基于FCASM4机理模型智能化SBR控制策略的开发与应用
【摘要】在中国,随着社会经济的发展,环境问题越来越突出。为了缓解环境压力,各类污染物质的排放标准越来越严格。《城镇污水处理厂污染物排放标准》的提标,使我国许多污水处理厂都面临着提标改造的难题。SBR工艺因具有占地面积小、自动化程度高、运行管理方便等特点,在我国被广泛的应用于中小城镇的污水处理中。SBR工艺的运行效果,取决于SBR的运行过程,而控制策略又是整个运行过程的核心内容,因此控制策略被认为是SBR技术的灵魂。智能控制策略作为SBR工艺控制的高级发展形势备受关注,而基于机理模型的智能控制技术随着ICA技术的发展已逐渐趋于成熟,具有广阔的应用前景。SBR工艺通过对运行时序的控制,在一个反应器中实现同步脱氮除磷,但现有的工艺同时脱氮除磷的效果较差。本文通过在水质波动条件下对不同进水阶段、不同进水方式、不同曝气方式的SBR工艺运行方式进行对比试验研究,比选出最优的SBR同时脱氮除磷工艺。对不同进水阶段的SBR工艺进行试验研究,在好氧段进水,虽然系统的氨氮去除较为稳定,但是其磷酸盐去除率不太理想,出水磷酸盐含量不能低于排放标准要求的限值,而在厌氧段进水,系统的脱氮能力受到制约,但系统的磷酸盐去除率较为稳定,且氨氮去除率也较好；对不同进水方式的SBR工艺进行试验研究,发现分段进水不但有利于提高系统的脱氮效率而且还对磷酸盐的去除有一定的促进作用,且对于有机物的利用更加充分。随后对试验结果进行变异系数分析,分析结果表明分段进水的反应器在脱氮除磷的效果上不仅去除率高于一次性进水的反应器,且处理效果更加稳定；对不同曝气方式的SBR工艺进行试验研究,间歇曝气有利于系统脱氮能力的提升,但由于进水中碳源不足,使得系统的除磷效果受到影响,但其平均去除率仍能达95%以上。以同时脱氮除磷为比选原则,结合各污染物质去除率的变异系数分析得出分段进水结合间歇曝气的SBR运行方式可以实现良好的同时脱氮除磷效果。利用全耦合活性污泥四号模型(FCASM4)建立SBR工艺耦合模型,在此基础之上开发出比选出的最优SBR运行方式的工艺模型,通过MATLAB软件对建立的SBR工艺耦合模型进行数值程序的编写。通过灵敏度分析的方法对FCASM4中的模型参数进行分析调整,采用稳态运行和动态运行66d的试验数据对建立的活性污泥数学工艺模型进行校核和验证。校核验证的结果表明,基于FCASM4机理模型的SBR工艺模型能够很好的对有机物、氮、磷的去除过程进行模拟,误差分析的结果均在10%以内。为了进一步挖掘比选出的最优SBR工艺的脱氮除磷的能力,利用建立的数学模型对其最佳运行工况进行数值模拟。以稳态运行和动态试验数据的平均值作为模拟的初值,通过对模拟结果进行方差分析,筛选出最佳的解氧、污泥龄和排水比。静态数值模拟结果得出最佳的溶解氧、污泥龄和排水比分别为：4mg/L,10d以及1/3。本文以FCASM4机理模型为核心开发了一种智能化的SBR控制策略,并在LabVIEW开发环境下,开发了一款智能SBR控制软件。通过LabVIEW与MATLAB的混合编程使基于FCASM4机理模型的智能控制策略得以实现。在水质波动条件下对智能化SBR控制策略进行验证。通过设置三个试验组,将智能化控制策略控制的反应器与传统的前置反硝化的控制SBR反应器以及模型模拟最优值作为控制参数的反应器进行对比。试验结果表明智能化控制策略控制的反应器不论在有机物和氮磷的去除率上,还是去除效果的稳定性上都优于其它两个试验组,特别是在总氮的去除效率上比另外两个试验组分别高出了25.11%和7.9%。表明由智能化控制策略控制的SBR反应器在处理能力和对系统稳定性的调控上均要优于其它控制方式控制下的反应器。
【作者】杨敏；
【导师】孙培德；
【作者基本信息】浙江工商大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】SBR；水质波动；同时脱氮除磷；FCASM4；数值模拟优化；智能化控制策略；
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