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1、背景

氨氮和硝氮是水中zui重要的含氮污染物新的力量。由于水體富營(yíng)養(yǎng)化的日益嚴(yán)重先進水平，特別是“水十條”的發(fā)布，污水處理廠對(duì)于脫氮的要求越來(lái)越嚴(yán)格全面展示，生物脫氮已經(jīng)成為市政污水處理廠工藝中首要考慮的問(wèn)題之一重要平臺。同時(shí)，污水處理廠從自身的角度考慮核心技術，急需通過(guò)降低風(fēng)機(jī)能耗等手段來(lái)降低運(yùn)營(yíng)成本應用提升。故而目前污水處理市場(chǎng)各大水務(wù)公司均研發(fā)了針對(duì)生物脫氮，節(jié)能減排的自動(dòng)化控制系統(tǒng)溝通協調，如哈希公司的RTC系統(tǒng)要素配置改革，威立雅STAR系統(tǒng)等，其目的是在更好的達(dá)到法規(guī)規(guī)范的排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下高效節能，能夠更的控制鼓風(fēng)機(jī)能耗和藥劑消耗影響力範圍，以達(dá)到控制運(yùn)營(yíng)成本的目的。這些系統(tǒng)無(wú)一例外新創新即將到來，均需要配置氨氮和硝氮的在線分析儀表邁出了重要的一步。
哈希公司擁有的多款不同測(cè)量原理的氨氮、硝氮在線分析儀設施，如逐出比色法（Amtax Compact II）需求、氣敏電極法（Amtax sc）、紫外吸收法（Nitratrax sc）以及離子選擇電極法（AN-ISE sc）組合運用。不同分析原理的在線分析儀都有各自的特點(diǎn)以及相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域更讓我明白了，考慮到成本、在線控制方式等因素積極，離子選擇電極（AN-ISE sc）非常適合用于生物反應(yīng)池中脫氮的過(guò)程控制探索。

2堅持先行、實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件
我們選取了兩個(gè)市政污水廠進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)。這兩個(gè)市政污水廠均使用威立雅公司提供的曝氣系統(tǒng)滿意度，簡(jiǎn)單的說(shuō)情況較常見，就是利用生物池中的DO、MLSS主要抓手、氨氮體製、硝氮等在線監(jiān)控值，來(lái)控制風(fēng)機(jī)所提供的風(fēng)量創新科技，以達(dá)到節(jié)約能耗的目的服務延伸。AN-ISE分析儀在線監(jiān)測(cè)的氨氮和硝氮值是該系統(tǒng)zui重要的一個(gè)參數(shù)來(lái)源，對(duì)其自動(dòng)控制有舉足輕重的作用高效流通。
通過(guò)AN-ISE分析儀的在線測(cè)量值與實(shí)驗(yàn)室測(cè)定方法的對(duì)比調解製度，可以判斷AN-ISE分析儀的在線測(cè)量是否真實(shí)可靠，再通過(guò)對(duì)系統(tǒng)能耗的評(píng)估功能，來(lái)判斷其在污水處理中，節(jié)能降耗所發(fā)揮的作用解決。

3預期、HACH解決方案可行性實(shí)驗(yàn)
3.1 AN-ISE在線分析儀可信性分析
將AN-ISE在線分析儀安裝在污水處理廠的曝氣池末端，分別記錄其在線分析儀測(cè)量值幅度、以及對(duì)應(yīng)時(shí)刻所取水樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)室方法（氨氮：納氏試劑分光光度法（HJ 535-2009）結構；硝氮：鉻變酸法（哈希方法號(hào)10020））的測(cè)定值。

下圖是測(cè)試污水廠1經過，2#曝氣池AN-ISE在線分析儀讀數(shù)與實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果之間的對(duì)比簡單化。
從圖中我們可以很明顯的看出，無(wú)論是氨氮還是硝氮的曲線明確了方向，在線分析儀的測(cè)量結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果基本能夠保持相對(duì)的一致性系統性，偏差基本上都不超過(guò)±2mg/L，如果校準(zhǔn)得當(dāng)單產提升，在大部分時(shí)間段內(nèi)傳遞，偏差都在±1mg/L。

由于在線分析方法（電化學(xué)法）與實(shí)驗(yàn)室分析方法（分光光度法）二者在原理上的差異勞動精神，所以其二者的測(cè)量值無(wú)法*比對(duì)上開展攻關合作。但是二者所反映的趨勢(shì)項(xiàng)目，數(shù)值偏差不大預下達。所以在進(jìn)行測(cè)試的兩個(gè)污水廠中的有效手段，客戶均表示相同的觀點(diǎn)：AN-ISE分析儀的測(cè)量結(jié)果已經(jīng)能夠反映曝氣池中氨氮及硝氮的濃度變化，完夠滿足客戶過(guò)程控制上的需求方案。

4關鍵技術、生物脫氮優(yōu)化策略
生物脫氮的基本原理是通過(guò)活性污泥中的一些特定的微生物群體了解情況，在特點(diǎn)的環(huán)境下將水中的有機(jī)氮和氨氮轉(zhuǎn)換成氮?dú)庖莩鰖ui終達(dá)到脫氮的目的。生物脫氮包括三個(gè)階段表現，首先氨化細(xì)菌將水中的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮特點，這個(gè)過(guò)程叫做氨化過(guò)程。其次結論，由硝化細(xì)菌在好氧的條件下將氨氮轉(zhuǎn)化為硝氮和諧共生，稱之為硝化過(guò)程。zui后適應性強，在反硝化過(guò)程中技術交流，反硝化細(xì)菌在缺氧的條件將硝氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓蛊鋸乃幸莩鐾卣?，達(dá)到脫氮的目的創造更多。
4.1 硝化過(guò)程優(yōu)化
硝化過(guò)程由于需要好氧的條件，因此在一般的活性污泥工藝中不斷進步，都設(shè)置了好氧池或好氧區(qū)工藝技術，通過(guò)曝氣設(shè)備向水中充入大量空氣或氧氣，保證硝化過(guò)程的進(jìn)行規模。在早期產能提升，污水處理廠對(duì)于曝氣量的控制調(diào)整通常依據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的參數(shù)或經(jīng)驗(yàn)，這樣常常導(dǎo)致硝化的效率不穩(wěn)定節點，時(shí)而不能達(dá)到要求通過活化，時(shí)而又曝氣過(guò)量。由于曝氣所需的電能占污水廠日常運(yùn)行費(fèi)用的很大部分的特點，因此這種粗放型的控制方式會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用較高健康發展。當(dāng)自動(dòng)化控制逐漸被引入污水廠日常運(yùn)行管理系統(tǒng)中后，逐漸出現(xiàn)了使用溶解氧在線分析儀在曝氣區(qū)域?qū)ζ貧饬窟M(jìn)行反饋控制大數據，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值一般將水中溶解氧控制在2mg/L左右可以基本保證硝化反應(yīng)的正常進(jìn)行長效機製。但是，水中的溶解氧濃度只是保證硝化反應(yīng)可以正常進(jìn)行的一個(gè)外部條件高效化，影響硝化反應(yīng)的因素還有很多製高點項目，包括pH值、溫度範圍和領域、有機(jī)物濃度有所增加、水力停留時(shí)間和污泥齡等，只通過(guò)溶解氧進(jìn)行控制還是不能達(dá)到非常理想的效果更高要求。因此越來越重要的位置，為了進(jìn)一步對(duì)硝化反應(yīng)區(qū)的曝氣量作精細(xì)控制廣泛關註，又引入了氨氮在線分析儀與溶解氧在線分析儀進(jìn)行聯(lián)合控制的理論競爭力。
對(duì)于大多數(shù)城市污水處理廠，主要的曝氣能耗是氨氮的硝化因?yàn)榇蟛糠值目山到庥袡C(jī)物已在反硝化過(guò)程中去除。氨氮在溶解氧的作用下轉(zhuǎn)化為硝氮的過(guò)程是整個(gè)脫氮工藝的限速步驟與時俱進，污水中氨氮對(duì)溶解氧的需求直接反應(yīng)了系統(tǒng)對(duì)溶解氧的需求交流。如圖 3所示支撐作用，通過(guò)測(cè)得的氨氮濃度和溶解氧濃度預下達，進(jìn)行疊加控制。調(diào)節(jié)曝氣池總管上的空氣閥開(kāi)啟度多種方式，控制供氧強(qiáng)度對外開放。濃度一般控制在2mg/L以下，以避免浪費(fèi)能量深入交流研討。同時(shí)也避免由于溶解氧濃度過(guò)高而使大量溶解氧通過(guò)內(nèi)回流帶入到缺氧區(qū)資料。

如圖 4所示，在硝化池末端安裝溶解氧和氨氮分析儀關註度，對(duì)溶解氧和氨氮進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控橫向協同。當(dāng)溶解氧濃度較高時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)降頻以節(jié)約能耗橋梁作用，其中氨氮濃度維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平上長遠所需。

5.2 反硝化過(guò)程優(yōu)化
反硝化過(guò)程由于需要在缺氧的條件下才能使反硝化細(xì)菌將硝氮作為電子受體，將其還原成氮?dú)庾屓思m結，因此大多?shù)的活性污泥工藝都設(shè)置了缺氧池或缺氧區(qū)生產創效，以完成反硝化反應(yīng)。反硝化過(guò)程能否順利進(jìn)行管理，除了要求有缺氧的環(huán)境，還需要充足的有機(jī)物作為反硝化細(xì)菌的碳源能力建設，才能獲得較高的反硝化速率模樣。由于脫氮過(guò)程需要先進(jìn)行硝化再進(jìn)行反硝化，如果按照這個(gè)順序布置構(gòu)筑物服務，當(dāng)污水從硝化區(qū)流入到反硝化區(qū)時(shí)很重要，大部分的有機(jī)物已經(jīng)在之前的過(guò)程中都被降解了，往往沒(méi)有充足的有機(jī)物作為反硝化細(xì)菌的碳源覆蓋，影響了反硝化過(guò)程的順利進(jìn)行異常狀況。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們采用了兩種方法高效。一種是在反硝化區(qū)域人為地投加碳源應用創新，通常是以甲醇為主。另一種是改變工藝機構，將反硝化區(qū)域移至硝化區(qū)域的前端的特性，使得污水先流入反硝化區(qū)域，保證了水中有較高的有機(jī)物可以作為反硝化細(xì)菌的碳源，另一方面提供堅實支撐，設(shè)置內(nèi)回流管道還不大，將硝化區(qū)已經(jīng)硝化完成的含有大量硝氮的水回流至反硝化區(qū)，進(jìn)行反硝化信息化技術，實(shí)現(xiàn)zui后的脫氮發揮作用。如果投加碳源，則對(duì)于污水廠而言又增加了運(yùn)行費(fèi)用逐步顯現；如果不投加碳源銘記囑托，而采用反硝化前置的工藝，將硝化液內(nèi)回流傳遞，則回流比是非常重要的參數(shù)試驗，如果回流量過(guò)大，回流泵的電能消耗也是一筆不小的費(fèi)用穩步前行，同時(shí)還有可能因?yàn)樘荚床蛔愣鵁o(wú)法將回流的硝酸鹽全部反硝化結構不合理。如果只使用溶解氧和ORP在線分析儀對(duì)反硝化進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，則只能保證反硝化區(qū)域的溶氧環(huán)境適宜反硝化反應(yīng)逐步改善，但是無(wú)論是人為投加的碳源量意見征詢，還是回流硝化液的回流比，都無(wú)法進(jìn)行控制大大提高。因而引入了硝氮在線分析儀對(duì)反硝化的優(yōu)化控制的必然要求。
1反硝化過(guò)程優(yōu)化控制策略：以硝氮濃度控制硝化液內(nèi)回流
如圖所示，通過(guò)在線測(cè)定反硝化區(qū)尾部的硝氮濃度取得了一定進展，在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)內(nèi)回流流量完善好，使回流的硝氮恰好能與系統(tǒng)的反硝化能力相匹配，以力求zui大程度地使硝化過(guò)程中產(chǎn)生的硝氮進(jìn)行反硝化積極參與，同時(shí)也可避免不必要的回流問題分析，造成能量浪費(fèi)和把大量硝化區(qū)的溶解氧通過(guò)內(nèi)回流帶入反硝化區(qū)而影響反硝化效果。

2反硝化過(guò)程優(yōu)化控制策略：以硝氮濃度控制外部碳源的添加
如下圖所示交流研討，硝氮在線分析儀設(shè)置在缺氧區(qū)（前置反硝化區(qū)）的zui后一格內(nèi)更加完善。根據(jù)所測(cè)得的缺氧區(qū)出水的硝氮濃度，結(jié)合測(cè)定的進(jìn)水流量建設應用，即可調(diào)節(jié)內(nèi)回流的流量支撐作用。如果所測(cè)定的硝氮濃度呈上升趨勢(shì)，則表明所回流的硝氮可能由于進(jìn)水碳源不足等原因超過(guò)了系統(tǒng)的反硝化能力動力，此時(shí)應(yīng)增加碳源投加量同時，使反硝化過(guò)程所需的碳源更加充分，同時(shí)減少由內(nèi)回流流量生產效率；反之產能提升，如硝氮濃度下降，則應(yīng)降低碳源投加量，控制碳源消耗通過活化，并提高內(nèi)回流流量落地生根，以zui大程度地利用系統(tǒng)的反硝化能力將硝化區(qū)形成的硝酸鹽氮進(jìn)行反硝化。

5.3 實(shí)際能耗節(jié)省
測(cè)試的兩個(gè)污水處理廠均利用AN-ISE分析儀的測(cè)量值健康發展，來(lái)控制風(fēng)機(jī)所提供的風(fēng)量有效保障，以達(dá)到節(jié)約能耗的目的。目前由于總氮的排放優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)長效機製，故并無(wú)投加碳源進一步提升，并對(duì)硝氮進(jìn)行太多優(yōu)化和管控。

測(cè)試污水廠1曝氣系統(tǒng)介入前營造一處，手動(dòng)控制曝氣池中的溶氧值改革創新。由曝氣系統(tǒng)介入后，在排放符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下取得顯著成效，溶氧的平均值由之前的1.54mg/L,降低至自動(dòng)控制的0.50mg/L新模式。風(fēng)機(jī)的總電耗下降了20%左右，單位COD的風(fēng)機(jī)電耗下降10%不容忽視，節(jié)能*組織了。

圖 8為測(cè)試污水廠2 2014年與2015年處理每噸廢水所需要的電耗對(duì)比，在引入曝氣系統(tǒng)之后說服力，單位電耗有了明顯降低搶抓機遇，從2014年的0.140kWh/m³下降至從2015年的0.121kWh/m³，單位能耗下降13.5%表示，節(jié)能*全面闡釋。

以一個(gè)日處理量為10萬(wàn)噸的污水廠為例，利用AN-ISE在線分析儀的測(cè)量值來(lái)對(duì)風(fēng)量進(jìn)行控制競爭力所在，處理每噸污水節(jié)約電耗0.02kWh集中展示，電費(fèi)以0.7元/kWh計(jì)，每年僅在風(fēng)機(jī)降耗上就能夠節(jié)約電費(fèi)約為51萬(wàn)元體系流動性。

6、結(jié)論
隨著我國(guó)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益提高帶來全新智能，環(huán)保監(jiān)管部門(mén)對(duì)污水處理單位排放的總氮要求近一步提高實現了超越。于此同時(shí)，污水處理單位從自身節(jié)能降耗的需求出發(fā)去完善，也非常需要尋找能夠改善工藝橋梁作用，降低能耗的工藝優(yōu)化途徑。AN-ISE探頭所檢測(cè)的氨氮和總氮值正是順應(yīng)目前趨勢(shì)求索，提供給污水處理單位的一個(gè)選擇讓人糾結。根據(jù)實(shí)際客戶的使用案例，AN-ISE分析儀與曝氣控制系統(tǒng)相配合，完夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)機(jī)能耗的降低基石之一，為污水處理單位節(jié)約大量成本聯動，具有極大的推廣意義。