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水是生命之源
污水處理廠里，藏著一群看不見的“環(huán)保小衛(wèi)士”——微生物。它們以污水中的有機物(比如食物殘渣、洗滌劑中的污染物)為“食物”，而分解這些“食物”的過程，必須消耗氧氣，就像人類呼吸一樣。
如果氧氣不夠，微生物會“吃不飽”，污染物無法徹底降解，處理后的水可能不達標；但如果氧氣給多了，不僅會浪費大量電能(一般污水處理廠曝氣環(huán)節(jié)占總能耗的40%～60%)，還可能破壞微生物的生存環(huán)境，影響處理效果。
傳統(tǒng)曝氣技術(shù)就像“盲人喂飯”，僅憑運營人員經(jīng)驗調(diào)整曝氣量，往往跟不上水質(zhì)、水量的實時變化，很容易出現(xiàn) “欠曝”(氧氣不夠)或“過曝”(氧氣過多)的問題。
傳統(tǒng)“人盯”方式存在問題
?首先，人很難根據(jù)那么多復(fù)雜且實時變化的數(shù)據(jù)，做出既快速又精準的調(diào)整。
?其次，人工調(diào)節(jié)總有延遲。從發(fā)現(xiàn)水中溶解氧不合適，到實際動手調(diào)整，中間這段時間很容易導(dǎo)致出水水質(zhì)超標，或者造成電能的浪費。
?再者，這種方式非常依賴操作人員的經(jīng)驗和專注度，勞動強度大，尤其在夜間，調(diào)控往往更難及時到位。
?最后，它也無形中增加了出水水質(zhì)不達標的風(fēng)險。
近年來，隨著污水處理廠在線監(jiān)測儀表及相關(guān)技術(shù)設(shè)備性能提高、自動化控制與人工智能等技術(shù)的成熟和興起，越來越多的水務(wù)公司開始把目光轉(zhuǎn)向“精準曝氣”技術(shù)的應(yīng)用。
什么是“精準曝氣”？
簡單來說，“精準曝氣”就是利用自動化系統(tǒng)，根據(jù)污水處理的實時需要，精確地控制曝氣量，既不少(保證處理效果)，也不多(節(jié)約電耗)。目前行業(yè)內(nèi)主流的控制邏輯可以歸為兩類：
1
基于“機理模型”的前饋＋反饋控制
這種方法可以理解為給污水處理系統(tǒng)建立一個“數(shù)字大腦”。這個“大腦”的核心是國際上常用的活性污泥模型(ASM模型)。系統(tǒng)會實時采集進水的一些關(guān)鍵指標，比如COD、氨氮、總氮等，結(jié)合生物池中的溶解氧數(shù)據(jù)，通過模型計算出當(dāng)前需要的總曝氣量，再通過調(diào)節(jié)風(fēng)機和閥門，實現(xiàn)按需供氣。
該系統(tǒng)通常包括以下幾個部分：
?在線數(shù)據(jù)采集與清洗模塊(負責(zé)收集和整理數(shù)據(jù))
?曝氣量計算模塊(用模型計算需要空氣量)
?風(fēng)機控制模塊(控制風(fēng)機開幾臺、轉(zhuǎn)多快)
?閥門控制模塊(把空氣合理分配到各組生化池)
?中央控制平臺(總體協(xié)調(diào)顯示)
?優(yōu)點：
理論先進，結(jié)合了進水水質(zhì)預(yù)測(前饋)和池內(nèi)溶解氧實時校正(反饋)，理論上更精準。
?挑戰(zhàn)與缺點：
?模型準確性不高：污水廠進水水量、水質(zhì)為隨機變量，外部環(huán)境不確定影響因素較多，難以建立精確的曝氣生物系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，無法準確預(yù)測需氣量。
?數(shù)據(jù)獲取難：進水水質(zhì)在線監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)更新慢(通常1～2小時一次)，且容易因雜質(zhì)堵塞而失真。另外，污水從采樣點到生物池需要時間，這個時間差還會隨流量變化，給模型計算帶來困難。
?關(guān)鍵指標測不準：模型需要知道水中的可生化降解有機物(BOD)含量，但通常是用COD值去推算。而實際中發(fā)現(xiàn)COD和BOD的換算關(guān)系并不穩(wěn)定，影響計算準確性。
?儀表多、維護成本高：為了獲得準確數(shù)據(jù)，需要加裝閥門、溶解氧測定儀、氣體流量計、壓力表等儀表，且控制精度要求較高，后期儀表維護工作量和成本也高，有可能省下的電費還抵不上維護費。
?模型推廣性有待提高：ASM模型仍在發(fā)展中，而污水處理的微生物過程極其復(fù)雜，用同一個模型去適配不同污水廠或同一污水廠不同時期的情況，難度很大。
?價格昂貴：基于這類模型的系統(tǒng)價格不菲，可能高達數(shù)百萬元。
?仍需反饋輔助：正因為模型有局限，實際應(yīng)用中還是必須配合溶解氧的反饋控制才能穩(wěn)定運行。
2
單純的“溶解氧反饋控制”
這種方法比較“直接”，它不深究具體的生物反應(yīng)過程，而是把生物池看作一個“黑箱”。系統(tǒng)只關(guān)注一個核心指標——溶解氧(DO)的數(shù)值。它設(shè)定一個溶解氧目標值(比如2 mg/L)，然后實時監(jiān)測實際溶解氧是否偏離這個目標。如果低了，就自動開大風(fēng)機或閥門；如果高了，就關(guān)小一點。通過這樣不斷的“比較-調(diào)整”，最終將溶解氧穩(wěn)定在目標范圍內(nèi)。這其實是一種在工程中廣泛應(yīng)用的“模糊控制”思想。
?優(yōu)點：
?控制效果穩(wěn)定，節(jié)能效果好。
?系統(tǒng)簡單、儀表少、投資低。
?維護方便，不容易出現(xiàn)故障。
?邏輯簡單明了，運行人員容易理解和掌握，推廣起來更容易。
?挑戰(zhàn)與缺點：
?需要為每個廠確定合適的溶解氧目標值。這個值需要一定的運行經(jīng)驗來總結(jié)，但對于已經(jīng)穩(wěn)定運行多年、對自己廠情況很了解的水廠來說，這個問題不難解決。
原標題：水務(wù)科普 | 污水“呼吸”有講究！一文讀懂“精準曝氣”
