厂区坐落于纽约州布法罗市,伯德岛污水处理厂是美国东北部规模靠前的污水处理设施之一。


溶解氧控制系统优化

2011 年,Roots 在伯德岛曝气池投运配套 Roots IntelliView 控制系统的成套设备;该曝气风机工况系统工艺复杂,需精准调控工艺供气,以此达成能耗与运行性能指标。

纽约州布法罗市伯德岛污水处理厂原有曝气控制系统运行效能偏低,颇具反差的是,这套系统 1998 年投用时本是作为节能改造配套设施上线。

挑战

原有运行调控逻辑为:选取部分曝气池内溶解氧探头采集溶解氧数值并取平均值,依靠该均值统一管控全厂 32 组曝气池(曝气分区)的进气风量。但水池负荷波动、水体物理动态变化,加之不同曝气盘组氧传递效率存在差异,各曝气分区风量始终无法均衡。同时阀门执行机构启闭行程仅需 60 秒,调节区间过短,导致厂区难以精准调节风机输出风量。

截至 2008 年,布法罗污水管理局确定需降低风机能耗 —— 风机为全厂能耗占比较高的设备单元。为实现节能目标,厂区需更换一套可对单座曝气池独立调控的全新控制系统。
伯德岛污水处理厂为纽约州第二大污水处理设施,旱季设计处理流量每日 1.8 亿加仑。该厂 1980 年配置四台 5000 马力 Roots 单级压缩设备,其中两台于 1995 年重新标定功率至 3000 马力。经过两年多产品方案调研比对后,布法罗污水管理局选择 Roots,由其提供方案解决该厂曝气系统调控难题。

实施方案

Roots 与布法罗污水管理局合作重新设计曝气调控方案,建议将原有阀门执行机构更换为启闭行程时长 180 秒的 RCS 型执行机构。2011 年秋季,Roots 在伯德岛完成 IntelliView 控制系统成套装置投运工作。这套一体化方案包含 RCS 执行机构、Roots 曝气主控面板及安全远程访问模块,现已在美国超 300 座污水处理厂落地应用。

升级后的系统配套 RGS 系列大处理量罗茨鼓风机,可满足大型市政曝气场景所需的风量调节与压力管控需求。

该方案的核心为基于流量的调控逻辑:各曝气池依靠独立溶解氧探头测算单池需风量,汇总全部需风量得出系统总供风需求,并将调节指令同步至风机控制面板。这套 “溶解氧 - 风量联动” 调控方式的核心模块采用标准最大开度阀控制逻辑,保障系统内至少有一支阀门保持全开状态。该模式能够降低总管压力、减轻风机运行负荷,大幅削减整体能耗。

布法罗污水管理局向纽约州能源研究与发展局提交申请,申请项目补助资金以分担预估 80 万美元工程投入。经测算,项目每年可节电 380 万千瓦时,折合节约用电成本 34.5 万美元,节能途径为将系统平均溶解氧浓度由 3.1 毫克 / 升降至 1.5 毫克 / 升。纽约州能源研究与发展局同意最高承担项目 50% 的建设费用,并开展计量核验工作,验证节能测算数据。

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实施成效

本项目搭建一套高稳定、高能效的按需供气系统,在保障工艺运行稳定的前提下降低能耗成本。Roots IntelliView 控制系统大幅提升曝气工况运行平稳性,厂区可下调溶解氧设定值,一级处理段溶解氧最低可稳定控制至 0.75 毫克 / 升,出水处理效果不受影响,进一步缩减能耗,同时强化工艺波动调控能力。

纽约州能源研究与发展局项目完工复核结果显示,年度节电量高于前期测算数值,该局最终为布法罗污水管理局拨付覆盖项目总造价半数的补助资金,项目投资回收周期较短。对于计划开展同类节能改造的水务设施,结合现场工况选配适配风机,是实现长期稳定运行与持续节能的关键环节。