廢水氨基曝氣控制
基于離子選擇電極 (ISE) 技術的簡單、可靠且經濟實惠的原位傳感器的引入為更先進的活性污泥控制策略提供了機會。例如，除溶解氧 (DO) 之外或代替溶解氧 (DO)，使用氨作為響應變量的曝氣控制。許多水資源回收設施已經實施了基于銨的曝氣控制。還有更多人想知道這是否適合他們。簡單的答案是，基于銨測量的曝氣自動化對許多設施都是有益的。然而，適用于特定設施的控制策略取決于具體因素，包括系統配置、性能要求（排放限制）和廢水特性。
 
在這里，我們確定了幾種控制策略。所描述的方法提供了提高處理性能、降低運營成本的潛力，在某些情況下，甚至可以從營養信用中產生收入。公用事業公司已經根據反饋和前饋策略實施了基于銨的曝氣控制。反饋控制基于響應的測量，而前饋控制基于擾動的測量。反饋控制在水行業中更為常見，但在廢水處理等高度動態的系統中可能存在局限性。前饋控制具有更大的復雜性，但提供了以最低的能源成本實現最佳出水質量的潛力。最簡單的方法是根據銨測量的反饋直接控制曝氣。在這種方法中，曝氣率直接根據在線銨測量值進行控制。賓夕法尼亞州懷俄明河谷衛生局 (WVSA) 使用在線銨 ISE 測量來確保硝化作用完成并最大限度地去除氮氣。 使用銨鹽直接控制的缺點是無法控制 DO 濃度。未能同時優化 DO 會導致效率低下，因為 DO 比氨變化更快，因此可能上升或下降到不希望的水平。硝化速率隨 DO 濃度成比例增加，最高可達約 1.5 至 2.0 mg DO/L。然而，當 DO 超過 2.0 mg/L 時，硝化速率僅略有增加（見圖 1）。此外，高于所需的溶解氧不利于反硝化。因此，如果 DO 沒有優化，硝化能力就會受到限制，或者反硝化能力也會受到限制，從而造成能源浪費。硝化作用和溶解氧濃度都在級聯控制安排中得到優化。銨控制器將測量的銨與銨設定值進行比較，并計算轉發給 DO 控制器的 DO 設定值。DO 控制器將測得的 DO 濃度與計算出的設定值進行比較，并計算出所需的氣流，并將其轉發給氣流控制器。銨傳感器的正確位置為活塞流 (PF) 反應器帶來了額外的復雜性。在CM 配置中，傳感器位置有些無關緊要，因為整個反應器中的濃度相同。前饋曝氣控制基于上游氨濃度。需要一個模型來根據上游測量預測所需的曝氣率。在最極端的情況下，這將包括計算進水銨濃度和廢水流量的負荷。更簡單的版本將包括測量生物反應器上游部分的銨濃度和控制下游曝氣速率。
 
一種特殊的控制策略基于單程曝氣池頭部的銨測量值的鼓風機輸出。高于設定點濃度時，鼓風機輸出與銨濃度成正比。否則，鼓風機保持最小氣流以維持混合。氣流密切跟隨上游銨濃度，并且 DO 濃度大部分時間保持在 2.0 mg/L 附近。該策略實現了最低的單位氣流需求，比 DO 反饋控制低 11%，實現了減少能源使用的主要目標。前饋控制的既定優勢是系統對干擾的反應更快，消除了短期流出物峰值并允許更平穩的控制。事實上，預測的好壞取決于它們所基于的模型，而模型并不完美。因此，還建議使用流出銨傳感器的反饋來糾正模型中的錯誤。一些人指出，在大多數情況下，前饋曝氣控制的好處并不比反饋控制提供實質性好處，因此額外的成本和復雜性是不合理的。然而，在峰值負載很大和/或很快并且流出物限制非常嚴格的情況下，前饋控制可能會提供一種實用的解決方案。無論如何，在線監測廢水銨和 COD 將提供非常有用的廢水動態信息，無論信息是否直接輸入控制回路，這些信息都可以改善處理。