基于在线营养盐控制的未来污水处理曝气控制技术应用及展望

基于出水端NH4+-N/NO3-N作为反馈控制信号的反馈控制系统，在获得理想的出水指标前提下，可以有效降低曝气能耗、充分完成反硝化。主要控制逻辑包括“曝气强度控制”和“曝气池容控制”两种实现方式。具体实现方式上，可根据生物池池型及不同生化功能分区，通过“曝气强度控制”和“曝气池容控制”实现曝气/非曝气（ON/OFF）开关及硝化/反硝化（N/DN）时序的控制，最大程度上实现反硝化，进而降低出水TN浓度。

对于完全混合式特性的氧化沟工艺，曝气设备的控制根据出水NH4+-N/NO3-N信号，采用N/DN间歇曝气模式运行，出水NH4+-N/NO3-N可以稳定控制在设定值，同时，强化了生物池反硝化，改善出水水质（见图5），并节约了能耗。

图5“前馈”&“前馈+后馈”两种模式及对出水NH4+-N的影响比较

3案例介绍

2011年—2012年，首创股份联合丹麦EnviDan公司、瑞典Lund大学进行国际技术合作，并得到丹麦政府B2B环境支持项目及丹麦环境保护部资助，在国内首次开展了采用侧流活性污泥生物强化脱氮除磷技术（ARP/SSH）进行污水厂提标改造，引入高级在线控制（EnviStyr）系统，将营养盐传感器用于曝气优化控制，实现无需新增生物池容或只新增10%~20%的情况下，可大幅提高污水厂处理能力（水力负荷或污染负荷），改善出水水质并同步实现强化脱氮除磷。

研究和实践表明：当ARP池容占生物池总池容的比例为20%时，水力负荷不变的情况下，有机负荷可以提高66%；而有机负荷不变的情况下，水力负荷可以提高100%，这意味着处理水量可以增加一倍。目前已经在安徽马鞍山、淮南、甘肃武威、白银等地，进行了多个污水厂的提标改造。

以马鞍山王家山污水厂为例（规模6万/mm3），改造方案考虑在不增加土建投资的情况下，充分利用原来一期的三沟式氧化沟闲置池容，将三沟式氧化沟部分池容改造为侧流污泥生物强化工艺（ARP/SSH），改造后的工艺流程见图6所示。改造后的氧化沟及侧流池设置了在线NH4+-N/NO3-N用于转盘曝气机的ON/OFF控制。改造后的污水厂出水TN及TP显著改善。

图6采用ARP/SSH技术改造工艺流程及AOC在线控制仪表位置示意

4结语

沿袭多年的基于生物池混合液DO的曝气过程控制逻辑存在诸多技术缺欠，在面向未来可持续的污水处理系统开发及应用过程中逐渐失去生命力，目前曝气系统的运行优化和精确控制正在向基于在线营养盐控制系统演化。

已有的国内外实施案例运行实践表明，采用新型基于在线NH4+-N/NO3-N传感器的曝气过程控制系统，通过前馈、反馈或者前馈-反馈的闭环控制等模式，可实现改善出水水质与降低曝气能耗的耦合，尤其是通过对曝气混合液NH4+-N/NO3-N的适时在线检测联锁控制曝气量或者曝气设备ON/OFF的控制，有效强化了内源反硝化，降低了外加碳源量，提高了对TN、TP去除效果，因而，基于在线NH4+-N/NO3-N高级适时曝气控制系统，是极具发展前景面向未来的可持续的污水处理曝气过程优化控制技术。

本文根据发表于《中国给水排水》2017年6月第12期的“基于在线营养盐控制的污水处理曝气优化及应用”整理，作者:刘智晓,单位：北京首创股份有限公司。

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