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N-RTC 在優(yōu)化污水廠硝化反應過程中的應用

來源:哈希水質分析儀器(上海)有限公司   2023年05月22日 11:21  

背景介紹

位于美國加利福尼亞州的某再生水廠的平均處理能力為2700萬加侖/天,最大日處理流量為4000萬加侖/天。該再生水廠的工藝流程包括:污水提升、除砂、一級澄清、生物處理、二級澄清、過濾和消毒。


N-RTC 在優(yōu)化污水廠硝化反應過程中的應用


圖1 污水處理廠鳥瞰圖


該再生水廠的生物處理工藝為6組平行運行的AOAO工藝推流式生物池組成,且每組生物池配備一座二沉池。

目前,該再生水廠面臨的問題是如何在進水量接近最大處理能力時,保持出水總氮濃度低于7 mg/L、氨氮濃度低于0.1mg/L。因為在進水量接近最大處理能力時,要維持曝氣池1.8mg/L的溶解氧濃度設定值,需要兩臺變頻驅動的700馬力鼓風機(共四臺)全功率運行。此時如果進水氨氮濃度超標,很可能會使再生水廠的出水總氮有超標風險。

為了更好地了解再生水廠生物處理中硝化和反硝化的效果,運行人員從單組曝氣池沿水流方向采集一批水樣進行實驗室分析,但由于分析時間長達3個小時,因此實驗室結果并不能用來指導工藝運行。該再生水廠的曝氣系統(tǒng)是僅次于水泵系統(tǒng)的第二大能源消耗系統(tǒng),通過實驗室分析數(shù)據(jù)來優(yōu)化能源消耗時,會造成氨氮不達標。而過去使用離子選擇電極來連續(xù)監(jiān)測氨氮的結果并不準確,且需要大量維護。

該再生水廠的目標是對氨氮進行連續(xù)實時監(jiān)測,以真正了解氨氮負荷與曝氣量之間的關系。同時,希望優(yōu)化曝氣控制,以降低鼓風機的功耗。


應用情況

現(xiàn)場儀表:N-RTC、控制器、氨氮分析儀、污泥濃度儀、溶解氧分析儀。

輸入?yún)?shù):進水流量、曝氣空氣流量、溫度、污泥齡、水利停留時間、硝化細菌生長&衰減補償因子和出水氨氮設定值。


如果再生水廠選擇使用保持出水氨氮恒定在設定值的方式運行,N-RTC將通過模型計算得出合理的實時DO值并優(yōu)化硝化過程。傳統(tǒng)的曝氣策略需要DO保持在恒定值,N-RTC則是實時改變并優(yōu)化DO濃度,以提供與實際氨氮負荷相匹配的DO濃度。

如果N-RTC系統(tǒng)中有一個部件出現(xiàn)故障,N-RTC將進入以默認DO設定值運行的應急處理方式,操作人員也可以回到手動控制的方式。

該再生水廠使用兩組平行曝氣池作為對照,在6個月的運行時間里比較N-RTC的運行效果。這兩組平行曝氣池在尺寸和配置上完全相同,接收相同的進水量,維持相同的污泥濃度,并由獨立控制的空氣閥門提供空氣。

在N-RTC模塊運行之前,兩組曝氣池的DO濃度幾乎是相等的(見圖1)。


N-RTC 在優(yōu)化污水廠硝化反應過程中的應用


圖1在N-RTC運行之前,6#池和5#池(對照)的DO測量結果圖


N-RTC模塊運行之后,圖2則顯示了由N-RTC控制的6#池(紅線)和5#池(對照、藍線)的DO濃度,后者是以1.8mg/L DO設定值運行。該圖說明了以DO恒定值運行與基于氨氮濃度計算可變DO濃度運行之間的差異。為了確保測試期間出水達標,N-RTC中的出水氨氮設定值為0.1mg/L,N-RTC計算出完全硝化所需的DO濃度明顯較低,而5#對照池則繼續(xù)在較高的DO設定點運行。


N-RTC 在優(yōu)化污水廠硝化反應過程中的應用



圖2 使用N-RTC控制的6#池和5#池(對照)的DO測量結果圖

圖3顯示了一個N-RTC周報告,它顯示了與實驗室采樣分析相比,連續(xù)實施監(jiān)測能夠更深入地了解工藝運行的過程。該圖顯示了進水和出水氨氮濃度、實際DO和建議DO設定值。該圖顯示在5月13日、15日和16日出水氨氮峰值超標(紅色線),同時N-RTC計算得出的DO值也比工廠能提供的要多(淡綠色線和藍色線)。

如果沒有持續(xù)的監(jiān)測,就不可能及時了解生化系統(tǒng)出水氨氮什么時候會超標,及超標的氨氮什么時候會進入消毒工藝。持續(xù)的監(jiān)測可以幫助操作人員了解氨氮對消毒的影響,從而及時應對。

總結

·N-RTC系統(tǒng)中的氨氮數(shù)據(jù)將有助于控制進水流量,以實現(xiàn)更穩(wěn)定的氨氮負荷。

·N-RTC系統(tǒng)中的各項數(shù)據(jù)能夠使運行人員充分了解水質波動并優(yōu)化硝化反應過程。

·根據(jù)對照試驗的結果,如果工廠選擇使用N-RTC優(yōu)化所有6組生化池,那么在氨氮負荷較低的情況下,工廠至少可以關閉一個鼓風機(低負荷氨氮通常發(fā)生在晚上10點到早上6點之間,平均值約為11mg/L)。這將節(jié)省能源,同時保證出水達標。


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