廢水處理（lǐ）設施一直在尋（xún）找方法優化其流程（chéng）和節省運營支出。

近年來，氨基曝氣控（kòng）製（ABAC）已成（chéng）為曝氣控製技術的新發展方向。使（shǐ）用ABAC後，設施的鼓風機使（shǐ）用量大幅減（jiǎn）少，與溶氧量的控製相比，節能約10-20%，包括減少碳投放量和堿（jiǎn）度需求量等其（qí）他好處。氨基曝氣控製概念很（hěn）簡單，利用連續的銨（NH3/NH4+）測量來（lái）實時控製曝氣，以維持銨設定值。提供給曝氣池的空氣量剛好足以滿足NPDES允許限值，同時（shí）消除過度曝氣的情況。

“我相信這個數（shù）字（zì）。當（dāng）傳感器放置到保持傳感器靈敏（mǐn）位置（zhì）時，它們非常準確！”

實現氨基曝氣控製係統（tǒng）的一個關鍵方麵是銨傳感器的放置。控製傳感器應在（zài）活（huó）性（xìng）汙泥池進口附近、還是活性汙泥（ní）池出水處（chù），還介於在兩者之間？這是馬薩諸塞州（zhōu）布羅（luó）克頓高級水回收設施（shī）（AWRF）團隊在為其設施升級而著手（shǒu）解決的問題。Dave Norton（工廠主管（guǎn））、CDM（工程顧問（wèn））和John Downey（儀器經理）準備升級它們的曝氣網格，並分（fèn）三個階段實（shí）施ABAC。首先，該團隊希望通過對三家製造商的離子（zǐ）選擇性電極（ISE）銨傳感（gǎn）器進行為（wéi）期18個月的試驗，確定哪（nǎ）種ISE傳感器最適合他們的應用。其次，在接下來的12個月內安裝新的曝氣設備和YSI傳感器。最後一個階段是（shì）通過在七個月時間內，評估ISE傳感器在活性汙泥池不同階段的性能來優化ABAC。

一對一的試（shì）驗

在18個月的試驗中，Dave Norton將WTW的ISE傳感（gǎn）器進（jìn）行了評估。首先，當應用正確時，ISE傳感器技術可以有（yǒu）效控製氨基曝氣控製策略中的曝（pù）氣。當這些傳感器在維護良好情況下和環境（jìng）中的銨濃度高於1.0 mg/L NH 4-N時，它們（men）可連續準確地測量。其次，與濕化學分析儀相比，ISE傳感器對ABAC有幾個優點。與濕式化學分析儀相比ISE的響應時間更（gèng）快（kuài）、更經濟實惠，並且在大多數應（yīng）用中更容（róng）易維護。該團隊希望將所有WTW傳感器用（yòng）於其活性汙泥工藝。

安裝曆時

七（qī）個布（bù）羅克頓AWRF汙泥池的修複和安裝（zhuāng）WTW IQ SensorNet係（xì）統的安裝曆時12個月。除了降（jiàng）低過度曝氣外，該設施還旨在通過升級提高總氮（TN）去除。因此，在所有汙泥池均設置了預缺氧區，包括第二（èr）缺氧區，以進一步反硝化和去除TN。

每個汙泥池都有自己的WTW IQ SensorNet係統（tǒng），包括三個溶解氧傳（chuán）感（gǎn）器、一個pH傳感器、一個銨ISE傳感器和兩個UV硝酸鹽傳感器。在七個汙泥池全部上線後（hòu），每個汙泥池的WTW傳感器將會立即（jí）顯示（shì）它們的價值。即使（shǐ）水流（liú）均勻地流回汙泥池，每個汙泥池均有其獨特（tè）環境，具有不同容量、速度（dù）和生物，導致硝化作用的差異。為了評估這些差異，並（bìng）在每個汙泥（ní）池實施氨基曝氣控製，John Downey的任務（wù）是在接下來的7個月內優化該流程，並對銨傳感器位（wèi）置進行（háng）實驗，以實現最佳曝氣控製。

流程優化期

7個（gè）月的流（liú）程優化期揭示了活性汙泥池中每個銨測量位置的許多優點（diǎn）和缺點。由於幾個原因，活性汙泥池的出水位置（zhì）被證明效率最低。從理論上講，這個位置對傳（chuán）感器的安裝（zhuāng）是很有吸引（yǐn）的，因（yīn）為操作員可準確（què）知道有多少銨流到澄清池，而且（qiě）這個反饋策略在控製邏輯中是非常常見的。在此位置，可通（tōng）過銨測量值進行控製，能（néng）根（gēn）據傳感器值自動調整傳感器上遊的鼓風機輸出。然而，使用這種方式的傳感器放置（zhì）時，經常會有（yǒu）接近零的銨值讀數，這會導致（zhì）幾個問題。從數據角度來看，總是讀數為零傳感器（qì）不一定（dìng）能提供（gòng）有價值的（de）數據。

雖然（rán）操（cāo）作人員可以確認出水銨接近於零，但他們無法確定上遊硝化的完成程度，導致額外曝氣和能源（yuán）浪費（圖（tú）1）。從傳感器角度來看，出水的（de）測量位置（zhì）也有問（wèn）題的。離（lí）子選（xuǎn）擇性電極（jí）傳感器一直因為難以維護而聲名不佳（jiā），並且在濃度低於0.5 mg/L NH 4-N時，可能提供出不準確的數據。準確度可能是ISE技術在低濃（nóng）度下的一個的限製因素，校準至接近零意味著當傳（chuán）感器（qì）在（zài）偶爾暴露於（yú）較高（gāo）濃度銨時，可能不會對其產生反應。同樣，類似離子的幹擾，如鉀離子（K+）在接近零銨時的幹擾影響更大。選擇一個具有可以測（cè）量和數值（zhí）變化的位置（zhì），通常（cháng）能（néng）為氨基（jī）曝氣控製提供更好的優化（huà），並維持傳感器性能。

活性汙泥池進水位置優於其出水位置。該位置提供（gòng）了更有價值的數據來（lái）優（yōu）化曝氣，並能夠監（jiān）測進入汙泥池的日流量和（hé）銨負荷。此外，由（yóu）於傳感器始終在較高的數值下測量，傳（chuán）感器更可靠、更準（zhǔn）確（què），並最（zuì）大限度地延長電極壽命。然而John注意到在這個位置有兩個潛（qián）在困難，第一個是在進水口處使用帶有單（dān）個傳感器的前饋ABAC。前饋是一種控製策略，其中上遊（yóu）傳感（gǎn）器會（huì）自動（dòng）調整下遊鼓風機輸出。該（gāi）傳（chuán）感器位置（zhì）離上遊（yóu）過遠，因此無法確保出水銨滿足流出水（shuǐ）許（xǔ）可控製的精細調整是很困難的（de），因為汙泥池內的幾個因素可（kě）能會影響下遊硝化作用（yòng），而且操作人員（yuán）並不知道這些情況。

其次，John發現進水（shuǐ）處的銨值越高，使用參考抓取（qǔ）的樣品來校（xiào）準ISE傳感器就越困難，因為可用的測試範圍需要樣品稀釋才能得到數值。

對ABAC最有效的（de）ISE傳感器位置是曝氣汙泥池中部，特別是銨濃度每日在1-5 mg/L NH 4-N之間（jiān）波動的區域。ISE傳（chuán）感器在（zài）該位置表現出色，並通（tōng）過實時銨（ǎn）測量提供數據來最佳優化曝氣。在下午和晚上的（de）負荷高峰時（shí）段（duàn），銨的（de）測量（liàng）值將上升到4-5 mg/L NH 4-N，此時，鼓風（fēng）機被（bèi）提（tí）升更（gèng）高，為（wéi）需氧區提供更多空氣。然後，過夜後，當負荷下降時，鼓風機輸出降至最（zuì）低或完全關閉，以（yǐ）進行（háng）更多的反硝化，從而更好地去除TN並節約能源（如下圖2）。布羅克頓AWRF團隊進行（háng）了大量工作，以確定放置傳感器的正確位置，使用抓（zhuā）取樣（yàng）品和短期試驗來找到最有效的（de）位置。John還發現了硝化作用完成的季節差異。在夏（xià）季，因（yīn）為（wéi）硝化作用發生得更快，傳感器可能需要放置更上（shàng）遊的區域，，但在較冷月份，傳感器將被（bèi）放置更下遊的地方。然而，這種傳感器（qì）放置的益處，證明了尋找適當位置的工作是合理的。來自（zì）銨ISE傳感器的（de）日負荷趨勢提供了關於硝化速率和優化數據的有價值信（xìn）息，以精細（xì）調整曝氣（qì）輸出。該位置允許合理的銨設定（dìng）值，確保出水銨（ǎn）仍（réng）低於允許（xǔ）限（xiàn）值，並有足夠的銨使傳感器工作良（liáng）好（高於1 mg/L NH 4-N）。

結論

因其性能（néng）及易用（yòng）性，布羅克頓AWRF選擇WTW傳感器。優化期（qī）間，John Downey在WTW專家的指導下維護了傳感器（qì），了解了（le）ISE傳感器獲得（dé）可靠數（shù）據的要求。當被問及對傳感器的印象時，John表示：“我相（xiàng）信這個（gè）數字。當傳感器放置在傳感器（qì）保持靈敏（mǐn）位置時，傳它們會非常精確！”John也喜歡維護（hù）傳感器的簡單性。WTW的（de）銨ISE傳感器有空氣（qì）清潔壓縮機，使電極保持無固體（tǐ）附著，每隔幾（jǐ）個月，當傳感器偏離驗證測（cè）量值（zhí）時，John還會執行一（yī）次基質調整（通過匹配實驗室樣品進行校準），這就像輸入傳（chuán）感器測量值去匹配實驗室編號一樣簡單。最後，更換電極很容易，使用所提供的工具將電極擰入傳（chuán）感器即可。