活性污泥法的多变量最优控制Ⅲ.限制最高和同时限制平均与最高出水BOD浓度

在前文的基础上,进一步研究了更常用的在限制最高和同时限制平均与最高出水有机物浓度两种排放标准的约束条件下,使其运行费用最省的最优周期控制问题.计算结果都表明,最优控制变量QW和DO的变化规律都尽可能使其满足约束条件和节省运行费用,但是,当进水负荷变化幅度非常大时,任何控制也难于使出水水质达标,而运行费用还会大幅度增大.相对而言,同时限制平均与最高出水BOD浓度是更合理的排放标准,它既有利于污水处理厂的运行管理又能有效地保护受纳水体.初始状态S(0)对最优控制的影响不大.而X(0)的影响较大,在本研究中,X(0)的最优值在2400-2600mg/L范围内.     

模糊控制在污水生物处理系统中的应用

对 2 0世纪 80年代以来 ,国内外污水生物处理系统中模糊控制的应用及开发进行了简单的回顾 .简要分析了废水生物处理工艺难于控制的原因 ,以及模糊控制系统的结构和特点 .分析表明 ,国外模糊控制在污水生物处理中的应用广泛且深入 ,国内在这方面尚处在起步阶段 .简要探讨了废水生物处理模糊控制今后应深入研究的问题及方向     

活性污泥法的多变量最优控制Ⅱ.限制有机物(BOD)的排放总量

着重研究了在限制有机物排放总量时，使其运行费用最低的最优周期控制问题．通过增加新的状态变量和用补偿函数法，将本课题的有约束条件问题化为无约束条件问题，并提出了最优步长参数的动态搜索法来修改传统的梯度法，从而较完善地解决了多变量最优周期控制的计算问题．研究中还发现了不同初始条件下最优控制所需要的运行费用也大不相同，进而提出了最优初始状态下最优周期控制的新概念，这对保证出水质量的同时进一步降低污水处理成本来说具有更重要的意义．本文还强调指出：对于尚不具备实现最优控制条件的处理系统，可根据最优控制的研究结果实现具有广泛实用价值的准最优控制．     

用溶解氧浓度作为SBR法过程和反应时间控制参数

进行了以DO作为SBR法过程和反应时间控制参数的试验研究。结果表明,无论使曝气量或初始污泥浓度大幅度变化,还是逐渐或突然改变初始有机物浓度等各种试验条件,都会在反应阶段开始不久出现所谓平衡DO浓度现象;当有机物达到其难降解浓度时DO浓度迅速地大幅度升高。因此,在目前还没有简易、快速的有机物浓度传感器的情况下,DO不仅可作为反应时间的指示性控制参数,而且也能可靠地作为反应阶段的过程控制参数。     

以DO、ORP、pH作为两段SBR工艺的实时控制参数

介绍了在传统SBR脱氮工艺的基础上 ,开发的用于处理COD和氮浓度较高的工业废水的两段SBR系统 (TSSBR) .根据传统SBR工艺在反应过程中 ,当COD不再被降解 ,而硝化反应又没有开始时 ,DO迅速大幅度升高以及pH曲线上出现的拐点 ,可以将COD降解与硝化反应分割开 ,先后在不同的反应器内进行 ,分别命名为SBR1和SBR2 ,避免高COD浓度对硝化反应的冲击 ,提高处理效率 .利用在线检测的DO、ORP和pH参数实时控制SBR1、SBR2各个生化过程的反应时间 ,解决了两段SBR系统的自动控制问题 ,可以使系统长期稳定运行 ,保证出水水质 ,节约能耗 .采用实时控制策略 ,并控制系统温度在 3 0℃左右 ,可将SBR2的硝化反应控制在亚硝酸型硝化结束 .采用该工艺处理石化废水 ,COD去除率达到 90 %～ 95 % ,3 0℃时的比硝化反应速率达到 0 3kg(NH4 N) (kg(MLSS)·d) ,出水已检测不出氨氮和硝态氮     

SBR法常、低温下生活污水短程硝化的实现及特性

采用序批式反应器(SBR)处理实际生活污水,通过实时控制好氧曝气时间,在常温下快速实现短程硝化,并在低温下长期维持稳定的短程硝化.结果表明,随着温度逐渐降低,比氨氧化速率略微减缓,27℃的平均比氨氧化速率是13℃时的1.68倍,但亚硝化积累率始终维持在90%以上,该温度区间内氨氧化反应的温度系数为1.051.通过荧光原位杂交(FISH)技术对低温下维持稳定短程硝化的污泥进行种群分析发现,实时控制策略为氨氧化菌(AOB)成为优势硝化菌群创造了有利条件,AOB的相对百分含量达到8%~9%,而亚硝酸盐氧化菌(NOB)逐渐被淘洗出反应器.在低温下要实现短程硝化,可首先在常温下利用好氧曝气时间实时控制实现亚硝态氮的积累和AOB的优势生长,然后通过逐渐降温使AOB适应在低温下生长.     

不同基质浓度下SBR进水方式对厌氧氨氧化的影响

采用厌氧SBR反应器,分别以配水培养和以实际晚期垃圾渗滤液培养的厌氧氨氧化菌为研究对象,考察了不同基质浓度下,SBR改进式连续进水方式与一次性进水方式对厌氧氨氧化工艺运行性能的影响.结果表明,当处理人工配水时,在中低进水浓度下(NO2--N￡400mg/L),与改进式连续进水方式相比,宜采用一次性进水方式运行;在高进水浓度下(NO2--N3400mg/L)改进式连续进水方式比一次性进水方式优势明显,特别是在5h改进式连续进水方式下,平均比污泥脱氮速率增加至39.11mgN/(gVSS·h),相比一次进水方式效率提高40%.当处理进水NO2--N浓度为(300±20)mg/L的实际晚期垃圾渗滤液时, 5h改进式连续进水的SBR比污泥脱氮速率最高.由于晚期渗滤液较配水成分复杂,使得厌氧氨氧化菌面临有机物和有害物质的影响,其厌氧氨氧化的反应速率低于同等基质浓度配水条件下的厌氧氨氧化反应速率.     

活性污泥法的多变量最优控制Ⅰ.基础理论与DO浓度对运行费用的影响

在现有的关于活性污泥法最优控制研究的基础上，首次提出了以两个最重要的控制参数污泥排放量和溶解氧浓度（ＤＯ）为控制变量、以出水水质为约束条件、以运行费用为性能指标的活性污泥法多变量最优控制的研究问题，并着重进行了基础研究．首先建立了最优控制所必要的基本状态方程与性能指标的泛函表达式．然后通过计算研究了在满足同一出水质量前提下控制不同的ＤＯ浓度时所需要的运行费用．结果表明，ＤＯ为０９ｍｇ／Ｌ时所需运行费用最少，这与主张应当维持ＤＯ浓度大于２ｍｇ／Ｌ的传统观点相比相差甚远；衰减速率常数Ｋｄ不受ＤＯ影响的假设也不合理．     

提高污泥碱性发酵挥发酸积累的新方法

为了加大剩余污泥在碱性条件下的水解酸化程度,本研究尝试了两种新的能促进污泥碱性发酵产酸的方式,分别是向批式的污泥碱性发酵系统中投加未灭菌发酵污泥和投加灭菌发酵污泥,结合温度的影响(10℃和35℃)分别考察了这两种方式对污泥水解酸化效果的影响.结果表明,中温有利于水解酶和产酸菌作用的发挥,增大了污泥的水解酸化程度,体系内有明显的挥发酸(VFAs)积累.35℃条件下,两种方式都在很大程度上促进了新鲜污泥的水解酸化程度,经灭菌后的发酵污泥的投加较等量的未灭菌的发酵污泥的投加效果更为显著.前者的水解速率是后者的2倍,发酵末期酸积累量为后者的1.5倍,且前者在较长的发酵时间内VFAs含量维持恒定.分析两种方式能促进污泥水解酸化的原因得到:未灭菌发酵污泥的投加是向系统中引入了一定量的产酸菌,灭菌发酵污泥的投加引入了大量的较易水解的有机底物.水解产物的增加能在更大程度上影响产酸的效果.因此,中温条件下向污泥碱性发酵系统中投加经灭菌处理后的发酵污泥是提高剩余污泥发酵产酸量更为有效的方式.     

交替好氧/缺氧短程硝化反硝化生物脱氮Ⅰ.方法实现与控制

采用实时控制策略和曝气 搅拌交替运行方式在 ( 2 6± 1 )℃下开发了一种新型短程硝化反硝化生物脱氮工艺 :实时控制交替好氧 缺氧短程硝化反硝化脱氮工艺 .并对其与实时控制传统SBR法短程硝化反硝化脱氮和预先设定时间控制交替好氧 缺氧短程硝化反硝化脱氮工艺进行了比较研究 .结果显示 ,实时控制交替好氧 缺氧短程硝化反硝化脱氮工艺无论从硝化速率、反硝化速率还是从硝化时间、反硝化时间上均优于实时控制传统SBR法短程硝化反硝化脱氮和预先设定时间控制交替好氧 缺氧短程硝化反硝化脱氮两种工艺 .其硝化速率和反硝化速率分别是预先设定时间控制交替好氧 缺氧短程硝化反硝化工艺的 1 3 8倍和 1 2 5倍 ,是实时控制传统SBR法短程硝化反硝化脱氮工艺的 1 82倍和 1 6 1倍 .因此 ,实时控制交替好氧 缺氧短程硝化反硝化脱氮工艺不但能够合理分配曝气和搅拌时间 ,而且还能提高硝化、反硝化速率 ,缩短反应时间 ,从而达到降低运行成本的目的