污水处理厂氨氮减排及节能及自动化仪表应用 4页

MUNICIPALWATERTREATMENT市政水处理污水处理厂氨氮减排与节能和自动化仪表的应用文/罗远程（佛山市新之源污水处理有限公司　广东佛山　528000）摘要：氨氮排放控制是“十二五”计划中的重要部分，而因处理氨氮造成的电能消耗是污水处理厂很大的一块运行成本，既要减排（降低排放）也要节能（减少能源消耗）是工艺控制中的重要平衡，也是国家和各个企业所追求的目标。为了实现这个目标、提高生产效率，本文简要分析了污水处理相关工艺生产过程中的能耗比，然后从能耗最大的污水生物处理环节中寻求可行的节能减排方法：准确监测、快速响应、提高效率。研究分析中得出：设置及选择合适的监测参数和正确的监测仪表是实现节能减排关键因素之一。关键词：节能减排　污水处理　氨氮　硝氮离子选择电极法在线监测降低能耗、低碳生产是全人要分类pH/OPR、DO、MLSS、COD、类的共识。在污水处理行业，电(1)物理位置：如液位计、NOx-N、TP、余氯等等能消耗是企业生产过程中最大的泥位计这些参数是污水处理厂工艺资源消耗，也就是说在污水处理这类仪表主要通过超声波控制的依据，是水质能否达标的过程中主要是利用电力驱动各种在不同介质分层的反射来确定液衡量标准。这些参数的测试是否机电设备来净化污水。而处理氨面、泥面等参数的物理位置，由稳定、准确将直接影响到污水厂氮的硝化曝气及后期的反硝化搅于测量的是一些比较直观的物理的出水情况。拌等过程又占用了其中的多数消参数，大多数仪表均能够运行稳2、污水处理厂能耗分布情耗的电能。如何有效地降低电能定，测试结果也容易调校。通过况消耗、同时净化出水达标排放是这些参数来控制进样泵、阀门众所周知，污水处理厂的运各个污水处理厂努力的目标。等。行成本主要是电能消耗成本。资这些净化污水的机电设备主(2)计量仪表：如电磁流量料显示，多数污水厂的电耗成本要是通过各个工艺的自动化监测计、超声波流量计等占总成本的50%以上，表1是一仪表的测试数据来控制，因而，电磁流量计通过测量导电流个典型的二级污水处理厂的电耗在线监测仪表的应用直接关系着体体积的流量来计量液体累计流调查。污水处理厂能耗高低。量，超声波流量计通过测量液面如表1所示，其中污水生物位置来测试明渠的液体流量。通处理过程所消耗的电能最大，该一、污水处理厂仪表与电能过这些仪表可以有效地确认污水过程电耗是整间污水处理厂最消耗现状处理厂的处理量。大的运行成本。而其中，氨氮的1、污水厂所应用的仪表主(3)工艺监控仪表：如整个处理过程又占据了很大的比水工业市场2012年第9期51\nMUNICIPALWATERTREATMENT市政水处理表1控制测试，由溶解氧的浓度来调耗电单元耗电比%整进气和供气阀门的开动，从而污水提升10-20%控制整个供气过程。由于进气的污水生物处理50-70%阀门开动，导致了供气总管的压污泥处理10-25%力变化，由压力变化还可以去调整风机调频和变频等达到节能的目的。但实际上为了实现低能耗的目标，还有两个重要的分析参数不容忽视，那就是氨氮和硝酸氮，这些参数对于污水处理厂在低能耗状态下，实现高处理效率和效果起着重要的作用。这三个参数互相关联，它们之间的浓度对应关系调整的好坏直接关系到污水处理的效果和鼓风机的电能消耗。以SBR处理工艺为例，图1是这三个参数在硝化和反硝化工图1艺中的时间浓度对应关系。在硝化过程中，鼓风机引入足量的空例。运行状态调整滞后。为了保证出气，溶解氧浓度升高并维持在约3、仪表与能耗过程的关系水达到排放标准，污水处理厂一2mg/l的平均水平，此时，氨氮通过物位仪如液位仪和泥位般采用保守“可靠”的运行方浓度会逐步减小，硝酸氮浓度相仪可控制污水的提升，阀门、格式，也就是说对处理工艺留有一应增大。在反硝化过程中，鼓风栅的开启等，由于这类仪表测试定的“富余量”。这种为保证出机停止工作，溶解氧慢慢降低到的是直观的物理参数，原理简单水质量的“富余量”造成生产能零，硝酸氮逐步被还原成氮气，运行稳定，且这些过程电能消耗耗过高，浪费极大。除氮过程成功完成，同时污水中比例小（10%-20%），可改进节所以，为了实现污水处理厂的氨氮浓度逐渐增高。在此反应+能的空间比较小。节能减排的目标，工艺过程“准过程中，实时检测水体的氨NH4-同样，污泥处理过程进行大确监控、快速响应、提高效率”和硝氮NO3，溶解氧的浓度可以的节能改进，目前的空间也不是是关键。而选择正确的在线分析进行准确的工艺控制。很大。仪表是实现这个目标的前提条之前也常用ORP这个参数来污水生物处理过程由于消耗件。监测控制硝化和反硝化工艺，但电能极大，一般来说，曝气过程ORP这个参数容易受水体中种种用电量通常会占全厂电能消耗的二、根据节能工艺需要选择氧化因素的影响，表现不稳定，50%或以上，而氨氮的整个处理测试参数特别是拐点判断难度较大，经常过程又占据了很大的比例。我们分析耗能最大的污水生会出现误操作，提前终止反硝化曝气过程的控制主要通过物处理过程，发现大量的电能消工艺。在线分析仪表的数据来反控。目耗在曝气过程中。而对曝气系统前，由于一些在线仪表的维护不的节能考虑，清华大学施汉昌教三、根据工艺参数需要选择到位、运行不够稳定，同时进水授推荐了“精确曝气”的做法。仪表水质又是不断变化的，导致设备“精确曝气”是通过溶解氧的在上节内容中已经明述：在52水工业市场2012年第9期\n器。离子选择电极法ISE从原理上来说，可以使仪器的构造相对简单，测量可以达到快速反应，然而当1991年氨离子测试方法出现的时候，它只能应用于实验室分析，因为操作者需要拥有特定的操作技巧、严格预处理样品、调节溶液的离子强度、保持恒温图2　离子电极测试原理图图3　WTW新型VARiON离子复合电极测试等。当时普遍认为离子选择电极法不适合在线监测。但在2002年情况有了变化，德国WTW等厂家率先成功研制发布了氨离子在线选择电极法分析仪，使用了特殊材料制品的电极膜、电解液及反应电极，以及为避免钾离子对铵根离子测量的干扰，在测量电极中，还设置有专门的钾离子测量电极，通过矩阵式补偿方法，来补偿并消除干扰离子的影响。该电极因为可以很好地补偿处理干扰，从而可以直接投入到污水的曝气池中使图4Varion离子选择电极法测量氨氮+硝氮和Trescon大型氨氮和用，测量氨氮的浓度。硝氮分析仪结果对比ISE离子选择电极采用电位感测原理，如图2所示，通常离污水的处理过程中，为了实现在标。但这里存在两个主要问题：子选择电极跟水样接触的顶端是达标排放的前提下降低能耗，除首先是这种分析仪购置和维一层敏感膜，这层敏感膜对特定了要实时准确地在线测试溶解氧护成本都很高，比如需要特殊的的离子有选择性，即特定离子的外，还应同时监测氨氮和硝氮对样品预处理过滤装置，需要反应浓度变化会在敏感膜表面产生一工艺进行智能模糊控制，以代替试剂、结构比较复杂等；个电位差。全套电极必须包括原有的定时控制方法。另外，还有一点非常重要工作电极和参考电极，如图3所1、溶解氧仪表的是，采用化学分析方法进行测示。有了电位这个参数，很容易在线溶解氧测试仪表有传统试，测量结果都有一定的“延迟通过众所周知的能斯特方程转换的三极式膜法、新兴的荧光法。滞后”，无法满足降低能耗需成相应离子的浓度，就跟pH测试它们各有优点和不足，笔者在这要的“实时控制”和“快速响一样简单。里就不再详细阐述。应”。E=E0+Slog(c)2、氨氮和硝氮仪表因此这就在一定程度上限同样，对于硝氮ISE测量方在离子选择电极法（ISE）制了氨氮NH4-N和硝氮NO3-N在法是一样的，在测量电极上也配氨氮和硝氮在线分析仪器没出现线分析仪器在实际自动化控制中置了氯离子测量补偿电极，通过之前，通常是采用大型在线分析的应用，特别是一些小型污水处矩阵式补偿方法，以便去除相应仪来监测氨氮和硝酸氨这两个指理厂可能根本“用不起”这些仪的氯离子干扰。水工业市场2012年第9期53\nMUNICIPALWATERTREATMENT市政水处理图5　离子选择电极法测量的氨氮.硝氮结果和实验室分析结果的对比图4、图5是ISE的测量结果WTW公司的VARiON系列，这些生化池试装了一台德国WTW的和大型在线仪表及实验室仪器结仪表具有以下性能特点：氨氮/硝氮分析仪，利用这个仪+-果的对比，从中可以看到，测量①同时测量NH4和NO3两个器检测到水中实际氨氮和硝氮浓结果是准确可靠的。参数；度来控制曝气过程。3、最新发展趋势②矩阵式补偿，消除干扰，初步调试，当曝气过程中，(1)溶解氧测试仪器的最新抗干扰能力强；氨氮浓度下降到2.5mg/L以下发展趋势③测量范围大，0.1-1000mg/L。时，开始停止曝气，进行沉淀反新兴的荧光法：荧光盖头部这样实时监测控制污水硝化硝化过程，初步结果满意，出水覆盖有一层荧光物质，探头中的和反硝化工艺就变得非常容易有氨氮基本稳定在3-4mg/L之间，LED光源发出一束绿色光，照射效了。而总氮指标为18-20mg/L，满足在荧光物质上，荧光物质随即被要求。这束绿光激发，当被激发的物质四、节能减排应用实例通过初步调试发现：恢复原状时，会发射出红光，此佛山某污水处理厂建于20051、在氨氮达标的前提下，红光会被探头中的光电二极管测年，采用SBR工艺，在实际运行排放口的水质总氮浓度降低。量到。探头测量荧光物质从被蓝过程中，常会遇到的情况为出水2、不管进水量多少，这套光激发到发射红光后恢复原态的氨氮在1mg/L时，总氮指标却不系统完全可以自动运行，不必像时间t，当氧气与荧光物质接触合格。以前还需手动干预调节风量。后，其催化作用使产生红光的时经分析发现，由于季节温3、在氨氮达标的前提下，间t会缩短。水样中溶解的氧气度偏差影响，冬季进水氨氮负荷节省了电量。浓度越高，其产生红色荧光的时高，夏季负荷低。同时，该污水参考文献间就会越短。T1-T2，从而测量水处理厂上游存在一些排放企业，中的溶解氧值。经常影响到进水污染物出现较大[1]陈宏儒.城市污水处理厂能耗评(2)氨氮和硝酸氮测试仪器波动。而此污水厂设计上是定价及节能途径研究.西安建筑科技大的最新发展趋势时曝气控制，对于上述变化只能学,2009.[2]赵传义,陈天兵,张俊明.城市BOT污水处理过程中，实时存被动应对处理，鼓风机采取大负污水处理厂节能降耗研究.《节能技在氨氮和硝氮的变化与去除，荷工作状态。结果造成曝气很充术》,2009,06.因此，同时监测这两个参数的足，氨氮转变为硝酸盐的过程比[3]德国WTW.IonSelectiveElectrodesforEasy状态，对于工艺控制帮助更大。较充分，但后期的定时沉淀反硝andCostEffectiveOnlineMonitoringof目前，一些专业生产厂家已经发化过程无法处理掉所有的硝酸盐AmmoniumandNitrateinWasteWater.布同时在线检测污水氨氮和硝氨负荷，造成出水硝酸盐浓度高。[4]李永.污水处理厂电耗分析与控浓度的二合一测量探头，如德国为了改善这个问题，该厂在制.《环境科技》,2008,05.54水工业市场2012年第9期