SBR法DAT-IAT工藝的過程控制
摘要：介紹了處理能力為10×104 m3/d、采用DAT—IAT工藝的天津 經濟 技術開發區污水處理廠在自控程序開發中所遇到的 問題 和解決措施，并指出了今后在設計上應引起注意的方方面面。
關鍵詞：SBR法 DAT—IAT工藝 自動控制
天津經濟技術開發區污水處理廠是我國采用DAT—IAT技術興建并投入運行的第一座污水處理廠，占地6.71hm2，處理能力為10×104m3/d，總投資1.7億元人民幣，其中利用挪威政府貸款490萬美元，主要設備均由國外引進，1998年7月動工建設，1999年12月竣工。SBR法的DAT—IAT工藝具有占地省、自動化水平高、運行調度靈活、管理簡單等優點，其流程見圖1。
由圖1可知，除DAT—IAT處理單元外，其他都與傳統活性污泥處理工藝相同。該廠共有6組DAT—IAT反應池，平面布置見圖2。
反應池的進水由位于巴氏計量槽下游的6座與各池對應的淹沒式配水堰進行均勻連續配水，每組反應池的進水流量為695m3/h。DAT池連續曝氣，IAT池有三種運行狀態，即：曝氣、沉淀、潷水三個階段，每段1 h，總運行周期3 h。6組IAT池的工作周期見圖3。
1 反應池控制方式
1.1DAT池運轉控制方式
DAT池裝有一套由微孔曝氣器和空氣管路組成的曝氣系統，設溶解氧測定儀和污泥濃度計各一臺。DAT池的運轉控制方式有時間控制、DO控制、時間/DO控制三種方式。
①時間控制方式是一種應急控制方式，只是在DO儀發生故障不能正常工作時才轉換到時間控制方式。時間控制方式是DAT池根據預先設定的時間程序，在曝氣過程和沉淀過程間自動切換，循環工作。
②DO控制方式。當切換到DO控制方式后，曝氣系統將根據DAT池中的溶解氧情況自動調節曝氣量來保持DAT池中正常的DO水平。DAT池中DO值的控制范圍設上限、下限兩個點，上限為2.5 mg/L，下限為1.5 mg/L，當DO值高于上限值時，PLC將自動調節空氣管路中的空氣流量調節閥來減少對DAT池的曝氣量，反之則控制調節閥加大對DAT池的曝氣量。
上述調控必須在溶氧儀測定值保持5 min(此時間可調)后，調節閥才開始動作。如果DO值在調節閥動作后的一定時間內(可調)仍未達到正常范圍，則PLC發出報警信號。
③時間/DO控制方式。當選擇時間/DO控制方式后，DAT池的曝氣將根據時間和DO兩種方式進行工作，即在設定的曝氣時段內，曝氣系統將按DO控制方式工作，而在設定的沉淀時段內，曝氣系統將轉為時間控制方式。
1.2IAT池的控制方式
每座IAT池中裝有虹吸式潷水器三臺，每臺潷水能力為700m3/h，RAS泵兩臺，剩余污泥泵一臺，高低液位開關3只，溶氧儀一臺。
IAT池的曝氣階段可采用時間控制方式，也可切換為溶解氧控制方式，當曝氣階段完成后，PLC將自動關閉曝氣管路中的空氣調節閥;在沉淀階段，池中活性污泥液面開始逐漸下降，上清液析出;當設定的沉淀時間完成后即進入潷水階段，雖然此時DAT池中的出水仍連續不斷地通過導流墻低速流入IAT池，但IAT池中三臺潷水器的潷水能力是進水流量的三倍，因此IAT池液位開始下降，當降低到最低液位時低液位浮球開關打開，控制潷水器的電磁放氣閥動作使潷水器關閉，IAT池進入下一工作循環階段。
在IAT池的曝氣和沉淀階段，兩臺RAS泵將保持連續工作，不斷將活性污泥從IAT池打回到DAT池，以保持DAT池中的MLSS總量不變。RAS泵的工作可采用時間控制方式，也可由污泥濃度控制。
為保證活性污泥排放量的準確，建議剩余污泥排放時間在IAT池曝氣階段進行。
2 虹吸式潷水器
虹吸式潷水器是由澳大利亞AAT公司于20世紀80年代中期開發，1987年開始 應用 于SBR工藝并逐漸普及的一種新式潷水器(見圖4)。
(1)虹吸式潷水器是由一排短管(歧管)匯集在一起，其下口恰在最低位以下，上端由一個頭部與U形下落管臂相連的堰臂連接在一起。
(2)U形管中部分充滿水，形成水封。
(3)堰臂和U形管下落臂通過一個電磁閥放氣，稱放氣閥。
(4)U形管上升臂與出廠管相連。
(5)當IAT池中的水位上升時，存于出水短管和U形管水柱間的空氣形成氣封，氣封可以阻止活性污泥等在曝氣及沉淀階段流入堰臂和總管。
(6)當水位通過堰臂上端時，最低潷水液位開關被關閉。
(7)在沉淀階段結束后，電磁閥打開，放出被封氣體(最少需時1～4 min)，直至液位降到最小潷水位。
(8)出水通過歧管、總管、U形管流出廠外。
(9)水位降至堰臂上部最低潷水液位時，最低潷水液位開關打開，電磁放氣閥關閉，此時出流進入虹吸狀態。
(10)當液位降至距歧管下口10 mm處時，低液位開關關閉，電磁閥再次打開，空氣回到歧管中，破壞虹吸(需時10 min)，應至少保證潷水結束時間是要求的破壞虹吸到停止出水這段時間的3倍。
(11)當虹吸破壞時，存于總管和歧管中的水通過歧管涌回到IAT池中。
(12)液面距歧管口100 mm的這段距離可以保證浮渣泡沫等不會隨出水流出。
(13)歧管、堰管和總管是經精心設計的，因此能夠保證每個歧管中的流量相同，在潷水時不會擾動下部的泥層。
由虹吸式潷水器的構造和控制方式可以看出，其具有構造簡單、維護保養方便、造價低等優點，但也存在以下不足：
①潷水深度固定，不能據工藝要求進行隨意調整。
②產生和破壞虹吸的液位條件要求較高，即反應池液位必須高于其匯水總管頂端時才能啟動潷水器形成虹吸狀態，破壞虹吸液位時必須保證歧管中存有足夠的氣量，才能使下一工作周期液位上升時歧管中的水不進入匯水總管中破壞氣封。
③潷水能力調整困難。
3 IAT池在不同工況下的控制模式
①高峰流量工況。當實際流量大于設計流量較多時，會產生兩個 問題 ，首先是池中液位會在未進入潷水階段就已經到達最高液位，如果此時啟動潷水器潷水，IAT池工作周期就會發生混亂。為此，需將潷水器的啟動條件設定為時間和液位兩個條件都具備時才可啟動潷水，即時間必須在潷水階段內，液位必須到達潷水液位。其次是污泥未經過足夠時間的沉淀就已經到達潷水液位(如加上上面的兩個啟動條件后，就是溢流液位)或溢流液位，如果此時開始潷水或溢流，就很難保證出水水質。為了解決這一難題，決定在最高潷水液位和最低虹吸破壞液位之間增設一中間液位浮球，其控制過程是：當池中液位升至該浮球開關位置，如此時曝氣階段尚未結束，PLC就會強制停止該池的曝氣，提前開始沉淀(但大周期仍是曝氣階段)，這樣就能使污泥在開始潷水或溢流前有足夠的時間進行沉淀，杜絕污泥外溢的可能。
②流量不足工況。當實際流量比設計流量低時，又會引發與高峰流量相反的問題，即時間周期已進入潷水階段，而液位尚未滿足潷水液位要求(比潷水液位低)，此時池中液位繼續上升，潷水周期已運行較長時間后，液位才到達潷水液位，如果此時啟動潷水器，則有可能在潷水周期結束時潷水尚未結束(潷水時間約需50 min)。從潷水器的特點可以看出，如果未到達最低液位是不能強制破壞虹吸的，這樣在程序上就需將該周期的潷水時間自動延長，而將所延時間計入下一周期的曝氣時間中，使下一周期的曝氣時間相應縮短，這樣就不致 影響 整個IAT池大周期的運行。
③6組IAT池的工作連鎖工況。以上兩個問題的解決只是保證了IAT池運轉的安全問題，但多池運轉的系統安全問題尚未解決。從圖2中可以看出，系統中IAT1、IAT2、IAT3(IAT4、IAT5、IAT6)出水共用一根DN1 000的重力管道流入出水泵房，通過 計算 可知，即使運行過程中該管道兩端有一定的液位差，其最大過流能力也不會大于4 000m3/h，而各池在潷水時的流量為2 100m3/h，即每條管道只允許一個池子潷水。為此，將IAT1、IAT2、IAT3(IAT4、IAT5、IAT6)的潷水條件設為互鎖，即其中一個池子潷水時，不得啟動其他兩池的潷水，而允許他們保持溢流狀態(溢流量為695m3/h，遠小于潷水流量)。
增加上述連鎖條件后，某一池子的周期混亂又會造成整個系統的連鎖混亂，因此又將潷水啟動增加了一個條件，就是當某一池子在進入潷水周期后一定時間內(暫定為20 min)，該池仍不具備潷水條件，則自動取消該周期的潷水階段。
經過近一年的運行，證明上述IAT池控制模式較好地解決了該廠SBR DAT—IAT工藝系統運行的穩定性、適應性和安全性問題， 應用 效果良好。
4 鼓風機的自控與工藝協調問題
當SBR反應池工作處于DO控制模式，鼓風機應切換到自動控制狀態。當池中DO值高于(或低于)設定范圍時，反應池中的溶氧儀將信號送入系統PLC中，PLC中的PID調節器會自動計算并調節空氣管路中氣量調節閥的開啟度數，使調節池中的DO值至正常范圍。氣量調節閥的動作會引起管路中壓力值的變化，設在管路上的壓力傳感器就會將信號傳入鼓風機主控盤內置的PLC中，鼓風機內置PLC中的PID調節器經過計算，調節鼓風機出風導葉片的開啟度，從而調節鼓風機的鼓風量。這一控制過程要求系統PLC的PID調節速度應與鼓風機自身的PID調節速度相協調，即鼓風機的調節速度不應小于系統的調節速度，否則就會發生鼓風機喘振現象。鼓風機的控制模式見圖5。
以上鼓風機控制模式在傳統推流式曝氣池的曝氣控制上是較為理想的一種，但DAT—IAT工藝的曝氣情況較為復雜，液位不斷變化、周期性間歇曝氣這兩個特點又要求系統PID調節DO值的速度不能太慢，否則池中DO就難于控制。
鼓風機為丹麥HV—TURB公司生產的KA22S—GL225型，鼓風量由其主控制盤上內置PLC根據空氣管道壓力變化進行PID自動調節，但在運行調試中發現，鼓風機自身的PID調節速度遠低于系統正常運行所要求的PID調節速度，造成鼓風機頻繁發生喘振現象，這樣就使反應池曝氣難于切換到DO控制模式下進行。該問題還有待于對鼓風機和整個系統進一步深入 研究 來解決。
5 設計上應注意的一些問題
在運行調試過程中發現多處設計上考慮不足的地方，給工藝的正常運行和管理造成一定的困難。
①進水流量不穩定。進水是由上游提升泵站直接通過一根DN2 200壓力管道輸送過來，并由一根DN1 200支管進入廠內提升泵站的，原設計思想是上游提升泵站的提升能力(約22×104m3/d)遠大于廠內提升泵站的提升能力，分流10×104m3/d即可滿足正常運轉要求，其余污水流入規劃中的第二污水處理廠。由于 目前 上游提升泵站實際輸送污水量只有8×104m3/d左右，且日變化量很大(白天高峰流量達到4 300m3/h)，故造成夜間常常出現2 h左右的斷水現象。再由于中間沒有任何可作水量調節的設施，這就造成了高峰流量時處理不了而夜間又常常斷水的現象，給整個工藝的正常運行造成了很大困難。
②剩余污泥泵的安裝位置問題。現剩余污泥泵安裝于IAT池中，為了能夠準確地控制污泥量的排出，其工作周期只能在IAT池曝氣階段進行，這樣其有效工作時間就受到了限制(<1 h)。如果設計上將其置于DAT池，其工作時間就可任意調整，提高了工藝調整的靈活性。
③各構筑物的相對高程問題。原設計中，貯泥池的最低工作液位低于IAT池，造成在貯泥池工作液位較低時，IAT池中的活性污泥通過重力流而不通過剩余污泥泵即可進入貯泥池的問題，使剩余污泥的排放量和貯泥池的工作周期都難于控制。為解決此問題，在控制上不得不將貯泥池進泥閥的開關與剩余污泥泵的啟停進行連鎖，只有當剩余污泥泵(任何一臺)啟動時，進泥閥才自動打開，這樣就使貯泥池進泥閥的啟閉次數大大增多，從而縮短了其正常的使用壽命。該問題今后如在高程設計上不好解決，建議在進泥管路上作適當考慮。
6 結語
①在DAT—IAT工藝自控程序的開發中，為了使系統安全、穩定地運行，在程序中設定了許多工藝過程的連鎖關系;同時，為了使該工藝具有較強的靈活性，又將其中大量工作參數設為可調值，成為可變因素。過多的連鎖和可變因素，使系統安全性降低，這就要求其管理人員必須具有較強的系統把握能力，對每一個工作參數的調整都能從整體上進行考慮，這樣才能更好地操作和利用該工藝。
②DAT—IAT工藝在我國的應用還處于剛剛起步階段，在設計、運行、關鍵設備的選型、控制模式等方面還有許多問題需要在今后的工作中進一步積累經驗，加以完善，使其獨特的優點得以充分發揮，取得良好的 經濟 和 社會 效益。
參考 文獻 ：
[1]王秀朵，周雹.DAT—IAT工藝處理城市污水[J]. 中國 給水排水，1999，15(1)：15-17.
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