化学生物絮凝-悬浮填料床组合工艺自动控制研究

摘要

本文针对城市污水二级处理工艺存在的基建投资大、运行费用高、处理过程中对磷的去除效果不稳定等问题，在化学生物絮凝-悬浮填料床中试装置基础上，研究了组合工艺对城市污水的处理。分析了化学生物絮凝工艺特点和污染物去除的规律；结合悬浮填料床的硝化试验，建立了悬浮填料床硝化动力学模型，从机理上揭示了悬浮填料床生物硝化特性。在中试装置上配备了自动控制系统，设计了化学生物絮凝工艺加药量自动控制和悬浮填料床硝化自动控制两个子系统，分析自动控制运行的经济性。 化学生物絮凝工艺的中试研究结果表明，工艺启动速度快，在加药量为70mg/L(液体)、水力停留时间(HRT)为35min、三格曝气量分别为6.0m3/h、3.5m3／h、0．8m3／h时，出水CODCr、NH3-N、TP、SS等污染物浓度均能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中二级标准的要求。化学生物絮凝工艺对CODCr、TP和SS的去除率较传统化学强化一级工艺约高25﹪、12﹪和10﹪。 采用分子生物学技术对化学生物絮凝池内的污泥进行分析显示，在化学生物絮凝池中，污泥含有丰富的微生物种群、稳定的生态结构和良好的污泥活性。化学生物絮凝工艺对污水中悬浮颗粒物和重金属具有良好的去除效果。 悬浮填料床中试试验研究结果表明：挂膜时间短，硝化效果良好。气水比控制在3：1，DO为3.5-4.0mg/L，HRT控制在4h为最佳的运行工况。基于Monod方程建立硝化反应动力学模型，氨氮浓度为0.5-2.1mg/L时，硝化过程遵循半级反应，半级反应速度常数k1/2为0．48(g／m)0.5／d；氨氮浓度大于2.1mg/L，硝化反应符合零级动力学，rmax为0．71g/(m2·d)。 化学生物絮凝工艺自动控制系统试验研究表明： ①化学生物絮凝-悬浮填料床组合工艺自动控制系统采用集散式测控，监控利用PLC+PC模式，根据组合工艺的控制要求，从硬件配置和软件设计上进行配备。控制系统操作简单、界面生动，运行稳定。 ②根据中试试验结果，建立化学生物絮凝工艺加药量与进水TP浓度之间的函数关系式为：加药量F(ml／min)=0．02285×Qin×IPin×MR×B/N。 ③化学生物絮凝工艺总磷自动控制采用前馈／反馈控制系统，在前馈控制下，加药量的变化趋势与进水总磷浓度变化基本一致；而反馈控制对加药量具有微调效果。 ④摩尔比(MR)优化试验表明，MR的设置对化学生物絮凝工艺污染物去除具有重要影响，MR控制在1.8～2.0较适合化学生物絮凝工艺的运行。 ⑤利用自动控制系统对化学生物絮凝反应池三个廊道内的溶解氧浓度进行反馈控制，三个廊道内的溶解氧浓度保持稳定，波动幅度在0.5mg/L以内。 ⑥化学生物絮凝加药量自动控制系统的经济性分析表明，自动控制比手动控制可节约20～30﹪的药剂量。对于一个日处理量为5×104t／d污水处理厂，自动控制加药量每年可以节约药剂费约15×104元。 悬浮填料床硝化自动控制系统试验研究表明： ①系统曝气量根据混合液中的溶解氧浓度进行调节，抗氨氮负荷的冲击。溶解氧浓度和电动阀开启度呈周期性波动，周期为2～2.5小时，因此在悬浮填料床内形成了连续进水间歇曝气的运行状态。硝化工艺的出水氨氮浓度稳定，长期运行的平均值为1.11mg/L。 ②调节控制界面上溶解氧浓度的上下限值可以有效控制悬浮填料床内混合液的溶解氧浓度。 ③自动控制条件下，当HRT分别控制在5．3h、4h和2.7h时，出水氨氮浓度分别为0．86mg/L、1.63mg/L和8．60mg/L。 ④在HRT和出水氨氮浓度相同的情况下，悬浮填料床曝气量的自动控制优于手动控制。自动控制状态下，可以减少空压机20﹪的运行时间，节约20﹪的运行费用，25﹪反应器容积，大大节省处理构筑物的建设费用和场地费。 化学生物絮凝—悬浮填料床工艺中试研究结果表明，该工艺对低浓度城市污水具有良好的处理效果，且基建费用和运行成本大大低于二级污水处理工艺。在自动控制条件下，药剂费用和动力费用比手动控制低20～30﹪。该工艺具有良好的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

1.1我国目前水污染现状

1.2污水处理存在的问题

1.3污水处理可能的解决办法

1.4污水处理强化一级工艺研究进展

1.4.1化学强化一级处理工艺

1.4.2生物强化一级处理工艺

1.4.3化学生物絮凝工艺

1.5污水处理自动控制的研究进展

1.5.1污水处理自动控制的发展与现状

1.5.2污水处理自动控制存在的问题

1.5.3污水处理自动控制的发展方向

1.6论文研究背景、研究内容及研究目的

1.6.1论文研究背景

1.6.2论文研究内容

1.7本研究的创新点

第二章试验装置与试验水质

2.1中试试验设备与装置

2.2试验污水水质

2.2.1原水中的SS

2.2.2原水中的COD与SCOD

2.2.3原水中的TP与PO43-

2.2.4原水中的NH3-N

2.3试验测试项目与方法

第三章化学生物絮凝工艺中试试验结果及分析

3.1试验设计与方案

3.2试验结果分析

3.2.1化学生物絮凝工艺药剂投加量优化试验分析

3.2.2化学生物絮凝工艺与化学混凝工艺的对比分析

3.2.3化学生物絮凝工艺回流污泥的作用分析

3.2.4化学生物絮凝工艺的生物作用分析

3.2.5化学生物絮凝工艺对污水中重金属的去除

3.2.6化学生物絮凝工艺对污水中悬浮颗粒物的去除

3.2.7化学生物絮凝工艺加药量控制数学模型的建立

3.3本章小结

第四章悬浮填料床硝化反应中试试验分析

4.1悬浮填料床生物反应器硝化原理

4.2试验设计与方案

4.3试验结果与分析

4.3.1悬浮填料床启动试验分析

4.3.2悬浮填料床硝化过程对污染物的去除

4.3.3悬浮填料床工艺运行参数的优化

4.3.4悬浮填料床硝化特征分析

4.3.5悬浮填料床硝化动力学模型的建立

4.3.6悬浮填料床硝化动力学模型的验证

4.4本章小结

第五章化学生物絮凝-悬浮填料组合工艺自动控制研究

5.1污水处理自动控制概述

5.2化学生物絮凝-悬浮填料组合工艺自控系统的构架

5.2.1化学生物絮凝-悬浮填料床组合工艺自控系统的下位机系统

5.2.2自控系统上位机软件设计

第六章化学生物絮凝基于总磷浓度自动控制系统研究

6.1概述

6.2化学生物絮凝总磷自动控制系统硬件组成

6.3化学生物絮凝工艺前馈/反馈控制系统的设计

6.4化学生物絮凝总磷自动控制系统运行

6.5运行结果分析

6.5.1化学生物絮凝总磷控制模式的验证

6.5.2自动控制模式的优化试验

6.5.3化学生物絮凝与化学混凝工艺在自控状态下的对比分析

6.6化学生物絮凝曝气自动控制系统研究

6.6.1化学生物絮凝曝气自动控制系统硬件构成

6.6.2化学生物絮凝曝气自动控制系统控制模式设计

6.6.3曝气控制系统的运行控制

6.7化学生物絮凝工艺加药量自动控制的经济性分析

6.8本章小结

第七章悬浮填料床硝化反应自动控制系统研究

7.1污水处理工艺硝化/反硝化自动控制概述

7.2悬浮填料床硝化自动控制的硬件组成

7.3悬浮填料床硝化串级控制系统的设计

7.4悬浮填料床硝化反应自动控制试验分析

7.5溶解氧上下限设置对控制模式的影响

7.6悬浮填料床水力停留时间对控制模式的影响

7.7悬浮填料床硝化自动控制曝气量分析

7.7.1曝气电动阀控制原理

7.7.2悬浮填料床曝气自动控制经济效益分析

7.8本章小结

第八章结论与展望

8.1结论

8.2展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果

致谢