污水處理工藝優化控制模塊（RTC）的工程應用

孫海波，徐 進，馬建彬

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司第九設計研究院 天津 300182）

隨著國內污水處理廠運營進一步發展，出于節能降耗和精細化管理考慮，生物池溶氧優化和精確曝氣在主要工藝段得到廣泛應用，但各大公司推出的精確曝氣系統和軟件在各大凈水處理廠應用效果不一，褒貶均有之。本文以烏魯木齊河西三期污水處理廠設計中應用哈希公司的工藝優化控制模塊（RTC）為例，闡述一種新的污水曝氣處理應用選擇。

1 優化控制模塊（RTC）概述

對現代化的污水處理廠來說，如何以可持續的方式運行是一個重要的問題，已成為既滿足日益嚴格的排放要求，同時實現節能降耗的關鍵所在。RTC污水工藝實時控制優化系統，正是哈希公司基于此種理念推出的新一代標準化產品，它是應用先進實時過程控制理念，基于對污水處理工藝的數學模擬及動態數學控制模型的污水智能控制優化系統，無需大的工程量，避免了過多投資投入，RTC模塊能優化區域工藝控制，同時實現穩定達標并節能降耗。無論是化學除磷、生物除氮還是污泥處理，RTC優化控制模塊均可實現簡單高效達標的穩定污水排放。它具備以下明顯優點：標準化產品，固化了污水動態數學控制模型的標準化模塊設計，模塊可獨立和組合使用；多種工藝選擇，基于化學除磷、生物除氮、污泥處理、營養鹽投加的不同應用，推出RTC-N、RTC-DO、RTC-P、RTCDN、RTC-SD、RTC-DOS系列優化模塊，更有選擇性；依據測量帶來更佳的優化，相較于依賴時間或流量負荷的控制方式，RTC模塊控制基于污染物負荷以及動態數學模擬技術，實現實時控制；運行可靠性高，HACH PROGNOSYS系統會對主要測量值進行智能分析，提高RTC系統控制可靠性，并自動備有優化方案，最大限度保證系統的穩定。

2 設計應用概念理解

在烏魯木齊河西三期污水處理廠設計中選用哈希公司的RTC模塊應用，主要基于：①RTC標準化模塊應用集中在控制層，能自動響應，無需上一級人工干預，這將使運營維護更簡單；②多種功能模塊選擇，可以根據功能需要進行選擇，利于控制單項成本，在烏魯木齊河西三期污水處理廠設計中主要應用了N/DO-RTC硝化優化模塊這一項，目的還是精確曝氣控制；③從系統穩定性考慮，自動化系統設計更適合應用標準化、開放性高、操作簡單可行的產品，以從宏觀方面保證自控系統的可靠性和擴展性。

3 N/DO-RTC系統原理

采用N/DO-RTC硝化優化模塊的目的是優化污水處理廠中的生物除氮環節，主要應用于連續曝氣工藝。實時監測曝氣池進出口氨氮值、進口流量、污泥濃度及水溫變化，以此計算溶解氧最佳設定值并傳送至PLC控制曝氣裝置，使出水氨氮穩定達標，同時通過減少曝氣強度的最佳控制，避免過度曝氣，實現節能降耗。具體原理和方法如圖1所示。

圖1 N/DO-RTC系統原理示意圖Fig.1 Principle diagram of N/DO-RTC system

N/DO-RTC硝化優化模塊在采集上述儀表數據（DO、T、NH4N、MLSS）的同時接收污水處理進水流量信號，并經系統計算后輸出曝氣池的實時溶氧需求值及曝氣量（或空氣調節閥開度）。涉及RTC精確曝氣系統所需在線儀表數據，如處理水量氨氮、溫度、曝氣量等均通過與現場PLC子站機柜通信獲得，輸出信號如曝氣池目標溶氧、目標曝氣量（空氣調節閥開度除外）等也均由RTC系統輸出至現場PLC子站，這部分需與自控承包商配合，整個精確曝氣RTC系統與生物池和鼓風機自控系統PLC子站實現有效通信銜接。

在控制執行端和傳統精確曝氣方式一樣，曝氣空氣管路上需配備空氣調節閥，可遠程控制其開度；為每個曝氣池空氣管配備空氣流量計（每個空氣調節閥配一個空氣流量計），以便實現精確化曝氣調節控制；曝氣用鼓風機可遠程自動調節（變頻調節或改變導葉開度調節），鼓風機系統配備MCP控制柜，以便鼓風機系統可根據曝氣主管壓力（或空氣流量）的設定和反饋值自動調節風機。

RTC系統首先計算出曝氣池所需的當前溶解氧濃度設定值，以溶解氧設定值與實際反饋值為主要控制信號，以空氣流量為輔助控制信號，進出水氨氮為控制目標；根據污水處理廠實際進水負荷的變化及生物池各控制區域溶解氧運行水平的需求，及時準確分配與控制氣量，以達到溶解氧穩定控制的需求，實現各曝氣反應池控制區內實際溶解氧濃度在要求的設定值附近，從而確保整個污水處理工藝在最佳狀態下工作，并獲得平穩的出水氨氮濃度，提高缺氧池反硝化脫氮效率。

4 N-RTC系統構成

系統設備組成主要包括N-RTC實時控制單元、溶氧分析儀、氨氮分析儀、污泥濃度計和通用控制器等，以及相應的通信、電纜及系統軟件，見表1。

表1 N/DO-RTC系統主要構成Tab.1 Main composition of N/DO-RTC system

5 N/DO-RTC系統應用方案

在烏魯木齊河西三期污水處理廠自控設計中，根據工藝生物池的平面布置，儀表結合哈希公司的指導布置如圖2所示。

圖2 河西三期單座生物池示意圖Fig.2 Schematic diagram of single biological pool

①過程在線分析儀表（單座生物池）：在線溶氧 儀×3（位于生物池3個好氧段）、污泥濃度計×2（位于生物池前好氧段）、在線氨氮×2、在線硝氮×2（位于好氧段進、出水口）。

②曝氣控制設備：空氣調節閥×3、空氣流量 計×3（對應生物池3個好氧段空氣支管上）。

③鼓風機控制設備：MCP控制柜，鼓風機系統可根據曝氣主管壓力或流量的設定和反饋值自動調節風機。

④N/DO-RTC硝化優化模塊2組：同步設置于生物池PLC站RTC機柜內，通過工業以太網協議與PLC站保持實時數據交換。

⑤室內集成柜：供電電源220VAC 防護等級IP20；配備RTC自控計算單元及人機界面，柜內溫控可調，安裝方式為壁掛式，箱體如圖3所示。

圖3 RTC柜布置圖Fig.3 Layout of RTC cabinet

6 N-RTC系統應用要點

本項目工程設計上提供了符合業主成本控制的精確曝氣優化方案，還需要注意以下應用細節：

①注重曝氣工藝中空氣流量計的選擇，空氣流量計首先滿足現場直管段要求，選擇上注重以精度和穩定性為主，寬溫20～100℃（一般曝氣管路都發熱）；

②注重曝氣工藝中氨氮、硝氮儀表的選擇，由于儀表實時性和造價進一步發展，進出水氨氮和硝氮儀表不再選擇離子電極的測量原理，而選用氣敏電極法的氨氮儀表，以提高測量精度，其響應時間在5～10min可調；

RTC③ 工藝智能優化和過程動態控制系統內擁有閥門線性補償功能，但空氣調節閥仍需考慮線性好的電動執行機構，蝶閥或針閥均可，開/關極限位置均配限位開關；

④單臺鼓風機風量調節范圍應不少于其最大設計風量的60%～100%，風量追蹤時間（涉及鼓風機啟停）≤6min；

⑤入口氨氮是為了結合水量、回流量確定進入曝氣池的氨氮負荷，出口氨氮是為了反饋曝氣池生化處理后的氨氮濃度，建議兩處都安裝，而且最好配備在線預處理裝置。

7 結論

RTC優化控制模塊，是哈希公司結合污水處理廠的工藝設計需求及實際運行特征，在模型計算軟件中模擬生化池各曝氣控制單元實際管路布設，基于大量試驗數據積累建立的科學數學模型。在當前現代化污水處理廠越來越重視工藝實時控制優化，RTC優化控制模塊為設計和業主應用提供了更多控制優化、布局靈活的系統方案。該智能系統運行穩定，運營維護簡單，也給精確曝氣系統應用提供更多選擇。