水是生命之源
 

　　污水處理廠里，藏著一群看不見的“環(huán)保小衛(wèi)士”——微生物。它們以污水中的有機(jī)物(比如食物殘?jiān)?、洗滌劑中的污染?為“食物”，而分解這些“食物”的過(guò)程，必須消耗氧氣，就像人類呼吸一樣。
 

　　如果氧氣不夠，微生物會(huì)“吃不飽”，污染物無(wú)法徹底降解，處理后的水可能不達(dá)標(biāo)；但如果氧氣給多了，不僅會(huì)浪費(fèi)大量電能(一般污水處理廠曝氣環(huán)節(jié)占總能耗的40%～60%)，還可能破壞微生物的生存環(huán)境，影響處理效果。
 

　　傳統(tǒng)曝氣技術(shù)就像“盲人喂飯”，僅憑運(yùn)營(yíng)人員經(jīng)驗(yàn)調(diào)整曝氣量，往往跟不上水質(zhì)、水量的實(shí)時(shí)變化，很容易出現(xiàn) “欠曝”(氧氣不夠)或“過(guò)曝”(氧氣過(guò)多)的問(wèn)題。
 

　　傳統(tǒng)“人盯”方式存在問(wèn)題
 

　　?首先，人很難根據(jù)那么多復(fù)雜且實(shí)時(shí)變化的數(shù)據(jù)，做出既快速又精準(zhǔn)的調(diào)整。
 

　　?其次，人工調(diào)節(jié)總有延遲。從發(fā)現(xiàn)水中溶解氧不合適，到實(shí)際動(dòng)手調(diào)整，中間這段時(shí)間很容易導(dǎo)致出水水質(zhì)超標(biāo)，或者造成電能的浪費(fèi)。
 

　　?再者，這種方式非常依賴操作人員的經(jīng)驗(yàn)和專注度，勞動(dòng)強(qiáng)度大，尤其在夜間，調(diào)控往往更難及時(shí)到位。
 

　　?最后，它也無(wú)形中增加了出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。
 

　　近年來(lái)，隨著污水處理廠在線監(jiān)測(cè)儀表及相關(guān)技術(shù)設(shè)備性能提高、自動(dòng)化控制與人工智能等技術(shù)的成熟和興起，越來(lái)越多的水務(wù)公司開始把目光轉(zhuǎn)向“精準(zhǔn)曝氣”技術(shù)的應(yīng)用。
 

　　什么是“精準(zhǔn)曝氣”？
 

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，“精準(zhǔn)曝氣”就是利用自動(dòng)化系統(tǒng)，根據(jù)污水處理的實(shí)時(shí)需要，精確地控制曝氣量，既不少(保證處理效果)，也不多(節(jié)約電耗)。目前行業(yè)內(nèi)主流的控制邏輯可以歸為兩類：
 

　　1
 

　　基于“機(jī)理模型”的前饋＋反饋控制
 

　　這種方法可以理解為給污水處理系統(tǒng)建立一個(gè)“數(shù)字大腦”。這個(gè)“大腦”的核心是國(guó)際上常用的活性污泥模型(ASM模型)。系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)采集進(jìn)水的一些關(guān)鍵指標(biāo)，比如COD、氨氮、總氮等，結(jié)合生物池中的溶解氧數(shù)據(jù)，通過(guò)模型計(jì)算出當(dāng)前需要的總曝氣量，再通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)和閥門，實(shí)現(xiàn)按需供氣。
 

　　該系統(tǒng)通常包括以下幾個(gè)部分：
 

　　?在線數(shù)據(jù)采集與清洗模塊(負(fù)責(zé)收集和整理數(shù)據(jù))
 

　　?曝氣量計(jì)算模塊(用模型計(jì)算需要空氣量)
 

　　?風(fēng)機(jī)控制模塊(控制風(fēng)機(jī)開幾臺(tái)、轉(zhuǎn)多快)
 

　　?閥門控制模塊(把空氣合理分配到各組生化池)
 

　　?中央控制平臺(tái)(總體協(xié)調(diào)顯示)
 

　　?優(yōu)點(diǎn)：
 

　　理論先進(jìn)，結(jié)合了進(jìn)水水質(zhì)預(yù)測(cè)(前饋)和池內(nèi)溶解氧實(shí)時(shí)校正(反饋)，理論上更精準(zhǔn)。
 

　　?挑戰(zhàn)與缺點(diǎn)：
 

　　?模型準(zhǔn)確性不高：污水廠進(jìn)水水量、水質(zhì)為隨機(jī)變量，外部環(huán)境不確定影響因素較多，難以建立精確的曝氣生物系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)需氣量。
 

　　?數(shù)據(jù)獲取難：進(jìn)水水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀器的數(shù)據(jù)更新慢(通常1～2小時(shí)一次)，且容易因雜質(zhì)堵塞而失真。另外，污水從采樣點(diǎn)到生物池需要時(shí)間，這個(gè)時(shí)間差還會(huì)隨流量變化，給模型計(jì)算帶來(lái)困難。
 

　　?關(guān)鍵指標(biāo)測(cè)不準(zhǔn)：模型需要知道水中的可生化降解有機(jī)物(BOD)含量，但通常是用COD值去推算。而實(shí)際中發(fā)現(xiàn)COD和BOD的換算關(guān)系并不穩(wěn)定，影響計(jì)算準(zhǔn)確性。
 

　　?儀表多、維護(hù)成本高：為了獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，需要加裝閥門、溶解氧測(cè)定儀、氣體流量計(jì)、壓力表等儀表，且控制精度要求較高，后期儀表維護(hù)工作量和成本也高，有可能省下的電費(fèi)還抵不上維護(hù)費(fèi)。
 

　　?模型推廣性有待提高：ASM模型仍在發(fā)展中，而污水處理的微生物過(guò)程極其復(fù)雜，用同一個(gè)模型去適配不同污水廠或同一污水廠不同時(shí)期的情況，難度很大。
 

　　?價(jià)格昂貴：基于這類模型的系統(tǒng)價(jià)格不菲，可能高達(dá)數(shù)百萬(wàn)元。
 

　　?仍需反饋輔助：正因?yàn)槟Ｐ陀芯窒?，?shí)際應(yīng)用中還是必須配合溶解氧的反饋控制才能穩(wěn)定運(yùn)行。
 

　　2
 

　　單純的“溶解氧反饋控制”
 

　　這種方法比較“直接”，它不深究具體的生物反應(yīng)過(guò)程，而是把生物池看作一個(gè)“黑箱”。系統(tǒng)只關(guān)注一個(gè)核心指標(biāo)——溶解氧(DO)的數(shù)值。它設(shè)定一個(gè)溶解氧目標(biāo)值(比如2 mg/L)，然后實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)際溶解氧是否偏離這個(gè)目標(biāo)。如果低了，就自動(dòng)開大風(fēng)機(jī)或閥門；如果高了，就關(guān)小一點(diǎn)。通過(guò)這樣不斷的“比較-調(diào)整”，最終將溶解氧穩(wěn)定在目標(biāo)范圍內(nèi)。這其實(shí)是一種在工程中廣泛應(yīng)用的“模糊控制”思想。
 

　　?優(yōu)點(diǎn)：
 

　　?控制效果穩(wěn)定，節(jié)能效果好。
 

　　?系統(tǒng)簡(jiǎn)單、儀表少、投資低。
 

　　?維護(hù)方便，不容易出現(xiàn)故障。
 

　　?邏輯簡(jiǎn)單明了，運(yùn)行人員容易理解和掌握，推廣起來(lái)更容易。
 

　　?挑戰(zhàn)與缺點(diǎn)：
 

　　?需要為每個(gè)廠確定合適的溶解氧目標(biāo)值。這個(gè)值需要一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)總結(jié)，但對(duì)于已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行多年、對(duì)自己廠情況很了解的水廠來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題不難解決。
 

　　原標(biāo)題：水務(wù)科普 | 污水“呼吸”有講究！一文讀懂“精準(zhǔn)曝氣”