多箱一體化活性污泥工藝優(yōu)化與過(guò)程控制研究.pdf

1、多箱一體化活性污泥法是在借鑒UNITANK、A<'2>O等工藝優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上研發(fā)的新型脫氮除磷工藝，通過(guò)周期運(yùn)行自動(dòng)完成混合液與(部分)污泥回流，具有高效節(jié)能的特點(diǎn)，工藝過(guò)程自動(dòng)控制要求較高。 為發(fā)揮工藝的優(yōu)勢(shì)，獲得理想的脫氮除磷效果，本論文系統(tǒng)研究了多箱一體化活性污泥工藝(包括五箱一體化活性污泥工藝與六箱一體化活性污泥工藝)的優(yōu)化與過(guò)程控制問(wèn)題。以實(shí)際生活污水為研究對(duì)象進(jìn)行小試，通過(guò)實(shí)驗(yàn)與模型模擬優(yōu)化工藝參數(shù)，探索了工藝過(guò)程的

2、污泥回流、階段轉(zhuǎn)換以及碳源添加的控制規(guī)律。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論總結(jié)如下： 1．多箱一體化活性污泥反應(yīng)器的水力特性通過(guò)示蹤劑試驗(yàn)研究反應(yīng)器的水力特性，采用單向進(jìn)水與交替進(jìn)水兩種工況進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。研究結(jié)果表明：?jiǎn)蜗蜻M(jìn)水時(shí)，單個(gè)反應(yīng)池的反應(yīng)器階式效應(yīng)數(shù)N接近于1，單池趨于CSTR。把五箱一體化活性污泥反應(yīng)器的四個(gè)反應(yīng)池作為整體時(shí)，反應(yīng)器階式效應(yīng)數(shù)為4.2，六箱一體化活性污泥反應(yīng)器五個(gè)反應(yīng)池整體的反應(yīng)器階式效應(yīng)數(shù)為5.4；交替進(jìn)水時(shí)，一

3、周期內(nèi)，不同時(shí)間投加示蹤劑得到的停留時(shí)間分布曲線以及N值不同，五箱一體化活性污泥反應(yīng)器的N在2.5左右，六箱一體化活性污泥反應(yīng)器的N在3左右，說(shuō)明由于周期性交替進(jìn)水，反應(yīng)器整體的完全混合特征加強(qiáng)，在工藝上表現(xiàn)為通過(guò)交替進(jìn)水自動(dòng)完成混合液與污泥的回流。 2．反應(yīng)器內(nèi)污泥分布模型與污泥回流量的控制基于對(duì)反應(yīng)器水力特性的研究建立反應(yīng)器內(nèi)污泥分布模型，模擬不同的階段時(shí)間設(shè)定下反應(yīng)器內(nèi)各池的污泥濃度變化規(guī)律，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果表明

4、：六箱一體化活性污泥工藝周期為16h時(shí)，污泥回流比為55％能保持反應(yīng)器內(nèi)活性污泥量的穩(wěn)定。給出多箱一體化活性污泥工藝的相當(dāng)內(nèi)回流率r<,el>與相當(dāng)污泥回流率r<,es>的概念。在設(shè)定的工況下，五箱一體化活性污泥工藝的周期內(nèi)平均相當(dāng)污泥回流率r<,es>為48％，平均相當(dāng)內(nèi)回流率r<,el>為147％，六箱工藝的r<,el>為117％。 對(duì)六箱工藝，基于在不同階段設(shè)置下保持反應(yīng)器內(nèi)活性污泥總量穩(wěn)定的目的，以半周期平均污泥濃度偏

5、差以及偏差的變化為輸入變量，污泥回流量的變化為輸出變量，建立了污泥回流量的模糊控制系統(tǒng)。 3．多箱一體化活性污泥工藝生物過(guò)程的數(shù)學(xué)描述基于過(guò)程控制目的，建立多箱一體化活性污泥工藝生物過(guò)程的簡(jiǎn)化模型并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。采用常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)作為模型的輸入輸出組分，過(guò)程速率方程采用線性表達(dá)式。對(duì)五箱工藝，試驗(yàn)確定各反應(yīng)速率常數(shù)，得出化學(xué)計(jì)量系數(shù)c<,2,NO<,3>>為0.15 g(N)/g(COD)，C<,4，PO<,4>>為0.22 g

6、(P)/g(COD)，工藝過(guò)程中好氧(包括缺氧)吸磷量與厭氧釋磷量比的均值為1.315。研究結(jié)果表明：模型能夠系統(tǒng)描述工藝去除氮磷的完整過(guò)程，預(yù)測(cè)階段時(shí)間與反應(yīng)池內(nèi)各污染物降解的關(guān)系以及不同進(jìn)水水質(zhì)下去除氮磷所需的碳源量，適用于工藝的過(guò)程控制。 4．階段轉(zhuǎn)換規(guī)律的試驗(yàn)研究與控制系統(tǒng)的建立階段時(shí)間是本工藝過(guò)程控制關(guān)注的重點(diǎn)，取主體階段一為重點(diǎn)研究對(duì)象，試驗(yàn)研究各反應(yīng)池內(nèi)污染物以及DO、ORP、pH等環(huán)境變量隨階段時(shí)間的變化規(guī)律。

7、研究結(jié)果表明：以城市污水為進(jìn)水時(shí)，難以用環(huán)境變量作為階段轉(zhuǎn)換控制指標(biāo)：直接以污染物濃度及其變化率為階段時(shí)間控制參數(shù)，試驗(yàn)得出各控制參數(shù)的設(shè)定值。 建立了多箱一體化活性污泥工藝階段轉(zhuǎn)換的專家控制系統(tǒng)，由于階段的控制與其他子控制系統(tǒng)的相聯(lián)性，給出多箱一體化工藝過(guò)程控制的樹(shù)狀知識(shí)庫(kù)結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了階段轉(zhuǎn)換的專家控制決策樹(shù)。 5．進(jìn)水碳源含量對(duì)去除氮磷的影響與進(jìn)水分配及碳源添加控制系統(tǒng)的建立試驗(yàn)研究進(jìn)水有機(jī)物量不同時(shí)，工藝厭氧

8、釋磷和缺氧反硝化的程度以及出水水質(zhì)。研究結(jié)果表明：當(dāng)進(jìn)水中COD量較低時(shí)，五箱工藝有明顯的反硝化除磷現(xiàn)象(DBPR)，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)；而六箱工藝中沒(méi)有明顯的DBPR現(xiàn)象，且出水不能達(dá)標(biāo)，要考慮外加碳源。進(jìn)水中COD量中等時(shí)，通過(guò)進(jìn)水分配調(diào)節(jié)，六箱工藝出水氮磷能夠達(dá)標(biāo)。 基于所建的簡(jiǎn)化模型，設(shè)計(jì)多箱一體化工藝基于模型的前饋—反饋進(jìn)水分配以及外碳源添加控制器?；究刂扑枷胧翘荚床蛔銜r(shí)，通過(guò)強(qiáng)化工藝缺氧反硝化聚磷作用、調(diào)控進(jìn)水分配等手