在线水质仪表在城市污水厂节能中的应用

我国城市污水的排放量每年为356亿t，随着城市化的发展，城市污水的排放量还在不断增加。2008年底，全国建有城市污水处理厂共1400座，尚有1000座城市污水处理厂在建设中。根据中国环境保护远景目标纲要，2010年全国设市城市的污水处理率不低于60%，重点城市的污水处理率不低于70%，要在10年的时间内达到这一目标将需要建设一大批城市污水处理厂。

目前，我国污水处理厂比较重视出水水质的检测，一般都设有在线分析仪表。进水水质检测则依靠实验室检测，检测次数少。然而，进水负荷是不断变化的，使得设备运行状态调整滞后，导致出水水质不稳定。为保证出水达到排放标准，一般采取保守“可靠”的方式运行，具有一定的富余量。这种运行方式效率低，浪费大。当出现冲击负荷时，这种运行方式就变得不可靠了，出水很难达到排放标准。

ICA技术概念

国际水质协会（IAWQ）提出了ICA技术概念，即仪器化（Instrumentation）、控制化（Control）和自动化（Automation）。通过实时监测污水处理过程中的进水负荷和出水水质，如温度、pH、ORP、DO、氨氮、硝氮、磷、污泥界面、污泥浓度、流量等参数，利用废水生物处理动力学模型，紧密结合前（反）馈、PID、自适应等现代控制理论，实时计算工厂最优控制的各种设定值，自动调节供氧强度、优化脱氮除磷、控制药剂投加、优化排泥和污泥脱水过程，从而对整个工艺过程进行优化控制。通过对进水负荷的实时监测，能够实现快速响应，提高处理效率，满足日益严格的污水排放标准，增强系统的稳定性，减轻冲击负荷对水处理系统的危害，实现节能降耗，减少运行成本和碳排放。

ICA的技术核心是检测仪器、数学模型和过程控制系统，所有可靠的优化控制策略都是基于有效准确的检测值。国内外大量运行经验表明，通过在线水质分析仪器的监测，能够实现污水处理系统的过程优化控制。在欧洲一些污水处理技术领先的地区,已经投入了大量的研究,并取得了阶段性的成果。

Peel Common污水处理厂

英国南部的Peel Common污水处理厂，是英国早期建立的污水处理厂之一，已经有了66年的运行历史，服务人口25万人，处理水量约6万m3/d，采用4级Bardenpho工艺（在传统AAO工艺的好氧区末段增加停曝气缺氧区，加强反硝化），如图1所示。

Peel Common污水处理厂实时控制系统项目是Hach公司与两家系统集成公司合作完成。该案例的思路就是基于模型计算来调节过去固定的设定值，从而减少曝气量和加药量，节能降耗。为满足优化控制的需求，安装多台Hach公司溶解氧、硝氮、氨氮、COD和MLSS等在线水质分析仪。图2中红色框部分就是优化的曝气池。曝气池有2组，共8个曝气廊道，长约100m，宽9m，深6m，实际水深约4.5m。

系统组成

整个优化系统包括多个控制策略：

对生化池的1、2组实行溶解氧开环+闭环控制策略，装有全部的Hach公司在线水质分析仪器，根据进水氨氮浓度，计算四段好氧段的溶解氧设定值，并根据出水氨氮的浓度进行检验。生化池的7、8组作为对比池，仅安装在线溶解氧仪、氨氮依然沿用传统的溶解氧恒定的PID控制策略，好氧4区的溶解氧设定值分别为2、2、1、0.5 mg/L（见图3）。