談生物池儀表及自控系統設計

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摘要：在污水處理過程中，生物池是脫氮除磷的重要環節。根據適用性、合理性、經濟性的要求，在生物池布置相關的儀表，如污泥濃度、ORP、溶解氧濃度、磷酸鹽濃度、硝態氮濃度、氨氮濃度檢測儀等在線檢測儀表，將其檢測數據作為生物池外回流、內回流和曝氣控制的重要參數，同時用于對生物池的環境評價，以期達到預期出水水質要求。從A2O生物池工藝原理和自控原理需求角度，對生物池儀表、自控設計進行總結。

關鍵詞：生物池；儀表設置；自動控制

生物池是水處理工藝中的重要環節，生物池運行控制水平直接關系到全廠運行狀況。近年來，隨著“智慧水務”、“精確控制”等技術的普及，對生物池儀表和自控設計提出了更高要求，生物池也是自控儀表設計中最為核心和復雜的單體之一。本文所討論生物池為常見的A2O生物池。

1生物池基本工藝原理

1.1生物池的組成

在城鎮污水處理工藝流程中根據不同種類微生物的生存環境要求，常規的A2O生物池由厭氧區、好氧區和缺氧區組成。生物池中不同區域的微生物菌群相互配合，可對污水進行脫氮去磷處理，并有效地除污水中的有機物質。生物池的組成如圖1所示，其中生物池、二沉池、污泥泵房組成外回流系統，污泥從污泥泵房回流到厭氧區。缺氧區和好氧區組成內回流系統，含有硝態氮的污水從好氧區回流到缺氧區。

1.2厭氧區

厭氧區主要功能：原污水及污泥泵房外回流的含磷污泥中的磷，在聚磷菌作用下，以正磷酸鹽的形式釋放到污水中。微生物細胞吸收污水中的能溶解性的有機物，使其中BOD濃度降低。部分有機物能進行氨化反應，可以將有機氮氨化成氨氮。參數要求：（1）為保證厭氧環境，ORP值應小于-250mV。（2）溶解氧濃度宜小于0.2mg/L，硝態氮宜小于1.5mg/L，主要是削減溶解氧和硝態氮對厭氧釋磷的生化反應產生的影響。（3）應每隔一段時間檢測生物池厭氧區硝態氮和磷酸鹽濃度，同時分析ORP值，作為評估生物池厭氧區的厭氧環境和釋磷效果的依據。

1.3缺氧區

缺氧區的反硝化細菌利用污水中的有機物作為營養物質（碳源），在不足的情況下可能需要補充碳源，與硝態氮（來自好氧區內回流）通過生物反硝化作用，轉化成NH3逸入大氣中，從而達到脫氮的效果。參數要求：（1）為保證缺氧環境，ORP值應為-50~110mV。對于反硝化反應，在氧化條件下速率更快，更充分。（2）為嚴格保證缺氧環境，溶解氧保持在0.2mg/L以下。（3）應每隔一段時間檢測缺氧區硝態氮濃度，同時分析ORP值，作為評估缺氧區反硝化效果的依據。

1.4好氧區

好氧區也稱曝氣池，在好氧區，通過硝化作用，硝化細菌將污水中的氨氮及有機氮氨化成的氨氮轉化成硝態氮。聚磷菌從污水中吸收過量的正磷酸鹽，以合成新的細胞，形成富磷污泥，排出生物池。參數要求：（1）溶解氧需保持在2mg/L以上，低水溫時，可通過提高溶解氧濃度和污泥濃度，提高生物池的硝化能力。（2）應定期分析好氧區溶解氧濃度、氨氮及其他工藝原理指標，評估好氧區的生化反應效果。

2生物池控制參數及方案

2.1生物池相關參數

（1）水溫：環境溫度與微生物的生存活動息息相關。對于脫氮過程，溫度對脫氮效果影響較大，硝化反應的適宜溫度為20~30℃，而反硝化反應的溫度在5~40℃范圍內均可。因此，20~30℃污水處理的最事宜的溫度，硝化反應和反硝化反應都是有利的。（2）PH值：PH值與微生物的生存活動也有著重大影響。硝化菌易受PH值的影響，一般應保持PH值在7~8之間，PH<6.5時影響嚴重，處理效率下降。反硝化反應的適宜PH值為6.5~7.5，PH值>8或<6時，反硝化速率迅速下降。（3）污泥濃度（MLSS）：當進水水質有機物含量增高時，應提高MLSS以增大生物池內微生物量，處理增多的有機污染物，因此可用MLSS值近似的表示生物池內微生物的含量。（4）污泥泥齡(SRT)：是指生物細胞在生物池平均停留的時間，由于生物池污泥量會因為沉淀不斷增加，所以必須從系統中排出剩余的活性污泥，才能使生物池污泥濃度保持相對穩定。對于除磷，好氧區聚磷菌吸磷量大于厭氧區聚磷菌釋磷量，通過剩余污泥排放即可實現除磷的目的。泥齡越短，排放的剩余污泥量越多，除磷效果越好。但是泥齡過短，為了維持生物池污泥濃度，回流污泥增多，釋磷過程所需的BOD升高，若BOD不夠，則聚磷菌釋磷不充分，后續氧化階段不能完成對磷的過量攝取，會降低磷的去除率。對于脫氮，泥齡反應了硝化菌在生物池內停留的時間，泥齡必須要大于最小世代時間，否則將使硝化菌從系統中流失殆盡，一般硝化菌在適宜溫度下的最小世代時間為3d。（5）外回流比（污泥回流比）（R）：是指生物池中外回流的污泥量與生物池進水量的比值。外回流比對生物除磷效果有較大影響，當R值較高時，會加快生物池的剩余污泥的排放，有利于除磷。但過高的R值會使大量的硝酸鹽同回流污泥流至厭氧區，硝酸鹽能夠促進反硝化菌的增長，從而造成大量的反硝化菌與聚磷菌爭奪營養物質（碳源），抑制聚磷菌的生長和磷的釋放，最終導致后續階段由于聚磷菌數量減少而影響磷的吸收，降低了磷的去除率。（6）內回流比（混合液回流比）（RI）：是指生物池中混合液從好氧區回流到缺氧區的流量與進水流量的比值。當RI值較高時，反硝化越充分，脫氮效果越好，但RI值過高時，會導致缺氧區的溶解氧溶度升高，不利于反硝化反應，降低脫氮的效果。在污水處理過程中，磷在后續高效沉淀池、生物濾池等環節可以得到有效去除，而脫氮則主要在生物池內完成的，可以適當降低生物池對除磷的要求，著重關注生物池脫氮效果。在生物池的脫氮除磷過程中，生物池各項控制項參數是相互制制約，為使整個系統達到最佳效果，需在生物池工藝流程中檢測各項參數，對控制系統進行不斷調試才能達到最佳效果。

2.2生物池控制方案

在自控設計中，生物池的自控關鍵在于外回流控制、內回流控制和曝氣控制。（1）外回流控制方案：污泥回流量主要通過外回流比控制，外回流比是根據生物池和污泥泵房的污泥濃度進行計算，得到回流比后，根據進水量計算出實際所需污泥回流量，再根據該數值對污泥回流泵的運行臺數、啟停及轉速進行實時控制。（2）內回流控制方案：通過進水水量、缺氧區ORP值、硝態氮濃度得到內回流比，根據內回流比和進水流量對內回流泵的運行臺數、啟停及轉速進行實時控制。（3）曝氣控制方案：曝氣系統的控制參數主要為鼓風機的轉速，主要控制對象為鼓風機。每臺鼓風機有對應的鼓風機控制柜，控制柜可以根據溶解氧濃度、氣體流量計反饋信號作為重要依據，計算當前所需曝氣量，進而對鼓風機進行實時控制。由于鼓風曝氣系統的能耗是污水處理廠能耗的主要組成部分，如果能對曝氣進行合理分配，避免過度曝氣，不僅可以大大降低全廠能耗，還可以達到更佳的曝氣效果。因此對于規模較大的廠區，可以對生物池的好氧區進行再分區，分區越多，曝氣越精確，曝氣分配越合理。對于分區曝氣系統，通過以每個區域溶解氧濃度作為依據，計算出每個區域所需曝氣量，將總數值反饋給鼓風機，結合出風管上氣體流量計所測實際流量，對總的鼓風量進行實時控制。對于各個區域，調節對應閥門（FM），可實現對每個區域風量的精確控制。如圖2所示，圖中對好氧區分了三個區域，每個區域含有一個曝氣支管，調節閥可分別對每個區域調整曝氣量。

3生物池儀表設計

根據上述工藝原理和自控原理需求，生物池儀表設置的區域、儀表名稱、作用及重要性如表1所示。（1）對于無人化、智能化要求較高的廠區，生物池每個區域儀表可設置如下：厭氧區：污泥濃度、硝態氮濃度、磷酸鹽濃度和ORP檢測儀；缺氧區：硝態氮濃度和ORP檢測儀；好氧區：溶解氧濃度、污泥濃度、氨氮濃度和磷酸鹽濃度檢測儀。（2）對于常規的廠區，由于磷酸鹽濃度、硝態氮濃度、氨氮濃度在線檢測儀價格較高，且這些儀表并不參與自控系統實時自控，僅對生物池反應環境進行評估，可采取定期取樣檢測的方式進行數據采集（不計入自控工程量）。由于ORP是生物生存的重要環境指標，厭氧區和缺氧區應設置ORP。生物池每個區域儀表可設置如下：厭氧區：污泥濃度和ORP檢測儀；缺氧區：ORP檢測儀；好氧區：污泥濃度和溶解氧濃度檢測儀。

4結論

關于生物池的檢測儀表種類雖然眾多，但參與自控的儀表并不多。針對生物池儀表設計時，可根據工藝原理和自控原理需求，結合廠區實際情況，選擇合理的在線檢測儀表。

參考文獻

[1]呂貞，董陽，施亞棟，等.A-A~2/O工藝回流系統控制優化研究[J].中國給水排水，2016（19）：36-39.

[2]白敬中.AAO生物池自控系統設計[J].電腦與電信，2016（3）：67-68+72.

[3]李建飛，靖文，程劉.精確曝氣系統在污水廠中應用[J].水科學與工程技術，2013（4）：52-54.

作者：李浩 單位：中國市政工程中南設計研究總院有限公司