城市污水

在线水质仪表在城市污水厂精确曝气中的应用 黄伟明，武云志 （美国哈希公司 北京代表处 北京100004） 摘 要：随着经济的不断发展以及环保要求的逐步提高，我国建设了越来越多的污水处理厂。污水处理厂的优化运行显得尤其重要。一方面，由于污水处理厂的正常运行需要优化来节能减排；一方面，由于污水处理厂的排放标准也日益严格，需要优化来提高处理能力。我们知道，曝气是整个污水处理工艺的核心，且能量消耗占了整个污水处理厂的一半以上，所以优化曝气具有实际意义且节能潜力巨大。目前大部分污水处理厂采用&ldquo 粗犷&rdquo 型曝气方式。只要出水达到排放标准，曝气量基本不会改变。只有当出水水质（氨氮、总氮等）超标时，才会改变曝气量。进水负荷变化时，出水水质就会产生波动。进水负荷偏高时，出水会超标；进水负荷偏低时，又会造成浪费。在污水处理厂应用在线水质分析仪器，可以实时监测进水负荷，从而实现精确曝气优化控制。 关键词：精确曝气；在线水质分析仪器；节能降耗；污水处理；优化运行 The application of online instrument for exact aeration in WWTP Weiming Huang, Yunzhi Wu (Hach company Beijing representative Beijing 100004) Abstract：With the continual development of economic and rising environmental requirements, more and more wastewater treatment plants have to be built in China. It&rsquo s especially important to do optimization for WWTP. On the one hand, the operation of the WWTP need optimization for energy saving on the other hand, the emission standards are more and more stringent, it need to enhanced the treatment ability of the WWTP by optimization. As we all know aeration process is the core of the whole WWTP&rsquo s process, and consume more than half of energy consumption of WWTP, so it make sense to optimize aeration and we could get large savings. At present most WWTP do not have exact aeration control. The aeration volume only be changed when the water quality (NH4-N, TN, etc.) exceed limit. The water quality of outlet will fluctuate when load of inflow changed. Higher load of inflow will lead to exceed limit of outlet, while lower load of inflow make waste of energy. Online water quality analyzer in the wastewater treatment plant, making it possible to monitor hydraulic load of inflow water online, and to carry out the exact aeration contral. Keyword： exact aeration；online water quality analyzer；energy efficiency；wastewater treatment；optimized operation 城市化的发展，使得城市污水的排放量不断增加。目前，城市生活污水的排放量约为每年400亿吨。2010年底，全国建有城市污水处理厂共2832座，日处理能力1.25亿立方米，城市污水处理率达到77.4%。&ldquo 十二五&rdquo 期间，国家进一步加大对城镇污水处理的支持力度，总氮、总磷的控制都将提上议事日程。我国污水处理的发展也将向提高污水处理厂的运行效率转变。 一、背景介绍 目前，我国污水处理厂出水口一般设有在线水质分析仪器，而对于进水水质的检测，则依***实验室检测，在线水质分析仪器比较少，检测频率低。然而，对于污水处理厂，进水流量和COD浓度是不断变化的，如图1所示为污水处理厂典型的每日进水负荷曲线。如果不了解进水水质，污水处理厂的工艺参数将得不到及时调整，最终导致出水水质波动较大。为保证出水达到排放标准，一般会按照最大的进水负荷设置工艺参数。这种保守的运行方式具有很大的富余量，效率低，浪费大。出现冲击负荷时，又不能及时调整工艺参数，出现出水水质超标的现象。 图1、每日进水负荷曲线 对于采用活性污泥工艺的污水处理厂，曝气消耗的能量占了污水处理厂所有能量消耗的一半以上，如图2所示。所以，对曝气的精确控制具有巨大的节能潜力。 图2、污水处理厂能量消耗分布图 一个完整的脱氮过程包含硝化和反硝化过程。硝化过程是在好氧环境下把氨氮转化为硝氮，需要曝气；反硝化过程是在缺氧环境下把硝氮转化为氮气，不需要曝气。污水处理厂要想让出水的氨氮和总氮都达标，且具有较高的处理效率，就需要对曝气进行精确控制。 二、精确曝气控制 污水处理厂典型的曝气控制类型主要有两大类： 第一类是直接控制风机，如图3所示。系统采集安装在好氧池中的溶解氧分析仪测得的溶解氧值，与系统的设定值（此设定值可以由用户设定）进行比较。如果实际溶解氧值比设定值大，则减小风机转速，从而减少曝气量，逐渐使好氧池的溶解氧下降，最终与设定值一致。如果实际解氧值比设定值小，则增大风机转速，从而增大曝气量，逐渐使好氧池的溶解氧上升，最终与设定值一致。对于这种控制方式，曝气管道的空气压力会有一定波动，不利于曝气的控制，一般用于小型污水处理厂的曝气控制。 图3、小型污水处理厂的曝气控制 第二类是直接控制阀门，如图4所示。系统采集实际的溶解氧值，并与系统的设定值进行比较，按照第一类的控制方式去控制阀门开度。同时，系统采集曝气管道的压力，并与压力设定值比较。如果实际压力比设定值大，则减小风机转速；如果实际压力比设定值小，则增大风机转速；最终使曝气管道的压力保持恒定。对于这种控制方式，在曝气管道压力恒定的情况下，阀门开度与曝气量的线性关系比较好，能够较好的控制曝气量，一般用于大、中型污水处理厂的曝气控制。 图4：大、中型污水处理厂的曝气控制 以上的曝气控制能够控制好氧池的溶解氧浓度，由于进水负荷不断变化，这样的曝气控制还不能很好的根据进水负荷来调整曝气量，但却是精确曝气控制的一部分，也是精确曝气控制的前提条件。 精确曝气控制是采用自动控制理论，根据进水负荷的变化以及出水水质情况精确调整曝气量，使曝气量正好满足污水处理的需要，实现稳定的出水，同时能够节能降耗，增强污水处理厂的稳定性。 精确曝气控制分为开环控制、闭环控制和复合控制。由于影响曝气池硝化功能的因素比较复杂，一般不采用开环控制，这里不做介绍。 如图5所示，为精确曝气闭环控制系统，是建立在典型的曝气控制基础上的。系统需要的仪表为安装曝气池的在线溶解氧分析仪和安装在曝气池末端的在线氨氮分析仪。系统采集曝气池末端的氨氮浓度值，与设定值进行比较。如果实际氨氮浓度值比设定值高，说明曝气池的硝化能力不足以把进水的氨氮负荷转化为硝氮，要么硝化能力不足，要么进水氨氮偏高，可以增加曝气池的溶解氧设定值来提高曝气池的硝化能力。如果实际氨氮浓度值比设定值低，说明曝气池的硝化能力相对于进水的氨氮负荷有所富余，可以减少曝气池的溶解氧设定值来减少曝气池的硝化能力，以节约能量消耗。由于该闭环控制系统，是在曝气池后测量氨氮，属于后反馈控制，能够保证出水符合排放标准，但不能及时响应负荷的变化，具有一定的滞后性。 图5、精确曝气闭环控制 如图6所示，为精确曝气复合控制系统，是建立在精确曝气闭环控制系统基础上增加前反馈控制，能够提前得知进水负荷的变化，解决后反馈控制的滞后问题。系统采集厌氧池前在线氨氮分析仪测得的氨氮浓度值，并利用活性污泥模型，以及自动控制理论，同时考虑厌氧池到曝气池的迟滞效应，计算曝气池的溶解氧设定值。生物反应池进水氨氮值升高，曝气池溶解氧设定值相应增大；氨氮值降低，曝气池溶解氧设定值也相应减少。当然，如前所述的精确曝气闭环控制，在复合控制系统中还是起主导作用的。当前馈控制要求溶解氧设定值减少，而闭环控制要求溶解氧设定值增大时，要以闭环控制为主，让溶解氧设定值增大；反之，当前馈控制要求溶解氧设定值增大，而闭环控制要求溶解氧设定值减少时，要以闭环控制为主，让溶解氧设定值减少。复合控制系统具有一定的提前量，又能够保证出水氨氮符合排放标准，是比较理想精确曝气控制方式。 图6、精确曝气复合控制 三、总结 应用上述精确曝气控制系统，能够根据进水负荷调整曝气量，使曝气量与进水负荷相适应，在保证稳定出水水质的基础上节省曝气，达到节能降耗。 同时，由于曝气池的曝气量刚好够用，不会有多余的氧随着内回流流到缺氧池，也就不会破坏缺氧池的反硝化功能。所以，精确曝气控制在优化硝化功能的同时，保障了反硝化功能，能够用最小的能量消耗实现氨氮和总氮排放稳定达标。 我们知道，污水处理厂的一级A出水标准是氨氮出水浓度2O工艺的好氧区末段增加停曝气缺氧区，加强反硝化。处理水量约6万m3/d，服务人口25万人。2008年安装了污水处理实时控制系统，即RTC system，其中包含精确曝气控制系统。该系统使用了Hach公司的水质在线分析仪器(氨氮、硝氮、溶解氧、污泥浓度等)和WTOS控制系统，节约了20%的曝气量。 任何仪器都会出现故障，在线水质分析仪器由于长时间在污水中浸泡运行，更加容易出现故障。我们知道在线分析仪器在控制中属于传感器，相当于整个控制系统的眼睛，出现故障时，将无法正常工作。WTOS控制系统对此做好了充分准备，设计了PROGNOSYS模块，能够判断在线分析仪器的运行状态，当在线分析仪器需要维护、出现故障时，会给出报警。当检测到异常状况时，WTOS控制系统会启动故障运行方式，从而实现控制的可***性，避免在异常状况时无法控制。 在线水质分析仪器应用于污水处理厂，能够实现了水质的连续检测，为精确曝气等各种优化控制提供有效可***的测量值，从而提高处理效率，实现节能降耗。随着污水处理技术的数学模型不断完善，过程控制理论在污水处理厂的不断应用，以及在线检测仪器技术的不断进步，我们能够在污水处理厂应用更多的优化控制策略，最终提高污水处理厂的运行管理水平，满足日益严格的排放标准。 参考文献： [1] 李军，彭永臻，顾国维等. 城市污水脱氮除磷SBR在线控制系统研究[J]. 给水排水, 2006, (9): 93 [2] Uwe Karg, 李俊英, 程立, 方闻. 在线检测在城市污水脱氮除磷过程中的应用[J]. 水工业市场, 2008, 10: 28-31. [3] 林济东. 黄家湖污水处理厂进水水质指标变化规律研究[J]. 国外建材科技, 2005, 6 (5):74-76. [4] 秦延平. 浅谈我国城市污水处理的现状与发展[J]. 科技促进发展，2009, 4: 256. （更多详情请点击）

HMA 总镍/总铜在线分析仪在城市污水管网监测中的应用哈希公司 《城市排水与污水处理条例》（以下简称《条例》）自2014年1月1日起施行，对城市排水设施管理提出了新的要求，新《条例》第23条规定城镇排水主管部门应当加强对排放口设置及预处理设施和水质、水量检测设施的指导和监督，第24条明确规定城镇排水主管部门应当对排水户排放污水的水质和水量进行监测，并建立排水监测档案。当前，城市污水管网分布较为复杂，管网水质质量参差不齐，需设置的监测点位多，建设难度和资金投入大。很多城市在实行全面管网水质监测之前，会采用试点方式，从具有代表性的点位建设监测站点，监控管网水质情况，再采取逐步铺开的形式，逐步建立起监测网。广东省某市在污水支管进入主管的接入口处，建立了小型监测站，对排水管道的污水水质进行监测，监测参数包括流量、pH值、电导率、COD、氨氮、总磷和特征污染物总铜、总镍及总汞等。自站点建设完毕，已累计收集了两年管网水质数据，同步上传至当地水务部门。 主要仪器：HMA-TNi在线总镍分析仪、HMA-TCu在线总铜分析仪。图1为城市污水管网监测泵站图，在该泵站中，安装有总镍、总铜等在线仪表，对支管排水水质特征污染物进行了监测。管网监测站房由市电供电，各仪表的测量、校准、清洗及反控等通过工控机管理，定期通过数采仪上传数据至水务部门。 该监测点地处工业区，附近工业废水经排水管路进入管网支管，再由支管汇入总管。管网水总镍、总铜的正常浓度为0.2 mg/L以下，部分时间段存在超标偷排现象。从监测半年的数据看，HMA总镍、总铜仪表运行稳定，测量结果准确，较好反映管网排水水质情况。 HMA重金属分析仪采用经典的比色法，采用的原理与国标方法一致，测量稳定性较好，与实验室方法比对具有较好的一致性，能较好满足污水管网排水监测的要求；HMA重金属分析仪的试剂配方公开，每月更换一次试剂，运行期间维护量较低，适合用在无人值守的城市污水管网的水质在线监测。 END哈希——水质分析解决方案提供商，我们致力于为用户提供高精度的水质检测仪器和专家级的服务，以世界水质守护者作为使命，服务于全球各地用户。如您想要进一步了解产品或需要免费解决方案，请通过【阅读原文】与我们联系，通过哈希官微留下您的需求就有机会赢取小米电动牙刷哦！

6月2日至4日，中国城镇供水排水协会在山西太原召开饮用水和城市污水深度处理技术研讨会暨科学技术委员会年会。参加会议并致辞的有太原市自来水公司王健雄经理，中国水协科技委韩德宏主任，太原市城乡管理委员会领导，山西省建设厅领导，中国城镇供水排水协会李振东会长。安恒公司总经理万众华，总经理助理周晨参加了会议。 &ldquo 十二五&rdquo 期间，我国预计将新增城镇污水处理能力7000万m3/d以上，氨氮等水质指标也将纳入污染物减排责任目标，重点流域、区域的城镇污水处理厂需要达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A或更高排放标准。另外，国家新的《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）（以下简称《标准》）将于2012年7月1日全面实施，饮用水的安全问题仍然备受关注。针对上述情况，各位到场的专家通过报告和技术交流等形式，对饮用水和城市污水深度处理、消毒、生物安全性和供水安全保障与应急技术等方面开展了深入研讨和交流。 中国水协副会长、秘书长邵益生发言题目为《我国城市水务发展战略与规划的若干思考》；建设部城市供水水质监测中心宋兰合总工程师发言题目为《城市供水水质评价方法探讨》；无锡市排水总公司李激副总经理发言题目为《无锡城镇污水处理厂深度处理技术研究和改造案例》；深圳市水务（集团）有限公司张金松总工程师发言题目为《饮用水深度处理工艺技术要点》；安恒公司总经理万众华总经理的发言题目为《水质监测与安全风险识别的新技术方向》；安恒公司的重要合作伙伴美国哈希公司郑波经理的发言题目为《氯氨消毒工艺的精确控制及优化技术---氯氨及游离氨在线监测新技术》。这些精彩的发言都得到了大家的关注。 安恒公司做为业界值得信赖的水管理专家，多次出席参加了中国水协举办的技术研讨会和交流会。安恒公司一直致力于水质分析业务数十年，积累了丰富的经验，2010年安恒公司成立管网运行管理事业部，并自主研发了《Leakview管网漏损监控系统》（以下简称Leakview)。Leakview是安恒公司管网运行事业部推出的由软硬件配合组成，基于云计算的远程管网漏损监测系统，它将用户的管网漏损监测设备的管理移到了远程的云计算服务中，为中小水司的管网管理信息化提供一个快捷易行的解决方案。这标志着国内管网漏损监测上升新台阶，同时，这也是安恒公司管网运行管理事业的一个重要开端。