基於在線氨氮濃度的曝氣控制技術在大型MBR中的應用

北極星水處理網訊:膜生物反應器(Membranebioreactor，MBR)工藝在城市汙水處理和回用工程中的可行性和高效性已經得到了廣泛的驗證，並在近些年在中國呈現快速增長的趨勢。使用具有微濾/超濾特性的膜分離單元，代替傳統活性汙泥工藝中的二沉池，在高效地實現泥水分離的同時，提升了生化處理系統的汙泥濃度，進而使得MBR在佔地面積、剩餘汙泥產量上體現出明顯的優勢。

然而，由於膜汙染的發生和積累，嚴重影響了膜分離系統長期運行的穩定性。因此在工程上，為控制膜汙染的發展，通常需要藉助膜分離系統(膜池)內的大量曝氣產生足夠的衝刷，減緩膜汙染物在膜表面的附著和沉積。由此也導致了相對於傳統活性汙泥工藝，MBR在系統運行能耗上顯著偏高，這也一定程度上成為了限制MBR進一步推廣應用的制約因素。

正因為此，開展針對MBR的節能降耗研究，尤其是基於大規模工程的應用研究，將是解決上述問題的重要嘗試。考慮到MBR最主要的能耗單元是好氧池和膜池的鼓風機，因此節能降耗的嘗試應重點關注好氧池、膜池的曝氣。來自清華大學環境學院的研究團隊重點關注了通過動態調節好氧池曝氣量，實現曝氣量的節省和能耗的降低。

控制思路

好氧池曝氣主要是為異養微生物降解氨氮、有機物等提供所需的氧，以及通過氣泡的上升過程保證反應池內的均勻混合狀態。在工程設計中，通常以前者作為運行參數確定和設備選型的依據。因此，在確定的來水水質、水量參數下，好氧池的在線水質是與好氧池曝氣量直接相關的。

基於這樣的關係，即可建立基於好氧池水質參數的反饋控制過程。而實際上，已有不少研究報導了基於在線DO濃度的曝氣反饋控制策略，且該策略已被證明可以在工程上實施。然而，從DO濃度出發，雖然可以動態調節好氧池曝氣量，但對於實際情況中來水水質、水量的波動情況，好氧池的汙染物水質指標仍然有很大可能是波動的，而波動即在一定程度上意味著好氧池的汙染物去除過程仍存在優化的空間。也正是由此，嘗試建立基於好氧池汙染物濃度的曝氣反饋控制策略，不管是從研究上，還是工程上都是具有重要意義的。

反饋控制的具體形式多種多樣，其中，反饋PI控制在精確曝氣領域的可行性得到了廣泛的認可。而在反饋控制的出發點上，研究人員通過前期調研和現場試驗發現，好氧池氨氮濃度在不同溫度、來水特性的條件下呈現了明顯的動態變化，因此選取好氧池氨氮濃度作為本研究曝氣反饋控制的出發點，參考基於DO濃度的精確曝氣思路，建立了本研究中的「氨氮-DO-曝氣」串級反饋控制系統，如下圖所示：

該控制器從好氧池在線氨氮濃度出發，通過第一級PI控制器(氨氮-DO)計算好氧池DO濃度的控制點，再通過第二級PI控制器(DO-曝氣量)計算好氧池曝氣量輸出，同時考慮了進水水量的波動，採用額外的控制器計算曝氣量補償，將最終的所需曝氣量數值傳送至鼓風機系統，執行動作。

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