精确曝气控制的难点在哪里？中交路桥科技破解污水处理动态平衡难题

       在现代化的污水处理工艺中，精确曝气控制无疑扮演着至关重要的角色。它直接关系到活性污泥法的效率、能源消耗以及最终的出水水质。然而，实现真正意义上的“精确”并非易事，其背后隐藏着诸多挑战与难点。那么，精确曝气控制的难点究竟在哪里呢？这不仅是一个技术问题，更是一个涉及多因素动态平衡的复杂命题，值得我们深入探讨。

       精确曝气控制的难点，首先体现在对工艺动态变化的精准把握上。污水的流量、成分、温度以及微生物活性等因素时刻都在变化，这使得曝气需求也处于一个不断波动的状态。要实时、准确地计算出所需的空气量，需要高精度的在线监测设备（如溶解氧、污泥浓度、甚至特定污染物传感器）和强大的模型预测能力。但现实中，传感器易受干扰、模型难以完全覆盖所有工况，这就在源头上增加了控制的难度。此外，不同类型的风机（如罗茨风机、磁悬浮风机）其调节特性、背压承受能力各异，如何根据曝气系统的具体配置，选择最合适的控制策略并克服设备本身的局限性，也是一大难点。例如，某些风机在高背压或低负荷下运行不稳定，这就限制了控制策略的自由度。

       首先，曝气过程本身的控制就颇具挑战性。充氧环节的传质效率与诸多因素相关，如传质系数、流量等，它们之间的关系并非简单的线性，还会受到液位、温度等条件的显著影响。而耗氧过程则更为复杂，它本质上是一个动态变化的生化反应过程。由于运行条件几乎时刻都在波动，很难维持一个理想的动态平衡状态。过程中的扰动因素繁多，参数稳定性差，例如温度的变化会明显影响传质系数、饱和溶解氧水平以及微生物的活性；进水负荷的波动对耗氧速率影响巨大，但这种影响的程度往往难以精确量化。

       此外，管道供气的过程相对迅速，但氧平衡的建立却比较缓慢，这就要求对供气过程必须实施既准确又快速的调控，才能最终实现整个系统的稳态平衡。对于溶解氧的控制而言，不仅要关注其实时数值的稳定性，更要科学地设定溶解氧的目标浓度。考虑到像AAO这样的工艺存在分区特性，各区域间相互影响（比如末端过高的溶解氧可能干扰反硝化区的脱氮，二沉池回流污泥携带的溶解氧可能影响厌氧区的释磷），这就需要针对好氧区的不同位置采取差异化的管理策略，合理设定各点的溶解氧浓度，以优化整个系统的脱氮除磷综合效能。关于如何选择合适的溶解氧设定值，常用的技术手段是离线优化运行方法，核心工具是现场测试和数学模拟。通过现场实测，可以深入了解系统的动态行为，并校准关键的活性污泥模型（ASMs）参数，从而建立可靠的数学模拟。利用情景模拟和分析，可以评估多种运行工况，总结出适用于现场的具体操作方法和优化方案，最终指导实际生产中的工艺优化。

       同时，曝气调整的时机与幅度也难以精准把握。从控制理论角度看，何时进行调节、每次调节多少量是两个核心问题，若这两点把握不当，整个控制系统就容易陷入混乱。除了实时监控进水的水质和水量外，当进水负荷出现显著超出常规的变化时，还需要预测这股“冲击负荷”抵达生化反应池的大致时间，然后才能做出有预见性的调整。根据负荷变动的剧烈程度，所需的气体调整量，乃至调整的具体方式都可能需要相应改变。

       其次，曝气支管层面气量的均匀分配同样是一个控制难点。曝气管道的整体布局以及曝气盘的具体分布方式，对曝气效果的控制有着至关重要的影响。仅仅依靠风机层面的总风量调节，是无法确保分配到每个处理区域的风量都恰到好处的。管道内气量分布的问题非常复杂，即使风机自身的调节再精确，也无法从根本上解决支管气量分配不均的问题。实践中，不同分区为了达到预设的相同溶解氧水平，其支管阀门的开度可能差异悬殊，有时某个区域阀门全开所达到的溶解氧，还不如其他区域仅开30%阀门所带来的效果。这种现象进一步凸显了在支管层面实现精确气量控制的难度。

       精确曝气控制的难点贯穿于从感知到决策再到执行的全过程。它既要求对复杂、动态的生化过程有深刻的理解，又依赖于先进的传感技术、可靠的数学模型和灵活的执行机构。无论是难以捉摸的工艺扰动，还是设备本身的物理限制，亦或是成本与效率的权衡，都使得实现理想的精确曝气控制充满了挑战。尽管如此，克服这些难点，提升曝气控制的精度，对于推动污水处理行业的节能降耗和提质增效具有不可估量的价值，这依然是技术人员不懈追求的目标。

       中交路桥科技是大型智慧水务公司，发力智慧市政赛道，自主研发了智慧市政系列系统平台 - 基安云·物联网科技系列平台，该平台包括IOT平台，大数据平台、AI平台和数字孪生平台、分别提供可赋能智慧城市治理所需的感能、数能、算能和图能的四大能力，实现智慧市政全场景、全周期数据融合应用，为实现城市精细治理、体验美好生活提供数字底座。