AAO污水處理工藝

1 城市污水脫氮除磷工藝及模擬控制2 研究內(nèi)容與技術(shù)路線3 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計4 交互式反應(yīng)器中試運(yùn)行研究 匯報內(nèi)容 5 交互式反應(yīng)器BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型研究6 交互式反應(yīng)器ANFIS仿真模型研究7 結(jié)論與建議 1 城市污水生物脫氮理論與技術(shù) 生物處理過程氮的轉(zhuǎn)化 一 城市污水脫氮除磷工藝與模擬控制 環(huán)境因素 1 水溫2 pH3 DO4 C N5 Fm SRT6 毒性物質(zhì)7 內(nèi)回流比 2 城市污水除磷技術(shù) 2 1化學(xué)除磷 一 城市污水脫氮除磷工藝與模擬控 2 2生物除磷 3 常規(guī)生物脫氮除磷工藝 3 1A A O系列 一 城市污水脫氮除磷工藝與模擬控 Bardenpho工藝 典型A A O工藝 3 常規(guī)生物脫氮除磷工藝 3 1A A O系列 一 城市污水脫氮除磷工藝與模擬控制 UCT工藝 M UCT工藝 JHB工藝 3 常規(guī)生物脫氮除磷工藝 3 2SBR系列 一 城市污水脫氮除磷工藝與模擬控制 CAST工藝 MSBR工藝 UNITANK工藝 3 常規(guī)生物脫氮除磷工藝 3 3氧化溝系列 一 城市污水脫氮除磷工藝與模擬控制 T型氧化溝 奧貝爾氧化溝 卡路塞爾氧化溝 卡魯塞爾DenitIRA2 C工藝流程 4 生物脫氮除磷新工藝 4 1BICT工藝 一 城市污水脫氮除磷工藝與模擬控制 4 2A2 N工藝 4 3BCFS工藝 4 4分段進(jìn)水BNR工藝 4 5厭氧 往復(fù)好氧組合式工藝 4 1BICT工藝 新工藝特點(diǎn)1 合理分配碳源 2 節(jié)約曝氣量 利用硝酸鹽 3 減少污泥量 4 減小反應(yīng)池容積 5 污水處理建模理論與技術(shù) 一 城市污水脫氮除磷工藝與模擬控制 5 2處理過程的智能控制 基于任務(wù) 有效變量輸入輸出 實(shí)現(xiàn)過程控制或時間控制 5 3專家控制系統(tǒng) 基于經(jīng)驗(yàn)控制 不斷完善和學(xué)習(xí) 5 4模糊控制 建立模糊控制器及模糊推理 簡化輸入輸出 5 5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 基于系統(tǒng)的學(xué)習(xí)記憶和自適應(yīng)能力 5 1處理過程的動態(tài)模擬 基于模糊控制技術(shù)與PLC技術(shù)結(jié)合 5 6混合人工智能 單一技術(shù)的局限 及各家所長 5 7ASM 基于生物生長衰亡機(jī)理 污染物降解機(jī)理 1 1工藝路線研究針對南方城市污水有機(jī)物濃度低 而氮磷濃度相對較高 且進(jìn)水水質(zhì)水量變化大的特征 研究不同情況下低碳高氮磷城市污水脫氮除磷工藝中污染物的存在形態(tài)與轉(zhuǎn)化規(guī)律 尋求適合于低碳高氮磷城市污水脫氮除磷的工藝及相關(guān)運(yùn)行參數(shù) 1 2仿真與預(yù)測建立交互式反應(yīng)器的脫氮除磷處理工藝的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 模擬與預(yù)測進(jìn)出水水質(zhì)和運(yùn)行工況 并進(jìn)行仿真與預(yù)測 滿足工程實(shí)施控制的目的和要求 為示范工程的運(yùn)行提供依據(jù) 同時 為我國類似城市污水處理廠的設(shè)計及運(yùn)行提供參考 二 研究內(nèi)容與技術(shù)路線 1 研究目的 2 1傳統(tǒng)工藝路線研究研究傳統(tǒng)的生物脫氮除磷工藝處理低碳高氮磷城市污水的特點(diǎn)與規(guī)律 2 2新工藝路線研究研究低碳高氮磷城市污水高效 低消耗生物脫氮除磷工藝 即研究交互式反應(yīng)器提高生物脫氮除磷的途徑 機(jī)理以及合適運(yùn)行參數(shù) 2 3運(yùn)行模式研究分析低碳高氮磷污水水質(zhì)變化規(guī)律 尋求該型污水處理廠的運(yùn)行新模式2 4建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行出水水質(zhì)的模擬仿真2 5對比BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和ANFIS模糊網(wǎng)絡(luò)的模擬仿真的效果和穩(wěn)定性 二 研究內(nèi)容與技術(shù)路線 2 研究內(nèi)容 二 研究內(nèi)容與技術(shù)路線 3 技術(shù)路線 研究技術(shù)路線圖 1 工藝開發(fā)背景 1 1實(shí)現(xiàn)碳調(diào)控的脫氮除磷目的 三 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計 1 2工藝可多生化模式運(yùn)行 適應(yīng)不同的碳氮比污水 1 3工藝可生化 物化串并聯(lián)運(yùn)行 適應(yīng)不同的除磷要求 1 4工藝根據(jù)污水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn) 可容易切換運(yùn)行模式 1 5工藝適應(yīng)性強(qiáng) 抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng) 1 6根據(jù)構(gòu)建的模型 使系統(tǒng)具有自適應(yīng)和調(diào)整能力 2 工藝概念與流程 2 1工藝概念 三 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計 交互式是指可以針對不同水質(zhì)水量 處理目的 環(huán)境條件靈活改變物化處理單元與生化處理單元的串并聯(lián) 長短流程運(yùn)行 各單元內(nèi)部的功能也可改變 進(jìn)行高效 節(jié)能或抗沖擊負(fù)荷等不同模式運(yùn)行達(dá)到在一個反應(yīng)器內(nèi)將物化和生化優(yōu)化集成 生物處理單元中各種不同功能菌群高效運(yùn)行 系統(tǒng)高度協(xié)同開放的目的 為城市污水處理提供一種新型高效的物化 生化反應(yīng)器 2 工藝概念與流程 2 2平面布置 三 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計 A 進(jìn)水井B 交互式反應(yīng)器C 二沉池 D 鼓風(fēng)機(jī)E 加藥罐 反應(yīng)器分區(qū)編號 交互式物化 生化反應(yīng)器平面圖 2 工藝概念與流程 2 3流程布置 三 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計 交互式物化 生化反應(yīng)器流程圖 3 運(yùn)行模式與控制 3 1運(yùn)行模式圖 三 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計 交互式物化 生化反應(yīng)器運(yùn)行模式圖 3 運(yùn)行模式與控制 3 2運(yùn)行模式表 三 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計 3 運(yùn)行模式與控制 3 3運(yùn)行控制目標(biāo) 三 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計 當(dāng)原污水有機(jī)碳源不能同時滿足生物脫氮除磷要求時 首先滿足生物脫氮 在生物處理后投加新型混凝劑強(qiáng)化生物除磷 確保氮磷同時達(dá)標(biāo) 4 串聯(lián)運(yùn)行模式研究 4 1串聯(lián)運(yùn)行模式1 三 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計 串聯(lián)運(yùn)行模式1工藝示意圖 正常水量 污染物濃度較高 氮磷濃度較高條件下或冬季運(yùn)行時采用 4 串聯(lián)運(yùn)行模式研究 4 2串聯(lián)運(yùn)行模式2 三 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計 串聯(lián)運(yùn)行模式2工藝示意圖 正常水量 污染物濃度較低 夏季運(yùn)行時采用 5 并聯(lián)運(yùn)行模式研究 三 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計 并聯(lián)運(yùn)行模式工藝示意圖 1 模式1 水量或水質(zhì)超負(fù)荷2 模式2 COD TN偏低時 6 中試裝置設(shè)計 6 1設(shè)計參數(shù) 三 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計 旱季 100t d雨季 150t d 6 中試裝置設(shè)計 6 2中試基地平面 三 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計 6 中試裝置設(shè)計 6 3中試流程 三 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計 6 中試裝置設(shè)計 6 4相關(guān)照片 三 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計 中試基地生物處理單元 運(yùn)行中的交互式反應(yīng)器 6 中試裝置設(shè)計 6 4相關(guān)照片 三 交互式反應(yīng)器研究與中試裝置設(shè)計 交互反應(yīng)器攪拌機(jī)和循環(huán)流量監(jiān)測 人工濕地進(jìn)水 1 運(yùn)行工況 四 交互式反應(yīng)器中試運(yùn)行研究 2 運(yùn)行數(shù)據(jù) 四 交互式反應(yīng)器中試運(yùn)行研究 3 中試運(yùn)行小結(jié) 3 1結(jié)論1 四 交互式反應(yīng)器中運(yùn)行研究 水溫為21 6 28 3 進(jìn)水COD為13 2 179 4mg L SS為12 218mg L 平均有機(jī)負(fù)荷在0 52kgCOD kgMLVSS d 以下時 AAO運(yùn)行模式各工況對COD和SS均有良好的去除效果 受沖擊負(fù)荷影響很小 處理出水COD低于35mg L SS低于24mg L 試驗(yàn)結(jié)果表明 當(dāng)有機(jī)負(fù)荷在0 2kgCOD kgMLVSS d 以上時 COD平均去除率可在70 以上 AAO運(yùn)行模式中 COD的去除主要發(fā)生在反應(yīng)器的厭氧區(qū)和缺氧區(qū) 3 2結(jié)論2 進(jìn)水NH4 N為2 09 33 28mg L TN2 88 39 39mg L 水溫21 6 28 3 泥齡 15d時 要保持良好的硝化效果 則COD負(fù)荷和TN負(fù)荷應(yīng)分別小于0 5kgCOD kgMLVSS d 和0 10kgTN kgMLVSS d 當(dāng)NH4 N去除率 80 由于進(jìn)水的平均COD TKN90 進(jìn)水COD 90mg L 且COD TN 3 3時 TN的去除主要通過反硝化作用 而且絕大部分在厭氧區(qū)內(nèi)反硝化去除 增大混合液回流比對脫氮效率的提高貢獻(xiàn)不大 3 中試運(yùn)行小結(jié) 3 3結(jié)論3 四 交互式反應(yīng)器中運(yùn)行研究 進(jìn)水COD80 時 由于碳源嚴(yán)重不足 脫氮效率不高 隨回流污泥進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的NO3 N對生物除磷效果造成不利影響 TP去除率在50 以下 當(dāng)NH4 N去除率 50 且進(jìn)水COD超過60mg L時 進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的硝酸鹽濃度持續(xù)低于2 0mg L 系統(tǒng)的生物除磷能力逐漸加強(qiáng) 當(dāng)進(jìn)水COD持續(xù)在100mg L以上時 出水TP可在1 0mg L以下 雖然進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的NO3 N對除磷有不利影響 但系統(tǒng)的除磷功能不會喪失殆盡 但是降雨引起的進(jìn)水COD急劇下降能導(dǎo)致系統(tǒng)除磷功能完全喪失 3 4結(jié)論4 低碳高氮磷城市污水 因碳源不足 采用AAO模式時 一旦出水NH4 N和TN滿足 城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn) GB18918 2002 中的一級B標(biāo)準(zhǔn) 出水TP不達(dá)標(biāo) 建議采用生物脫氮法保證出水氮達(dá)標(biāo) 投加混凝劑保證出水磷達(dá)標(biāo) 3 中試運(yùn)行小結(jié) 3 5結(jié)論5 四 交互式反應(yīng)器中運(yùn)行研究 交互式反應(yīng)器系統(tǒng)AAO運(yùn)行模式下 降雨季節(jié) 進(jìn)水COD較低 SVI基本 50mL g MLVSS MLSS降雨頻繁時有下降的趨勢 在0 25 0 4雨水較少時 SVI和MLVSS MLSS均有升高的趨勢 SVI在50 90mL g MLVSS MLSS在0 4 0 5之間 3 6結(jié)論6 增加抗沖擊負(fù)荷能力措施 增大混合液回流比 加大系統(tǒng)進(jìn)水流量 維持反應(yīng)器系統(tǒng)MLVSS在1000mg L以上 投加混凝劑 當(dāng)進(jìn)水COD平均值小于70mg L 為提高系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷的能力 保證出水氨氮達(dá)標(biāo) 可將HRT縮短為4h 以增加污泥的有機(jī)負(fù)荷 減緩污泥的內(nèi)源呼吸過程 維持系統(tǒng)MLVSS在1000mg L以上 考慮到低碳高氮磷城市污水的脫氮和抗沖擊負(fù)荷能力 系統(tǒng)的混合液回流比宜在1 2之間 污泥回流比宜在0 5 1 0之間 1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 1 1特點(diǎn) 五 交互式反應(yīng)器BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型研究 1 高度的并行性 2 高度的非線性全局作用 3 良好的容錯性與聯(lián)想記憶功能 4 強(qiáng)大的自適應(yīng) 自學(xué)習(xí)功能 1 2設(shè)計 1 網(wǎng)絡(luò)的層數(shù) 輸入層 隱含層 輸出層 2 隱含層的神經(jīng)元數(shù)量 3 傳遞函數(shù) Sigmoid 2 交互式反應(yīng)器BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 2 1雙隱含層MIMO 五 交互式反應(yīng)器BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型研究 2 2雙隱含層MISO 1 記憶能力強(qiáng) 2 自學(xué)能力和抗干擾能力差 3 訓(xùn)練時間長 4 模擬結(jié)果較差 1 記憶能力強(qiáng) 2 預(yù)測能力差 3 自學(xué)能力和抗干擾能力差 4 訓(xùn)練時間長 2 3單隱含層MISO 1 預(yù)測表現(xiàn)穩(wěn)定 2 預(yù)測能力強(qiáng) 3 訓(xùn)練速度快 4 神經(jīng)元數(shù)量以10個為宜 3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型模擬結(jié)果 3 1出水NH3 N預(yù)測 五 交互式反應(yīng)器BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型研究 3 2出水TN預(yù)測 A 輸入進(jìn)水 COD SS NH3 N NO3 NB 輸入進(jìn)水 COD SS NH3 N TN 1 二組相關(guān)系數(shù)基本一樣 2 A組預(yù)測性優(yōu)于B組 A 輸入進(jìn)水 COD SS NH3 N TPB 輸入進(jìn)水 COD SS TN TP 1 二組相關(guān)系數(shù)基本一樣 2 A組預(yù)測數(shù)據(jù) 訓(xùn)練數(shù)據(jù)均優(yōu)于B組 3 3出水NO2 N預(yù)測 A 輸入進(jìn)水 COD NO3 N NO2 N NH3 NB 輸入進(jìn)水 COD NO3 N NO2 N TN 1 二組訓(xùn)練誤差接近 2 A組預(yù)測數(shù)據(jù)誤差優(yōu)于B組 3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型模擬結(jié)果 3 4出水NO3 N預(yù)測 五 交互式反應(yīng)器BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型研究 A 輸入進(jìn)水 COD NO3 N NO2 N NH3 NB 輸入進(jìn)水 COD NO3 N NO2 N TN 1 預(yù)測誤差接近 A組訓(xùn)練誤差小 2 二組誤差均較大C 輸入進(jìn)水 COD NO3 N NO2 N NH3 N TN隱含層神經(jīng)元個數(shù)由10增加為12 3 誤差依然較大 原始數(shù)據(jù)變化幅度大 進(jìn)水NO3 N較小時 對網(wǎng)絡(luò)性能影響大 數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)精度有限 3 5出水TP預(yù)測 A 輸入進(jìn)水 COD SS TP NH3 NB 輸入進(jìn)水 COD SS TP TN 1 二組訓(xùn)練誤差接近 2 B組預(yù)測數(shù)據(jù)誤差優(yōu)于A組 但二組預(yù)測誤差均較大 3 進(jìn)水中TP濃度低 測量誤差致出水TP大于進(jìn)水 數(shù)據(jù)規(guī)律性差 1 ANFIS網(wǎng)絡(luò)模型 1 1特點(diǎn) 六 交互式反應(yīng)器ANFIS仿真模型研究 1 很好的推理功能 2 較強(qiáng)自學(xué)習(xí)能力 3 理解經(jīng)驗(yàn)語言 4 融合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊推理 1 2設(shè)計 1 MathWorks公司的MATLAB計算語言 2 ANFIS模型結(jié)構(gòu) 多輸入但輸出 單輸出 3 隸屬度函數(shù) gaussmf 2 ANFIS網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計 2 1輸入輸出 六 交互式反應(yīng)器ANFIS仿真模型研究 2 2隸屬度函數(shù) 1 與BP網(wǎng)絡(luò)一致 4輸入單輸出 1 2個 2 3個 3 3個隸屬度函數(shù)在訓(xùn)練模擬精度較高 預(yù)測誤差較大 4 確定用2個隸屬度函數(shù) 3 ANFIS網(wǎng)絡(luò)模型模擬 3 1出水NH3 N預(yù)測 六 交互式反應(yīng)器ANFIS仿真模型研究 輸入進(jìn)水 COD SS NH3 N NO3 N 1 訓(xùn)練誤差 測試誤差均優(yōu)于BP網(wǎng)絡(luò) 2 模擬數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好 3 ANFIS網(wǎng)絡(luò)模型模擬 3 2出水TN預(yù)測 六 交互式反應(yīng)器ANFIS仿真模型研究 輸入進(jìn)水 COD SS NH3 N TP 1 預(yù)測效果優(yōu)于BP網(wǎng)絡(luò) 2 預(yù)測性誤差小 3 ANFIS網(wǎng)絡(luò)模型模擬 3 3出水NO2 N預(yù)測 六 交互式反應(yīng)器ANFIS仿真模型研究 輸入進(jìn)水 COD NO3 N NO2 N NH3 N 1 訓(xùn)練誤差測試誤差均大于BP網(wǎng)絡(luò) 2 預(yù)測效果差于BP網(wǎng)絡(luò) 3 隸屬度函數(shù)不適合 3 ANFIS網(wǎng)絡(luò)模型模擬 3 4出水NO3 N預(yù)測 六 交互式反應(yīng)器ANFIS仿真模型研究 輸入進(jìn)水 COD NO3 N NO2 N NH3 N 1 訓(xùn)練誤差測試誤差均小于BP網(wǎng)絡(luò) 2 預(yù)測效果好于BP網(wǎng)絡(luò) 3 隸屬度函數(shù)調(diào)整可進(jìn)一步提高精度 3 ANFIS網(wǎng)絡(luò)模型模擬 3 5出水TP預(yù)測 六 交互式反應(yīng)器ANFIS仿真模型研究 輸入進(jìn)水 COD SS TP TN 1 訓(xùn)練誤差測試誤差均小于BP網(wǎng)絡(luò) 2 預(yù)測效果好于BP網(wǎng)絡(luò) 3 模擬相關(guān)系數(shù)較高 4 ANFIS與BP網(wǎng)絡(luò)對比 六 交互式反應(yīng)器ANFIS仿真模型研究 1 在相同數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上 ANFIS系統(tǒng)的模擬誤差更小 2 ANFIS系統(tǒng)的模擬結(jié)果更穩(wěn)定 多次模擬時其結(jié)果不會發(fā)生太大的變化 而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬結(jié)果每次都有很大的不同 造成使用者對最佳模擬精度無法掌握 究其原因 主要是因?yàn)锳NFIS系統(tǒng)事先根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)設(shè)置了初始隸屬度函數(shù) 可以避免訓(xùn)練過程中收斂于局部最小點(diǎn) 而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在初始時刻給出的權(quán)重矩陣是隨機(jī)的 訓(xùn)練過程中很容易陷入局部最小點(diǎn) 3 通過兩種網(wǎng)絡(luò)對TP的模擬可以看出 對于變化范圍較小的數(shù)據(jù)用ANFIS能更好的體現(xiàn)其走勢 4 兩種網(wǎng)絡(luò)的模擬誤差均不是特別理想 主要是因?yàn)? 數(shù)據(jù)測量不夠準(zhǔn)確 而且數(shù)據(jù)時間間隔不合理 2 存在一部分超出平均值很多的非合理數(shù)據(jù) 3 數(shù)據(jù)量太少 4 從ANFIS模擬過程的各誤差曲線可以看出 文中采用的模型結(jié)構(gòu)還不是太合理 還有很大的改進(jìn)空間 1 結(jié)論 七 結(jié)論與建議 1 中試研究發(fā)現(xiàn)污泥馴化調(diào)試主要任務(wù)培養(yǎng)硝化菌 2 交互式反應(yīng)器AAO 厭氧 缺氧 好氧 運(yùn)行模式在HRT 4 8h 污泥回流比為0 5 1 0 混合液回流比為1 2時 COD的去除主要發(fā)生在厭氧區(qū)和缺氧區(qū) TN去除率隨進(jìn)水COD及COD TN的增加而增加 TN的去除主要發(fā)生在厭氧區(qū) 增大混合液回流比對提高脫氮效率無益 但可提高抗沖擊負(fù)荷能力 3 在ALO運(yùn)行模式中 通過在低氧區(qū)進(jìn)水端設(shè)置缺氧區(qū) 使易生物降解碳源優(yōu)先用于短程反硝化 節(jié)省的碳源則用于聚磷菌的厭氧釋磷以及后續(xù)的短程反硝