水电之家讯：膜生物反应器(Membranebioreactor，MBR)工艺在城市污水处理和回用工程中的可行性和高效性已经得到了广泛的验证，并在近些年在中国呈现快速增长的趋势。使用具有微滤/超滤特性的膜分离单元，代替传统活性污泥工艺中的二沉池，在高效地实现泥水分离的同时，提升了生化处理系统的污泥浓度，进而使得MBR在占地面积、剩余污泥产量上体现出明显的优势。
然而，由于膜污染的发生和积累，严重影响了膜分离系统长期运行的稳定性。因此在工程上，为控制膜污染的发展，通常需要借助膜分离系统(膜池)内的大量曝气产生足够的冲刷，减缓膜污染物在膜表面的附着和沉积。由此也导致了相对于传统活性污泥工艺，MBR在系统运行能耗上显著偏高，这也一定程度上成为了限制MBR进一步推广应用的制约因素。
正因为此，开展针对MBR的节能降耗研究，尤其是基于大规模工程的应用研究，将是解决上述问题的重要尝试。考虑到MBR最主要的能耗单元是好氧池和膜池的鼓风机，因此节能降耗的尝试应重点关注好氧池、膜池的曝气。来自清华大学环境学院的研究团队重点关注了通过动态调节好氧池曝气量，实现曝气量的节省和能耗的降低。
控制思路
好氧池曝气主要是为异养微生物降解氨氮、有机物等提供所需的氧，以及通过气泡的上升过程保证反应池内的均匀混合状态。在工程设计中，通常以前者作为运行参数确定和设备选型的依据。因此，在确定的来水水质、水量参数下，好氧池的在线水质是与好氧池曝气量直接相关的。
基于这样的关系，即可建立基于好氧池水质参数的反馈控制过程。而实际上，已有不少研究报道了基于在线DO浓度的曝气反馈控制策略，且该策略已被证明可以在工程上实施。然而，从DO浓度出发，虽然可以动态调节好氧池曝气量，但对于实际情况中来水水质、水量的波动情况，好氧池的污染物水质指标仍然有很大可能是波动的，而波动即在一定程度上意味着好氧池的污染物去除过程仍存在优化的空间。也正是由此，尝试建立基于好氧池污染物浓度的曝气反馈控制策略，不管是从研究上，还是工程上都是具有重要意义的。
反馈控制的具体形式多种多样，其中，反馈PI控制在精确曝气领域的可行性得到了广泛的认可。而在反馈控制的出发点上，研究人员通过前期调研和现场试验发现，好氧池氨氮浓度在不同温度、来水特性的条件下呈现了明显的动态变化，因此选取好氧池氨氮浓度作为本研究曝气反馈控制的出发点，参考基于DO浓度的精确曝气思路，建立了本研究中的“氨氮-DO-曝气”串级反馈控制系统，如下图所示：
该控制器从好氧池在线氨氮浓度出发，通过第一级PI控制器(氨氮-DO)计算好氧池DO浓度的控制点，再通过第二级PI控制器(DO-曝气量)计算好氧池曝气量输出，同时考虑了进水水量的波动，采用额外的控制器计算曝气量补偿，将最终的所需曝气量数值传送至鼓风机系统，执行动作。
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