污水“呼吸”有讲究！一文读懂“精准曝气”

　　水是生命之源

　　污水处理厂里，藏着一群看不见的“环保小卫士”——微生物。它们以污水中的有机物(比如食物残渣、洗涤剂中的污染物)为“食物”，而分解这些“食物”的过程，必须消耗氧气，就像人类呼吸一样。

　　如果氧气不够，微生物会“吃不饱”，污染物无法彻底降解，处理后的水可能不达标；但如果氧气给多了，不仅会浪费大量电能(一般污水处理厂曝气环节占总能耗的40%～60%)，还可能破坏微生物的生存环境，影响处理效果。

　　传统曝气技术就像“盲人喂饭”，仅凭运营人员经验调整曝气量，往往跟不上水质、水量的实时变化，很容易出现 “欠曝”(氧气不够)或“过曝”(氧气过多)的问题。

　　传统“人盯”方式存在问题

　　⭐首先，人很难根据那么多复杂且实时变化的数据，做出既快速又精准的调整。

　　⭐其次，人工调节总有延迟。从发现水中溶解氧不合适，到实际动手调整，中间这段时间很容易导致出水水质超标，或者造成电能的浪费。

　　⭐再者，这种方式非常依赖操作人员的经验和专注度，劳动强度大，尤其在夜间，调控往往更难及时到位。

　　⭐最后，它也无形中增加了出水水质不达标的风险。

　　近年来，随着污水处理厂在线监测仪表及相关技术设备性能提高、自动化控制与人工智能等技术的成熟和兴起，越来越多的水务公司开始把目光转向“精准曝气”技术的应用。

　　什么是“精准曝气”？

　　简单来说，“精准曝气”就是利用自动化系统，根据污水处理的实时需要，精确地控制曝气量，既不少(保证处理效果)，也不多(节约电耗)。目前行业内主流的控制逻辑可以归为两类：

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　　基于“机理模型”的前馈＋反馈控制

　　这种方法可以理解为给污水处理系统建立一个“数字大脑”。这个“大脑”的核心是国际上常用的活性污泥模型(ASM模型)。系统会实时采集进水的一些关键指标，比如COD、氨氮、总氮等，结合生物池中的溶解氧数据，通过模型计算出当前需要的总曝气量，再通过调节风机和阀门，实现按需供气。

　　该系统通常包括以下几个部分：

　　⭐在线数据采集与清洗模块(负责收集和整理数据)

　　⭐曝气量计算模块(用模型计算需要空气量)

　　⭐风机控制模块(控制风机开几台、转多快)

　　⭐阀门控制模块(把空气合理分配到各组生化池)

　　⭐中央控制平台(总体协调显示)

　　✅优点：

　　理论先进，结合了进水水质预测(前馈)和池内溶解氧实时校正(反馈)，理论上更精准。

　　❌挑战与缺点：

　　⭐模型准确性不高：污水厂进水水量、水质为随机变量，外部环境不确定影响因素较多，难以建立精确的曝气生物系统数学模型，无法准确预测需气量。

　　⭐数据获取难：进水水质在线监测仪器的数据更新慢(通常1～2小时一次)，且容易因杂质堵塞而失真。另外，污水从采样点到生物池需要时间，这个时间差还会随流量变化，给模型计算带来困难。

　　⭐关键指标测不准：模型需要知道水中的可生化降解有机物(BOD)含量，但通常是用COD值去推算。而实际中发现COD和BOD的换算关系并不稳定，影响计算准确性。

　　⭐仪表多、维护成本高：为了获得准确数据，需要加装阀门、溶解氧测定仪、气体流量计、压力表等仪表，且控制精度要求较高，后期仪表维护工作量和成本也高，有可能省下的电费还抵不上维护费。

　　⭐模型推广性有待提高：ASM模型仍在发展中，而污水处理的微生物过程极其复杂，用同一个模型去适配不同污水厂或同一污水厂不同时期的情况，难度很大。

　　⭐价格昂贵：基于这类模型的系统价格不菲，可能高达数百万元。

　　⭐仍需反馈辅助：正因为模型有局限，实际应用中还是必须配合溶解氧的反馈控制才能稳定运行。

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　　单纯的“溶解氧反馈控制”

　　这种方法比较“直接”，它不深究具体的生物反应过程，而是把生物池看作一个“黑箱”。系统只关注一个核心指标——溶解氧(DO)的数值。它设定一个溶解氧目标值(比如2 mg/L)，然后实时监测实际溶解氧是否偏离这个目标。如果低了，就自动开大风机或阀门；如果高了，就关小一点。通过这样不断的“比较-调整”，最终将溶解氧稳定在目标范围内。这其实是一种在工程中广泛应用的“模糊控制”思想。

　　✅优点：

　　⭐控制效果稳定，节能效果好。

　　⭐系统简单、仪表少、投资低。

　　⭐维护方便，不容易出现故障。

　　⭐逻辑简单明了，运行人员容易理解和掌握，推广起来更容易。

　　❌挑战与缺点：

　　⭐需要为每个厂确定合适的溶解氧目标值。这个值需要一定的运行经验来总结，但对于已经稳定运行多年、对自己厂情况很了解的水厂来说，这个问题不难解决

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