基于FCASM4機(jī)理模型智能化SBR控制策略的開發(fā)與應(yīng)用.pdf

1、在中國，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題越來越突出。為了緩解環(huán)境壓力，各類污染物質(zhì)的排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格?！冻擎?zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的提標(biāo)，使我國許多污水處理廠都面臨著提標(biāo)改造的難題。SBR工藝因具有占地面積小、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行管理方便等特點(diǎn)，在我國被廣泛的應(yīng)用于中小城鎮(zhèn)的污水處理中。SBR工藝的運(yùn)行效果，取決于SBR的運(yùn)行過程，而控制策略又是整個(gè)運(yùn)行過程的核心內(nèi)容，因此控制策略被認(rèn)為是SBR技術(shù)的靈魂。智能控制策略作為SBR工藝控制

2、的高級(jí)發(fā)展形勢(shì)備受關(guān)注，而基于機(jī)理模型的智能控制技術(shù)隨著ICA技術(shù)的發(fā)展已逐漸趨于成熟，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　SBR工藝通過對(duì)運(yùn)行時(shí)序的控制，在一個(gè)反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷，但現(xiàn)有的工藝同時(shí)脫氮除磷的效果較差。本文通過在水質(zhì)波動(dòng)條件下對(duì)不同進(jìn)水階段、不同進(jìn)水方式、不同曝氣方式的SBR工藝運(yùn)行方式進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究，比選出最優(yōu)的SBR同時(shí)脫氮除磷工藝。對(duì)不同進(jìn)水階段的SBR工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，在好氧段進(jìn)水，雖然系統(tǒng)的氨氮去除較為穩(wěn)定

3、，但是其磷酸鹽去除率不太理想，出水磷酸鹽含量不能低于排放標(biāo)準(zhǔn)要求的限值，而在厭氧段進(jìn)水，系統(tǒng)的脫氮能力受到制約，但系統(tǒng)的磷酸鹽去除率較為穩(wěn)定，且氨氮去除率也較好;對(duì)不同進(jìn)水方式的SBR工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)分段進(jìn)水不但有利于提高系統(tǒng)的脫氮效率而且還對(duì)磷酸鹽的去除有一定的促進(jìn)作用，且對(duì)于有機(jī)物的利用更加充分。隨后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行變異系數(shù)分析，分析結(jié)果表明分段進(jìn)水的反應(yīng)器在脫氮除磷的效果上不僅去除率高于一次性進(jìn)水的反應(yīng)器，且處理效果更加穩(wěn)定;

4、對(duì)不同曝氣方式的SBR工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，間歇曝氣有利于系統(tǒng)脫氮能力的提升，但由于進(jìn)水中碳源不足，使得系統(tǒng)的除磷效果受到影響，但其平均去除率仍能達(dá)95％以上。以同時(shí)脫氮除磷為比選原則，結(jié)合各污染物質(zhì)去除率的變異系數(shù)分析得出分段進(jìn)水結(jié)合間歇曝氣的SBR運(yùn)行方式可以實(shí)現(xiàn)良好的同時(shí)脫氮除磷效果。
　　利用全耦合活性污泥四號(hào)模型(FCASM4)建立SBR工藝耦合模型，在此基礎(chǔ)之上開發(fā)出比選出的最優(yōu)SBR運(yùn)行方式的工藝模型，通過MATLAB軟

5、件對(duì)建立的SBR工藝耦合模型進(jìn)行數(shù)值程序的編寫。通過靈敏度分析的方法對(duì)FCASM4中的模型參數(shù)進(jìn)行分析調(diào)整，采用穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和動(dòng)態(tài)運(yùn)行66 d的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)建立的活性污泥數(shù)學(xué)工藝模型進(jìn)行校核和驗(yàn)證。校核驗(yàn)證的結(jié)果表明，基于FCASM4機(jī)理模型的SBR工藝模型能夠很好的對(duì)有機(jī)物、氮、磷的去除過程進(jìn)行模擬，誤差分析的結(jié)果均在10％以內(nèi)。為了進(jìn)一步挖掘比選出的最優(yōu)SBR工藝的脫氮除磷的能力，利用建立的數(shù)學(xué)模型對(duì)其最佳運(yùn)行工況進(jìn)行數(shù)值模擬。以穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

6、和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值作為模擬的初值，通過對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行方差分析，篩選出最佳的解氧、污泥齡和排水比。靜態(tài)數(shù)值模擬結(jié)果得出最佳的溶解氧、污泥齡和排水比分別為:4mg/L，10d以及1/3。
　　本文以FCASM4機(jī)理模型為核心開發(fā)了一種智能化的SBR控制策略，并在LabVIEW開發(fā)環(huán)境下，開發(fā)了一款智能SBR控制軟件。通過LabVIEW與MATLAB的混合編程使基于FCASM4機(jī)理模型的智能控制策略得以實(shí)現(xiàn)。在水質(zhì)波動(dòng)條件下對(duì)智能化

7、SBR控制策略進(jìn)行驗(yàn)證。通過設(shè)置三個(gè)試驗(yàn)組，將智能化控制策略控制的反應(yīng)器與傳統(tǒng)的前置反硝化的控制SBR反應(yīng)器以及模型模擬最優(yōu)值作為控制參數(shù)的反應(yīng)器進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果表明智能化控制策略控制的反應(yīng)器不論在有機(jī)物和氮磷的去除率上，還是去除效果的穩(wěn)定性上都優(yōu)于其它兩個(gè)試驗(yàn)組，特別是在總氮的去除效率上比另外兩個(gè)試驗(yàn)組分別高出了25.11％和7.9％。表明由智能化控制策略控制的SBR反應(yīng)器在處理能力和對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的調(diào)控上均要優(yōu)于其它控制方式控制下的