A-O法污水處理系統(tǒng)過(guò)程控制與外碳源投加仿真.pdf

1、A/O工藝是一種前置反硝化工藝，是目前實(shí)際工程中廣泛采用的生物脫氮工藝。對(duì)于已建無(wú)脫氮功能的傳統(tǒng)活性污泥法污水處理廠經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)母脑欤苋菀赘脑斐葾/O工藝實(shí)現(xiàn)脫氮目的。本研究對(duì)A/O生物脫氮工藝過(guò)程控制進(jìn)行研究，在全面分析國(guó)內(nèi)外污水生物處理智能控制和活性污泥法動(dòng)力學(xué)模型研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以實(shí)際生活污水為研究對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)A/O生物脫氮工藝的影響因素和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行研究，確定了工藝的控制對(duì)象和控制策略，并探索了用DO、pH值、ORP作為控

2、制參數(shù)的可行性，對(duì)于實(shí)現(xiàn)A/O生物脫氮工藝在線控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 關(guān)于A/O連續(xù)流工藝的控制一直是污水生物處理控制的難點(diǎn)之一。A/O連續(xù)流工藝連續(xù)進(jìn)水，進(jìn)水水質(zhì)水量是隨時(shí)間變化的，在無(wú)調(diào)節(jié)池的情況下，水流在反應(yīng)系統(tǒng)的停留時(shí)間也是變化的，因此根據(jù)進(jìn)水氨氮負(fù)荷變化，通過(guò)控制曝氣量的大小，可以間接控制硝化反應(yīng)速率，從而充分利用反應(yīng)器容積，使出水水質(zhì)滿足排放指標(biāo)要求。在反應(yīng)系統(tǒng)堿度充足的條件下，通過(guò)pH值變化可以判斷處理系統(tǒng)曝氣量

3、過(guò)量與否。在曝氣過(guò)量的情況下，pH值沿反應(yīng)器推流的方向出現(xiàn)一個(gè)最低點(diǎn)，通過(guò)這個(gè)最低點(diǎn)，可以判斷硝化反應(yīng)的結(jié)束點(diǎn)；但在曝氣適量或曝氣不足的情況下，pH值沿反應(yīng)器推流方向一直下降，無(wú)法通過(guò)pH值的變化判斷硝化反應(yīng)的結(jié)束點(diǎn)。 研究發(fā)現(xiàn)用平均溶解氧濃度能間接反映處理系統(tǒng)的耗氧情況，可以用平均溶解氧濃度，來(lái)判斷反應(yīng)系統(tǒng)的曝氣狀態(tài)是過(guò)量、適量還是不足，從而控制處理系統(tǒng)的供氣量，降低能耗費(fèi)用。當(dāng)通過(guò)pH值變化無(wú)法判斷硝化反應(yīng)的進(jìn)程及供氣量大小

4、時(shí)，此時(shí)可通過(guò)控制反應(yīng)系統(tǒng)的平均DO濃度在2.5～3.0mg/L范圍內(nèi)，優(yōu)化供氣量。 對(duì)曝氣過(guò)渡區(qū)的控制，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和環(huán)境變量的變化，合理分配缺氧區(qū)和好氧區(qū)的容積比，有效利用反應(yīng)器容積。當(dāng)進(jìn)水氨氮負(fù)荷低時(shí)關(guān)閉曝氣過(guò)渡區(qū)，增加缺氧區(qū)的容積，延長(zhǎng)反硝化的時(shí)間，提高TN的去除率；當(dāng)進(jìn)水氨氮負(fù)荷較高時(shí)，啟動(dòng)曝氣過(guò)渡區(qū)，增加好氧區(qū)的容積，首先保證出水氨氮濃度滿足出水水質(zhì)指標(biāo)。如果DO不是反應(yīng)過(guò)程的限制因素，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)可通過(guò)關(guān)閉曝

5、氣過(guò)渡區(qū)來(lái)加大缺氧區(qū)容積，延長(zhǎng)反硝化水力停留時(shí)間，充分利用進(jìn)水中的碳源進(jìn)行反硝化，減少外碳源的投加量。 研究確定了總回流比和碳源投加量的控制方案：總回流比由進(jìn)水總氮濃度和出水NOx--N的設(shè)定值來(lái)確定，通過(guò)使缺氧區(qū)出水NOx--N濃度保持在2mg/L左右來(lái)控制外加碳源的投加量。這樣既保證了回流的硝酸鹽量，又容易判斷碳源投加的最佳量，節(jié)省碳源的投加量。由于進(jìn)水氨氮負(fù)荷較高，為防止污泥在二沉池中發(fā)生反硝化，引起污泥上浮現(xiàn)象，采用前饋

6、控制來(lái)實(shí)現(xiàn)定污泥濃度控制，污泥回流比在100～150％較高的范圍內(nèi)變化。 研究引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論與方法，根據(jù)試驗(yàn)所得總回流比、碳源投加量與出水TN濃度的數(shù)據(jù)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練并檢驗(yàn)，檢驗(yàn)的預(yù)測(cè)輸出值與試驗(yàn)測(cè)量值具有很好的一致性?？梢?jiàn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種新型無(wú)參數(shù)模型，能夠很好的模擬A/O生物脫氮系統(tǒng)的性能，并且通過(guò)建立的三維仿真模型，可以尋找到它們之間的最佳配合關(guān)系，優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行，降低運(yùn)行費(fèi)用。 通過(guò)對(duì)A/O生物

7、脫氮工藝的分析，確定了以缺氧區(qū)NOx--N濃度為控制目標(biāo)來(lái)計(jì)算外加碳源投加量的方法；通過(guò)對(duì)外加碳源投加量、總回流比和出水總氮關(guān)系的分析，基于ASMNo.1建立了A/O工藝外碳源投加的數(shù)學(xué)模型；并在Matlab程序下對(duì)PI控制器和前饋PI控制器的控制效果進(jìn)行了仿真比較，結(jié)果表明前饋PI控制器具有較好的控制效果。 在生物反硝化過(guò)程中，參與氧化還原反應(yīng)的氧化態(tài)物質(zhì)和還原態(tài)物質(zhì)主要是硝酸鹽和進(jìn)水中的易生物降解的有機(jī)物，其變化可以用ORP

8、來(lái)表示。當(dāng)缺氧區(qū)的硝酸鹽濃度在3～18mg/L之間變化時(shí)，ORP的絕對(duì)值同時(shí)受硝酸鹽濃度和CODcr濃度的影響，很難用ORP的絕對(duì)值確定缺氧區(qū)硝酸鹽濃度；但是，從ORP的絕對(duì)值是否高于-160mV或者低于-230mV，可以判斷缺氧區(qū)硝酸鹽濃度是否過(guò)高或者已經(jīng)被全部還原(即在3～18mg/L以外)，可將此作為工藝運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行參數(shù)調(diào)節(jié)的依據(jù)。 為了進(jìn)一步提高處理系統(tǒng)的脫氮效率，研究中還對(duì)A/O推流反應(yīng)器做了適當(dāng)?shù)淖冃?，形成串?jí)缺氧