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A2O污水处理工艺中除磷脱氮过程控制实现方法的探索

信息来源:gkong.biz  时间:2010-04-21  浏览次数:559

  作者:黄华峰单位:
  1.A2O工艺污水处理过程简介
  A2O生物脱氮除磷工艺是传统活性污泥工艺、生物消化及反消化工艺和生物除磷工艺的综合,其工艺流程图如图一,生物池通过曝气装置、推进器(厌氧段和缺氧段)及回流渠道的布置分成厌氧段、缺氧段、好氧段。在该工艺流程内,BOD5、SS和以各种形式存在的氮和磷将一一被去除。A2O生物脱氮除磷系统的活性污泥中,菌群主要由硝化菌和反硝化菌、聚磷菌组成。在好氧段,硝化细菌将入流中的氨氮及有机氮氨化成的氨氮,通过生物硝化作用,转化成硝酸盐;在缺氧段,反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用,转化成氮气逸入到大气中,从而达到脱氮的目的;在厌氧段,聚磷菌释放磷,并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物;而在好氧段,聚磷菌超量吸收磷,并通过剩余污泥的排放,将磷除去。以上三类细菌均具有去除BOD5的作用,但BOD5的去除实际上是以反硝化细菌为主。
  图一 A2O工艺生物处理段流程图
  2.A2O池的检测与控制参数的确定
  A2O生物除磷脱氮工艺处理污水效果与DO、内回流比r、外回流比R、泥龄SRT、污水温度及PH值等有关。一般厌氧池DO在0.2mg/l以下,缺氧池DO在0.5mg/l以下,而好氧池DO在2.0mg/l以上;污泥混合液的PH值大于7;SRT为8-15天。
  然而A2O生物除磷脱氮过程,本质上是一系列生物氧化还原反应的综合,A2O生物池各段混合液中的ORP(氧化还原值)能够综合地反应生物池中各参数的变化。混合液中的DO越高,ORP值也越高;而当存在磷酸根离子和游离的磷时,ORP则随磷酸根离子和游离的浓度升高而降低。一般A-A-O生物除磷脱氮工艺处理过程中,厌氧段的ORP应小于-250mV,缺氧段控制在-100mV左右,好氧段控制在40mV以上。
  如厌氧段ORP升高,表明DO值过大,可能与回流比过大带入更多的氧及回流污泥中带入太多的氮有关,还与搅拌强度太大产生空气复氧有关。
  如缺氧段ORP升高,表明DO值过大,可能与回流比过大带入更多的氧有关,另外还与搅拌强度太大产生空气复氧有关。
  根据以上说明的A2O池中各参数变化对污水除磷脱氮处理工艺的影响,合理选择检测仪表,对污水处理过程中各参数的变化情况进行检测,为污水处理厂的运行控制提供依据。一般A2O工艺中需要检测的数据为:
  进水: 进水量 Q
  COD COD5
  PH PH
  水温 T
  A2O池厌氧段:溶解氧 DO
  氧化还原值 ORP
  A2O池缺氧段:溶解氧 DO
  氧化还原值 ORP
  A2O池好氧段:溶解氧 DO
  氧化还原值 MLSS
  出水: COD COD5
  根据以上推荐的典型仪表配置与工艺控制特点,我们提出以ORP和DO为主要控制参数,来对曝气系统、内回流系统、外回流系统、剩余污泥排放系统进行控制,以实现良好的除磷脱氮效果,有效地降低污水中的BOD5,同时最大限度地节约能源,使整个系统高效稳定地运行。
  3.A2O污水处理工艺过程控制方法
  A2O污水处理工艺A2O池传统的控制是:DO值的PID调节(进气量)、MLSS的PID调节(回流比)均为对单一参数的单一对象控制。然而污水处理过程是一个滞后量非常大的过程,影响过程的参数也很多,不可能依据某一具体参数来实现整个过程的控制。污水处理过程中,生物池的曝气系统控制、污流回流系统控制都是极其复杂的控制过程。采用独立的单一的闭环控制很难达到控制要求。随着控制技术的不断发展,同时在污水处理运行过程中不断积累了大量的运行数据,这就为控制过程的查表运算,实现模糊控制带来了可能。
  (1) 曝气系统自动化控制
  根据季节、进水水质、进水水温、进水水量、好氧池DO、出水COD、BOD5、NH3-N 、TOP、 TKN、SS等情况不同,分别确定不同的供气量,即确定空气调节阀的开度和鼓风机的开启台数及其转速。自动对工艺过程控制进行自动修整,实现模糊控制。
  控制系统通过在线(或人工检测的输入参数)检测的DO、进水量、PH等值、出水COD、BOD5、NH3-N 、TOP、 TKN、SS等值,确定初始控制方案,用初始值控制阀开度和鼓风机转速;稳定运行一段时间后,如果在线仪表的检测到的参数值达不到要求,根据检测值偏高或偏低的事实,对输出值进行自动修正;如果在一段时间内达到一定要求,则这段时间可确定为控制滞后量,最接近要求的一组值记录到数据库中,形成一条控制记录,这个库我们称之为控制系统专家库。如人工得出了最佳运行方式,也可输入计算机,一同进入专家库。不同进水情况下的最优的控制方式会存储在数据库中,计算机会处理运算,形成具有该污水厂特有的曝气控制系统专家数据库和专家系统。
  控制框图如下:
  图二:A2O池曝气系统控制方式框图
  控制系统运行过程中,不断地积累数据,同时运行人员在运行过程中也会总结积累相关的运行数据,这些数据输入到计算机,这些数据经过计算机分析,得出N种不同的调节方式进行自动控制或者给予操作人员提示,选择相应的控制模式。
  (2) 除磷脱氮系统自动化控制
  根据季节、进水水质、进水水量、生物池各段DO、ORP、PH及出水COD、BOD、TON、TOP等情况不同,自动采集、存储、控制自动调整,分别确定不同的内外回流比,同时所有的数据进入专家数据库,并确定内外回流泵的开启台数和变频泵的转速、水下推进器的开启台数,进行查表运算,实现模糊控制。
  控制系统通过在线检测的DO、进水量、PH、ORP、MLSS等值和人工检测的输入参数,确定初始控制方案,用初始值控制内外回流泵的运行台数和变频泵的运行转速;稳定运行一段时间后,如果在线仪表的检测到的参数值达不到要求,根据检测值偏高或偏低的事实,对输出值进行自动修正;如果在一段时间内达到一定要求,则这段时间可确定为控制滞后量;如人工得出了最佳运行方式,也可输入计算机,一同进入控制系统数据库。不同进水情况下的最优的控制方式会存储在数据库中,计算机会处理运算,形成具有该污水厂特有的污泥回流控制系统专家数据库和专家系统。
  模糊控制不要求一个确定性的数值,其主要控制过程框图如下:
  图三:A2O工艺回流系统控制框图
  4.结语
  由于污水处理过程控制的复杂性,不管什么控制方式都是建立在长期的运行经验之上的,传统的PID调节过程成功运行的范例并不多,一般均是人为的根据不同季节,固定一个运行方式。运用模糊控制方式及人工经验,形成A2O工艺控制的专家库,由计算机自动完成查表过程,制定出相对精确的控制方案,有利于出水水质的达标,减轻从业人员的劳动强度,同时对操作人员的专业水平有所降低;另外,实现了系统的较为精确的控制,提高了设备的运行效率和减少了能源的消耗,最大限度地降低运行成本。

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