A-O法污水處理系統過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，是目前實際工程中廣泛采用的生物脫氮工藝。對于已建無脫氮功能的傳統活性污泥法污水處理廠經過適當的改造，很容易改造成A/O工藝實現脫氮目的。本研究對A/O生物脫氮工藝過程控制進行研究，在全面分析國內外污水生物處理智能控制和活性污泥法動力學模型研究現狀的基礎上，以實際生活污水為研究對象，通過試驗對A/O生物脫氮工藝的影響因素和運行參數進行研究，確定了工藝的控制對象和控制策略，并探索了用DO、pH值、ORP作為控

2、制參數的可行性，對于實現A/O生物脫氮工藝在線控制具有重要的現實意義。 關于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之一。A/O連續(xù)流工藝連續(xù)進水，進水水質水量是隨時間變化的，在無調節(jié)池的情況下，水流在反應系統的停留時間也是變化的，因此根據進水氨氮負荷變化，通過控制曝氣量的大小，可以間接控制硝化反應速率，從而充分利用反應器容積，使出水水質滿足排放指標要求。在反應系統堿度充足的條件下，通過pH值變化可以判斷處理系統曝氣量

3、過量與否。在曝氣過量的情況下，pH值沿反應器推流的方向出現一個最低點，通過這個最低點，可以判斷硝化反應的結束點；但在曝氣適量或曝氣不足的情況下，pH值沿反應器推流方向一直下降，無法通過pH值的變化判斷硝化反應的結束點。 研究發(fā)現用平均溶解氧濃度能間接反映處理系統的耗氧情況，可以用平均溶解氧濃度，來判斷反應系統的曝氣狀態(tài)是過量、適量還是不足，從而控制處理系統的供氣量，降低能耗費用。當通過pH值變化無法判斷硝化反應的進程及供氣量大小

4、時，此時可通過控制反應系統的平均DO濃度在2.5～3.0mg/L范圍內，優(yōu)化供氣量。 對曝氣過渡區(qū)的控制，可根據進水水質和環(huán)境變量的變化，合理分配缺氧區(qū)和好氧區(qū)的容積比，有效利用反應器容積。當進水氨氮負荷低時關閉曝氣過渡區(qū)，增加缺氧區(qū)的容積，延長反硝化的時間，提高TN的去除率；當進水氨氮負荷較高時，啟動曝氣過渡區(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指標。如果DO不是反應過程的限制因素，當環(huán)境溫度升高時可通過關閉曝

5、氣過渡區(qū)來加大缺氧區(qū)容積，延長反硝化水力停留時間，充分利用進水中的碳源進行反硝化，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：總回流比由進水總氮濃度和出水NOx--N的設定值來確定，通過使缺氧區(qū)出水NOx--N濃度保持在2mg/L左右來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。由于進水氨氮負荷較高，為防止污泥在二沉池中發(fā)生反硝化，引起污泥上浮現象，采用前饋

6、控制來實現定污泥濃度控制，污泥回流比在100～150％較高的范圍內變化。 研究引入BP神經網絡的理論與方法，根據試驗所得總回流比、碳源投加量與出水TN濃度的數據對BP神經網絡進行訓練并檢驗，檢驗的預測輸出值與試驗測量值具有很好的一致性?？梢?，神經網絡作為一種新型無參數模型，能夠很好的模擬A/O生物脫氮系統的性能，并且通過建立的三維仿真模型，可以尋找到它們之間的最佳配合關系，優(yōu)化系統的運行，降低運行費用。 通過對A/O生物

7、脫氮工藝的分析，確定了以缺氧區(qū)NOx--N濃度為控制目標來計算外加碳源投加量的方法；通過對外加碳源投加量、總回流比和出水總氮關系的分析，基于ASMNo.1建立了A/O工藝外碳源投加的數學模型；并在Matlab程序下對PI控制器和前饋PI控制器的控制效果進行了仿真比較，結果表明前饋PI控制器具有較好的控制效果。 在生物反硝化過程中，參與氧化還原反應的氧化態(tài)物質和還原態(tài)物質主要是硝酸鹽和進水中的易生物降解的有機物，其變化可以用ORP

8、來表示。當缺氧區(qū)的硝酸鹽濃度在3～18mg/L之間變化時，ORP的絕對值同時受硝酸鹽濃度和CODcr濃度的影響，很難用ORP的絕對值確定缺氧區(qū)硝酸鹽濃度；但是，從ORP的絕對值是否高于-160mV或者低于-230mV，可以判斷缺氧區(qū)硝酸鹽濃度是否過高或者已經被全部還原(即在3～18mg/L以外)，可將此作為工藝運行狀態(tài)與運行參數調節(jié)的依據。 為了進一步提高處理系統的脫氮效率，研究中還對A/O推流反應器做了適當的變形，形成串級缺氧