摘要：研究分析影响污水处理厂生物处理系统稳定运行的因素，初步探索影响污水处理厂生物处理系统稳定运行的关键因素。根据新建污水厂的特性，污水处理厂生物处理工艺，鼓风曝气系统等硬件设施已建成并投入运行。在调试和运行过程中，新建污水处理厂进水负荷、水质、水温等环境因素时时发生着变化，是影响新建污水处理厂生物曝气系统稳定运行的关键因素。通过调节不同时段、关键因素变化下的曝气系统运行状态，记录优化后的鼓风曝气系统的运行状况。在污水处理厂今后的运行过程中，根据不同环境因素下的各种状况，提供优化后的鼓风曝气系统操作模式，控制鼓风机在适合的区间运行。同时也可为建立污水处理厂生物处理系统自动控制的需氧模型提供数据支撑。通过对污水处理厂生物处理鼓风曝气系统逐步优化，可有效保障污水处理厂工艺的稳定运行，也可为曝气系统自动化控制提供数值运行模型，也在一定程度上降低了污水厂的运行能耗，节省运行成本。

关键词：污水处理;调试运行;优化曝气;环境因素;鼓风机;稳定运行;自动控制;节能降耗

1.引言

随着我国社会生活水平的提高，人民对环境要求进一步提升，2021年，国家提出双碳目标，对城市水环境保护及污水处理厂的运行提出更高要求。生物曝气系统作为污水处理厂的核心工艺，其稳定性是污水处理厂正常运行的重要保障。林荣忱等研究表明整个污水厂生物曝气系统能耗占总能耗约50%【1】。目前，相对于注重于生物曝气系统的节能降耗的研究，如何保障生物处理系统稳定健康运行相对缺少，而生物处理系统的稳定运行是节能降耗的前提和基础。

当前，不少污水厂在进水负荷和环境等因素发生较大变化时，存在生物系统溶解氧不足或较高等问题【2】-【3】，使污水厂稳定运行带来安全隐患。通过初步分析影响污水处理厂生物处理系统的各种因素，探索研究污水处理厂调试运行期生物处理系统优化应用。在污水处理厂调试运行过程中，往往假设进水环境因素不变，通过控制进水负荷等关键因素的变化，记录鼓风系统各设备运行状态及适合的区间。根据记录的各种数据，逐步建立生物池需氧模型，为污水处理厂生物系统的正常运行提供数据支撑，也可为生物系统自动化控制提供基础数据。从而保障污水处理厂生物系统在正常稳定运行的前提下，在一定程度上达到了节能降耗的目标。

2.影响污水处理厂生物处理系统运行的因素分析

生物处理系统是污水处理厂生产运行的核心单元，生物处理系统运行效果对污水处理厂有着重大影响。然而，影响污水处理厂生物处理系统运行效果的因素多种多样，可从污水处理厂前期的设计施工、建成后调试运行、投产后稳定运行分段分析。

2.1前期的设计施工影响

设计施工环节是影响生物处理系统运行效果的基础因素。系统工艺如何选择;自控、设备的选型与匹配;维护、检修是否操作方便等等都是影响生物系统稳定运行的基础因素，应该在设计阶段比选论证确定。同时土建、安装、自控的施工质量也是保证生物系统稳定运行的基础因素。

2.2建成后调试运行影响

污水处理厂建成后，生物处理系统处理工艺、处理设施设备、电气自控仪表都开始投入使用。进水调试启动后，影响生物处理系统的基础因素已固定成型，微生物能否发挥最佳效果成为保障污水处理效果的关键因素【4】。而影响微生物发挥效果的主要因素是进水水质、水量、水温等环境因素以及为生物池提供适合的溶解氧。所以，在污水处理厂调试过程中，不断变化的进水环境因素和生物处理系统提供适合的曝气量，是影响生物系统稳定运行的关键因素。

2.3  投产后生产运行影响

污水处理厂调试投用后，生物处理系统处理工艺、设备仪表等性能应逐渐进入最佳状态。而维持工艺、设备、自控等性能状态稳定甚至更佳的维护保养因素，是影响生物处理系统运行的主要因素。

3.探索研究污水处理厂调试运行期生物曝气系统优化应用

在污水处理厂调试过程中，生物池中的微生物降解水中污染物，需要不断的消耗氧气。进水环境因素时刻发生着变化，需要探索的重点就是：在不同的进水环境中，确定生物系统适合的需气量。而提供适合的需气量，关键在如何调控生物曝气系统。在保证生物处理系统稳定达标运行的前提下，通过调节鼓风曝气系统，使其提供的气量越接近微生物降解污染物所需的耗氧量，污水处理的运行就越经济合理。

根据污水处理厂的实际调试运行情况，进水负荷和环境因素时刻发生着变化【5】（即进水水质、水量、水温、气压等时刻变化），那么生物系统适合的需氧量也是时刻发生变化的。这就要求鼓风曝气系统提供的总风量也需时刻发生变化，这在污水厂调试过程中，操控时刻变化的总风量并没有实际意义。所以，在污水处理厂调试运行中，假设进水环境因素（水温、气压等）不变的情况下，来确定生物曝气系统的需气量具有实际操作意义。同时需气量的确定过程也是曝气系统的优化过程，可以从调试初期的人工经验控制到稳定运行期的曝气系统自动控制两个时段进行研究探索。

3.1  调试初期人工经验控制优化

调试初期，生物处理系统的活性污泥已经完成驯化，可以启动生物处理系统的需气量的调试。首先选取污水处理厂常规的进水负荷作为基准，根据设计气水比，初步确定生物处理系统的总需气量。调控鼓风曝气系统，结合生物曝气系统溶解氧控制和出水氨氮值控制等【6】，逐步优化鼓风曝气系统，记录优化后的鼓风曝气系统的各种运行数据。

其次，可在试运行期间，根据之前的调试经验，分别选取低水力负荷和高水力负荷两种状况下的进水条件，分别确定维持生物处理系统稳定达标运行时，适合的生物曝气系统的各种运行数据。

最后，根据之前三种进水负荷下的污水处理厂运行状况，在保持生物系统稳定达标运行的前提下，主要通过人工操作生物池鼓风曝气系统，逐步优化鼓风曝气系统的各种性能，并获得相对应的各类运行数据，为以后的污水处理厂生物系统的运行提供数据支撑。

3.2  稳定运行期的曝气系统自动控制优化

污水处理厂正式投入生产运行后，影响生物处理系统运行的因素同样时时发生变化。采用传统的人工经验控制鼓风曝气系统，操作上即繁琐，还不够高效。那么，通过自动控制系统介入，来调节鼓风曝气系统成为目前研究的关键。采用自动控制系统控制鼓风系统重要前提——生物系统稳定运行，出水持续达标排放。而在不同因素条件下，确定生物处理系统所需的风量则是自动控制系统介入的基础。那么，自动控制系统的介入控制，需以生物曝气系统以往优化后的人工经验数据为基础，通过长时间的运行和对比，逐步建立符合因素变化下的生物池需氧模型。

在污水处理厂的实际运行中，因为影响生物处理系统的运行因素众多且不断发生变化，所有生物处理系统所需的总风量也时刻变化。这就表明自动控制下的生物曝气系统不可能做到绝对的精确曝气，只能是曝气优化后相对精确的曝气。

所以，在污水处理厂实际的运行过程中，首先是在维持生物系统的稳定运行且出水持续达标的前提下，通过长时间的优化不断变化的曝气系统，使生物鼓风系统的运行在一个适合的区间，从而在一定意义上起到节能降耗效果。

4.结论

通过分析污水处理厂各个不同的阶段，影响生物处理系统运行效果各种因素，确定影响生物处理系统的基础因素、关键因素和主要因素，对污水处理厂生物处理系统的设计、调试、运行等提供一定的借鉴意义。

曝气系统是污水生化处理的核心，曝气系统运行效果对污水处理厂生物处理系统有着重大影响。近些年来，国内有很多关于曝气系统自动控制上的研究，也取得了重大的进展和突破。在污水厂处理厂调试运行阶段，应在注重生物处理系统的稳定性前提下，在一段时间内，污水厂优化后的曝气控制系统运行数据为基础，通过自动控制系统的介入，更好的维持鼓风系统在一个适合的区间，在一定意义上起到节能降耗的效果。

参考文献：

[1]林荣忱，李金河，林文波，等.污水处理厂泵站与曝气系统的节能途径【J】.中国给水排水，1999，VOL15：21-23

[2]姚斌，杨立峰，蔡芝斌，等.基于节能的精确曝气在绍兴污水厂的应用【J】.中国给水排水，2013，29（23）：146-149

[3]夏文辉，刘芬，周雹，等.污水处理厂曝气控制研究【J】给水排水，2009，VOL35：121-125

[4]程树辉，孙月娣，等.污水处理提标改造工程中曝气控制系统的应用【J】中国给水排水，2016，32（1）：63-70

[5]芦玮，黄伟明，武云志，张元元，等.污水处理厂曝气优化【J】中国给水排水，2012，28（22）：27-30

[6]杨新宇，邱勇，施汉昌，何苗，等.曝气过程控制系统在污水厂应用【J】给水排水，2012，VOL38：130-134