在線水質儀表在城市污水廠節能中的應用

　　我國城市污水的排放量每年為356億t，隨著城市化的發展，城市污水的排放量還在不斷增加。2008年底，全國建有城市污水處理廠共1400座，尚有1000座城市污水處理廠在建設中。根據中國環境保護遠景目標綱要，2010年全國設市城市的污水處理率不低于60%，重點城市的污水處理率不低于70%，要在10年的時間內達到這一目標將需要建設一大批城市污水處理廠。
　　
　　目前，我國污水處理廠比較重視出水水質的檢測，一般都設有在線分析儀表。進水水質檢測則依靠實驗室檢測，檢測次數少。然而，進水負荷是不斷變化的，使得設備運行狀態調整滯后，導致出水水質不穩定。為保證出水達到排放標準，一般采取保守“可靠”的方式運行，具有一定的富余量。這種運行方式效率低，浪費大。當出現沖擊負荷時，這種運行方式就變得不可靠了，出水很難達到排放標準。
　　
　　ICA技術概念
　　
　　水質協會（IAWQ）提出了ICA技術概念，即儀器化（Instrumentation）、控制化（Control）和自動化（Automation）。通過實時監測污水處理過程中的進水負荷和出水水質，如溫度、pH、ORP、DO、氨氮、硝氮、磷、污泥界面、污泥濃度、流量等參數，利用廢水生物處理動力學模型，緊密結合前（反）饋、PID、自適應等現代控制理論，實時計算工廠*控制的各種設定值，自動調節供氧強度、優化脫氮除磷、控制藥劑投加、優化排泥和污泥脫水過程，從而對整個工藝過程進行優化控制。通過對進水負荷的實時監測，能夠實現快速響應，提高處理效率，滿足日益嚴格的污水排放標準，增強系統的穩定性，減輕沖擊負荷對水處理系統的危害，實現節能降耗，減少運行成本和碳排放。
　　
　　ICA的技術核心是檢測儀器、數學模型和過程控制系統，所有可靠的優化控制策略都是基于有效準確的檢測值。國內外大量運行經驗表明，通過在線水質分析儀器的監測，能夠實現污水處理系統的過程優化控制。在歐洲一些污水處理技術的地區,已經投入了大量的研究,并取得了階段性的成果。
　　
　　PeelCommon污水處理廠
　　
　　英國南部的PeelCommon污水處理廠，是英國早期建立的污水處理廠之一，已經有了66年的運行歷史，服務人口25萬人，處理水量約6萬m3/d，采用4級Bardenpho工藝（在傳統AAO工藝的好氧區末段增加停曝氣缺氧區，加強反硝化），如圖1所示。　　
　　PeelCommon污水處理廠實時控制系統項目是Hach公司與兩家系統集成公司合作完成。該案例的思路就是基于模型計算來調節過去固定的設定值，從而減少曝氣量和加藥量，節能降耗。為滿足優化控制的需求，安裝多臺Hach公司溶解氧、硝氮、氨氮、COD和MLSS等在線水質分析儀。圖2中紅色框部分就是優化的曝氣池。曝氣池有2組，共8個曝氣廊道，長約100m，寬9m，深6m，實際水深約4.5m。　　
　　系統組成
　　
　　整個優化系統包括多個控制策略：
　　
　　對生化池的1、2組實行溶解氧開環+閉環控制策略，裝有全部的Hach公司在線水質分析儀器，根據進水氨氮濃度，計算四段好氧段的溶解氧設定值，并根據出水氨氮的濃度進行檢驗。生化池的7、8組作為對比池，僅安裝在線溶解氧儀、氨氮依然沿用傳統的溶解氧恒定的PID控制策略，好氧4區的溶解氧設定值分別為2、2、1、0.5mg/L（見圖3）。　　
　　根據缺氧段出水的在線硝氮數據，實行甲醇投加閉環控制策略，使用PID算法確定需要投加的甲醇含量，如圖5所示。
　　根據出水附近的硝氮濃度，實行回流比控制策略，使用PID算法，確定內回流的比例，使出水硝氮濃度降低至設定值，如圖6所示。
　　　　根據混合液和回流污泥的濃度，實行排泥量/污泥齡控制策略，控制排泥量，使用PID控制算法，使生化單元的混合液污泥濃度穩定在設定值上。
　　
　　以上是PeelCommon污水處理廠的控制策略，在工藝中還有很多控制策略，在除磷過程中，通過在線磷酸鹽濃度和流量自動控制加藥量，減少絮凝污泥和加藥成本，如圖7所示。
　　
　　在污泥脫水控制中，通過監測懸浮固體的濃度，來控制加藥量，穩定排泥質量，減少加藥成本，如圖8所示。　　
　　數據比對
　　
　　應用優化控制系統之后，取得了明顯的社會效益和環境效益。據粗略估計，系統應用后可節約曝氣量20%，節省甲醇投藥量50%。更重要的是，應用優化控制后，系統處理氨氮沖擊負荷的能力提高了，出水更加穩定，削峰明顯，如圖9、圖10、圖11所示。
　　數據分析
　　
　　PeelCommon污水處理廠的氨氮排放標準為氨氮出水濃度<3mg/L或氨氮去除率>90%。以前的出水氨氮的平均值是0.2mg/L，應用優化控制系統后，可把出水氨氮平均值提高到1mg/L而不超標，這樣自然就節省了曝氣的能耗。
　　
　　結論
　　
　　在線水質儀表應用于污水處理廠，能夠實現了水質的連續檢測，為優化控制提供了有效可靠的測量值，使得自動優化控制能夠穩定運行，從而提高處理效率，實現節能降耗。
　　
　　隨著廢水處理技術的數學模型不斷完善，過程控制理論的不斷應用，廢水處理技術得到了進一步的發展。隨著在線檢測儀器技術的不斷進步，水質分析變得更加方便、迅捷、可靠，為污水處理廠優化控制策略的實現提供了可靠的基礎。應用ICA技術，優化更多的工藝過程，提高污水處理廠的管理運行水平，滿足日益嚴格的排放標準，在未來水處理工藝過程中將會發揮越來越大的作用。
　　
　　哈希產品通過在線余氯分析儀新標準
　　
　　2010年4月6日，哈希公司發表聲明，公司的實驗室相關產品均符合USEPA新的在線余氯分析儀測量標準，334.0號方法。
　　
　　“2009年11月，USEPA發布了334.0號標準方法，該標準方法強調了對于應用于飲用水行業的在線余氯分析儀在性能可靠性檢驗和質量控制方面的要求。”哈希實驗室產品總監ThomVoll表示，“新的標準方法提出了相關的條件、技術規格及驗收標準，但并沒有涉及到具體的驗證方法。為此，哈希飲用水領域的專家開發了一套工具用以幫助用戶通過新標準的認證。”