多功能蜂窩斜管填料廠家污水廠生化池在線監(jiān)控的探討

　　多功能蜂窩斜管填料生產(chǎn)廠家污水廠生化池在線監(jiān)控的探討。 作為污水處理廠來說，核心的處理構(gòu)筑物是生物反應(yīng)池，生物反應(yīng)池承載了大部分的有機(jī)污染物質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)的去除，水質(zhì)的達(dá)標(biāo)與否和生物反應(yīng)池的管理有著直接的聯(lián)系，運(yùn)行人員對(duì)生物池的理解和管理也在不斷的加強(qiáng)，也希望通過更精細(xì)的數(shù)據(jù)來對(duì)生物池進(jìn)行管理，但是現(xiàn)階段傳統(tǒng)的污水廠對(duì)生物池可依賴的數(shù)據(jù)較少，形不成有效的精細(xì)化管理，隨著在線設(shè)備的制作工藝和測量水平越來越高，如何利用在線監(jiān)控儀表實(shí)現(xiàn)污水廠的工藝人員對(duì)生物池的精準(zhǔn)化管理呢?

　　在了解在線儀表的應(yīng)用之前，我們先來看看沒有在線的情況下，污水廠能夠掌握的生物池的數(shù)據(jù)都有哪些。污水廠內(nèi)建有化驗(yàn)室，化驗(yàn)室會(huì)對(duì)每天的進(jìn)出水水質(zhì)、生物池內(nèi)的活性污泥參數(shù)等進(jìn)行化驗(yàn)，得出運(yùn)行數(shù)據(jù)以供工藝人員調(diào)整使用，受到化驗(yàn)方法的限制，以及化驗(yàn)人員的工作時(shí)間等，一般這些數(shù)據(jù)每天化驗(yàn)一次。

　　污水廠化驗(yàn)室針對(duì)管理重點(diǎn)的生物池的活性污泥控制化驗(yàn)參數(shù)，比較常用的有污泥濃度、揮發(fā)性污泥濃度MLVSS、沉降比SV、溶解氧、微生物鏡檢等，受到人工取樣的時(shí)間、周期以及生物池內(nèi)水流的推動(dòng)流向的限制，一般會(huì)選擇生物池的末端進(jìn)行取樣，這個(gè)點(diǎn)位的化驗(yàn)數(shù)據(jù)主要監(jiān)測的是生物池內(nèi)活性污泥對(duì)污水中各種污染物質(zhì)的最終反應(yīng)的結(jié)果，一般的傳統(tǒng)的專業(yè)書籍也在用這個(gè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)對(duì)生物池的常規(guī)檢測參數(shù)進(jìn)行確定。比如溶解氧常規(guī)的說法是2mg/L，但是在整個(gè)好氧池中，前段的溶解氧由于進(jìn)水中的有機(jī)物較多，微生物大量的吸附降解有機(jī)物，消耗大量的氧氣，這樣就出現(xiàn)了前段的溶解氧遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于2mg/L，但是隨著曝氣區(qū)域的延伸，污水中的有機(jī)污染物逐步被微生物降解完畢，微生物不再需要氧氣，水中剩余的溶解氧會(huì)逐步增多，為了避免氧氣的浪費(fèi)，一般在生物池曝氣區(qū)的末端控制溶解氧在2mg/L，這樣可以減少不必要的能源消耗，也對(duì)活性污泥的老化有良好的控制。

　　因此在生物池末端的監(jiān)測，可以以傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)來評(píng)判生物池內(nèi)的活性污泥對(duì)污水的處理程度，工藝人員使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行日常的工藝調(diào)整和管理等。但是在末端檢測和以日為單位的頻次對(duì)出水水質(zhì)結(jié)果對(duì)整體的工藝調(diào)控也存在很大的滯后性，化驗(yàn)室手工檢測其實(shí)也是一種結(jié)果檢測，不過是將出水水質(zhì)的結(jié)果檢測提前到了生物池的末端，并沒有形成生物反應(yīng)的過程檢測，提前預(yù)判也就更無能為力，在現(xiàn)階段出水水質(zhì)的嚴(yán)格管控下，對(duì)工藝運(yùn)行的有了更高層次的要求，原有的結(jié)果檢測需要向前進(jìn)入到過程中進(jìn)行檢測，甚至需要具備預(yù)判的能力，在現(xiàn)有的手工檢測的模式下是很難實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的。

　　同時(shí)數(shù)據(jù)的檢測密度也帶來了工藝控制的不準(zhǔn)確性，污水廠的生物處理流程是一個(gè)流動(dòng)性的過程，流動(dòng)的處理過程，水質(zhì)數(shù)據(jù)，過程數(shù)據(jù)是一個(gè)隨著時(shí)間、空間位置實(shí)時(shí)變化的狀態(tài)，而取樣時(shí)，僅能取到一個(gè)固定地點(diǎn)的瞬時(shí)的水樣，瞬時(shí)水樣要代表整個(gè)生物池內(nèi)的所有的變化時(shí)不可能的。只有當(dāng)取樣點(diǎn)的密度或者數(shù)量足夠大的時(shí)候才會(huì)有比較貼合實(shí)際的數(shù)據(jù)，所以這需要一個(gè)長期的穩(wěn)定的檢測，并且保證工藝、進(jìn)水、環(huán)境等都處于一個(gè)較為穩(wěn)定的狀態(tài)下才會(huì)有，但實(shí)際上這時(shí)不可能的，因此手工取樣的化驗(yàn)結(jié)果，要盡可能積累更多的數(shù)據(jù)量，在大數(shù)據(jù)量中消除取樣的偶然性，才會(huì)具備判斷的依據(jù)，下面是幾張不同檢測頻次的數(shù)據(jù)曲線圖，我們可以對(duì)比下數(shù)據(jù)監(jiān)測頻次的不同：

　　高標(biāo)準(zhǔn)的出水水質(zhì)要求帶來了對(duì)生物處理過程進(jìn)行控制需求，人工監(jiān)測無法滿足生物處理的復(fù)雜而變化的工藝過程的參數(shù)監(jiān)測，在線檢測的儀表被用于過程控制來提升工藝管理水平成為污水廠新的管控思路，那么如何在生物池內(nèi)的設(shè)置在線監(jiān)控來提升過程管控能力呢?

　　在實(shí)現(xiàn)在線儀表的提升管控能力之前，需要明確工藝管控的內(nèi)容和現(xiàn)階段能夠被利用的檢測儀表有哪些。只有在對(duì)工藝和監(jiān)測設(shè)備的充分了解的基礎(chǔ)之上，才有可能為工藝管控選擇合理的監(jiān)測方式。對(duì)于除磷脫氮來說，生物除磷和生物脫氮是最為經(jīng)濟(jì)和符合自然規(guī)律的去除工藝，污水廠現(xiàn)階段常規(guī)的除磷脫氮的A2O工藝以功能區(qū)進(jìn)行不同的營養(yǎng)物質(zhì)的去除。

　　在了解生物段的污水處理工藝以后，就需要對(duì)現(xiàn)階段能夠利用的儀表進(jìn)行了解，污水廠生物池上能夠利用的儀表主要有溶氧儀DO，污泥濃度計(jì)MLSS，氧化還原電位ORP，硝態(tài)氮儀NO3—N，液位計(jì)等。這些儀表的監(jiān)測方式不同的廠家有不同的方式，紫外、熒光、電解液等不一而足，對(duì)于用戶來說，不需要了解這些監(jiān)測的方式，只需要了解它能夠提供什么樣的數(shù)據(jù)就可以了，下面針對(duì)這幾種儀表的在生物池內(nèi)的應(yīng)用分別進(jìn)行探討一下。

　　對(duì)于生物池內(nèi)的儀器儀表通用內(nèi)容是安裝條件滿足，A2O生物池是一個(gè)推流式的反應(yīng)容器，內(nèi)部的活性污泥處于一個(gè)懸浮的混合液的狀態(tài)，這需要有不同的設(shè)備提供充足的攪拌動(dòng)力來滿足生物池的懸浮狀態(tài)。儀表對(duì)水質(zhì)的監(jiān)測數(shù)據(jù)需要一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的環(huán)境來獲得更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，因此儀表的安裝要選擇水流平穩(wěn)的區(qū)域，不要安裝在攪拌設(shè)備，內(nèi)外回流點(diǎn)位這種水流過快處，避免過快的水流帶來的數(shù)據(jù)波動(dòng)，產(chǎn)生規(guī)律性不強(qiáng)的數(shù)據(jù)，缺乏指導(dǎo)意義。但要注意的是水流平穩(wěn)不等于水力死角，在一些生物池中有些局部區(qū)域會(huì)有水力死角的情況，在水力死角的位置，往往出現(xiàn)泥水分層，活性污泥無法和污水充分接觸進(jìn)行反應(yīng)，各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)也具有誤導(dǎo)性，安裝位置要避開可能的水力死角區(qū)域。安裝深度一般要在液面下1～1.5米處，這樣的可以避免活性污泥在表層分層沉淀帶來的測量值偏差，對(duì)表層的氣流擾動(dòng)帶來的數(shù)據(jù)偏差也能較好的規(guī)避，在運(yùn)行中可能會(huì)有一些生物池停用后，液位下降的情況，過高的安裝會(huì)造成探頭暴露在空氣中;在生物池的表面通常有較多的懸浮雜質(zhì)、污泥泡沫堆積等運(yùn)行中出現(xiàn)的工況，避開表面的這些雜質(zhì)，對(duì)探頭可以起到良好的保護(hù)作用。

　　DO(溶解氧檢測儀)，A2O工藝是通過溶解氧的不同劃分了不同的功能區(qū)域來滿足除磷和脫氮的工藝要求，因此監(jiān)測各個(gè)功能區(qū)的溶解氧是對(duì)生物除磷脫氮最基本的一個(gè)控制參數(shù)，常規(guī)的參數(shù)要求：厭氧區(qū)為0.1mg/L左右，缺氧區(qū)≤0.5mg/L，好氧區(qū)末端2mg/L左右。當(dāng)然實(shí)際的運(yùn)行中，溶解氧的范圍可以根據(jù)各廠的實(shí)際良好出水水質(zhì)的運(yùn)行控制情況進(jìn)行調(diào)整，比如越來越多的污水廠因?yàn)閮?nèi)回流比調(diào)大，對(duì)好氧區(qū)的出口的位置溶解氧控制要求更低，甚至在1mg/L以下，以滿足內(nèi)回流帶回的溶解氧含量足夠低，來滿足反硝化的缺氧環(huán)境。溶解氧是A2O工藝功能區(qū)劃分的基本控制參數(shù)，安裝足夠和精準(zhǔn)的DO儀，是進(jìn)行A2O工藝控制的要求，在實(shí)際使用中，需要對(duì)各個(gè)功能區(qū)的平穩(wěn)區(qū)各安裝一臺(tái)溶氧儀，以便檢測功能區(qū)的溶解氧狀態(tài)。

　　MLSS(污泥濃度計(jì))，污泥濃度計(jì)可以檢測生物池內(nèi)的活性污泥的數(shù)量，而活性污泥的數(shù)量是進(jìn)行生物池各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)的一項(xiàng)基本的計(jì)算參數(shù)，包括污泥負(fù)荷F/M，污泥指數(shù)SVI，有機(jī)份MLVSS/MLSS等計(jì)算都需要MLSS的數(shù)據(jù)，先進(jìn)的檢測技術(shù)可以通過探頭來直接檢測MLSS數(shù)值，不再需要在實(shí)驗(yàn)室通過兩個(gè)小時(shí)以上的烘干、恒重、稱量、計(jì)算得出數(shù)值，直接檢測的MLSS數(shù)值可以快速的反應(yīng)出生物池內(nèi)的活性污泥的數(shù)量的變化，對(duì)于通過剩余污泥排放來控制活性污泥濃度，還有對(duì)運(yùn)行中的一些故障，比如在外回流泵故障導(dǎo)致的回流量減少、攪拌器故障和風(fēng)機(jī)故障導(dǎo)致活性污泥分層沉淀等都有快速的數(shù)據(jù)相應(yīng)，運(yùn)行人員可以根據(jù)在線的MLSS快速的進(jìn)行生物池內(nèi)的活性污泥數(shù)量的判斷，來做出相應(yīng)的工藝調(diào)整。理論上是生物池內(nèi)的污泥濃度是一個(gè)均勻分布的，但是由于生物池是一個(gè)前端進(jìn)水和回流混合，全程完全混合推流的過程，實(shí)際中存在著前端低，后端高，同時(shí)受到內(nèi)外回流、推流攪拌器設(shè)置位置影響的一個(gè)復(fù)雜的變化情況，為了減少這些不確定的變化因素帶來的數(shù)據(jù)偏移，一般選擇在出口位置進(jìn)行污泥濃度的檢測。

　　ORP(氧化還原電位儀)，對(duì)于除磷脫氮都可以通過電子的轉(zhuǎn)移的氧化還原的化學(xué)方式來判斷其進(jìn)行的條件，通過檢測氧化還原電位，可以間接的判斷除磷脫氮的反應(yīng)條件能否滿足，因此使用ORP可以提升工藝管理人員對(duì)除磷脫氮反應(yīng)進(jìn)程的判斷。通過經(jīng)驗(yàn)的各反應(yīng)的ORP范圍值來進(jìn)行反應(yīng)的檢測，如下表所示：

　　由于ORP主要檢測的是除磷脫氮的生物反應(yīng)，因此ORP儀主要設(shè)置在厭氧區(qū)和缺氧區(qū)，來檢測生物反應(yīng)的進(jìn)行情況。

　　NO3-N(硝態(tài)氮檢測儀)，隨著脫氮工藝的深入開發(fā)，檢測脫氮的過程變化的硝態(tài)氮在生物池內(nèi)的存在情況，可以判斷硝化和反硝化反應(yīng)進(jìn)行程度(區(qū)別在于安裝位置的不同)，氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮是硝化反應(yīng)，檢測好氧末端的硝態(tài)氮可以判斷硝化反應(yīng)的進(jìn)行程度;在缺氧區(qū)的硝態(tài)氮檢測，可以判斷缺氧區(qū)硝態(tài)氮的去除情況，從而判斷總氮的去除效果，在一些A2O的改良工藝中，分為一段、二段缺氧，分別檢測硝態(tài)氮的含量，可以判斷硝態(tài)氮的去除效果，更好的確定系統(tǒng)總氮的變化，為碳源的投加，內(nèi)回流比的控制，溶解氧的控制都有很積極的作用。

　　液位計(jì)，作為物位儀表，可以檢測生物池的液面高度，特別是在并列的多條處理線，使用同一套供氣管路，并且可以調(diào)節(jié)出口堰板高度來調(diào)節(jié)生物池液位的，需要通過檢測生物池的液位來保持并列多條處理線的平衡，這樣才能確保供氣管路的出風(fēng)壓力的平衡，使供氣量也保持平衡，便于工藝的管控。一般需要在每條工藝線路上都進(jìn)行安裝。

　　除去這些常用的儀表以外，還有一些儀表也在生物池中有一些應(yīng)用，比如PH計(jì)，可以間接的檢測硝化反應(yīng)后堿度的消耗情況，針對(duì)一些高氨氮的污水較為適用;SOUR儀，通過呼吸速率進(jìn)行判斷生物反應(yīng)的變化情況可以檢測活性污泥的生物活性，推定生物池的反應(yīng)效果，現(xiàn)在還有采用最新的一些檢測技術(shù)的氨氮探頭，總磷檢測探頭等可以更為直接檢測生物除磷脫氮的反應(yīng)效果。

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　　在了解了這么多可以實(shí)際采用的參數(shù)探頭以后，污水廠在實(shí)際的使用中，又該如何真正的發(fā)揮其探頭的作用來改進(jìn)生產(chǎn)呢，這一期和大家一起探討污水廠生化池的在線監(jiān)控的應(yīng)用。

　　當(dāng)污水廠通過設(shè)置在生化池上的探頭采集了大量數(shù)據(jù)進(jìn)入到污水廠的中控計(jì)算機(jī)后，這些采集的實(shí)施參數(shù)數(shù)據(jù)最終成為污水廠的運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，這些歷史數(shù)據(jù)在大部分的污水廠中缺乏足夠的重視，污水廠內(nèi)的工藝管理人員不認(rèn)為這些數(shù)據(jù)能夠起到管理工藝的支撐作用，造成大量數(shù)據(jù)被存在計(jì)算機(jī)硬盤內(nèi)最終被遺失。

　　造成這種情況的原因有很多，有相當(dāng)大的一部分原因，是工藝管理人員缺少足夠的數(shù)據(jù)分析能力，對(duì)這些大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)沒有能力來進(jìn)行關(guān)聯(lián)性的分析，并從這些大量的數(shù)據(jù)中尋找關(guān)聯(lián)性，同時(shí)數(shù)據(jù)量越大，分析整理的難度也越大，曲線之間的擬合和關(guān)聯(lián)也越不容易被發(fā)現(xiàn)。在污水廠中工藝人員仍舊保持傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)操作的方式來進(jìn)行日常的管理，他們相信自己的感覺遠(yuǎn)比這些儀表數(shù)據(jù)更為可靠，也更具有操作性。

　　不否認(rèn)在很多時(shí)候，運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)帶來了工藝操作上一些改善和提高，但是在一些情況，工藝人員的經(jīng)驗(yàn)不能很好的和真實(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)相互結(jié)合，會(huì)使很多經(jīng)驗(yàn)數(shù)值飄忽不定，明明采取了與上次同樣的操作，但是卻沒有得到很好的改善。這其實(shí)反應(yīng)出純粹的經(jīng)驗(yàn)積累往往不足以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的變化，而這些變化能從更為全面和詳細(xì)的數(shù)據(jù)中得來。這就是數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)的區(qū)別。

　　依賴長久的經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)行人員是不習(xí)慣于對(duì)數(shù)據(jù)變化進(jìn)行分析的，當(dāng)忽視這些儀表所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的時(shí)候，運(yùn)行人員在管理中也就會(huì)忘記這些儀表的存在，沒有足夠的重視，在工作中對(duì)儀表的基本維護(hù)要求就不再注意，導(dǎo)致儀表出現(xiàn)損壞后，詢價(jià)發(fā)現(xiàn)更換儀表的費(fèi)用非常之高，再結(jié)合日常對(duì)這些數(shù)據(jù)的忽視，通過簡單的投入產(chǎn)出的計(jì)算，很自然的就會(huì)將這些儀表不再投入高額費(fèi)用進(jìn)行維護(hù)了。

　　但是在運(yùn)行管理人員能夠分析這些儀表產(chǎn)生的數(shù)據(jù)所反映的規(guī)律后，反而會(huì)得到更好的管控。污水廠在實(shí)際運(yùn)行中，在同一個(gè)地區(qū)的居民生活用水的習(xí)慣在一定時(shí)間范圍內(nèi)是呈現(xiàn)一定的規(guī)律性變化的，這種規(guī)律變化與季節(jié)變化，生活習(xí)慣，作息習(xí)慣等等都有很大的關(guān)聯(lián)性，這種規(guī)律性的變化通過數(shù)據(jù)曲線可以很好的疊加和重合起來，這種通過數(shù)據(jù)反應(yīng)出來的規(guī)律性更為精準(zhǔn)和具備前瞻性。工藝運(yùn)行人員可以通過這種數(shù)據(jù)的變化做出相應(yīng)的管控措施，使污水廠的運(yùn)行管理成為預(yù)先管理，在規(guī)律性的季節(jié)變化之前進(jìn)行調(diào)整，從而得到更好的管理。

　　通過規(guī)律性的分析，制定的預(yù)管理措施，減少了大量的被動(dòng)性的工藝管控所造成的人力物力的損耗，這筆費(fèi)用往往超過了現(xiàn)場儀表探頭的更換費(fèi)用，使投入產(chǎn)出的就能夠平衡甚至盈利。這是污水廠軟實(shí)力提升帶來的成本節(jié)省，這種節(jié)省更為技術(shù)性，也更不容易被管理人員發(fā)掘，不被發(fā)現(xiàn)的軟實(shí)力的提升鏈條中的自控探頭以及自控?cái)?shù)據(jù)也就被棄之一邊，成為污水廠的一種擺設(shè)。

　　但是隨著大數(shù)據(jù)計(jì)算技術(shù)的更新，對(duì)海量數(shù)據(jù)的分析和學(xué)習(xí)的AI技術(shù)的不斷擴(kuò)展，使得對(duì)污水廠每日產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)的規(guī)律性和關(guān)聯(lián)性的尋找成為可能。具備學(xué)習(xí)能力的AI技術(shù)，可以不斷地去學(xué)習(xí)工藝變化中產(chǎn)生的大量的數(shù)據(jù)，得出更符合一個(gè)污水廠運(yùn)行實(shí)際的指導(dǎo)性意見。

　　具備可操作性的指導(dǎo)意見除去收集、AI學(xué)習(xí)以外，還有一點(diǎn)極為重要的就是合理的算法，也就是基于生化處理的原理，或者是一些污水處理工藝的管控要點(diǎn)，也可以是污水廠內(nèi)的一些獨(dú)特的工藝設(shè)置等，成為對(duì)數(shù)據(jù)分析的重要算法的基礎(chǔ)，這一點(diǎn)也是很多污水廠在設(shè)計(jì)中控室監(jiān)控軟件中所欠缺的，也就是自控技術(shù)人員缺乏和資深的工藝管理人員的一種深入的交流，雙方應(yīng)該在污水廠管控的工藝需求上，結(jié)合工藝水質(zhì)探頭，引入新的計(jì)算技術(shù)，真正的把污水廠的中控系統(tǒng)的控制作用發(fā)揮出來，使污水廠的控制從人的經(jīng)驗(yàn)性脫離出來，利用數(shù)據(jù)來指導(dǎo)生產(chǎn)，利用計(jì)算技術(shù)改變管理的粗放型，實(shí)現(xiàn)管理的優(yōu)化和提升。

　　良好和有效的過程控制需要更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)化來實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)化的鏈條中的每一個(gè)環(huán)節(jié)的改善和提升，對(duì)于污水廠來說都具有很大的挑戰(zhàn)性，需要更多的專業(yè)技術(shù)不斷地投入和研發(fā)，污水廠實(shí)現(xiàn)過程控制的光明前景，是通過長久的努力和堅(jiān)持才能實(shí)現(xiàn)的，希望更多的專業(yè)人員關(guān)注污水處理的過程控制的計(jì)算技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，為水環(huán)境事業(yè)共同努力。