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,一個運(yùn)行周期包括進(jìn)水/排水、曝氣和沉淀3個階段。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,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)計非常關(guān)鍵,該布水器需實現(xiàn)均勻布水,即當(dāng)廢水通過該布水器進(jìn)入反應(yīng)池時,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,實現(xiàn)底部進(jìn)水和上層出水的良好分離,這是實現(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UniFed SBR周期的運(yùn)行,可實現(xiàn)同步脫氮除磷。 為促進(jìn)UniFed SBR新工藝的研究發(fā)展和未來在實際工程中的應(yīng)用,本課題在國外對UniFed SBR工藝基本理論研究基礎(chǔ)之上,建立了UniFed SBR工藝實驗室小試模型,并采用空氣堰排水方式,摸索出實現(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工藝的計算機(jī)自動控制系統(tǒng),實現(xiàn)了工藝運(yùn)行的自動化。采用有效容積為40L的UniFed SBR反應(yīng)器,并以實際生活污水為處理對象,考察了UniFed SBR工藝對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DO、pH和ORP能否作為該階段的實時控制參數(shù)進(jìn)行了探討。 本研究對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,僅通過手動操作基本無法實現(xiàn)工藝的正常運(yùn)行,必須設(shè)自動控制系統(tǒng)。 以Visual C++語言作為開發(fā)工具,以計算機(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工藝計算機(jī)自動控制系統(tǒng),實現(xiàn)了對該工藝各設(shè)備的時序控制。 在UniFed SBR工藝中TN的去除主要發(fā)生在兩個階段,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,對總氮和磷的去除效果主要取決于進(jìn)水C/N比�？刂瞥渌葹�25%,當(dāng)C/N比低于5.7時,TN去除率隨C/N比的升高而快速大幅度提高,從2.75時的43.6%升至5.7時的80.84%,當(dāng)C/N比達(dá)到5.7時,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,同時避免了NOx-對釋磷產(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,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,可以實現(xiàn)磷的100%去除,當(dāng)C/P33時,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。改變充水比會對進(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作為實時控制參數(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,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會突然迅速大幅上升,因此,pH、DO和ORP作為曝氣階段的實時控制參數(shù)是可行的。通過在線實時監(jiān)測曝氣階段混合液的pH、DO和ORP值,并結(jié)合實際運(yùn)行經(jīng)驗,在硝化過程結(jié)束后再適當(dāng)?shù)匮娱L一段曝氣時間用以吹脫系統(tǒng)中的氣體,避免后一周期進(jìn)水時污泥上浮,才能保證UniFed SBR工藝的正常運(yùn)行,也是對UniFed SBR工藝曝氣階段采取的最佳實時控制策略。
【學(xué)位單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

圖 2-1 UniFed SBR 試驗系統(tǒng)與控制示意圖-1 The schematic diagram of experimental system with control equipment in UniFeprocess 試驗方法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)水和排水同時進(jìn)行，不設(shè)閑置期。前一個周期沉淀階段結(jié)束后個周期的進(jìn)水/排水階段，每天運(yùn)行 4～5 個周期。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)的實時變d SBR曝氣時間。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時序（定時）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)行時間（范圍 0-100 小時），并且設(shè)定該時間段的起始和結(jié)束時各個工藝設(shè)備的開、關(guān)狀態(tài)�？刂泼姘迥K的功能：能顯示反應(yīng)器的運(yùn)行示意圖；實時顯示各個受控設(shè)備的狀態(tài)（工作還是停止）；實時顯示工藝流程各個階段的時間進(jìn)展；實時監(jiān)控水位報警（溢出還是正常），發(fā)生危險時可及時停止一切工作并發(fā)出報警聲。3.3.3.4 控制系統(tǒng)的流程圖 3-6 是系統(tǒng)軟件對各工藝設(shè)備進(jìn)行時序控制的基本流程。假設(shè) UniFed SBR工藝的一個周期包括 M 個階段，每個階段的開始和結(jié)束由一個定時器來控制，每個階段分為起點(diǎn)和終點(diǎn)，根據(jù)工藝的要求，在起點(diǎn)時設(shè)置控制開關(guān)的狀態(tài)，到終點(diǎn)時再更新控制開關(guān)的狀態(tài)，啟動或停止相應(yīng)的設(shè)備�？刂屏鞒倘缦拢河呻A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)束后意味著一個周期的結(jié)束，之后再循環(huán)回階段 1 開
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