廢水處理廠一直在尋找方法優(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。

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。

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) 汙泥池均有其特殊環境，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。

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。

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。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，鼓風機輸出降至低或關(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）。

結論

對於(yu) 布羅克頓AWRF團隊而言，最重要的決(jue) 定因素之一是賽萊默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。

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。

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之一。