污水處理控制系統(tǒng)廠的自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中相關(guān)參數(shù)發(fā)生的變化及時(shí)自動(dòng)地調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，使其始終保持最佳運(yùn)行狀態(tài)，一方面可以優(yōu)化設(shè)備、節(jié)約能耗，取得顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，另一方面又能確保安全操作、節(jié)約人力，改善水廠員工的工作環(huán)境。本文整理了污泥齡實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、活性污泥工藝自動(dòng)控制以及溶氣氣浮藥劑投加自動(dòng)控制三個(gè)較為前沿且具實(shí)用價(jià)值的污水廠自動(dòng)化控制案例，分別介紹了它們的工作原理及取得的生產(chǎn)效益，以期為行業(yè)相關(guān)人員提供參考。

　　1 污泥齡實(shí)時(shí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

　　對(duì)于活性污泥工藝來(lái)說(shuō)，污泥負(fù)荷(F/M比，food-to-microorganism population ratio)是影響系統(tǒng)效能和污泥微生物健康的重要參數(shù)。通常，恒定的污泥負(fù)荷可通過(guò)恒定的污泥齡(SRT，solids retention time)來(lái)控制。雖然剩余污泥的排放量一般只占進(jìn)水流量的很小一部分，但即使是很小的變動(dòng)，隨著工藝運(yùn)行時(shí)間的持續(xù)，也會(huì)因積累而被放大，對(duì)活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成巨大影響。排泥不充分會(huì)使得澄清池負(fù)荷過(guò)高，引起低F/M導(dǎo)致的污泥膨脹、發(fā)泡，且維持微生物內(nèi)源性呼吸的曝氣量增大;另一方面，排泥過(guò)量會(huì)使得可溶性污染物的處理效果變差，引發(fā)低溶氧污泥膨脹，且由于硝化過(guò)程中亞硝酸根去除不充分，使得氯的需求量增大。此外，排泥過(guò)量還會(huì)使得污泥濃縮設(shè)備的負(fù)荷增大，高分子凝集劑(polymer)的用量增大，造成污泥濃縮設(shè)備的運(yùn)行效率降低。

　　剩余污泥量的調(diào)整是通過(guò)混合液及回流污泥中總懸浮性固體(TSS)濃度的計(jì)算得到的，而TSS濃度通常采用測(cè)重分析法得到，但這一常規(guī)方法存在以下問(wèn)題：

　　(1)由于進(jìn)水流量和污泥回流量存在波動(dòng)，采得隨機(jī)水樣的TSS濃度與日均值可能相差甚遠(yuǎn)，使得剩余污泥量的計(jì)算不準(zhǔn)確;

　　(2)由于采樣和分析所需的人力和時(shí)間有限，樣品采集的頻率一般為1~2次/天，而TSS與回流污泥的濃度是實(shí)時(shí)變化的，因此根據(jù)樣品計(jì)算得出的剩余污泥量存在滯后，不能及時(shí)得到反饋和優(yōu)化;

　　(3)單個(gè)樣品采用測(cè)重法分析的實(shí)驗(yàn)誤差一般在5%左右，精度和重現(xiàn)性較差;

　　(4)繁瑣的剩余污泥量計(jì)算過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。

　　基于此，Ekster設(shè)計(jì)了一種SRT自動(dòng)控制系統(tǒng)，其原理圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由兩個(gè)TSS測(cè)量?jī)x、一個(gè)控制器、一個(gè)剩余污泥流量?jī)x以及一個(gè)流量控制元件(控制閥或者變頻驅(qū)動(dòng)泵)組成。

　　其工作原理為：TSS測(cè)量?jī)x將測(cè)得的信息傳輸?shù)娇刂破?，控制器將工藝運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)值，如混合液的TSS濃度、計(jì)算得出的實(shí)時(shí)SRT等，同測(cè)定值進(jìn)行比較，算出需要作出調(diào)整的剩余污泥量，再將信號(hào)傳輸給控制元件進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　將該系統(tǒng)應(yīng)用于處理量為170 MGD(約64.4萬(wàn)m3/d)的污水處理廠，結(jié)果表明SRT可維持在設(shè)定值5%的變化范圍內(nèi)，大部分情況下變化范圍在2.5%以內(nèi)，如圖2所示。剩余污泥總量的日平均變化從23%降至僅3%。表1為部分污水處理廠在采用SRT自動(dòng)控制系統(tǒng)后的效果提升狀況。

　　安裝該SRT自動(dòng)控制系統(tǒng)后，污水處理廠的性能提升主要表現(xiàn)在以下幾方面：

　　(1)出水水質(zhì)及消毒效果提升

　　采用硝化處理工藝的加州Chico污水處理廠，由于碎絮(pin floc)問(wèn)題，出水濁度較高，硝化工藝時(shí)常出現(xiàn)異常，造成氯的使用劑量上升，某些情況下糞大腸菌的數(shù)量甚至高于美國(guó)國(guó)家污染物排放削減制度(NPDES)規(guī)定的限值。在安裝SRT控制系統(tǒng)并對(duì)SRT設(shè)定值進(jìn)行季節(jié)性優(yōu)化之后，這些問(wèn)題發(fā)生的頻率顯著下降，氯的用量也明顯減少。同樣地，Sacramento區(qū)域污水處理廠在采用SRT控制系統(tǒng)后，出水水質(zhì)和氯用量都到了明顯優(yōu)化，每年的運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省超過(guò)10萬(wàn)美元。

　　(2)污泥膨脹得到控制

　　Bellingham污水處理廠最初的設(shè)計(jì)是采用純氧曝氣工藝，幾十年來(lái)一直受到絲狀菌污泥膨脹問(wèn)題的困擾，其由低溶氧引起，常出現(xiàn)于SRT較低的環(huán)境。十年前該污水廠開(kāi)始采用厭氧生物選擇器，之后SVI得到改善，但仍能觀察到SVI偶有上升。近來(lái)該污水廠轉(zhuǎn)為采用傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)，盡管獲益頗多，但未能解決SVI偶發(fā)上升的問(wèn)題。在安裝SRT自動(dòng)控制系統(tǒng)后，SVI的穩(wěn)定性得到顯著提升。圖3為每次升級(jí)改造后二級(jí)處理工藝的處理能力得到的提升。由圖可知，在安裝SRT自動(dòng)控制系統(tǒng)后，該污水廠的二級(jí)處理能力提升了25%。

　　采用該SRT自動(dòng)控制系統(tǒng)后，SRT的平均控制誤差從0.5 d(設(shè)定點(diǎn)的15%)降至0.1 d(設(shè)定點(diǎn)的3%)，控制精度提高了5倍，這使得SVI顯著下降，其第92位百分?jǐn)?shù)從148 mL/g降至115 mL/g。聚磷菌和絲狀菌之間的競(jìng)爭(zhēng)使得污泥膨脹現(xiàn)象得到了有效緩解。在該SRT控制系統(tǒng)安設(shè)之前，為了防止硝化作用，好氧段的SRT通常設(shè)置在2 d以下，但這一條件并不適宜聚磷菌的生長(zhǎng)，因此SVI通常會(huì)升高，尤其是在夏天。

　　(3)藥劑投加節(jié)省

　　Oxnard污水處理廠的滴濾/活性污泥工藝在采用SRT控制系統(tǒng)后，用于污泥濃縮的高分子凝集劑用量減少了25%，Chico污水處理廠等也得到了相似的結(jié)果。這主要是由于污泥處理單元接收的污泥總量的變化幅度明顯降低，污泥總量穩(wěn)定性提升。

　　(4)能耗節(jié)省

　　據(jù)工程實(shí)踐，將傳統(tǒng)活性污泥工藝的SRT提高至高于硝化作用的最低需求，污水廠的能耗可提升100%。Oxnard污水處理廠采用DO和SRT精確控制系統(tǒng)后，通過(guò)降低DO和SRT的設(shè)定值，使得污水廠能耗降低了25%。一座BNR污水處理廠通過(guò)提高SRT和降低DO，同時(shí)對(duì)SRT和DO進(jìn)行控制優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了20%的能耗降低。同樣采用BNR工藝的San Jose污水處理廠在提高SRT并降低DO的前提下，對(duì)SRT和DO的設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行精確維控，節(jié)省了10%的能耗。