背景介紹
位于美國加利福尼亞州的某再生水廠的平均處理能力為2700萬加侖/天，最大日處理流量為4000萬加侖/天,。該再生水廠的工藝流程包括：污水提升,、除砂,、一級澄清,、生物處理、二級澄清,、過濾和消毒,。
圖1 污水處理廠鳥瞰圖
該再生水廠的生物處理工藝為6組平行運行的AOAO工藝推流式生物池組成，且每組生物池配備一座二沉池,。
目前,，該再生水廠面臨的問題是如何在進水量接近最大處理能力時，保持出水總氮濃度低于7 mg/L,、氨氮濃度低于0.1mg/L,。因為在進水量接近最大處理能力時，要維持曝氣池1.8mg/L的溶解氧濃度設定值,，需要兩臺變頻驅(qū)動的700馬力鼓風機（共四臺）全功率運行,。此時如果進水氨氮濃度超標，很可能會使再生水廠的出水總氮有超標風險,。
為了更好地了解再生水廠生物處理中硝化和反硝化的效果,，運行人員從單組曝氣池沿水流方向采集一批水樣進行實驗室分析，但由于分析時間長達3個小時,，因此實驗室結(jié)果并不能用來指導工藝運行,。該再生水廠的曝氣系統(tǒng)是僅次于水泵系統(tǒng)的第二大能源消耗系統(tǒng),，通過實驗室分析數(shù)據(jù)來優(yōu)化能源消耗時，會造成氨氮不達標,。而過去使用離子選擇電極來連續(xù)監(jiān)測氨氮的結(jié)果并不準確,，且需要大量維護。
該再生水廠的目標是對氨氮進行連續(xù)實時監(jiān)測,，以真正了解氨氮負荷與曝氣量之間的關(guān)系,。同時，希望優(yōu)化曝氣控制,，以降低鼓風機的功耗,。
應用情況
現(xiàn)場儀表：N-RTC、控制器,、氨氮分析儀,、污泥濃度儀、溶解氧分析儀,。
輸入?yún)?shù)：進水流量,、曝氣空氣流量、溫度,、污泥齡,、水利停留時間、硝化細菌生長&衰減補償因子和出水氨氮設定值,。
如果再生水廠選擇使用保持出水氨氮恒定在設定值的方式運行,，N-RTC將通過模型計算得出合理的實時DO值并優(yōu)化硝化過程。傳統(tǒng)的曝氣策略需要DO保持在恒定值,，N-RTC則是實時改變并優(yōu)化DO濃度,，以提供與實際氨氮負荷相匹配的DO濃度。
如果N-RTC系統(tǒng)中有一個部件出現(xiàn)故障,，N-RTC將進入以默認DO設定值運行的應急處理方式,，操作人員也可以回到手動控制的方式。
該再生水廠使用兩組平行曝氣池作為對照,，在6個月的運行時間里比較N-RTC的運行效果,。這兩組平行曝氣池在尺寸和配置上完全相同，接收相同的進水量,，維持相同的污泥濃度,，并由獨立控制的空氣閥門提供空氣。
在N-RTC模塊運行之前,，兩組曝氣池的DO濃度幾乎是相等的（見圖1）,。
圖1在N-RTC運行之前，6#池和5#池（對照）的DO測量結(jié)果圖
N-RTC模塊運行之后,，圖2則顯示了由N-RTC控制的6#池（紅線）和5#池（對照,、藍線）的DO濃度,，后者是以1.8mg/L DO設定值運行。該圖說明了以DO恒定值運行與基于氨氮濃度計算可變DO濃度運行之間的差異,。為了確保測試期間出水達標,，N-RTC中的出水氨氮設定值為0.1mg/L，N-RTC計算出完全硝化所需的DO濃度明顯較低,，而5#對照池則繼續(xù)在較高的DO設定點運行,。
圖2 使用N-RTC控制的6#池和5#池（對照）的DO測量結(jié)果圖
圖3顯示了一個N-RTC周報告，它顯示了與實驗室采樣分析相比,，連續(xù)實施監(jiān)測能夠更深入地了解工藝運行的過程,。該圖顯示了進水和出水氨氮濃度、實際DO和建議DO設定值,。該圖顯示在5月13日,、15日和16日出水氨氮峰值超標（紅色線），同時N-RTC計算得出的DO值也比工廠能提供的要多（淡綠色線和藍色線）,。
如果沒有持續(xù)的監(jiān)測,，就不可能及時了解生化系統(tǒng)出水氨氮什么時候會超標，及超標的氨氮什么時候會進入消毒工藝,。持續(xù)的監(jiān)測可以幫助操作人員了解氨氮對消毒的影響,，從而及時應對。
總結(jié)
·N-RTC系統(tǒng)中的氨氮數(shù)據(jù)將有助于控制進水流量,，以實現(xiàn)更穩(wěn)定的氨氮負荷,。
·N-RTC系統(tǒng)中的各項數(shù)據(jù)能夠使運行人員充分了解水質(zhì)波動并優(yōu)化硝化反應過程。
·根據(jù)對照試驗的結(jié)果,，如果工廠選擇使用N-RTC優(yōu)化所有6組生化池,，那么在氨氮負荷較低的情況下,，工廠至少可以關(guān)閉一個鼓風機（低負荷氨氮通常發(fā)生在晚上10點到早上6點之間,，平均值約為11mg/L）。這將節(jié)省能源,，同時保證出水達標,。
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