基于ao生物脫氮工藝在線過程控制的基礎(chǔ)研究

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1、博士學(xué)位論文A/O生物脫氮工藝在線過程控制的基礎(chǔ)研究FUNDAMENTALSTUDYONON-LINEPROCESSCONTROLINA/ONITROGENREMOVALPROCESS馬勇哈爾濱工業(yè)大學(xué)2006年1月國內(nèi)圖書分類號(hào)：TU992.3國際圖書分類號(hào)：628.356工學(xué)博士學(xué)位論文A/O生物脫氮工藝在線過程控制的基礎(chǔ)研究博士研究生：馬勇導(dǎo)師：彭永臻教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè)：市政工程所在單位：市政環(huán)境工程學(xué)院答辯日期：2006年1月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)Classifiedindex:TU992.3U

2、.D.C:628.356DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringFUNDAMENTALSTUDYONON-LINEPROCESSCONTROLINA/ONITROGENREMOVALPROCESSCandidate：MaYongSupervisor：Prof.PengYongzhenAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MunicipalEngineeringSchoolofMunicipalandAffi

3、liation：EnvironmentalEngineeringDateofOralExamination：January,2006University：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要富營養(yǎng)化問題是當(dāng)今世界面臨的最主要的水污染問題之一。近年來，雖然我國污水處理率不斷提高，但是由氮磷污染引起的水體富營養(yǎng)問題不僅沒有解決，而且有日益嚴(yán)重的趨勢。目前我國污水處理廠脫氮除磷普遍存在著能耗高、效率低以及運(yùn)行不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。如何提高傳統(tǒng)工藝脫氮除磷的效果，解決我國日益嚴(yán)重的水污染問題，在我國現(xiàn)階段無論從節(jié)省資

4、金、提高污水處理效果和優(yōu)化污水脫氮除磷工藝等方面都具有重大意義。A/O（缺氧/好氧）工藝是目前實(shí)際工程中應(yīng)用最廣泛的生物脫氮工藝，由于缺乏有效的運(yùn)行控制策略導(dǎo)致脫氮效率較低、運(yùn)行不穩(wěn)定、費(fèi)用高。為了全面系統(tǒng)的對(duì)A/O工藝過程控制進(jìn)行研究，采用“小試－中試－數(shù)學(xué)模擬”相結(jié)合的研究方式。全面系統(tǒng)地研究了A/O工藝運(yùn)行優(yōu)化及其過程控制的問題，考察了不同運(yùn)行工況下系統(tǒng)的處理效果，確定了過程控制變量及其運(yùn)行策略。在國內(nèi)外首次全面系統(tǒng)地研究了A/O工藝硝化反硝化過程中環(huán)境變量DO、ORP和pH值的變化規(guī)律，考察了它們作為控制參數(shù)的可行性。

5、在國內(nèi)外首次全面系統(tǒng)地研究了A/O工藝實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化的主要影響因素以及如何維持穩(wěn)定的亞硝酸氮積累率。工藝特性分析可知A/O工藝多輸入多輸出控制系統(tǒng)可以解藕為5個(gè)單輸入單輸出控制系統(tǒng)－曝氣量控制、過渡區(qū)控制、污泥量控制、內(nèi)循環(huán)回流量控制和外碳源投加量控制。針對(duì)曝氣量控制，試驗(yàn)獲得：當(dāng)硝化反應(yīng)完成時(shí)，pH值沿反應(yīng)器推流方向上一般出現(xiàn)一個(gè)最低點(diǎn)。提出了恒定DO控制、反饋控制、前饋反饋控制和OUR控制等四種策略，而DO前饋-反饋控制策略無論從滿足出水氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)、克服外界干擾以及節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用等方面都優(yōu)于其它控制策略。為了避免曝氣量

6、控制過程中DO濃度過高或過低的情況，提出了DO濃度和好氧區(qū)體積綜合控制思想，并設(shè)定好氧區(qū)DO濃度的上限值和下限值分別為3.5mg/L和0.5mg/L。研究發(fā)現(xiàn)基于污泥層高度控制污泥回流量優(yōu)于傳統(tǒng)的恒定污泥回流量或污泥回流比控制，可提高出水水質(zhì)，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。恒定SRT控制系統(tǒng)優(yōu)于恒定MLSS控制系統(tǒng)，可減少污泥排放量、降低污泥膨脹發(fā)生率，實(shí)際運(yùn)行過程中，應(yīng)盡可能維持較低的SRT?；谖勰嗷亓髁亢褪Ｓ辔勰嗯欧帕靠刂谱兞?，建立了兩個(gè)新型綜合控制策略以及系統(tǒng)優(yōu)化控制器，由模擬結(jié)果可知無論從出水水質(zhì)還是從運(yùn)行費(fèi)用方面，都優(yōu)于傳統(tǒng)的

7、恒定值控制模式?；贏/O工藝對(duì)進(jìn)水有機(jī)碳源利用效率的分析，獲得內(nèi)循環(huán)回流量的最優(yōu)控制策略就是以維持缺氧區(qū)末端硝態(tài)氮濃度處于設(shè)定值(1~3mg/L)來控制內(nèi)循環(huán)回流量，從而充分利用缺氧區(qū)的反硝化潛力，提高系統(tǒng)脫氮效率和進(jìn)水碳源-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文利用率。針對(duì)A/O工藝進(jìn)水碳源不足，脫氮率較低的問題，建立了兩種外碳源投加控制策略：串級(jí)控制策略和前饋－反饋控制策略。為實(shí)現(xiàn)A/O工藝反硝化反應(yīng)的優(yōu)化控制，提出了6個(gè)內(nèi)循環(huán)回流和外碳源投加綜合性控制策略，并獲得它們的最優(yōu)控制策略。研究發(fā)現(xiàn)不同外碳源對(duì)應(yīng)的污泥反硝化特性不

8、同，乙醇是相對(duì)最優(yōu)的外加碳源，具有反硝化速率高、污泥產(chǎn)率低、響應(yīng)迅速和運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)勢。首次全面系統(tǒng)地研究了應(yīng)用模擬生活污水和實(shí)際生活污水，DO、pH和ORP在線傳感器作為A/O工藝過程控制參數(shù)的可行性。研究發(fā)現(xiàn)控制好氧區(qū)第1格室曝氣量恒定，可得該格室DO濃度(DOfirst