百時(shí)美施貴寶（BMS）公司位于紐約雪城的制藥廠，以往都是定期手動(dòng)監(jiān)測(cè)廢水處理工藝中的溶解氧（DO）。應(yīng)用這種技術(shù)時(shí)，操作人員無(wú)法對(duì)曝氣池中的DO進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。為確保曝氣充分，避免因負(fù)荷變化導(dǎo)致的安全性問(wèn)題，他們的鼓風(fēng)曝氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了實(shí)際需要。現(xiàn)在，公司采用新的技術(shù)—— DO在線監(jiān)測(cè)儀后，操作人員可以連續(xù)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)曝氣池中的 DO水平。自動(dòng)變頻驅(qū)動(dòng)器（ VFDs ）可直接根據(jù) DO讀數(shù)情況，通過(guò)閉合線圈控制鼓風(fēng)曝氣機(jī)的運(yùn)作。系統(tǒng)升級(jí)后，耗電量?jī)H約為原先的 75%，為企業(yè)節(jié)省了相當(dāng)可觀的能源和維護(hù)費(fèi)用，預(yù)計(jì) BMS系統(tǒng)升級(jí)的投資收回期限不超過(guò) 1年。
公司簡(jiǎn)介
百時(shí)美施貴寶公司（BMS）是一家從事醫(yī)藥及相關(guān)保健產(chǎn)品生產(chǎn)的全球性企業(yè)，秉承“延長(zhǎng)人類壽命，提高生活質(zhì)量”的使命。位于紐約雪城的制藥廠是公司歷史最悠久、規(guī)模最大的工廠之一，建于 1943 年，是當(dāng)時(shí)聯(lián)邦政府遴選出的 12家大規(guī)模生產(chǎn)青霉素的公司之一。
廠區(qū)擁有員工近 800 人，占地 90 英畝，辦公、實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)車間總面積達(dá) 170 萬(wàn)平方英尺。BMS 在最先進(jìn)的中試車間中研發(fā)新的藥物，批量生產(chǎn)青霉素的一種活性組分——活性抗生素。藥廠擁有的大體積發(fā)酵設(shè)備在美國(guó)同行中是絕無(wú)僅有的。
周圍環(huán)境的一份子
生產(chǎn)部門在六十年后幡然醒悟，認(rèn)識(shí)到自己也是周圍環(huán)境的一份子。因而對(duì)周圍鄰居們的關(guān)注特別敏感，采取了很多有效措施以確保其處理工藝盡可能高效和充分。其中污水處理設(shè)施，包括臭味的控制和消除等，尤其受到關(guān)注。
BMS 以往一直是不惜犧牲能效，也要確保其處理工藝曝氣池中 DO 達(dá)標(biāo)。而今采用 Hach LDO?（熒光溶解氧）在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 24 小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)后，操作人員能隨時(shí)了解工藝的運(yùn)行狀況，從而及時(shí)對(duì)廢水水流的突發(fā)異?，F(xiàn)象做出應(yīng)對(duì)措施。自動(dòng)操作模式下 DO 測(cè)定的精確度相對(duì)手動(dòng)模式有所提高，因而效率較高，大大節(jié)約了能耗，且進(jìn)一步保障了臭味的控制消除效果。
BMS 處理工藝
BMS 的廢水處理是外包給新澤西州Covanta 能源公司的 Fairfield 下屬部門——古尼罕（Cunningham）環(huán)保有限公司的。污水處理由古尼罕公司的DeanMerritt 組長(zhǎng)負(fù)責(zé)，他和另外9 名古尼罕員工一起運(yùn)行設(shè)備。他們輪班監(jiān)管設(shè)備的運(yùn)行狀況，以確保出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。BMS工廠經(jīng)理 Dave Dombrosky 負(fù)責(zé)監(jiān)督Merritt 及其員工的工作。
工藝前處理設(shè)備的日處理水量為 120萬(wàn)加侖，出水排往雪城污水處理廠?！拔覀兊某鏊|(zhì)很好，”Merritt 說(shuō)，“已經(jīng)達(dá)標(biāo)，按規(guī)定本可以直接排放，只是廠區(qū)附近沒(méi)有受納水體。”
系統(tǒng)包括四個(gè)曝氣池，其中三個(gè)容水量為 190 萬(wàn)加侖的池子同時(shí)運(yùn)行，另一個(gè)容水量為 250 萬(wàn)加侖的池子則為周期 4 h 的旋轉(zhuǎn)式反硝化。每個(gè)曝氣池底部均裝有一個(gè)粗糙的曝氣裝置，其中容水量較小的由 7 個(gè) 200 馬力的正回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，容水量較大的由 4 個(gè) 300 馬力的離心式鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。每個(gè)曝氣池上方都有一個(gè)大圓頂覆蓋著，廢水處理過(guò)程中產(chǎn)生的氣體需要經(jīng)過(guò)除臭工藝。由4 個(gè) 100 馬力和 1 個(gè) 75 馬力的風(fēng)扇將氣體鼓吹到除臭器中。除臭器是塔狀填充材料組成的，污濁氣體經(jīng)次氯酸鹽和苛性堿溶液氧化，除去其中的硫化氫。
工藝難點(diǎn)
直到2003 年，曝氣池的 DO 值都是用手持式測(cè)量計(jì)監(jiān)測(cè)的。若測(cè)量結(jié)果低于排放標(biāo)準(zhǔn)，則運(yùn)行另一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)以提高DO值。若測(cè)量結(jié)果高于目標(biāo)值，則關(guān)閉一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)。
毫無(wú)疑問(wèn)，這種方法的確可以保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，但效率非常低下。因?yàn)楣娘L(fēng)機(jī)只有開(kāi)/關(guān)兩種工作模式——全速運(yùn)行，或閑置。若DO過(guò)低，或接近達(dá)標(biāo)臨界值，操作人員就會(huì)多運(yùn)行一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)；若DO過(guò)高，則會(huì)關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)。
問(wèn)題的關(guān)鍵在于因?yàn)橹皇嵌ㄆ诒O(jiān)測(cè)曝氣池中的 DO ，操作人員并不能確定最近的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否在一段時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定不變，抑或僅代表采樣瞬間的情況，采樣后 DO 可能立即出現(xiàn)變化。
這樣一來(lái)，系統(tǒng)常常是過(guò)量運(yùn)行鼓風(fēng)機(jī)，以保證曝氣池中 DO 達(dá)到安全底線。這就導(dǎo)致系統(tǒng)浪費(fèi)了很多能源，提高了運(yùn)行成本，且增加了系統(tǒng)維護(hù)和停工的時(shí)間。
改進(jìn)方案
操作人員一直在努力探求改進(jìn)工藝、提高曝氣效率的方法。若能實(shí)現(xiàn) DO 在線監(jiān)測(cè)，同時(shí)注意問(wèn)題數(shù)據(jù)，操作人員就可以更準(zhǔn)確、連續(xù)地監(jiān)測(cè)工況，減少鼓風(fēng)機(jī)不必要的運(yùn)行。操作人員設(shè)想的最理想的解決方案是在鼓風(fēng)機(jī)上裝一個(gè) DO 在線分析儀，曝氣系統(tǒng)能根據(jù) DO測(cè)量值自動(dòng)調(diào)整、運(yùn)行鼓風(fēng)機(jī)。利用變頻驅(qū)動(dòng)器（ VFDs ）控制鼓風(fēng)機(jī)，意味著一旦讀數(shù)消失，200 馬力的鼓風(fēng)機(jī)就不再需要全速運(yùn)行。若 DO讀數(shù)表明需要補(bǔ)充曝氣，則 VFDs 能恰好提供相應(yīng)的曝氣量。
最后的障礙
操作人員面臨的首要問(wèn)題是缺乏可信、重現(xiàn)性好的在線 DO 分析儀。處理工藝的操作溫度為112 ℉，而市售在線 DO 分析儀的最高耐受溫度僅 105 ℉，因而，操作人員無(wú)法在曝氣池中應(yīng)用在線 DO 分析技術(shù)?！皩?shí)現(xiàn)自動(dòng)化是我們一直以來(lái)的夢(mèng)想，”Merritt 說(shuō)，“但是，由于市售 DO 在線監(jiān)測(cè)儀的溫度操作范圍受限，該技術(shù)無(wú)法勝任連續(xù)監(jiān)測(cè)任務(wù)?！?/FONT>
哈希的解決方案
哈希 LDO? 技術(shù)創(chuàng)造性地將熒光技術(shù)應(yīng)用到DO 測(cè)定中，該技術(shù)引進(jìn)后，操作人員立即發(fā)現(xiàn)廢水處理工藝運(yùn)行的效率有了實(shí)質(zhì)性的提高。因?yàn)長(zhǎng)DO 探頭的最高耐受溫度為 122 ℉，遠(yuǎn)高于廢水處理工藝的溫度，這就解決了限制系統(tǒng)升級(jí)的根本問(wèn)題。哈希自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅避免了原先頻繁、不連續(xù)的手動(dòng)監(jiān)測(cè)過(guò)程，而且相對(duì)其他在線 DO測(cè)量?jī)x而言，清潔和維護(hù)工作大大減少。
Hach LDO? 傳感器的探頭表面涂有一層熒光材料。發(fā)光二極管（LED）發(fā)出的藍(lán)光照射在傳感器表面的熒光物質(zhì)上，熒光物質(zhì)受激發(fā)，發(fā)出紅光。工藝中的 DO 能縮短發(fā)出紅光的時(shí)間。測(cè)量藍(lán)光照射和紅光發(fā)射的時(shí)間差，經(jīng)校正可以得到出水或其他溶液的DO值。測(cè)量過(guò)程中，使用紅色的 LED 作為內(nèi)參比校正。
相對(duì)先前的DO測(cè)量技術(shù)，Hach LDO? 溶解氧在線分析儀有很多優(yōu)點(diǎn)。分析儀未使用傳統(tǒng)的膜、電解液和陰、陽(yáng)極，因而大大減少了維護(hù)工作，只需定期擦拭傳感器表面即可。唯一需要替換的零部件是傳感器帽，不過(guò)傳感器帽價(jià)格便宜，且替換方便。每次讀數(shù)均經(jīng)過(guò)內(nèi)參比液校正，傳感器不受 pH 值、硫化氫、重金屬或其他化合物的影響，因此系統(tǒng)能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)給出穩(wěn)定、正確的測(cè)量結(jié)果。立式安裝或浮球式安裝工具包方便用戶在任何需要的地方使用該分析儀。
系統(tǒng)升級(jí)Merritt 和 Dombrosky 從哈希代理商處了解到 Hach LDO? 溶解氧在線分析儀的相關(guān)信息后，立即意識(shí)到這種新技術(shù)所能帶來(lái)的巨大效益，以及如何權(quán)衡費(fèi)/效。他們決定在 Hach LDO? 溶解氧在線分析儀的三個(gè)月試用期內(nèi)盡可能收集數(shù)據(jù)，核算停止手動(dòng)監(jiān)測(cè)方案和鼓風(fēng)機(jī)能耗節(jié)省所帶來(lái)的潛在投資回報(bào)。
Domabrosky 說(shuō)，“我們需要證明系統(tǒng)升級(jí)的一次性巨額投資——鼓風(fēng)機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)器——的投資回收期是相對(duì)合理、可以接受的。”
試用結(jié)果表明系統(tǒng)升級(jí)后運(yùn)行費(fèi)用顯著降低，工作組向 BMS 申請(qǐng)投資購(gòu)買了鼓風(fēng)機(jī)的VFDs ，且又為其它曝氣池購(gòu)買了 3 臺(tái) LDO 分析儀。整個(gè)項(xiàng)目，包括 LDO 分析儀，VFDs 以及安裝費(fèi)，共計(jì)約 $ 65,000，預(yù)計(jì)系統(tǒng)升級(jí)的投資回收期不超過(guò) 1 年。
如今，BMS 的 4 個(gè)曝氣池中均由Hach LDO 溶解氧在線分析儀全自動(dòng)監(jiān)測(cè)。操作人員可以 24 小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)曝氣池中的 DO，DO 讀數(shù)經(jīng)程序邏輯控制器（PLC）分析，若讀數(shù)表明某曝氣池中仍需要曝氣，則 PLC 會(huì)自動(dòng)加速該池的鼓風(fēng)機(jī)。VFDs能提供適當(dāng)?shù)钠貧饬恳允?DO 恰好符合標(biāo)準(zhǔn)，而不是像過(guò)去那樣全速開(kāi)啟 200 馬力或 300 馬力的鼓風(fēng)機(jī)，浪費(fèi)很多能量?！昂翢o(wú)疑問(wèn)，我們?cè)谫?gòu)買哈希的分析儀、安裝鼓風(fēng)機(jī)的VFDs 時(shí)，需要考慮成本因素，” Merritt 說(shuō)，“但是我們認(rèn)識(shí)到：系統(tǒng)升級(jí)后，運(yùn)行費(fèi)用得到了有效控制，從中節(jié)約的成本是巨大的。我們只要將系統(tǒng)設(shè)置在維持 2 ppm DO，然后就讓它自動(dòng)運(yùn)行
Hach LDO? 溶解氧在線分析儀自動(dòng)將 DO 讀數(shù)輸入 PLC 后，PLC 會(huì)加速或減慢鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行速度，以維持曝氣池中 DO 為 2 ppm。DO 測(cè)量方法具有持續(xù)性、可重復(fù)性和可靠性，系統(tǒng)的處理效果與效率相對(duì)我們?cè)炔捎玫募夹g(shù)有了很大的提高。
在線監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)由原先周期性地手動(dòng)操作升級(jí)到在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)，操作人員立即就能體會(huì)到諸多便捷之處。除了 VFDs 能節(jié)省能耗外，操作人員也發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)中的問(wèn)題和不足。但總體看來(lái)，系統(tǒng)升級(jí)后不再需要手動(dòng)監(jiān)測(cè)，大大減少了維護(hù)工作和工作人員的勞動(dòng)量，同時(shí)，VFDs 的應(yīng)用也減輕了鼓風(fēng)機(jī)的工作負(fù)荷。
投資回報(bào)Hach LDO? 溶解氧在線分析儀能連續(xù)監(jiān)測(cè)DO，DO 讀數(shù)自動(dòng)輸入PLCs后，由 VFDs 根據(jù)讀數(shù)情況驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)曝氣機(jī)。由此節(jié)約的能耗是相當(dāng)可觀的。Hach LDO? 探頭為 BMS 的每個(gè)曝氣池節(jié)約能耗費(fèi)用達(dá) $ 24,000 /年。若三個(gè)曝氣池同時(shí) 24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，那么僅能耗一項(xiàng)就能為企業(yè)節(jié)省$72,000 /年，這對(duì)于能耗 $ 100,000 /年的企業(yè)而言，是相當(dāng)可觀的一筆數(shù)目。
盡管未核算其它相關(guān)的資金節(jié)省情況，但工作人員預(yù)計(jì)這也是相當(dāng)可觀的。手動(dòng)采樣監(jiān)測(cè)DO和檢查鼓風(fēng)機(jī)所需要的勞動(dòng)量、維護(hù)和耗材都大大減少了。由于不再過(guò)量曝氣，臭味控制和消除工藝中除臭器的負(fù)荷減少了 25％ ，從而節(jié)省了能耗、勞動(dòng)力、耗材和維護(hù)費(fèi)用。也許系統(tǒng)升級(jí)帶給我們的最大利益是無(wú)法計(jì)算的：操作人員從此能便捷準(zhǔn)確地了解和控制整個(gè)工藝流程。
“過(guò)去，如果發(fā)現(xiàn) DO 達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值，我們會(huì)打開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)，”Merritt 說(shuō)，“但是我們不知道測(cè)得的 DO 值到底是反映采樣瞬間的 DO 水平呢，還是反映一段時(shí)間內(nèi)的 DO 水平？而我們又不能冒險(xiǎn)，那就只能浪費(fèi)空氣和能量。如今，我們隨時(shí)掌握著工藝的運(yùn)行情況，系統(tǒng)能自動(dòng)地使用適量的能量、空氣穩(wěn)定運(yùn)行。
與此同時(shí)，工作人員加強(qiáng)了和當(dāng)?shù)厥姓鬯幚韽S的合作關(guān)系，該污水處理廠可以證明 BMS的出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。盡管BMS的有些鄰居可能并不了解，但他們完全可以相信 BMS 一直在努力地做個(gè)好鄰居，積極探求新技術(shù)來(lái)改進(jìn)工藝，保護(hù)環(huán)境。
（轉(zhuǎn)載）
