在線放置銨傳(chuan) 感器改善氨基曝氣控製

廢水處理設施一直在尋找方法優(you) 化其流程和節省運營支出

近年來，氨基曝氣控製（ABAC）已成為(wei) 曝氣控製技術的新發展方向。使用 ABAC 後，設施的鼓風機使用量大幅減少，與(yu) 溶氧量的控製相比，節能約 10-20%，包括減少碳投放量和堿度需求量等其他好處。氨基曝氣控製概念很簡單，利用連續的銨（NH3/NH4+）測量來實時控製曝氣，以維持銨設定值。提供給曝氣池的空氣量剛好足以滿足 NPDES 允許限值，同時消除過度曝氣的情況。

實現氨基曝氣控製係統的一個(ge) 關(guan) 鍵方麵是銨傳(chuan) 感器的放置。控製傳(chuan) 感器應在活性汙泥池進口附近、還是活性汙泥池出水處，還介於(yu) 在兩(liang) 者之間？這是馬薩諸塞州布羅克頓高級水回收設施（AWRF）團隊在為(wei) 其設施升級而著手解決(jue) 的問題。Dave Norton（工廠主管）、CDM（工程顧問）和 John Downey（儀(yi) 器經理）準備升級它們(men) 的曝氣網格，並分三個(ge) 階段實施 ABAC。首先，該團隊希望通過對三家製造商的離子選擇性電極（ISE）銨傳(chuan) 感器進行為(wei) 期 18 個(ge) 月的試驗，確定哪種 ISE 傳(chuan) 感器更適合他們(men) 的應用。其次，在接下來的 12 個(ge) 月內(nei) 安裝新的曝氣設備和 WTW 傳(chuan) 感器。最後一個(ge) 階段是通過在七個(ge) 月時間內(nei) ，評估 ISE 傳(chuan) 感器在活性汙泥池不同階段的性能來優(you) 化 ABAC。

（John Downey，布羅克頓高級水回收設施儀(yi) 器經理）

一、一對一試驗

在 18 個(ge) 月的試驗中，Dave Norton 將 WTW ISE 傳(chuan) 感器進行評估，並得出結論。首先，當應用正確時，ISE 傳(chuan) 感器技術可以有效控製氨基曝氣控製策略中的曝氣。當這些傳(chuan) 感器在維護良好情況下和環境中的銨濃度高於(yu) 1.0 mg/L NH 4-N 時，它們(men) 可連續準確地測量。其次，與(yu) 濕化學分析儀(yi) 相比，ISE 傳(chuan) 感器對 ABAC 有幾個(ge) 優(you) 點。與(yu) 濕式化學分析儀(yi) 相比 ISE 的響應時間更快、更經濟實惠，並且在大多數應用中更容易維護。

二、安裝曆時

七個(ge) 布羅克頓 AWRF 汙泥池的修複和安裝 WTW IQ SensorNet 係統的安裝曆時 12 個(ge) 月。除了降低過度曝氣外，該設施還旨在通過升級提高總氮（TN）去除。因此，在所有汙泥池均設置了預缺氧區，包括第二缺氧區，以進一步反硝化和去除 TN。

每個(ge) 汙泥池都有自己的 WTW IQ SensorNet 係統，包括三個(ge) 溶解氧傳(chuan) 感器、一個(ge) pH 傳(chuan) 感器、一個(ge) 銨 ISE 傳(chuan) 感器和兩(liang) 個(ge) UV 硝酸鹽傳(chuan) 感器。在七個(ge) 汙泥池全部上線後，每個(ge) 汙泥池的 WTW 傳(chuan) 感器將會(hui) 立即顯示其價(jia) 值。即使水流均勻地流回汙泥池，每個(ge) 汙泥池均有其他不一樣的環境，具有不同容量、速度和生物，導致硝化作用的差異。為(wei) 了評估這些差異，並在每個(ge) 汙泥池實施氨基曝氣控製，John Downey 的任務是在接下來的 7 個(ge) 月內(nei) 優(you) 化該流程，並對銨傳(chuan) 感器位置進行實驗，以實現最佳曝氣控製。

三、流程優(you) 化期

7 個(ge) 月的流程優(you) 化期揭示了活性汙泥池中每個(ge) 銨測量位置的優(you) 缺點。從(cong) 理論上講，活性汙泥池的出水位置對傳(chuan) 感器的安裝是很有吸引的，因為(wei) 操作員可準確知道有多少銨流到澄清池，而這個(ge) 反饋策略在控製邏輯中是非常常見的。在此位置，可通過銨測量值進行控製，能根據傳(chuan) 感器值自動調整傳(chuan) 感器上遊的鼓風機輸出。然而，使用這種方式的傳(chuan) 感器放置時，經常會(hui) 有接近零的銨值讀數，這會(hui) 導致幾個(ge) 問題。從(cong) 數據角度來看，總是讀數為(wei) 零傳(chuan) 感器不一定能提供有價(jia) 值的數據。

（圖1：放置曝氣汙泥池出水附近的傳(chuan) 感器可能會(hui) 引起幾個(ge) 問題。該圖表明，傳(chuan) 感器讀數可能接近零，但操作人員不知道硝化在哪裏完成。）

雖然操作人員可以確認出水銨接近於(yu) 零，但他們(men) 無法確定上遊硝化的完成程度，導致額外曝氣和能源浪費（圖1）。從(cong) 傳(chuan) 感器角度來看，出水的測量位置也有問題的。離子選擇性電極傳(chuan) 感器一直因為(wei) 難以維護而聲名不佳，並且在濃度低於(yu) 0.5 mg/L NH 4-N 時，可能提供出不準確的數據。準確度可能是 ISE 技術在低濃度下的一個(ge) 的限製因素，校準至接近零意味著當傳(chuan) 感器在偶爾暴露於(yu) 較高濃度銨時，可能不會(hui) 對其產(chan) 生反應。同樣，類似離子的幹擾，如鉀離子（K+）在接近零銨時的幹擾影響更大。選擇一個(ge) 具有可以測量和數值變化的位置，通常能為(wei) 氨基曝氣控製提供更好的優(you) 化，並維持傳(chuan) 感器性能。

活性汙泥池進水位置優(you) 於(yu) 其出水位置。該位置提供了更有價(jia) 值的數據來優(you) 化曝氣，並能夠監測進入汙泥池的日流量和銨負荷。此外，由於(yu) 傳(chuan) 感器始終在較高的數值下測量，傳(chuan) 感器更可靠、更準確，並最大限度地延長電極壽命。然而 John 注意到在這個(ge) 位置有兩(liang) 個(ge) 潛在困難，第一個(ge) 是在進水口處使用帶有單個(ge) 傳(chuan) 感器的前饋 ABAC。前饋是一種控製策略，其中上遊傳(chuan) 感器會(hui) 自動調整下遊鼓風機輸出。該傳(chuan) 感器位置離上遊過遠，因此無法確保出水銨滿足流出水許可控製的精細調整是很困難的，因為(wei) 汙泥池內(nei) 的幾個(ge) 因素可能會(hui) 影響下遊硝化作用，而且操作人員並不知道這些情況。

其次，John 發現進水處的銨值越高，使用參考抓取的樣品來校準 ISE 傳(chuan) 感器就越困難，因為(wei) 可用的測試範圍需要樣品稀釋才能得到數值。

對 ABAC有效的 ISE 傳(chuan) 感器位置是曝氣汙泥池中部，特別是銨濃度每日在 1-5 mg/L NH 4-N 之間波動的區域。ISE 傳(chuan) 感器在該位置表現出色，並通過實時銨測量提供數據來最佳優(you) 化曝氣。在下午和晚上的負荷高峰時段，銨的測量值將上升到 4-5 mg/L NH 4-N，此時，鼓風機被提升更高，為(wei) 需氧區提供更多空氣。然後，過夜後，當負荷下降時，鼓風機輸出降至zui低或都關(guan) 閉，以進行更多的反硝化，從(cong) 而更好地去除 TN 並節約能源（圖2）。布羅克頓 AWRF 團隊進行了大量工作，以確定放置傳(chuan) 感器的正確位置，使用抓取樣品和短期試驗來找到zui有效的位置。John 還發現了硝化作用完成的季節差異。在夏季，因為(wei) 硝化作用發生得更快，傳(chuan) 感器可能需要放置更上遊的區域，，但在較冷月份，傳(chuan) 感器將被放置更下遊的地方。然而，這種傳(chuan) 感器放置的益處，證明了尋找適當位置的工作是合理的。來自銨 ISE 傳(chuan) 感器的日負荷趨勢提供了關(guan) 於(yu) 硝化速率和優(you) 化數據的有價(jia) 值信息，以精細調整曝氣輸出。該位置允許合理的銨設定值，確保出水銨仍低於(yu) 允許限值，並有足夠的銨使傳(chuan) 感器工作良好（高於(yu) 1 mg/L NH 4-N）。

（圖2：放置硝化作用接近完成的位置（1-5 mg/L NH4-N）的銨傳(chuan) 感器是控製曝氣的最佳位置。）

結論

1、對於(yu) 布羅克頓 AWRF 團隊而言，最重要的決(jue) 定因素之一是 WTW 在試驗期間提供的專(zhuan) 業(ye) 知識和支持，協助調試每個(ge) 汙泥池，並定期跟進，確保係統良好運行。

2、WTW AmmoLyt（NH 4+）傳(chuan) 感器提供的一列排放銨態氮的每日趨勢。每台傳(chuan) 感器均顯示在白天中的高負荷期間的銨增加，隨後顯示在過夜後的銨減少。

3、WTW 傳(chuan) 感器可靠、準確、易於(yu) 維護。現場需要維護 50 多個(ge) WTW 傳(chuan) 感器，傳(chuan) 感器可靠性是確保布羅克頓 AWRF 達到其處理目的重要因素。