城市污水处理厂曝气系统节能降耗控制策略试验研究

论文摘要

可持续发展战略是我国社会经济发展所秉持的基本宏观战略，在当前世界能源储备短缺、能源消耗与日俱增的大背景下，节能降耗已成为我国各行业发展所必需遵循的基本原则。污水处理厂作为城市污水处理的主要载体，数量众多，其能耗总量巨大，因此对污水处理厂节能降耗进行研究是十分必要的。活性污泥系统中曝气能耗占污水处理厂总能耗的40-60%，是污水处理厂节能降耗的首要目标。本文围绕污水处理厂曝气系统节能降耗控制策略和相关的关键问题展开研究，主要包括三方面内容：1、以序批式活性污泥小试系统（SBR）作为试验对象，研究曝气过程中，污水处理各指标的变化规律，提出了以溶解氧（DO）-氧化还原电位（ORP）双参数控制的曝气系统曝气量控制策略；2、探究了连续流活性污泥小试系统中ORP变化规律，探讨了将ORP作为连续流活性污泥系统曝气控制参数的可行性；3、探究了移动床式生物反应器（MBBR）工艺中填料强化氧传质的影响，为该工艺相关参数的优化提供参考。DO-ORP作为曝气控制参数在序批式活性污泥系统中的应用的研究结果表明：（1）DO在系统运行过程中的变化规律为首先进入低值平台期，而后迅速上升，最终稳定于某一高值。ORP变化规律则是首先呈下降的态势，当污水中的有机物被消耗殆尽后，系统的ORP迅速上升直至稳定，ORP变化整体呈V字形。pH在系统运行时首先呈上升态势，而后，随着硝化作用的深入进行，逐步回落。（2）将系统DO和ORP整体变化进行拟合，其对应方程阶数低、R2精度高，拟合方程与实际对应值拟合度较高，系统的运行过程可以通过拟合公式反映并做出预判；根据DO值以及ORP的MSC值相结合共同提出针对该SBR系统曝气的节点控制策略。连续流活性污泥小试系统中氧化还原电位变化规律研究结果表明：（1）在连续流活性污泥系统中，水质条件复杂，水质波动较大，DO和ORP在数值上没有直接的正反比例关系，因此不能将ORP作为溶解氧的辅助参数，而是需将两者作为各自独立的参数分别对系统进行控制。（2）稳定活性污泥系统中温度对氧化还原电位的影响较小。而DO受到温度的影响较为明显。MBBR工艺中填料氧传质效率影响的试验研究结果表明：（1）清水测试中，填料投加前后清水中的氧转移效率提升了10.7%。随着填料填充率的增加，水中的氧转移系数呈现先上升后下降的变化态势，当填充率达到30%时，氧转移系数最高。（2）在混合液试验中，当投加未挂膜填料时，随着填充率的增加，水体中的氧转移系数呈现先上升后下降的变化态势，当填充率达到40%时，水体中的氧转移效率达到最大值，较未投加填料前上升了约10%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外污水处理厂概况
• 1.2 城市污水处理厂能效分布现状
• 1.3 污水处理曝气系统控制方式及控制参数选用现状
• 1.3.1 污水厂曝气系统能耗现状
• 1.3.2 污水处理厂运行控制方式现状
• 1.3.3 污水处理厂自动控制方式及存在的问题
• 1.3.4 污水处理控制参数的选用现状
• 1.4 污水处理厂曝气系统的运行方式及评价指标
• 1.4.1 曝气方式
• 1.4.2 曝气设备及评价指标
• 1.5 污水中氧转移研究现状及影响因素
• 1.5.1 污水中氧传质理论研究进展
• 1.5.2 氧转移原理探究
• 1.5.3 氧总转移系数 KLa
• 1.6 移动床生物膜反应器污水工艺
• 1.6.1 移动床生物膜反应器工艺概述
• 1.6.2 移动式生物膜反应器工艺特点及应用
• 第2章 课题来源及研究思路
• 2.1 课题来源
• 2.2 课题研究的背景
• 2.3 课题研究的目的和意义
• 2.3.1 课题研究的目的
• 2.3.2 课题研究的意义
• 2.3.3 课题的研究内容
• 2.3.4 试验分析方法
• 第3章 DO-ORP 作为曝气控制参数在序批式活性污泥系统中的应用研究
• 3.1 ORP 在 SBR 活性污泥系统中的研究现状
• 3.2 试验装置和试验方法
• 3.2.1 试验装置和试验条件
• 3.2.2 试验方案及数据处理方法
• 3.3 试验结果及分析
• 3.3.1 非限制性曝气模式下各指标变化规律
• 3.3.2 DO，ORP，pH，COD 在反应周期内的变化规律
• 3.3.3 限制性曝气模式最优气量结果分析
• 3.3.4 DO-ORP 分段气量控制模型的建立
• 3.3.5 系统控制策略的制定
• 3.4 本章小结
• 第4章 连续流活性污泥系统中氧化还原电位变化规律研究
• 4.1 氧化还原电位概述及研究进展
• 4.1.1 氧化还原电位概述
• 4.1.2 氧化还原电位影响因素
• 4.1.3 氧化还原电位的研究进展
• 4.2 活性污泥系统中氧化还原电位变化规律研究
• 4.2.1 试验目的和研究内容
• 4.2.2 试验系统和试验设备
• 4.2.3 实验结果及分析
• 4.3 青岛市李村河污水厂生物池好氧段沿程 ORP 监测结果分析
• 4.3.1 污水处理厂概况
• 4.3.2 实验目的及试验方法
• 4.3.3 监测结果及讨论
• 4.4 本章小结
• 第5章 MBBR 工艺中悬浮填料对氧传质的影响的试验研究
• 5.1 试验原理和试验目的
• 5.1.1 试验原理
• 5.1.2 试验装置及操作方法
• 5.2 实验结果及分析
• 5.2.1 填料投加对清水中氧转移的影响
• 5.2.2 填料投加对浊水中氧转移的影响
• 5.2.3 填料对不同空气扩散装置充氧性能的影响
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢