目前各個傳統行業均朝著自動化、信息化、數字化的方向大力改革和發展，這是社會文明進步不可阻擋的歷史洪流，對解放人類生產力、提升企業競爭力、加速產業發展和升級具有深遠意義。城市污水廠的自動化進程在近十多年來方興未艾，自動化控制系統的引入將為污水處理廠高效、優質的運行提供重要保障。

污水處理廠的自動化控制能夠根據系統運行過程中相關參數發生的變化及時自動地調整系統的運行狀態，使其始終保持最佳運行狀態，一方面可以優化設備、節約能耗，取得顯著的社會經濟效益，另一方面又能確保安全操作、節約人力，改善水廠員工的工作環境。本文整理了污泥齡實時自動控制、活性污泥工藝自動控制以及溶氣氣浮藥劑投加自動控制三個較為前沿且具實用價值的污水廠自動化控制案例，分別介紹了它們的工作原理及取得的生產效益，以期為行業相關人員提供參考。

1 污泥齡實時自動控制系統

對于活性污泥工藝來說，污泥負荷(F/M比，food-to-microorganism population ratio)是影響系統效能和污泥微生物健康的重要參數。通常，恒定的污泥負荷可通過恒定的污泥齡(SRT，solids retention time)來控制。雖然剩余污泥的排放量一般只占進水流量的很小一部分，但即使是很小的變動，隨著工藝運行時間的持續，也會因積累而被放大，對活性污泥系統的穩定性造成巨大影響。排泥不充分會使得澄清池負荷過高，引起低F/M導致的污泥膨脹、發泡，且維持微生物內源性呼吸的曝氣量增大;另一方面，排泥過量會使得可溶性污染物的處理效果變差，引發低溶氧污泥膨脹，且由于硝化過程中亞硝酸根去除不充分，使得氯的需求量增大。此外，排泥過量還會使得污泥濃縮設備的負荷增大，高分子凝集劑(polymer)的用量增大，造成污泥濃縮設備的運行效率降低。

剩余污泥量的調整是通過混合液及回流污泥中總懸浮性固體(TSS)濃度的計算得到的，而TSS濃度通常采用測重分析法得到，但這一常規方法存在以下問題：

(1)由于進水流量和污泥回流量存在波動，采得隨機水樣的TSS濃度與日均值可能相差甚遠，使得剩余污泥量的計算不準確;

(2)由于采樣和分析所需的人力和時間有限，樣品采集的頻率一般為1~2次/天，而TSS與回流污泥的濃度是實時變化的，因此根據樣品計算得出的剩余污泥量存在滯后，不能及時得到反饋和優化;

(3)單個樣品采用測重法分析的實驗誤差一般在5%左右，精度和重現性較差;

(4)繁瑣的剩余污泥量計算過程中可能會出現差錯。

基于此，Ekster設計了一種SRT自動控制系統，其原理圖如圖1所示。系統主要由兩個TSS測量儀、一個控制器、一個剩余污泥流量儀以及一個流量控制元件(控制閥或者變頻驅動泵)組成。

其工作原理為：TSS測量儀將測得的信息傳輸到控制器，控制器將工藝運行的標準值，如混合液的TSS濃度、計算得出的實時SRT等，同測定值進行比較，算出需要作出調整的剩余污泥量，再將信號傳輸給控制元件進行調節。

將該系統應用于處理量為170 MGD(約64.4萬m3/d)的污水處理廠，結果表明SRT可維持在設定值5%的變化范圍內，大部分情況下變化范圍在2.5%以內，如圖2所示。剩余污泥總量的日平均變化從23%降至僅3%。表1為部分污水處理廠在采用SRT自動控制系統后的效果提升狀況。

安裝該SRT自動控制系統后，污水處理廠的性能提升主要表現在以下幾方面：

(1)污泥膨脹得到控制

Bellingham污水處理廠最初的設計是采用純氧曝氣工藝，幾十年來一直受到絲狀菌污泥膨脹問題的困擾，其由低溶氧引起，常出現于SRT較低的環境。十年前該污水廠開始采用厭氧生物選擇器，之后SVI得到改善，但仍能觀察到SVI偶有上升。近來該污水廠轉為采用傳統活性污泥處理系統，盡管獲益頗多，但未能解決SVI偶發上升的問題。在安裝SRT自動控制系統后，SVI的穩定性得到顯著提升。圖3為每次升級改造后二級處理工藝的處理能力得到的提升。由圖可知，在安裝SRT自動控制系統后，該污水廠的二級處理能力提升了25%。

采用該SRT自動控制系統后，SRT的平均控制誤差從0.5 d(設定點的15%)降至0.1 d(設定點的3%)，控制精度提高了5倍，這使得SVI顯著下降，其第92位百分數從148 mL/g降至115 mL/g。聚磷菌和絲狀菌之間的競爭使得污泥膨脹現象得到了有效緩解。在該SRT控制系統安設之前，為了防止硝化作用，好氧段的SRT通常設置在2 d以下，但這一條件并不適宜聚磷菌的生長，因此SVI通常會升高，尤其是在夏天。

(2)出水水質及消毒效果提升

采用硝化處理工藝的加州Chico污水處理廠，由于碎絮(pin floc)問題，出水濁度較高，硝化工藝時常出現異常，造成氯的使用劑量上升，某些情況下糞大腸菌的數量甚至高于美國國家污染物排放削減制度(NPDES)規定的限值。在安裝SRT控制系統并對SRT設定值進行季節性優化之后，這些問題發生的頻率顯著下降，氯的用量也明顯減少。同樣地，Sacramento區域污水處理廠在采用SRT控制系統后，出水水質和氯用量都到了明顯優化，每年的運行費用節省超過10萬美元。

(3)藥劑投加節省

Oxnard污水處理廠的滴濾/活性污泥工藝在采用SRT控制系統后，用于污泥濃縮的高分子凝集劑用量減少了25%，Chico污水處理廠等也得到了相似的結果。這主要是由于污泥處理單元接收的污泥總量的變化幅度明顯降低，污泥總量穩定性提升。

(4)能耗節省

據工程實踐，將傳統活性污泥工藝的SRT提高至高于硝化作用的最低需求，污水廠的能耗可提升100%。Oxnard污水處理廠采用DO和SRT精確控制系統后，通過降低DO和SRT的設定值，使得污水廠能耗降低了25%。一座BNR污水處理廠通過提高SRT和降低DO，同時對SRT和DO進行控制優化，實現了20%的能耗降低。同樣采用BNR工藝的San Jose污水處理廠在提高SRT并降低DO的前提下，對SRT和DO的設定點進行精確維控，節省了10%的能耗。

編輯：汪茵