水體“富營養(yǎng)化”是當(dāng)今世界面臨的最主要的水污染問題之一。污水處理技術(shù)已逐漸從以單一去除有機(jī)物為目的的階段進(jìn)入既要去除有機(jī)物又要脫氮除磷的深度處理階段,以控制富營養(yǎng)化為目的的脫氮除磷已成為當(dāng)今污水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。UniFed SBR工藝是近年來澳大利亞開發(fā)出的一種新型脫氮除磷工藝,與復(fù)雜的連續(xù)流生物脫氮除磷工藝相比,該工藝采用單池運(yùn)行,不需物理分區(qū)和污泥回流,即可達(dá)到較高的除磷脫氮效率,還可減少基建投資。 UniFed SBR工藝在進(jìn)水方式和運(yùn)行方式上不同于傳統(tǒng)SBR工藝,一個(gè)運(yùn)行周期包括進(jìn)水/排水、曝氣和沉淀3個(gè)階段。UniFed SBR工藝的進(jìn)水是從反應(yīng)池底部污泥層中緩慢、均勻引入,采用進(jìn)水頂出水的排水方式,在SBR池頂部設(shè)置溢流堰或潷水器排水,在底部進(jìn)水的同時(shí),上層澄清出水被排出系統(tǒng)。UniFed SBR反應(yīng)池底部進(jìn)水布水器的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵,該布水器需實(shí)現(xiàn)均勻布水,即當(dāng)廢水通過該布水器進(jìn)入反應(yīng)池時(shí),泥和水不產(chǎn)生大的機(jī)械混合,保證上層澄清出水不受底部進(jìn)水的干擾,實(shí)現(xiàn)底部進(jìn)水和上層出水的良好分離,這是實(shí)現(xiàn)UniFed SBR工藝成功運(yùn)行的基礎(chǔ)。進(jìn)水/排水階段結(jié)束后,依次進(jìn)入曝氣、沉淀階段。在進(jìn)水/排水階段,在池底污泥層中先后發(fā)生了反硝化作用和厭氧釋磷,在后續(xù)曝氣階段,發(fā)生了硝化作用和好氧吸磷。因此,通過一個(gè)UniFed SBR周期的運(yùn)行,可實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷。 為促進(jìn)UniFed SBR新工藝的研究發(fā)展和未來在實(shí)際工程中的應(yīng)用,本課題在國外對(duì)UniFed SBR工藝基本理論研究基礎(chǔ)之上,建立了UniFed SBR工藝實(shí)驗(yàn)室小試模型,并采用空氣堰排水方式,摸索出實(shí)現(xiàn)工藝正常運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù),開發(fā)了帶空氣堰排水的UniFed SBR工藝的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了工藝運(yùn)行的自動(dòng)化。采用有效容積為40L的UniFed SBR反應(yīng)器,并以實(shí)際生活污水為處理對(duì)象,考察了UniFed SBR工藝對(duì)污水的脫氮和除磷特性,分析了進(jìn)水C/N比、C/P比和充水比等參數(shù)對(duì)工藝氮、磷和有機(jī)物去除的影響及其影響機(jī)理�？疾炝似貧怆A段DO、pH和ORP的變化規(guī)律,并對(duì)DO、pH和ORP能否作為該階段的實(shí)時(shí)控制參數(shù)進(jìn)行了探討。 本研究對(duì)UniFed SBR工藝采用了一種新穎的排水方式,即采用空氣堰代替潷水器排水,避免了采用普通溢流堰排水曝氣時(shí)混合液溢流至出水堰而影響出水水質(zhì)。采用空氣堰排水后,使工藝的運(yùn)行操作變得更為復(fù)雜,僅通過手動(dòng)操作基本無法實(shí)現(xiàn)工藝的正常運(yùn)行,必須設(shè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。 以Visual C++語言作為開發(fā)工具,以計(jì)算機(jī)、I/O卡(輸入/輸出接口卡)等作為主要硬件設(shè)備,成功地研制開發(fā)出一套用于控制小試規(guī)模的、帶空氣堰排水的UniFed SBR工藝計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)該工藝各設(shè)備的時(shí)序控制。 在UniFed SBR工藝中TN的去除主要發(fā)生在兩個(gè)階段,即進(jìn)水/排水階段和曝氣階段。曝氣階段TN的損失主要是由于在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生了同步硝化反硝化。UniFed SBR工藝的除磷機(jī)理為強(qiáng)化生物除磷機(jī)理。 UniFed SBR工藝處理生活污水,對(duì)有機(jī)物和氨氮有非常好的去除,出水中檢測不到氨氮,有機(jī)物濃度也在30mg/L以下,基本為難生物降解COD,對(duì)總氮和磷的去除效果主要取決于進(jìn)水C/N比。控制充水比為25%,當(dāng)C/N比低于5.7時(shí),TN去除率隨C/N比的升高而快速大幅度提高,從2.75時(shí)的43.6%升至5.7時(shí)的80.84%,當(dāng)C/N比達(dá)到5.7時(shí),進(jìn)水/排水階段的脫氮率已達(dá)到最大值,之后繼續(xù)提高C/N比,只能提高曝氣階段由于同步硝化反硝化產(chǎn)生的脫氮率,所以TN去除率的提高變得緩慢。隨著進(jìn)水C/N比的增加,聚磷菌可從進(jìn)水中獲得更多的有機(jī)碳源,進(jìn)行PHB的合成和PO43-的釋放,同時(shí)避免了NOx-對(duì)釋磷產(chǎn)生的抑制作用,因而磷的去除率隨C/N比的增加而提高,且C/N比越高,PAOs的釋磷量和吸磷量越多,好氧吸磷速率越快,除磷效果越好。進(jìn)水C/N比的變化對(duì)COD的去除沒有顯著影響,平均去除率為93.15%。當(dāng)C/N比大于6.97、有機(jī)負(fù)荷高于0.38 kg/(kg?d)時(shí),污泥容積指數(shù)隨C/N比的增加而大幅度提高,產(chǎn)生由于低溶解氧和高負(fù)荷帶來的非絲狀菌污泥膨脹。 進(jìn)水C/P比是影響UniFedSBR工藝磷去除的重要因子�？刂瞥渌葹�33%、進(jìn)水C/N比為6,當(dāng)C/P≥33時(shí),可以實(shí)現(xiàn)磷的100%去除,當(dāng)C/P33時(shí),磷的去除率隨C/P比的增加而線性提高。進(jìn)水C/P比的變化,對(duì)總氮和COD的去除沒有影響,平均去除率分別為84%和94.5%。 UniFed SBR工藝一個(gè)周期的TN去除率η為進(jìn)水/排水階段在池底部污泥層中發(fā)生的反硝化作用產(chǎn)生的脫氮率η1和曝氣階段由于微生物的同化作用及同步硝化反硝化作用產(chǎn)生的脫氮率η2二者之和。改變充水比會(huì)對(duì)進(jìn)水/排水階段TN的去除率η1和曝氣階段TN的去除率η2產(chǎn)生截然相反的影響。在相同的進(jìn)水水質(zhì)條件下,提高充水比,η1降低,而η2升高,由于進(jìn)水/排水階段對(duì)UniFed SBR工藝TN的去除貢獻(xiàn)更大,因此充水比越大,TN去除效果越差。UniFed SBR工藝在相同的進(jìn)水水質(zhì)條件下,充水比越大,除磷效果越好。 在UniFed SBR工藝的進(jìn)水/排水階段,污泥層中的pH、DO和ORP值隨時(shí)間的變化曲線上沒有特征點(diǎn),表明pH、DO和ORP值的變化基本沒有規(guī)律,無法指示該階段污泥層中發(fā)生的反硝化和釋磷等生化反應(yīng)進(jìn)程。因此,進(jìn)水/排水階段利用pH、DO和ORP作為實(shí)時(shí)控制參數(shù)是不可行的。 在UniFed SBR工藝的曝氣階段,混合液的pH、DO和ORP曲線可以反映該階段的生化反應(yīng)進(jìn)程。在硝化過程結(jié)束時(shí),在pH、DO和ORP曲線上均出現(xiàn)特征點(diǎn),pH由下降轉(zhuǎn)為上升,DO和ORP會(huì)突然迅速大幅上升,因此,pH、DO和ORP作為曝氣階段的實(shí)時(shí)控制參數(shù)是可行的。通過在線實(shí)時(shí)監(jiān)測曝氣階段混合液的pH、DO和ORP值,并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),在硝化過程結(jié)束后再適當(dāng)?shù)匮娱L一段曝氣時(shí)間用以吹脫系統(tǒng)中的氣體,避免后一周期進(jìn)水時(shí)污泥上浮,才能保證UniFed SBR工藝的正常運(yùn)行,也是對(duì)UniFed SBR工藝曝氣階段采取的最佳實(shí)時(shí)控制策略。
【學(xué)位單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

圖 2-1 UniFed SBR 試驗(yàn)系統(tǒng)與控制示意圖-1 The schematic diagram of experimental system with control equipment in UniFeprocess 試驗(yàn)方法niFed SBR 反應(yīng)器中的水位始終恒定溢流堰口高度處。UniFed SBR行包括四個(gè)程序：進(jìn)水/排水 2h、空氣堰充氣 1min、曝氣 1.5～2.5h，進(jìn)水和排水同時(shí)進(jìn)行，不設(shè)閑置期。前一個(gè)周期沉淀階段結(jié)束后個(gè)周期的進(jìn)水/排水階段，每天運(yùn)行 4～5 個(gè)周期。用加熱器和溫控天檢測反應(yīng)器中的MLSS，排放剩余的污泥，可控制反應(yīng)器內(nèi)所需。反應(yīng)過程中在線檢測DO、ORP和pH，并根據(jù)這些參數(shù)的實(shí)時(shí)變d SBR曝氣時(shí)間。沿反應(yīng)器外壁的垂直方向設(shè)置一排取樣口，用以根據(jù)反應(yīng)階段DO、ORP和pH值的變化逐時(shí)取樣測定COD、NH4+-N、N、TN、PO43--P等指標(biāo)。主要儀器和分析檢測方法

圖 3-5 自控系統(tǒng)控制面板Fig.3-5 Control panel of automatic control system時(shí)序（定時(shí)）設(shè)置模塊的功能：能夠?qū)に嚵鞒痰母鬟\(yùn)行階段任意設(shè)定運(yùn)行時(shí)間（范圍 0-100 小時(shí)），并且設(shè)定該時(shí)間段的起始和結(jié)束時(shí)各個(gè)工藝設(shè)備的開、關(guān)狀態(tài)。控制面板模塊的功能：能顯示反應(yīng)器的運(yùn)行示意圖；實(shí)時(shí)顯示各個(gè)受控設(shè)備的狀態(tài)（工作還是停止）；實(shí)時(shí)顯示工藝流程各個(gè)階段的時(shí)間進(jìn)展；實(shí)時(shí)監(jiān)控水位報(bào)警（溢出還是正常），發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)可及時(shí)停止一切工作并發(fā)出報(bào)警聲。3.3.3.4 控制系統(tǒng)的流程圖 3-6 是系統(tǒng)軟件對(duì)各工藝設(shè)備進(jìn)行時(shí)序控制的基本流程。假設(shè) UniFed SBR工藝的一個(gè)周期包括 M 個(gè)階段，每個(gè)階段的開始和結(jié)束由一個(gè)定時(shí)器來控制，每個(gè)階段分為起點(diǎn)和終點(diǎn)，根據(jù)工藝的要求，在起點(diǎn)時(shí)設(shè)置控制開關(guān)的狀態(tài)，到終點(diǎn)時(shí)再更新控制開關(guān)的狀態(tài)，啟動(dòng)或停止相應(yīng)的設(shè)備。控制流程如下：由階段 1開始，當(dāng)階段 1 結(jié)束，則階段 2 開始，階段 2 結(jié)束，則階段 3 開始，……，依此順序直到階段 M，階段 M 結(jié)束后意味著一個(gè)周期的結(jié)束，之后再循環(huán)回階段 1 開
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