缺氧-好氧生物脱氮工艺曝气量在线控制策略分析

曝气控制是生物脱氮工艺重要的控制变最,它决定着整个处理系统的处理效果和运行费用.应用Benchmark-BSM1平台模型对缺氧-好氧生物脱氮工艺几种典型的曝气控制策略进行了研究,结果表明,前馈-反馈曝气量控制最优,其次为反馈控制、恒DO控制和恒曝气量控制.前馈-反馈控制和恒DO控制相比较,出水氨氮浓度大约降低24%,最大出水氨氮浓度降低18%,曝气能耗降低9%,获得了曝气量最优控制方法以及在不同运行条件下应采用的曝气控制策略,为了实现缺氧-好氧生物脱氮工艺硝化反应的最优控制,应同时控制曝气量和好氧区体积.     

基于PCA-LSSVM的厌氧废水处理系统出水VFA在线预测模型

采用IC厌氧废水处理系统处理人工合成废水,并利用PCA-LSSVM模型对系统出水挥发性脂肪酸(VFA)进行预测.首先利用主成分分析法(PCA)分析影响厌氧废水出水VFA浓度的多个变量的相关性并降低输入变量维数,然后用网格搜索结合10倍交叉验证优化LSSVM模型参数sig2和gam,最后利用建立的模型对实验数据进行仿真预测.仿真结果表明,稳态LSSVM模型对稳态条件下厌氧废水处理系统出水VFA具有很好的仿真预测能力,相对误差在4.72%以内,平均相对百分比误差(MAPE)为1.61%,均方根误差(RMSE)为1.08,相关系数达0.9996;稳态干扰LSSVM模型对厌氧废水处理系统出水VFA的仿真预测精度有所降低但仍然具有较好的预测能力,平均相对百分比误差(MAPE)为15.83%,均方根误差(RMSE)为15.45,相关系数为0.9984,该方法可为厌氧出水VFA在线预测和厌氧废水处理系统的优化控制提供指导.     

曝气精确控制实现污水处理厂节能降耗的应用

曝气系统是污水处理厂最主要的耗能单元,具有很高的节能潜力。在青岛张村河水质净化厂引进曝气精确分配与控制系统,考察了该系统的曝气控制效果、对出水水质的影响以及节能降耗潜力。结果显示:在1 d中2/3以上的时段内,曝气精确控制可将曝气池中溶解氧(DO)浓度控制在设定值±0.3 mg/L范围内。应用曝气精确控制后,污水处理厂平均出水ρ(COD)由19.6 mg/L降至16.7 mg/L,ρ(NH+₄-N)由0.37 mg/L降至0.28 mg/L,ρ(TN)由8.48 mg/L降至7.36 mg/L,出水ρ(TN)<10 mg/L的天数占总运行时间比例由79%增至100%,出水水质更加稳定;同时曝气能耗节省24.8%,乙酸钠药耗降低15.1%。结果表明曝气精确控制是实现城市污水处理厂节能降耗的有效途径之一。     

CASS工艺在某县城市污水处理厂应用实例研究

某县污水厂规模1.8万m3/d,采用CASS工艺进行城市污水处理,通过对污水曝气时间、污泥回流比、DO浓度、MLSS等条件进行控制,出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B排放标准要求,工艺对该污水具有较好的适应性.与其他CASS工艺运行情况相比,该厂CASS工艺设定曝气时间长,能耗高,宜根据水质水量的变化,调节设备运行台数及曝气时间,实现能耗的降低.     

间歇曝气对垂直潜流人工湿地脱氮效果的影响

采用单级垂直潜流湿地处理城镇污水厂沉砂池出水,通过提高湿地出水水位控制淹没水深作为缺氧区;并在湿地反应柱下部安装穿孔曝气管,从而在湿地上部创造好氧环境.通过优化间歇曝气的曝气时间与间歇时间比例(间歇曝气比例)以及间歇曝气周期两个参数来提高湿地脱氮效率.结果表明,随着间歇曝气比例增大,湿地对COD和NH~+_4-N的去除率逐渐升高,而TN去除率有先升高后下降的趋势,当曝气比例为3∶1时,缺氧段污水碳氮比(C/N)值达到4.8,TN去除率达到最高为62.1%,较连续曝气提高了12.7%,出水质量浓度为15.8 mg·L~(-1).随着间歇曝气周期的延长,出水DO质量浓度逐渐降低,COD和NH~+_4-N去除率也逐渐降低,TN去除率在周期为6 h时达到最大为65.5%,当曝气周期超过湿地缺氧段水力停留时间时,TN去除率迅速下降.     

SNAD工艺在不同间歇曝气工况下的脱氮性能

探讨了城市污水SNAD生物膜反应器在高溶解氧工况下的脱氮性能.SBR反应器以城市生活污水为进水,反应器内放置鲍尔环生物膜载体,控制温度为30℃,采用间歇曝气方式,曝气阶段曝气量为500L/h,溶解氧浓度达5mg/L.阶段1控制曝气和非曝气时间都为20min,生物膜的NOB活性较低,反应器具有良好的脱氮性能.反应器的总氮平均去除率和出水总氮浓度平均值分别为89%和llmg/L.阶段2、阶段3和阶段4研究了曝气时间对反应器脱氮性能的影响.曝气时间对生物膜的厌氧氨氧化活性影响较小,对生物膜的NOB活性影响较大.阶段3控制曝气时间为60min,生物膜的NOB活性较低,反应器的总氮平均去除率和出水总氮浓度平均值分别为83%和14mg/L.阶段4控制曝气时间为160min,生物膜的NOB活性较高,反应器的总氮平均去除率降低至50%,出水总氮浓度平均值为35mg/L.     

污水厂曝气节能智能优化控制系统

针对国内大部分污水厂现有曝气控制中存在着溶解氧浓度波动大、曝气量冗余大、曝气单元能耗高等问题,提出曝气节能智能优化系统,该系统通过获得A/O工艺实时的在线数据不断进行模拟计算,然后按照生化池进水的污染物负荷状况,以曝气能耗最小为目标函数来获取最优的DO设定值及其PI控制器的参数Kp、Ki。该智能优化系统在沥滘污水厂的实际应用情况表明:该系统在盫こ鏊实那榭鱿拢唤鎏岣吡讼低车目垢汉沙寤髂芰Γ苯档土?曝气能耗。     

活性污泥工艺的多目标优化分析

研究了多目标优化方法在活性污泥工艺优化中应用的可行性,以国际水协(IWA)发布的基准仿真模型BSM1的工艺流程为对象,以出水水质、过程能耗和反应池体积的指标为优化目标,以反应池池容(5个)、混合液回流量、污泥回流量、污泥排放量、反应池氧气传质系数(3个)等11个变量为决策变量,构建了基于BSM1的多目标优化模型,并利用MatLab非支配排序遗传算法NSGA-II进行求解,获得了BSM1多目标优化模型的Pareto解.研究结果表明,在Dry进水条件下,通过将体积指标增大4.1%,可以明显改善出水水质指标(降低81.5%),能耗指标也能得到一定改善(降低13.3%);在3种进水条件(Dry,Rain,Storm)下,相对于BSM1工艺参数的缺省值,利用本研究的优化解作为工艺参数,均能不同程度改善出水水质、降低能耗.研究结果显示,在活性污泥过程不同目标之间进行权衡可以通过多目标优化方法来实现.     

基于pso-SVM的废水厌氧处理过程软测量模型

由于厌氧消化过程的复杂性和厌氧菌的敏感性,保持厌氧消化体系的稳定和高效性是比较困难的.本文在实验室采用IC反应器构建了一套厌氧废水处理系统处理人工合成废水,基于支持向量机(SVM)提出了一种预测废水厌氧处理系统出水挥发性脂肪酸(VFA)浓度和COD去除率的软测量模型.为了提高模型的精确性和鲁棒性,加入pso算法(粒子群算法)优化SVM模型,并引入了分类策略对元数据集进行有效分类.仿真结果表明,基于pso-SVM模型的软测量模型对厌氧废水处理系统出水VFA浓度和COD去除率具有较好的预测能力,模型预测系统COD去除率及出水总VFA浓度测试样本数据相关系数分别为65.86%、85.25%;加入分类策略后,元数据集分成两类,模型预测系统COD去除率测试样本数据相关系数分别为92.34%、83.41%;模型预测系统出水总VFA浓度测试样本数据相关系数分别为99.14%、99.59%,系统预测精度明显提高.引入分类策略对元数据集进行有效分类,基于pso-SVM的软测量模型可为监控、优化和理解厌氧消化过程提供指导.     

天然锰矿物催化氧化法处理含硫废水研究

利用廉价天然锰矿物作催化剂,在常温常压下进行催化氧化法去除硫化物的实验研究。在所研究的浓度100—400mg/L范围内,使用的反应器为10L.控制气量0.1m~3/h,曝气时间4h,催化剂加量100—150mg/L,pH值9—10时,硫化物去除率达94％—98％。和未加催化剂相比减少了曝气量和曝气时间,可以使能耗降低30％,处理成本降低20％。     

Aeration optimization through operation at low dissolved oxygen concentrations: Evaluation of oxygen mass transfer dynamics in different activated sludge systems

In wastewater treatment plants(WWTPs)using the activated sludge process,two methods are widely used to improve aeration efficiency — use of high-efficiency aeration devices and optimizing the aeration control strategy. Aeration efficiency is closely linked to sludge characteristics(such as concentrations of mixed liquor suspended solids(MLSS)and microbial communities)and operating conditions(such as air flow rate and operational dissolved oxygen(DO)concentrations). Moreover,operational DO is closely linked to effluent quality. This study,which is in reference to WWTP discharge class A Chinese standard effluent criteria,determined the growth kinetics parameters of nitrifiers at different DO levels in small-scale tests. Results showed that the activated sludge system could meet effluent criteria when DO was as low as 0.3 mg/L,and that nitrifier communities cultivated under low DO conditions had higher oxygen affinity than those cultivated under high DO conditions,as indicated by the oxygen half-saturation constant and nitrification ability. Based on nitrifier growth kinetics and on the oxygen mass transfer dynamic model(determined using different air flow rate(Q′_(air))and mixed liquor volatile suspended solids(MLVSS)values),theoretical analysis indicated limited potential for energy saving by improving aeration diffuser performance when the activated sludge system had low oxygen consumption; however,operating at low DO and low MLVSS could significantly reduce energy consumption. Finally,a control strategy coupling sludge retention time and MLVSS to minimize the DO level was discussed,which is critical to appropriate setting of the oxygen point and to the operation of low DO treatment technology.     

Cost-performance analysis of nutrient removal in a full-scale oxidation ditch process based on kinetic modeling

A full-scale oxidation ditch process for treating sewage was simulated with the ASM2d model and optimized for minimal cost with acceptable performance in terms of ammonium and phosphorus removal. A unified index was introduced by integrating operational costs (aeration energy and sludge production) with effluent violations for performance evaluation. Scenario analysis showed that,in comparison with the baseline (all of the 9 aerators activated), the strategy of activating 5 aerators could save aeration energy significantly with an ammonium violation below 10%. Sludge discharge scenario analysis showed that a sludge discharge flow of 250–300 m3/day (solid retention time (SRT), 13–15 days) was appropriate for the enhancement of phosphorus removal without excessive sludge production. The proposed optimal control strategy was: activating 5 rotating disks operated with a mode of "111100100" ( "1"represents activation and "0" represents inactivation) for aeration and sludge discharge flow of 200 m3/day (SRT, 19 days). Compared with the baseline, this strategy could achieve ammonium violation below 10% and TP violation below 30% with substantial reduction of aeration energy cost (46%) and minimal increment of sludge production (< 2%). This study provides a useful approach for the optimization of process operation and control.     

Feedforward control for nitrogen removal in a pilot-scale anaerobic-anoxic-oxic plant for municipal wastewater treatment

To improve the efficiency of nitrogen removal with lower energy consumption, the study of feedforward control was carried out on a pilot-scale anaerobic-anoxicoxic (AAO) plant for the treatment of municipal wastewater. The effluent qualities of the pilot plant under different control strategies were investigated. The results indicated that the change of external recycle was not a suitable approach to regulate the sludge concentration of plug-flow reactors; adjusting the aeration valve and dissolved oxygen set-point according to ammonia load could overcome the impact of influent fluctuation; and the denitrification potential could be estimated based on the transit time of anoxic zone and the relative content of carbon resource entering the anoxic zone. Simple feedforward control strategies for aeration and internal recycle were subsequently proposed and validated. The nitrogen removal was successfully improved in the pilot plant. The effluent total nitrogen had decreased by 29.9% and was steadily controlled below 15 mg·L⁻¹. Furthermore, approximately 38% of the energy for aeration had been saved.     

污水生物处理过程中曝气控制策略的研究进展及趋势

曝气环节是活性污泥法的重要单元,也是能耗最大的单元,为污染物的好氧生化处理提供所必需的氧气。曝气控制的研究对于出水水质的提高和运营成本的节省具有重要意义。随着污水处理技术的发展,曝气控制也越来越精细化。其中,传统曝气控制系统以反馈微调为核心,新型曝气控制系统包括以模型计算为核心的精确曝气控制和以规则推理为核心的智能曝气控制。针对上述控制系统的运作规律、实现方式进行综述;对现有的曝气控制系统进行评价,从控制参数、控制方式、硬件和软件等方面提出优化建议,并对曝气控制系统的前景进行展望。     

用Matlab/Simulink建立废水处理仿真模型

国际水质协会(IWA)和欧盟科学技术合作组织(COST)合作开发的活性污泥废水处理基准仿真模型BSM1(benchmark sim-ulation model NO.1),主要目的是为了建立一个活性污泥过程控制方案的开发平台。文章比较详细的介绍了如何用Matlab和Simulink建立BSM1,对于如何得到正确的开环仿真结果给出了详细的说明,并将两种建模方式在仿真结果、仿真速度、建模的难易程度等方面进行了比较。     

改良SBR工艺实现生活污水除磷与半亚硝化

常温条件下(20~25℃),采用序批式反应器(SBR),应用改进后的运行策略:进水、厌氧搅拌、曝气搅拌、静置沉淀、排水、选择性排泥、污泥床缺氧搅拌,控制污泥龄为20d,溶解氧为0.2~0.5mg/L,实现单污泥系统同步除磷亚硝化的稳定运行.结果表明:总磷去除率为95.9%~97.1%,出水总磷浓度为0.1~0.4mg/L,好氧阶段氨氮去除容积负荷为0.242kg N/(m3·d),出水氨氮和亚硝酸盐氮的比值约为1:1,可以为后续的厌氧氨氧化提供合适的进水.     

不同曝气能耗对水蚯蚓原位消解污泥的影响

水蚯蚓原位消解污泥过程中,曝气参数的设定十分重要。为评价曝气能耗对水蚯蚓消解污泥的影响并设定适宜的曝气量,研究污水处理系统耦合水蚯蚓后不同曝气梯度下的运行情况,并对耦合水蚯蚓前后的系统进行比较。结果表明:溶解氧最适范围为2～3 mg/L,曝气能耗约为0.19 kW.h/t;溶解氧高于3 mg/L时系统能效并无提高,且能耗增大。     

A/O脱氮工艺实时控制对策的试验研究

以人工合成废水为研究对象,系统研究了提高A/O(anoxic/oxic)工艺氨氮和硝酸氮去除效率的实时控制对策.氨氮控制的本质是通过控制DO设定值和好氧区体积大小使出水氨氮浓度达标排放.硝酸氮控制的本质在于高效利用缺氧区反硝化潜力,为此建立了以调节内循环回流量或(和)外碳源投加量维持缺氧区末端硝酸氮浓度处于设定值的实时控制对策.系统控制采用两级结构,高水平监控层用来选择低水平执行层的设定值,而低水平执行层对DO值、好氧区体积、内循环回流量和外碳源投加量进行直接控制,试验表明上述控制对策可以显著提高系统脱氮效率,降低出水氨氮和硝酸氮浓度,并最大程度节约运行费用.