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“廢水”一詞實際是誤用。準確來講，應該將其稱為資源水。因為從水龍頭中獲取水后用于飲用、衛(wèi)生、娛樂或工業(yè)領(lǐng)域，再通過排水溝返回，這一過程中水作為嵌入式資源發(fā)揮效用。例如，研究人員發(fā)現(xiàn)，廢水中可能產(chǎn)生的能量是處理廢水所需能量的5倍。因此，廢水處理被正名為水資源回收。與此相反，許多其它資源被當前用于取水和將水返回環(huán)境的低效設(shè)計和操作實踐所浪費。水資源回收過程會產(chǎn)生大量碳足跡，可消耗美國總能源的0.6%。

曝氣技術(shù)

曝氣是水資源回收設(shè)施（WRRF）的關(guān)鍵組成部分。它向微生物群提供維持生命的氧氣，并使這些微生物與被處理的水進行混合。這一過程中，微生物群完成了將污染轉(zhuǎn)化為無害產(chǎn)物的大量工作。在最常見的配置，活性污泥法（ASP）中，曝氣需要將空氣泵入稱為曝氣池的池中，池中充滿懸浮在水中的微生物，稱為混合液懸浮固體（MLSS）。由于將氧氣溶解到水中的物理限制和平衡曝氣速率與氧氣需求的操作挑戰(zhàn)，該過程十分耗能?？諝猓ㄑ鯕猓┕到y(tǒng)由鼓風機等大型機器組成，鼓風機通過安裝在曝氣池底部的擴散器，即帶孔的盤或板，將環(huán)境空氣泵入曝氣池。鼓風機和擴散器技術(shù)在過去10年中都有了顯著的改進，也讓我們可以進一步減少能耗。此外，改進的在線過程監(jiān)測技術(shù)使曝氣過程的自動化更容易實現(xiàn)，讓設(shè)備更容易實現(xiàn)空氣供應率和氧氣需求的平衡，并且可以隨著每天、每周和季節(jié)性的水和廢水的產(chǎn)生而進行調(diào)節(jié)。這是復合要求。但是，這又決定了中西部許多老化且過時的設(shè)施的通氣率。

日處理量為24MGD的曼西活性污泥廢水處理廠可服務約31000人

節(jié)省能源，節(jié)約成本

處理大量水會浪費能源，而這些水本來就不需要處理。在20世紀早期，中西部地區(qū)的社區(qū)首次鋪設(shè)下水道，而當時的常見做法是將衛(wèi)生用水和雨水排水系統(tǒng)相結(jié)合。其主要目的是將水從城區(qū)排出流向下游，以預防疾病。處理污水是后來才想到的。許多這樣的組合系統(tǒng)仍在使用。此外，地下水、雨水甚至有時是河水通過衛(wèi)生排水管中的裂縫以及與雨水排水管的交叉連接處滲透和流入（I＆I）衛(wèi)生排水系統(tǒng)。建筑物的地基排水溝讓更多的清潔水進入下水道。在將干凈的水泵送到水資源回收設(shè)施（WRRF）這一環(huán)節(jié)能源被浪費，一旦凈水到達那里，就將其泵送到周圍并進行處理。

為了支持實時監(jiān)控，在曝氣池安裝了WTW IQ SensorNet傳感器

此外，清潔水使曝氣的自動控制復雜化，因為它稀釋了需要更多曝氣池才能運行的廢水，因此，復合要求決定了曝氣操作而非氧氣需求。連續(xù)曝氣是一種非常低效的復合方法，但卻是許多設(shè)施的限制因素。這正是印第安納州曼西衛(wèi)生區(qū)（MSD）所面臨的切實挑戰(zhàn)。自動化DO控制的創(chuàng)新系統(tǒng)和按順序脈沖曝氣的運行模式能夠優(yōu)化曝氣，且與傳統(tǒng)解決方案相比，更能節(jié)省能源，節(jié)約成本。

過程監(jiān)測與控制

曼西水污染控制設(shè)備（WPCF）是能為大約31000人服務的水資源回收設(shè)施 （WRRF），平均每天處理量達到2400萬加侖（MGD）。該系統(tǒng)從1941年開始分階段建造和改善?；钚晕勰嗥貧庀到y(tǒng)由四個曝氣池和大約9000個陶瓷細泡曝氣擴散器組成，這些擴散器將三臺500hp的恒速鼓風機提供的空氣進行擴散。在線溶解氧（DO）探頭安裝在曝氣池中，但僅顯示讀數(shù)，并不用于自動曝氣。

在順序脈沖曝氣運行模式下，曝氣系統(tǒng)現(xiàn)在在較低的DO水平下運行，從而減少了能耗

曼西使用SneakerNet 版本，觀察在線DO讀數(shù)，到控制閥進行手動調(diào)整，然后回到探頭處檢查所做調(diào)整是否對DO讀數(shù)產(chǎn)生預期效果。曼西WPCF負責人John Barlow解釋道：“我們的操作人員必須手動打開鼓風機，然后調(diào)節(jié)各個總管閥。但是，在下午換班的時候，DO將開始爬升，操作員將不得不再次關(guān)閉鼓風機并重新調(diào)節(jié)總管閥?！弊罱K，Barlow決定停止手動調(diào)節(jié)曝氣閥門，讓系統(tǒng)全天高速運轉(zhuǎn)。

他解釋說:“我之所以決定提高鼓風機的運行速度，是因為滿足微生物的要求是我們的首要目標，再加上整天讓我們的操作員上下調(diào)節(jié)鼓風機，調(diào)整總管閥，沒有對人力實現(xiàn)高效利用。而且，我們最終處理過的廢水質(zhì)量跟在我們的工藝條件下試圖保持最佳溶解氧的不斷變化的動作是不一致的。”該設(shè)施一直保持過高的曝氣率，直到2014年開展重大升級，對其曝氣系統(tǒng)進行了升級和自動化改造。

通過采用自動曝氣控制，曼西水污染控制設(shè)施現(xiàn)在有能力改變供應的氧氣，以滿足流量和BOD負荷的變化，為其活性污泥工藝賦能并提升性能

現(xiàn)有曝氣系統(tǒng)的升級包括采用節(jié)能渦輪鼓風機、膜盤曝氣擴散器和自動控制系統(tǒng)。使用350hp渦輪鼓風機取代了現(xiàn)有的500hp離心鼓風機，使空氣供應更為高效，能耗降低了10％到20％。6000個陶瓷空氣擴散器被替換為賽萊默Sanitaire Silver Series II圓盤膜擴散器，從而形成了細微而均勻的氣泡模式，用于氧氣的轉(zhuǎn)移。并對其余3000個陶瓷擴散器進行了拆除或封堵。

曼西市污水處理廠

新的自動化系統(tǒng)由賽萊默Sanitaire OSCAR工藝性能優(yōu)化器曝氣控制系統(tǒng)組成