气动循环生物反应器及其自动控制系统设计

论文摘要

依据常规生物脱氮原理，脱氮过程包括将氨氮氧化为硝酸盐氮或亚硝酸盐氮的硝化反应和将硝酸盐氮或亚硝酸盐氮还原为氮气的反硝化反应。硝化反应是一个好氧过程，由自养菌完成；而反硝化反应是一个缺氧过程，由异养菌完成。传统的生物脱氮工艺中，硝化和反硝化是在两个或多个独立的具有不同溶解氧浓度的反应器中进行，或是在时间上造成交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中进行。这样的工艺往往存在着需进行硝化液回流或外加有机碳源和补充碱度，运行费用高，占地面积大，投资高等缺点。为了解决这些问题，我们设计了一个新型的气动循环生物反应器。气动循环反应器采用生物膜法，在反应器内部不同的区域培养不同的细菌，通过曝气动力推动反应液在不同的区域循环流动，从而实现脱碳和脱氮。采用实际生活污水和模拟的生活污水考察了不同曝气量和水力停留时间条件下反应器的脱碳和脱氮效果，发现反应器在曝气量900L／h、水力停留时间为24h时出水水质和处理效果最好，并确定自动控制系统的DO（dissolved oxygen）控制范围为4.50～5.00mg／L。本文采用Bang-Bang控制策略，以溶解氧（DO）作为控制参数，对反应器好氧区的DO实行闭环离散反馈控制。实验采用在线溶解氧仪对好氧区溶解氧进行检测，再将检测结果反馈到控制器中，由控制器将检测信号与预设的控制范围进行对比后发出控制指令给曝气系统的控制阀门，最终实现反应器的自动控制，提高了单位反应器的处理效率。检测24小时连续自动运行下反应器的运行情况，出水COD和TN都始终低于20mg／L，COD去除率在90％以上，TN去除率在80％以上。自动控制系统运行情况良好，可以对气动循环生物反应器的运行进行有效的控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 生物脱氮及其工艺过程研究进展
• 1.1 水环境中氮的来源及危害
• 1.2 生物脱氮的原理
• 1.2.1 氨化反应
• 1.2.2 硝化反应
• 1.2.3 反硝化反应
• 1.3 同步生物脱氮除磷工艺
• 1.3.1 Bardenpho工艺与Phoredox脱氮除磷工艺
• 2/O工艺'>1.3.2 A²/O工艺
• 1.3.3 SBR工艺
• 1.3.4 A—B工艺脱氮除磷
• 1.3.5 氧化沟工艺脱氮除磷
• 1.3.6 生物转盘同步脱氮除磷工艺
• 1.3.7 OCO脱氮除磷工艺
• 1.4 控制技术在污水处理中的应用
• 1.5 本课题研究的内容、目的和意义
• 2 实验装置与分析方法
• 2.1 试验工艺系统
• 2.1.1 实验装置
• 2.1.2 实验用水
• 2.1.3 气动循环生物反应器的调试
• 2.2 常规研究项目与分析方法
• 2.2.1 常规分析项目
• 2.2.2 污泥活性测定
• 3 反应器的最佳运行条件研究
• 3.1 曝气量对处理效果的影响
• 3.1.1 运行条件
• 3.1.2 曝气量对有机物、总氮（TN）去除的影响
• 3.1.3 DO随曝气量变化情况
• 3.2 水力停留时间对处理效果的影响
• 3.2.1 运行条件
• 3.2.2 水力停留时间对有机物和TN去除效果的影响
• 3.2.3 水力停留时间改变对反应器各区DO的影响
• 4 气动循环生物反应器自动控制系统研究
• 4.1 自动控制系统组成
• 4.2 Bang-Bang控制策略
• 4.3 控制参数和控制范围的选择
• 4.3.1 DO作为控制参数理论依据
• 4.3.2 控制范围
• 5 自动控制下的运行情况
• 5.1 控制阀门的工作状态
• 5.2 反应器中DO分布
• 5.3 出水水质及COD、TN去除效果
• 5.3.1 出水水质
• 5.3.2 COD、TN去除效果
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢