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。

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是僅次于水泵系統的第二大能源消耗系統，通過實驗室分析數據來優化能源消耗時，會造成氨氮不達標。而過去使用離子選擇電極來連續監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實時監測，以真正了解氨氮負荷與曝氣量之間的關系。同時，希望優化曝氣控制，以降低鼓風機的功耗。

應用情況

現場儀表：N-RTC、控制器、氨氮分析儀、污泥濃度儀、溶解氧分析儀。

輸入參數：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值并優化硝化過程。傳統的曝氣策略需要DO保持在恒定值，N-RTC則是實時改變并優化DO濃度，以提供與實際氨氮負荷相匹配的DO濃度。

如果N-RTC系統中有一個部件出現故障，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）。

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#對照池則繼續在較高的DO設定點運行。

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，連續實施監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）。

如果沒有持續的監測，就不可能及時了解生化系統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。持續的監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系統中的氨氮數據將有助于控制進水流量，以實現更穩定的氨氮負荷。

·N-RTC系統中的各項數據能夠使運行人員充分了解水質波動并優化硝化反應過程。

·根據對照試驗的結果，如果工廠選擇使用N-RTC優化所有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（低負荷氨氮通常發生在晚上10點到早上6點之間，平均值約為11mg/L）。這將節省能源，同時保證出水達標。