自动化技术在污水处理节能领域中的应用现状与前景_罗隆

第1卷第4期2011年7月南方职业教育学刊JOURNALOFSOUTHERNVOCATIONALEDUCATIONVol．1No．4Jul.2011收稿日期:2011－05－15基金项目:广州市“节能减排(水处理)自动化技术应用研究创新学术团队”(2009－2013);国家住房与城乡建设部2010年科学技术计划:污水处理厂污泥回流系统的建模与节能优化控制系统开发(2010－K9－47);广州市2010年科学技术支撑计划项目:基于智能控制技术的节能型污泥回流系统的开发及产业化(2010Z1－E301)作者简介:罗隆(1976－)，男，湖南邵阳人，广州铁路职业技术学院讲师，控制理论与控制工程博士生，主要研究方向为水处理自动化。周力尤(1960－)，男，广东惠阳人，广州铁路职业技术学院教授，学士，主要研究方向为自动化与信息化应用。自动化技术在污水处理节能领域中的应用现状与前景罗隆周力尤(广州铁路职业技术学院，广东广州510430)摘要:本文分析了自控系统在污水处理工艺的主要能耗环节中实现节能降耗的主要原理，阐述了国内外污水处理自动控制领域的发展情况，并对自控技术在污水处理厂中节能应用的发展前景进行了展望。关键词:污水处理;节能;自动化中图分类号:TP29文献标识码:A文章编号:2095－073X(2011)04－0001－03一、引言近年来，随着人口急剧增长，工业迅速发展，全球水资源状况迅速恶化，“水危机”日趋严重。一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大;另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。为了改善水环境污染状况，国家对城市污水处理项目的投入持续增加，相继在大、中城市兴建了多座城市污水处理厂。但由于资金、技术和管理等条件限制，大部分的污水处理厂仍处于人工操作状态，运行成本居高不下，难以实现良好的环境效益及社会效益。据调查，我国污水处理厂的平均电耗为0．29KW·h/m3，是发达国家的近两倍，相当于20世纪末或更早期的能耗水平。我国污水处理的工艺水平与发达国家相比较并不落后，主要的差距在于自动化水平和管理水平。因此，开发能效较高的污水处理技术，提高城市污水处理系统的过程控制水平，以适应污水处理厂的发展速度，已成为亟待解决的问题。本文介绍了自控技术在污水处理厂的应用及发展方向，并对目前实际应用中普遍存在的问题进行了分析，为相关工程技术人员提供参考。二、污水处理系统能耗分析我国超过80%的污水处理厂采用活性污泥法生化处理工艺，它是以悬浮生长的微生物在好氧条件下对污水中的有机物、氨氮等污染物进行降解的污水生物处理工艺。该法是在人工充氧条件下，对污水和各种微生物群体进行连续混合培养，形成活性污泥，通过对污染物的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物。然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。一个典型的生化污水处理过程如图1所示，它是由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统组成。初沉池用来除去废水中的可沉物和漂浮物，在曝气池中使污水中有机污染物与活性污泥充分接触，并吸附和氧化分解有机污2南方职业教育学刊第1卷染物，二次沉淀池用以分离曝气池水中的活性污泥，并将池中的一部分沉淀污泥回流到曝气池，以供应曝气池赖以进行生化反应的微生物，剩余污泥作为固体废物排出作进一步处理。图1活性污泥法处理系统由于生化污水处理系统是典型的非线性、多变量、非稳定、大时滞系统，干扰因素多，很难找到精确的控制模型，所以其优化运行是一个复杂的系统工程。采用简单而机械的人工运行模式，常常需要加大保险系数以保证出水水质，但代价是能量的损耗和浪费(主要是电力)较为严重。对于活性污泥法工艺的污水处理厂，电能消耗比例如图2所示。图2污水处理厂电能消耗比例可以看出，曝气池鼓风机的电能消耗约占到整个污水处理厂电能消耗的62%，是最主要的节能环节。曝气系统的节能可分为两个方面，一是降低单位供风量的电耗，用最少的电耗提供更多的风量;二是提高对供风的利用率，使进入曝气池压缩空气中的氧气得到最大程度的利用。在污水生化处理过程中，为了使水中的溶解氧和氨含量控制在规定范围内，需要使用鼓风机进行送氧。目前鼓风机的送氧量主要靠人们的经验进行手动调整。由于复杂的污水生化处理过程，手动调整的稳定性较差和灵敏度较低，使其无法实现高质量的污水处理和节能控制。而在实际运行时，为了保证溶解氧的值，往往过大地设定鼓风量，造成大量的能源浪费。可见，溶解氧的精密控制是污水生化处理系统节能的关键所在。三、国外污水处理系统过程控制的发展国外对污水处理的研究起步较早，资金投入量较大，对相关理论及其控制技术研究也相对成熟。目前发达国家已普及污水的二级处理，着重于加强污水处理设施的建设、运行和管理，建立起实时控制系统，实现实时监控、报警、控制和记录。目前，污