廢水處（chù）理（lǐ）設施一直在尋找方法（fǎ）優化其流（liú）程和節省運營（yíng）支出。

近年來，氨基曝氣控製（ABAC）已成為曝氣控製技術的新發展方向。使用ABAC後，設施的鼓風機使用量大幅減少，與（yǔ）溶氧量的控（kòng）製（zhì）相比，節能約10-20%，包括減少碳投放（fàng）量和堿度需求量等其他好處。氨基曝氣（qì）控製概念很簡單，利用連續（xù）的銨（NH3/NH4+）測量（liàng）來實時控製曝氣，以維持銨（ǎn）設定（dìng）值。提供（gòng）給曝氣池的空氣量剛好足（zú）以滿足NPDES允許限值，同時消除過度曝氣的情況。

“我相信這個數字。當傳感器放置到保持傳（chuán）感器靈敏（mǐn）位置時，它們非常準確！”

實現氨基曝氣控製係統的一個關鍵方麵是銨傳（chuán）感器的放置。控（kòng）製傳感器應在活性汙泥池進口附近、還是活性汙泥池出水處，還介於在（zài）兩者之間？這是（shì）馬薩諸（zhū）塞州布羅克頓高（gāo）級水回收設（shè）施（AWRF）團隊在為其設施升級而著（zhe）手解決的問（wèn）題（tí）。Dave Norton（工廠主管）、CDM（工（gōng）程顧問（wèn））和（hé）John Downey（儀器經理）準備升級它們的（de）曝氣網格，並（bìng）分（fèn）三個階段實施ABAC。首（shǒu）先，該團隊希望通過對三家製造商的離子選（xuǎn）擇（zé）性電極（ISE）銨傳感器進行為期18個月的試驗（yàn），確定哪種ISE傳感器最適合他們的（de）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（gè）階段是通過在七個月時間內，評估ISE傳感器在（zài）活性汙泥池不同階段的性能來優化ABAC。

一對一的試驗

在（zài）18個（gè）月的試驗（yàn）中，Dave Norton將WTW的ISE傳感器進行了評估。首先，當應用正確時，ISE傳（chuán）感器技術（shù）可以有效控製氨基曝氣控（kòng）製策略中的曝氣。當這些（xiē）傳感器在維護良（liáng）好情況下和環境中的銨濃度高於1.0 mg/L NH 4-N時，它們可連續準確地測量。其次，與濕化（huà）學分析儀（yí）相（xiàng）比，ISE傳感器對ABAC有幾個優點。與濕式（shì）化學分析儀相比ISE的（de）響應時間更快、更經濟實惠，並且在大多數應用中更容易維護。該團隊希望將所有WTW傳（chuán）感器用於其活性汙泥工藝。

安裝曆時

七個（gè）布羅克頓（dùn）AWRF汙泥池的修（xiū）複和安裝WTW IQ SensorNet係統的安裝曆時12個月。除了降低過度曝氣（qì）外（wài），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（shè）置（zhì）了預缺氧區，包括第二缺（quē）氧區，以進一步反硝化和去除TN。

每個汙（wū）泥池都有自己的WTW IQ SensorNet係統，包括三個溶解氧（yǎng）傳感器、一個（gè）pH傳感（gǎn）器（qì）、一個銨ISE傳感器和兩個UV硝酸鹽傳感器。在七個汙（wū）泥池全（quán）部上線後，每個汙泥池的WTW傳感器（qì）將會立即顯示它們的價值。即使水流均勻地流回汙泥（ní）池，每個汙泥池均有其（qí）獨特環境，具有（yǒu）不同容量、速度和生物，導致硝化作用的差異。為了評估這些差異，並在每個汙（wū）泥池實施氨（ān）基曝氣控製（zhì），John Downey的任務是在接下來的7個月內優（yōu）化該流程，並對銨傳感器位置進行實驗，以（yǐ）實現最佳（jiā）曝氣控製。

流程優化期

7個月的流程優化期（qī）揭示了活性汙泥池中每（měi）個銨測量位置的許多優點和缺點。由於（yú）幾個原因，活性（xìng）汙泥池的出水位置被證明效率最低。從理論上講，這（zhè）個位置對傳感器的安裝是很（hěn）有吸引的，因為操作員可準確知道有多少銨流到澄（chéng）清池，而且這個反饋策（cè）略在控製（zhì）邏輯中是非常常見的。在此位置，可通過銨測量值進（jìn）行控製，能根據（jù）傳感器值自動調整傳感器上遊的（de）鼓風機輸出。然而（ér），使用這種（zhǒng）方（fāng）式的傳感器放置時，經（jīng）常會有接近零（líng）的銨值讀數，這會導致幾個問題。從數據角度來看，總是（shì）讀數為零傳感器不一定能提供有價值的數據。

雖然操作人員可（kě）以確認出水銨接近於（yú）零，但他們無法確定上遊硝化（huà）的（de）完成程度，導致額外曝氣和能源浪費（圖1）。從（cóng）傳感器角度來看，出水的（de）測量位置也有問題的。離子選（xuǎn）擇性電極傳感器一直因為難以維護而聲名不佳，並且在濃度低於0.5 mg/L NH 4-N時，可能提供出不（bú）準確的數（shù）據。準確度可（kě）能是ISE技術在低濃度下的（de）一個的限製因素（sù），校準至接近零意味著當傳（chuán）感器在偶爾暴露於較高濃度銨時，可能不會對其產生反（fǎn）應。同樣，類似離子的幹擾（rǎo），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量（liàng）和數值變化的位置，通常能為氨基曝（pù）氣控（kòng）製提供（gòng）更好的優化，並維持傳感器性（xìng）能。

活性汙泥池進水（shuǐ）位置優於其出水（shuǐ）位置。該位置提供了更（gèng）有價值的數據來優化曝氣，並能夠監（jiān）測進入汙泥池的日流量（liàng）和銨負荷。此外，由於傳感器始終在較（jiào）高的數值下測量，傳（chuán）感器更可靠、更準確，並最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在困難，第（dì）一個是（shì）在進水（shuǐ）口（kǒu）處使用帶有單（dān）個傳感器的前（qián）饋ABAC。前饋是一種（zhǒng）控製策略，其中上遊（yóu）傳感器會自動調整下遊鼓風機輸出。該傳感器（qì）位置離上遊過遠，因此無法確保出水銨滿足流出（chū）水許可控製的（de）精細調（diào）整是很困難的，因為汙泥池內的幾個因（yīn）素可能（néng）會影響（xiǎng）下遊硝化作用，而且操作人員並不知道這些情況。

其次，John發現進水處的銨值越高，使用參考抓（zhuā）取的樣品來校準（zhǔn）ISE傳（chuán）感器就越困難（nán），因為可用的測試範圍（wéi）需要樣（yàng）品稀釋才能得到數值。

對ABAC最有效的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之間波動（dòng）的區域。ISE傳感器在該位置（zhì）表（biǎo）現出色，並通過實時銨（ǎn）測量提供數據來最佳優（yōu）化曝氣。在下午和晚上的（de）負荷高峰時段，銨的測量（liàng）值將上升到（dào）4-5 mg/L NH 4-N，此時，鼓風機被提升更高，為需氧區提供更多空氣。然後，過夜後，當負荷下（xià）降時，鼓風機輸出降至最（zuì）低或完全關閉，以進行更多的反硝化，從（cóng）而更好地去除TN並節約能源（如下圖2）。布羅克頓（dùn）AWRF團隊進行了大量工（gōng）作，以確定放置傳感器（qì）的正確位置，使用抓取樣品和短期試驗來找（zhǎo）到最有效的位置。John還發現了硝化作（zuò）用完成的季節差異。在（zài）夏季，因（yīn）為硝化作用發生得更快（kuài），傳感器可能需要放置更上遊（yóu）的區（qū）域（yù），，但在較冷月份，傳感器將被放置更下（xià）遊的地方。然而，這（zhè）種傳感器（qì）放置的益處，證明了尋找適當位（wèi）置的工作是合理的。來自銨（ǎn）ISE傳感器（qì）的日負荷趨勢提供了關於硝化速率和優化數據的有價（jià）值信息，以精細調（diào）整曝氣輸出。該位置允許合理的銨設定值，確保出水銨（ǎn）仍低（dī）於允許限（xiàn）值，並有足夠的銨使傳感器工作良好（高於1 mg/L NH 4-N）。

結（jié）論

因其性（xìng）能（néng）及易用性，布羅克頓AWRF選擇WTW傳感器。優化（huà）期（qī）間，John Downey在WTW專家的指導（dǎo）下維護了傳（chuán）感器，了解了ISE傳感器獲得可靠數據的要求。當被問及對傳感器的印象時，John表示：“我相信（xìn）這個數字。當（dāng）傳感器放置在傳感器保持靈敏位置時，傳它們會非（fēi）常（cháng）精確（què）！”John也喜歡維護傳感器的簡（jiǎn）單性。WTW的銨ISE傳感器有（yǒu）空氣清（qīng）潔壓縮機，使電極保持無（wú）固體附（fù）著，每隔（gé）幾個月，當傳感器偏離驗證測量值時（shí），John還會執行（háng）一（yī）次基質調整（通過匹配實驗室樣品進行校準），這就像（xiàng）輸入（rù）傳感（gǎn）器測量值去匹配實（shí）驗室編號一樣簡單。最（zuì）後，更換電極很容易（yì），使用（yòng）所提供的工具將電極擰入傳感器即可。