光伏驅(qū)動一體式分散型農(nóng)村污水生物處理及其自動化控制研究.pdf

1、分散型污水生物處理系統(tǒng)的電耗是運行費用的主要支出之一。在我國一些偏遠地區(qū)特別是農(nóng)村地區(qū),多采用布局靈活的分散型污水處理系統(tǒng),但政府投資興建的污水處理設(shè)施由于缺乏資金而無法正常運行。太陽能被認為是最具前途的新能源之一。分散型農(nóng)村污水排放方式為間歇排放,生物膜法具有較強的抗沖擊能力,結(jié)合分段進水工藝可以根據(jù)污水的排放規(guī)律靈活的調(diào)整進水流量,因此本論文以太陽能為農(nóng)村分散污水處理的動力能源,建立了光伏驅(qū)動一體式分段進水生物膜反應(yīng)器來研究分散型農(nóng)

2、村污水生物處理,降低污水處理系統(tǒng)的運行成本,為分散型農(nóng)村污水處理提供技術(shù)支持。
　　 本論文通過對太陽能資源的調(diào)研和監(jiān)測,依據(jù)污水處理反應(yīng)器負載能耗大小,設(shè)計計算得到光伏發(fā)電系統(tǒng)的總?cè)萘?。為了充分利用太陽能資源,建立了高、中、低能耗以及夜間4種不同能耗等級的污水處理運行模式,同時引入了PLC(ProgrammableLogicController,可編程邏輯控制器)自動控制系統(tǒng),以蓄電池的電壓為輸入變量,根據(jù)蓄電池電壓值來自動選

3、擇相應(yīng)能耗等級的運行模式。通過不同進水負荷、C/N、溫度和填料對反應(yīng)器污水處理效果的影響來優(yōu)化反應(yīng)器的運行條件,并考察了不同能耗等級和自控運行下的污水處理效果,獲得主要結(jié)果如下:
　　 (1)對太陽能輻射強度的周期變化進行了調(diào)研和實地監(jiān)測,結(jié)果顯示:北京地區(qū)太陽輻射量全年平均為4686MJ/m2～5690MJ/m2,年平均日照時數(shù)在2000～2800h之間。反應(yīng)器負載最大功率為420W,通過計算最終確定了光伏組件的容量為:太陽能

4、電池板串聯(lián)數(shù)為2,并聯(lián)數(shù)為4,考慮到充電余量,選取選用10塊太陽能電池板,總功率大小為1350W,容量大小為100Ah。
　　 (2)PLC自動化控制系統(tǒng)通過蓄電池電壓的變化,實現(xiàn)光伏電力的自動化控制與分配。當蓄電池電壓23V≤＜U＜24V時,運行低能耗等級A/O工藝,當蓄電池組電壓值24V≤U＜25V時,運行中能耗兩段式分段進水工藝,當蓄電池組電壓值U≥25V時,運行高能耗三段式分段進水工藝,當蓄電池組電壓值22.5V≤U＜2

5、3V時,系統(tǒng)將開啟夜間過渡模式。
　　 (3)研究了不同流量分配、C/N和溫度對污水處理效果的影響,其主要結(jié)果是,流量分配為5.25L/h、3.25L/h和1.25L/h時負荷分配均勻,CODCr、NH3-N和TN的去除率分別為92.5%、68.68%和59.8%。C/N低于3.5時不利于脫氮,水溫低于14℃時,硝化過程受抑制,影響脫氮效果。
　　 (4)高能耗運行模式下的污水處理效果明顯優(yōu)于中能耗和低能耗,中能耗和低能

6、耗運行模式下的污水處理效果相近。夜間模式只作為太陽輻射強度弱時的過渡,暫不考慮其運行效果。自控干預(yù)下運行初期30d內(nèi),CODCr的去除率達到90%,出水濃度在25～40mg/L之間,NH3-N和TN的去除率分別為16%和22%;運行30d后,NH3-N和TN的去除率上升到81%和78%,CODCr去除率達90%以上。
　　 (5)對不同填料掛膜的初步探討,空心球填料、彈性立體纖維填料和軟性填料對CODCr的去除效果都很高,出水濃

7、度都在20mg/L左右。軟性填料和空心球填料的出水氨氮未檢出,前期由于軟性填料的接種容易附著吸附,總氮去除效果優(yōu)于其他兩種,而后期,由于空心球填料擁有較大的比表面積,能夠為微生物提供了更大的棲息和附著空間,使得微生物大量的附著生長,去除效果逐漸穩(wěn)定升高。
　　 通過本論文的研究,在自動化控制系統(tǒng)下,太陽能驅(qū)動一體式分段進水生物膜反應(yīng)器能夠有效地結(jié)合太陽輻射強度的變化,自動選擇相應(yīng)能耗等級的污水處理模式,可使污水CODCr去除率達