基于ao生物脱氮工艺在线过程控制的基础研究

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1、博士学位论文A/O生物脱氮工艺在线过程控制的基础研究FUNDAMENTALSTUDYONON-LINEPROCESSCONTROLINA/ONITROGENREMOVALPROCESS马勇哈尔滨工业大学2006年1月国内图书分类号：TU992.3国际图书分类号：628.356工学博士学位论文A/O生物脱氮工艺在线过程控制的基础研究博士研究生：马勇导师：彭永臻教授申请学位级别：工学博士学科、专业：市政工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2006年1月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classifiedindex:TU992.3U

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

3、liation：EnvironmentalEngineeringDateofOralExamination：January,2006University：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要富营养化问题是当今世界面临的最主要的水污染问题之一。近年来，虽然我国污水处理率不断提高，但是由氮磷污染引起的水体富营养问题不仅没有解决，而且有日益严重的趋势。目前我国污水处理厂脱氮除磷普遍存在着能耗高、效率低以及运行不稳定的缺点。如何提高传统工艺脱氮除磷的效果，解决我国日益严重的水污染问题，在我国现阶段无论从节省资

4、金、提高污水处理效果和优化污水脱氮除磷工艺等方面都具有重大意义。A/O（缺氧/好氧）工艺是目前实际工程中应用最广泛的生物脱氮工艺，由于缺乏有效的运行控制策略导致脱氮效率较低、运行不稳定、费用高。为了全面系统的对A/O工艺过程控制进行研究，采用“小试－中试－数学模拟”相结合的研究方式。全面系统地研究了A/O工艺运行优化及其过程控制的问题，考察了不同运行工况下系统的处理效果，确定了过程控制变量及其运行策略。在国内外首次全面系统地研究了A/O工艺硝化反硝化过程中环境变量DO、ORP和pH值的变化规律，考察了它们作为控制参数的可行性。

5、在国内外首次全面系统地研究了A/O工艺实现短程硝化反硝化的主要影响因素以及如何维持稳定的亚硝酸氮积累率。工艺特性分析可知A/O工艺多输入多输出控制系统可以解藕为5个单输入单输出控制系统－曝气量控制、过渡区控制、污泥量控制、内循环回流量控制和外碳源投加量控制。针对曝气量控制，试验获得：当硝化反应完成时，pH值沿反应器推流方向上一般出现一个最低点。提出了恒定DO控制、反馈控制、前馈反馈控制和OUR控制等四种策略，而DO前馈-反馈控制策略无论从满足出水氨氮排放标准、克服外界干扰以及节约运行费用等方面都优于其它控制策略。为了避免曝气量

6、控制过程中DO浓度过高或过低的情况，提出了DO浓度和好氧区体积综合控制思想，并设定好氧区DO浓度的上限值和下限值分别为3.5mg/L和0.5mg/L。研究发现基于污泥层高度控制污泥回流量优于传统的恒定污泥回流量或污泥回流比控制，可提高出水水质，维持系统的稳定性。恒定SRT控制系统优于恒定MLSS控制系统，可减少污泥排放量、降低污泥膨胀发生率，实际运行过程中，应尽可能维持较低的SRT。基于污泥回流量和剩余污泥排放量控制变量，建立了两个新型综合控制策略以及系统优化控制器，由模拟结果可知无论从出水水质还是从运行费用方面，都优于传统的

7、恒定值控制模式。基于A/O工艺对进水有机碳源利用效率的分析，获得内循环回流量的最优控制策略就是以维持缺氧区末端硝态氮浓度处于设定值(1~3mg/L)来控制内循环回流量，从而充分利用缺氧区的反硝化潜力，提高系统脱氮效率和进水碳源-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文利用率。针对A/O工艺进水碳源不足，脱氮率较低的问题，建立了两种外碳源投加控制策略：串级控制策略和前馈－反馈控制策略。为实现A/O工艺反硝化反应的优化控制，提出了6个内循环回流和外碳源投加综合性控制策略，并获得它们的最优控制策略。研究发现不同外碳源对应的污泥反硝化特性不

8、同，乙醇是相对最优的外加碳源，具有反硝化速率高、污泥产率低、响应迅速和运行费用低的优势。首次全面系统地研究了应用模拟生活污水和实际生活污水，DO、pH和ORP在线传感器作为A/O工艺过程控制参数的可行性。研究发现控制好氧区第1格室曝气量恒定，可得该格室DO浓度(DOfirst