造成影響，經(jīng)分析，溶解氧擬安裝于水流平穩(wěn)的曝氣區(qū)域，可以真實反映曝氣區(qū)域的溶解氧。

1.3 四期生化池現(xiàn)狀

目前，拱北廠四期生化池兩條生產(chǎn)線末端出水口處，各安裝有1臺哈希溶解氧儀，基本能反映生化池現(xiàn)場情況。但是，四期主風(fēng)管到生化池后分往兩條生產(chǎn)線處沒有設(shè)置分支風(fēng)閥，僅在各下池支管處設(shè)置了小支閥，并且都在蓋了厚鋼蓋板的風(fēng)管溝內(nèi)，不便于調(diào)節(jié)。因此，當(dāng)四期兩條生產(chǎn)線好氧區(qū)DO不平衡時，要通過調(diào)節(jié)兩條正產(chǎn)線的內(nèi)外回流和生化池進水來調(diào)節(jié)DO平衡。擬在生化池上設(shè)置兩條生產(chǎn)線的分支風(fēng)閥。

1.4 拱北廠施行精確曝氣存在的問題

拱北廠上位機軟件還無法達到精確曝氣的條件，人們需要對上位軟件進行改造和升級；改擴生化池上的溶解氧儀只有2臺，并且目前安裝位置有問題，達不到DO控制精確曝氣的條件。四期、改擴生化風(fēng)管閥門都是手動閥門，和溶解氧無法形成聯(lián)動來控制進風(fēng)量。目前，四期、改擴的鼓風(fēng)機仍未能實現(xiàn)遠程操作。拱北廠只開四期一臺鼓風(fēng)機已足夠給四期、改擴供氣。當(dāng)連續(xù)暴雨天氣，進水濃度異常降低時，四期、改擴溶解氧容易偏高，四期運行的一臺鼓風(fēng)機開度調(diào)至最小時，仍然過度曝氣，此時需要調(diào)節(jié)為只開一臺改擴鼓風(fēng)機，相關(guān)調(diào)節(jié)方式需要改變。

2 解決思路

2.1 閥門采購和安裝方案

拱北廠四期風(fēng)機和改擴風(fēng)機出風(fēng)管匯集到一條總風(fēng)管上，在兩期風(fēng)機中間、總風(fēng)管上由手動聯(lián)通閥連接，然后分別通過四期、改擴一期的主風(fēng)管供氣至相應(yīng)生化池好氧區(qū)。四期、改擴的主風(fēng)管上分別于風(fēng)機房內(nèi)設(shè)有總氣閥（手動），進入改擴兩條生化池的干管分別設(shè)有一個調(diào)節(jié)閥，進入四期的干管僅設(shè)一個調(diào)節(jié)閥，并且干管為環(huán)狀布置，四期、改擴的生化池上均設(shè)氣體流量計。

現(xiàn)場了解，四期和改擴生化池水深和曝氣器安裝標(biāo)高相近。因此，位于風(fēng)機房內(nèi)的閥門，包括聯(lián)通閥和兩期的總氣閥，均建議保持常開狀態(tài)，以減少主風(fēng)管的阻力。若確實配氣需要，聯(lián)通閥仍保持常開，通過調(diào)整改擴和四期的調(diào)節(jié)閥，將其保持在一個固定開度來實現(xiàn)配氣的目的。該組閥門正常情況下不進行調(diào)整和開關(guān)操作，僅作為檢修閥。

進入改擴兩條生化池的干管分別設(shè)有手動調(diào)節(jié)閥。為實現(xiàn)對改擴兩條生產(chǎn)線風(fēng)量的精確調(diào)控，建議更換這兩個閥門為電動菱形閥。進入四期的干管到生化池后分往兩條生產(chǎn)線沒有另設(shè)風(fēng)閥，僅在各下池支管處設(shè)置了小支閥。建議將進入生化池的環(huán)狀干管在遠端切斷，以閥門形式連接，該閥門保持常閉；環(huán)狀干管的近端，在分別進入兩條生產(chǎn)線的干管上增設(shè)兩個電動菱形閥。正常情況下，建議所有小支閥保持常開狀態(tài)，不進行調(diào)整和開關(guān)操作，僅在檢修時使用。

2.2 鼓風(fēng)機控制方案

拱北廠四期和改擴風(fēng)機房有4臺鼓風(fēng)機，現(xiàn)狀如下。四期兩臺鼓風(fēng)機2015年投入使用至今已有2年，豪頓單級離心鼓風(fēng)機、型號為SG35A-CVC、額定功率為315 kW，不支持中控遠程控制。改擴兩臺鼓風(fēng)機2009年投入使用至今已有8年，西門子離心鼓風(fēng)機，型號為KA5SV-GL210、額定功率為250 kW，不支持中控遠程控制。

四期的兩臺豪頓單級離心鼓風(fēng)機本身具備遠控功能，只是由于拱北廠一直沒有遠控需求，故廠家未將其調(diào)試出來。而改擴的兩臺西門子離心風(fēng)機不具備遠控功能。故現(xiàn)有2臺豪頓風(fēng)機需廠家先調(diào)試出遠控模式，再通過優(yōu)化軟件程序,實現(xiàn)按照實際所需風(fēng)量大小，兩臺西門子風(fēng)機執(zhí)行定速運行。

由于壓力遠控模式較流量遠控模式控制簡便穩(wěn)定，故建議在兩臺豪頓風(fēng)機匯總出來的主管上安裝壓力計，兩臺豪頓風(fēng)機作為主控風(fēng)機，根據(jù)風(fēng)機主管上壓力的變化，實現(xiàn)風(fēng)量的精確調(diào)節(jié)控制。

2.3 聯(lián)動調(diào)節(jié)控制思路

現(xiàn)場了解，豪頓的離心風(fēng)機壓力遠控模式調(diào)試出來后，可以與改擴更換的兩條生產(chǎn)線的電動菱形閥、四期環(huán)狀干管近端增設(shè)的兩個電動菱形閥、改擴兩條線末端的DO儀表、四期兩條線末端的DO儀表形成一個聯(lián)動控制模式。

聯(lián)動控制思路：通過在線的四個DO儀表設(shè)定一定范圍的數(shù)值來反饋調(diào)節(jié)其對應(yīng)的四個菱形閥門。當(dāng)在線DO數(shù)值超出設(shè)定值，其對應(yīng)的菱形閥門開度會減少，管道中的壓力值會上升，此時風(fēng)機則會調(diào)小開口度，使實際風(fēng)壓下降到設(shè)定的風(fēng)壓值；當(dāng)在線DO數(shù)值低于設(shè)定值，其對應(yīng)的菱形閥門開度會增加，管道中的壓力值會下降，此時風(fēng)機則會調(diào)大開口度，使實際風(fēng)壓上升到設(shè)定的風(fēng)壓值。

當(dāng)單臺豪頓風(fēng)機的風(fēng)量不足時，可以采取開一臺西門子的鼓風(fēng)機穩(wěn)定在一定的風(fēng)量，然后通過遠程控制一臺豪頓風(fēng)機來適應(yīng)壓力變化。

2.4 儀表安裝和維護建議

拱北廠改擴生化池目前有兩臺溶解氧儀，安裝于生化池末端出水口處；四期生化池兩條生產(chǎn)線末端出水口處，各安裝有一臺溶解氧儀，基本能反映生化池現(xiàn)場情況。現(xiàn)場了解，改擴的兩臺DO儀表數(shù)據(jù)呈現(xiàn)有規(guī)律的波動，建議用便攜式的DO儀表進行一段時間的比對，如果數(shù)據(jù)誤差不大，則說明儀表本身較準(zhǔn)確。建議每兩小時采集改擴的瞬時進水檢測常規(guī)指標(biāo)分析進水水質(zhì)的變化，找到DO起伏大的根源。

改擴和四期的DO的安裝位置不能離出水口太遠，選擇的位置要能代表該條線的DO真實水平。嚴(yán)格按照儀表的維護規(guī)程進行維護：一周一次清洗校正DO儀表，膜頭的定期更換等，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

2.5 軟件修改

上位系統(tǒng)增加豪頓的風(fēng)機遠程控制功能（需要豪頓廠家開放遠程功能），同時根據(jù)豪頓廠家提供的自動方案，將相應(yīng)的設(shè)置做到上位系統(tǒng)中。風(fēng)機系統(tǒng)需要和生物池控制系統(tǒng)做PLC通信，傳輸“出口風(fēng)壓設(shè)置”這個參數(shù)。

控制系統(tǒng)主要是對改擴生物池和四期生物池的PLC系統(tǒng)進行修改，在PLC程序中增加“進氣調(diào)節(jié)閥的控制”和“鼓風(fēng)機出口風(fēng)壓調(diào)節(jié)”的算法，根據(jù)生物池的溶解氧通過精確曝氣算法對進氣調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)控制作為主調(diào)節(jié)，通過生物池進水流量或總進水流量對“風(fēng)機出口風(fēng)壓”進行調(diào)節(jié)作為輔助調(diào)節(jié)（若生物池進水流量穩(wěn)定，可不用考慮輔助調(diào)節(jié)）。上位系統(tǒng)需要將新增調(diào)節(jié)閥的控制、風(fēng)機的風(fēng)壓調(diào)節(jié)以及新增的儀表增加上去，包括這些參數(shù)的歷史曲線。

2.6 其他

針對進水濃度異常低時，四期、改擴溶解氧容易偏高，四期運行的1臺鼓風(fēng)機開度調(diào)整最小，仍曝氣過度的情況，建議增設(shè)一根管泄壓至曝氣沉砂池供氣，可節(jié)省曝氣沉砂池的供氣。四期出水TP不穩(wěn)定，與厭氧環(huán)境差，外回流帶回來了大量的空氣有一定關(guān)系，建議適當(dāng)調(diào)整外回流比例，減少帶回去厭氧段的氧氣。好氧段采用間歇供氧的方式。

3 效果預(yù)計

精確曝氣項目的實施，相比沒有實施該項目時，原生化池好氧段DO儀每天波動范圍可達2～6 mg/L，改造后根據(jù)經(jīng)驗可穩(wěn)定在2～4 mg/L，使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定，理論上出水水質(zhì)穩(wěn)定性也將得到增強。

其實施精確曝氣后將根據(jù)水質(zhì)和能耗情況，在工控機上設(shè)定溶氧范圍等參數(shù)，自動調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機出口導(dǎo)葉開度，自動調(diào)節(jié)各池進氣閥門開度。當(dāng)進水水質(zhì)和水量發(fā)生變化時，精確曝氣控制系統(tǒng)通過導(dǎo)葉開度和閥門開度自動調(diào)整，并且形成閉環(huán)連接，任何跳出設(shè)定范圍的變化，都會引發(fā)其他參數(shù)的變化，這樣就能實現(xiàn)所有生化池好氧段溶氧在設(shè)定范圍內(nèi)波動，避免過高或過低溶氧的出現(xiàn)。同時，改擴和四期的處理系統(tǒng)可能運行在不同的工況之下，可以將兩類生產(chǎn)系統(tǒng)控制在不同的溶氧水平，實現(xiàn)有針對性的溶氧控制。即使手動調(diào)整之后再恢復(fù)自動，精確曝氣系統(tǒng)仍然能夠?qū)崿F(xiàn)自我調(diào)節(jié)，很快恢復(fù)自動運行，節(jié)省不少人力和減緩調(diào)節(jié)的滯后性。

精確曝氣項目閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)置溶氧調(diào)整開口，供工藝人員隨時調(diào)整溶氧設(shè)置。當(dāng)發(fā)現(xiàn)出水氨氮升高時，可以上調(diào)溶氧設(shè)置，若出水氨氮穩(wěn)定且能耗較高，可以適當(dāng)下調(diào)溶氧設(shè)置。鼓風(fēng)機用電占全廠用電的比重較大，精確曝氣項目實施后能降低能耗。