王 科

（珠海市城市排水有限公司，广东 珠海 519000）

拱北水质净化厂改扩设计处理规模5.5万m3/d，采用改良A2O工艺，共有2组生物反应池。珠海拱北污水处理厂四期设计处理规模7万m3/d，采用A2O+MBR工艺，共有2组生物反应池。曝气系统是污水生化处理的核心，合理的溶解氧对微生物污染物降解至关重要，其能耗占整个污水处理过程的大部分。因此，曝气系统运行效果对污水处理厂的运营有着重大影响[1-2]。目前，拱北厂的曝气系统仍然采用人工控制的方法，对运行人员的素质和责任心要求较高，加上拱北厂四期风机和改扩风机出风汇集到一条风管上，因此又涉及联调问题，要想做到精确控制，运行人员要频繁进行判断和手动操作，劳动强度很大。表1为拱北厂生化池曝气调节的经验思路。很明显，这些调节程序完全可以用自动化的方式实现。

表1 拱北厂生化池曝气调节的经验思路

1 现状分析

1.1 拱北厂鼓风机现状

拱北厂四期和改扩风机房有4台鼓风机，情况如下。四期两台鼓风机2015年投入使用至今已有2年，豪顿单级离心鼓风机，型号为SG35A-CVC，额定功率为315 kW，不支持中控远程控制。改扩两台鼓风机2009年投入使用至今已有8年，西门子离心鼓风机、型号为KA5SV-GL210、额定功率为250 kW，不支持中控远程控制。

拱北厂四期风机和改扩风机出风管汇集到一条风管上，中间由手动联通阀连接，最后分别通过四期、改扩一期的主风管供气至相应生化池好氧区。四期、改扩的主风管上，分别于风机房内设有手动总气阀，于生化池上设有气体流量计。可通过调节风机开度及相关风阀来调节两期生化池好氧区的风量，最终实现控制生化池DO维持在目标范围内（1.5～2.5 mg/L）。目前，拱北厂只开四期一台鼓风机已足够给四期、改扩供气，四期风量为2 000～2 700 m3/h，改扩风量为5 000～7 000 m3/h。

1.2 改扩生化池现状

拱北厂改扩生化池目前有两台哈希溶解氧仪、，安装于生化池末端出水口处。近期拱北厂发现溶解氧数值出现异常波动，与便携式溶解氧测量数值和化验室人工测量数值存在差异，无法真实反映生化池现场DO情况。另外，现场，生化池出水口水流湍急对溶解氧测量造成影响，经分析，溶解氧拟安装于水流平稳的曝气区域，可以真实反映曝气区域的溶解氧。

1.3 四期生化池现状

目前，拱北厂四期生化池两条生产线末端出水口处，各安装有1台哈希溶解氧仪，基本能反映生化池现场情况。但是，四期主风管到生化池后分往两条生产线处没有设置分支风阀，仅在各下池支管处设置了小支阀，并且都在盖了厚钢盖板的风管沟内，不便于调节。因此，当四期两条生产线好氧区DO不平衡时，要通过调节两条正产线的内外回流和生化池进水来调节DO平衡。拟在生化池上设置两条生产线的分支风阀。

1.4 拱北厂施行精确曝气存在的问题

拱北厂上位机软件还无法达到精确曝气的条件，人们需要对上位软件进行改造和升级；改扩生化池上的溶解氧仪只有2台，并且目前安装位置有问题，达不到DO控制精确曝气的条件。四期、改扩生化风管阀门都是手动阀门，和溶解氧无法形成联动来控制进风量。目前，四期、改扩的鼓风机仍未能实现远程操作。拱北厂只开四期一台鼓风机已足够给四期、改扩供气。当连续暴雨天气，进水浓度异常降低时，四期、改扩溶解氧容易偏高，四期运行的一台鼓风机开度调至最小时，仍然过度曝气，此时需要调节为只开一台改扩鼓风机，相关调节方式需要改变。

2 解决思路

2.1 阀门采购和安装方案

拱北厂四期风机和改扩风机出风管汇集到一条总风管上，在两期风机中间、总风管上由手动联通阀连接，然后分别通过四期、改扩一期的主风管供气至相应生化池好氧区。四期、改扩的主风管上分别于风机房内设有总气阀（手动），进入改扩两条生化池的干管分别设有一个调节阀，进入四期的干管仅设一个调节阀，并且干管为环状布置，四期、改扩的生化池上均设气体流量计。

现场了解，四期和改扩生化池水深和曝气器安装标高相近。因此，位于风机房内的阀门，包括联通阀和两期的总气阀，均建议保持常开状态，以减少主风管的阻力。若确实配气需要，联通阀仍保持常开，通过调整改扩和四期的调节阀，将其保持在一个固定开度来实现配气的目的。该组阀门正常情况下不进行调整和开关操作，仅作为检修阀。

进入改扩两条生化池的干管分别设有手动调节阀。为实现对改扩两条生产线风量的精确调控，建议更换这两个阀门为电动菱形阀。进入四期的干管到生化池后分往两条生产线没有另设风阀，仅在各下池支管处设置了小支阀。建议将进入生化池的环状干管在远端切断，以阀门形式连接，该阀门保持常闭；环状干管的近端，在分别进入两条生产线的干管上增设两个电动菱形阀。正常情况下，建议所有小支阀保持常开状态，不进行调整和开关操作，仅在检修时使用。

2.2 鼓风机控制方案

拱北厂四期和改扩风机房有4台鼓风机，现状如下。四期两台鼓风机2015年投入使用至今已有2年，豪顿单级离心鼓风机、型号为SG35A-CVC、额定功率为315 kW，不支持中控远程控制。改扩两台鼓风机2009年投入使用至今已有8年，西门子离心鼓风机，型号为KA5SV-GL210、额定功率为250 kW，不支持中控远程控制。

四期的两台豪顿单级离心鼓风机本身具备远控功能，只是由于拱北厂一直没有远控需求，故厂家未将其调试出来。而改扩的两台西门子离心风机不具备远控功能。故现有2台豪顿风机需厂家先调试出远控模式，再通过优化软件程序,实现按照实际所需风量大小，两台西门子风机执行定速运行。

由于压力远控模式较流量远控模式控制简便稳定，故建议在两台豪顿风机汇总出来的主管上安装压力计，两台豪顿风机作为主控风机，根据风机主管上压力的变化，实现风量的精确调节控制。

2.3 联动调节控制思路

现场了解，豪顿的离心风机压力远控模式调试出来后，可以与改扩更换的两条生产线的电动菱形阀、四期环状干管近端增设的两个电动菱形阀、改扩两条线末端的DO仪表、四期两条线末端的DO仪表形成一个联动控制模式。

联动控制思路：通过在线的四个DO仪表设定一定范围的数值来反馈调节其对应的四个菱形阀门。当在线DO数值超出设定值，其对应的菱形阀门开度会减少，管道中的压力值会上升，此时风机则会调小开口度，使实际风压下降到设定的风压值；当在线DO数值低于设定值，其对应的菱形阀门开度会增加，管道中的压力值会下降，此时风机则会调大开口度，使实际风压上升到设定的风压值。

当单台豪顿风机的风量不足时，可以采取开一台西门子的鼓风机稳定在一定的风量，然后通过远程控制一台豪顿风机来适应压力变化。

2.4 仪表安装和维护建议

拱北厂改扩生化池目前有两台溶解氧仪，安装于生化池末端出水口处；四期生化池两条生产线末端出水口处，各安装有一台溶解氧仪，基本能反映生化池现场情况。现场了解，改扩的两台DO仪表数据呈现有规律的波动，建议用便携式的DO仪表进行一段时间的比对，如果数据误差不大，则说明仪表本身较准确。建议每两小时采集改扩的瞬时进水检测常规指标分析进水水质的变化，找到DO起伏大的根源。

改扩和四期的DO的安装位置不能离出水口太远，选择的位置要能代表该条线的DO真实水平。严格按照仪表的维护规程进行维护：一周一次清洗校正DO仪表，膜头的定期更换等，确保数据准确。

2.5 软件修改

上位系统增加豪顿的风机远程控制功能（需要豪顿厂家开放远程功能），同时根据豪顿厂家提供的自动方案，将相应的设置做到上位系统中。风机系统需要和生物池控制系统做PLC通信，传输“出口风压设置”这个参数。

控制系统主要是对改扩生物池和四期生物池的PLC系统进行修改，在PLC程序中增加“进气调节阀的控制”和“鼓风机出口风压调节”的算法，根据生物池的溶解氧通过精确曝气算法对进气调节阀进行调节控制作为主调节，通过生物池进水流量或总进水流量对“风机出口风压”进行调节作为辅助调节（若生物池进水流量稳定，可不用考虑辅助调节）。上位系统需要将新增调节阀的控制、风机的风压调节以及新增的仪表增加上去，包括这些参数的历史曲线。

2.6 其他

针对进水浓度异常低时，四期、改扩溶解氧容易偏高，四期运行的1台鼓风机开度调整最小，仍曝气过度的情况，建议增设一根管泄压至曝气沉砂池供气，可节省曝气沉砂池的供气。四期出水TP不稳定，与厌氧环境差，外回流带回来了大量的空气有一定关系，建议适当调整外回流比例，减少带回去厌氧段的氧气。好氧段采用间歇供氧的方式。

3 效果预计

精确曝气项目的实施，相比没有实施该项目时，原生化池好氧段DO仪每天波动范围可达2～6 mg/L，改造后根据经验可稳定在2～4 mg/L，使得系统更加稳定，理论上出水水质稳定性也将得到增强。

其实施精确曝气后将根据水质和能耗情况，在工控机上设定溶氧范围等参数，自动调节鼓风机出口导叶开度，自动调节各池进气阀门开度。当进水水质和水量发生变化时，精确曝气控制系统通过导叶开度和阀门开度自动调整，并且形成闭环连接，任何跳出设定范围的变化，都会引发其他参数的变化，这样就能实现所有生化池好氧段溶氧在设定范围内波动，避免过高或过低溶氧的出现。同时，改扩和四期的处理系统可能运行在不同的工况之下，可以将两类生产系统控制在不同的溶氧水平，实现有针对性的溶氧控制。即使手动调整之后再恢复自动，精确曝气系统仍然能够实现自我调节，很快恢复自动运行，节省不少人力和减缓调节的滞后性。

精确曝气项目闭环控制系统设置溶氧调整开口，供工艺人员随时调整溶氧设置。当发现出水氨氮升高时，可以上调溶氧设置，若出水氨氮稳定且能耗较高，可以适当下调溶氧设置。鼓风机用电占全厂用电的比重较大，精确曝气项目实施后能降低能耗。