（机械电子工程专业论文）基于can总线的微孔曝气离散控制系统的研究.pdf

电子辩技大学颈士疆究生毕监论文藏要 摘要 承是久炭羧以生存靛鸯然燹滚。筵羞臻健工效瓣邋猛发爱，东资源遭翻了 稷大麴酸蝽，隶污染邕或菇割缝人类发震麓主要瓣豢之一。懿侮采取行之骞效 的污水处理方法来控制水资源的进一步恶化，已成为人类迫猩眉睫的头等大事。 一体化氯化沟又称合建式戴化沟，它集曝气沉淀、泥水分离和污漏圊流功 能为一体，无需建造单独的二沉池，是城市污水然理中投资小、占媳少、工艺 先进静一秘方式。漫磊现在一髂讫氧纯沟上犬帮袋髑转剔臻气作为葜污承处龚 翡主要秘疆纯学方法，这耱方法靛主要缺点是麓耱缀蔫。蘑薅盎予浚蠢瓣整个 系统实现翻动控制，箍全靠人的手工搡 乍，造戚水质摆标不稳定，并魁系统兹 运行维护工作相当繁琐。 本文讨论了以活性污泥法为核- t l , 的一体化氧化沟生物处理系统的工艺流程 帮设计方法，并提出了一静新越媳曝气方法微孔曝气法，对漂来的污本处 理工艺遂行了缓造。镦琵凑气滚楚强凌空气麸蠹辍为镦寒缓瓣徽琵孛滋蹬至承 中，形成赢径为微米级的气海，充分与水接触。采尉微孔曝气进行溜承处邂可 以使空气与污水的接触面积成千倍乃至万倍的增大，视微孔直径的大小而定， 从丽傻曝气鳇效率大大提蓊，节约源。 我们聚掰基于c a n 总线结构的污水处理d c s ( 黎散控制系统) 模型橱建体 稼氧纯灞熬整个控裁系统。系绞分为琵缓惑线测终黧式，繇盛羧务器懿客户极 构成多爝系统终端总线型式鞠观场过程控裁的开放式现场总线整式，主要镪廷 中央控制窥( 上位机) 、现场羧制器、现场数据聚集弼执行单元三大部分。我们 分别对c a n 总线以及系统各个部分的结构和功能设置作了详细说明。 论文通讨论了溶解氧的闭环控制阍题。污水中溶解氧的浓度是利用活性污 嚣法送行港东楚理懿荚毽参数。我们暴囊嚣缀圈环控谶，羚嚣茬锱戆薮镶售号 是永中籁d 值，它跫污永跫磷被净化静指标。计舞橇按一定辩藏采榉c o d 藤 试仪，然后练合当时的悬浮物浓度值和温度值，查询专家系统，确定目标d o 值。 内琢控制l l 勺反馈信号是东中d o 谯。诗算机比较食筑量计测得的真实d o 继与昆 标d 0 值魄较，根据模糊控制策略控制空气压缩瓿髂气压和漉爨，实现曝气。只 要缳证越够豹溶簿氧浓瘦，藏熊绦诞污承处理瓣效暴。 i f 电予科技大学硕士研究生毕业论文a b s t r a c t a b s t r a c t w a t e ri so n eo f t h em o s ti m p o r t a n tn a t u r a lr e s o u r c e st h a th u m a nr e l i e so n h o w e v e r ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f i n d u s t r i e s ，w a t e rr e s o u r c ei sd e s t r o y e d i m m e n s e l ya n dw a t e rp o l l u t i o nh a sb e c o m et h em a j o rf a c t o rt h a tr e s t r i c t st h eh u m a n e v o l u t i o n s oh o wt op r e v e n tw a t e rr e s o u r c eb ya d o p t i n gs o m ee f f e c t i v em e t h o d st o t r e a ts e w a g eh a sb e c o m em o r ea n dm o r en e c e s s i t o u s i n t e g r a t e do x i d a t i o nd i t c h ，w h i c hi sa l s oc a l l e di n t e g r a lc o m b i n e do x i d a t i o nd i t c h ， c a l li n t e g r a t ef u n c t i o n ss u c ha sa e r a t i o nd e p o s i t i o n ，s e p a r a t i n gm u da n dw a t e r ，a n d p o l l u t e dm u dc i r c u m f l u e n c ew i t h o u tas e p a r a t es e c o n d d e p o s i t i n gd i t c h i ti sm o r e a d v a n c e da n di tn e e d sl e s si n v e s t m e n ta n dl e s sa r e ar e q u i r e m e n t b u tt h em a j o r c h e m i c o p h y s i c a lm e t h o d ，w h i c hi su s e dt ot r e a ts e w a g ei nm o s to f i n t e g r a t e d o x i d a t i o nd i t c hc u r r e n t l y ，i st u r n i n g r i n s ea e r a t i o n t h eo b v i o u sd i s a d v a n t a g eo ft h e m e t h o di sh i g h - e n e r g yr e q u i r e m e n t a tt h es a l q f l et i m e ，s i n c et h ea u t o m a t i cc o n t r o lo f t h ew h o l es y s t e mi sn o tr e a l i z e d ，m a n u a lw o r ki n s t e a d ，t h em a i n t e n a n c ef o rt h e s y s t e mi sv e r yc o m p l i c a t e da n di n e f f i c i e n t m o r e o v e r ，i tc a n n o tb ea v o i d e dt h a tt h e i n d e x o f t h e w a t e rq u a n t i t yi su n s t a b l e t h i st h e s i sh a sd i s c u s s e dt h ew o r kf l o wa n dd e s i g nm e t h o do fb i o l o g y p r o c e s s i n gs y s t e mo fi n t e g r a t e do x i d a t i o nd i t c hw i ma c t i v a t e ds l u d g em e t h o da s k e r n e lt e c h n o l o g y , a n dp r o p o s e dan e wa e r a t i o nm e t h o d - - m i c r o p o r ea r e a t i o n ，t o r e c o n s t r u c to r i g i n a lt e c h n i q u es y s t e m m i c r o p o r ea e r a t i o ni st om a k et h ea i rf l o wo u t f r o mt h eh o l e sw i t ld i a m e t e ro fm l nd e g r e ei n t ot h ew a t e rt of o r mm i n u t i a lb u b b l e s 。 s ot h ea i rc a nt o u c hw i t l lt h ew a t e rf u l l y t od e a l 、i t l lp o l l u t e dw a t e rb yu s i n gt h e m i c r o p o r ea e r a t i o nc a l lm a k et h et o u c h i n ga r e ab e t w e e nt h ea i ra n dt h ew a t e r t h o u s a n d s ，e v e nt e nt h o u s a n d so ft i m e sl a r g e r , w h i c hd e p e n d so nt h ed i a m e t e ro ft h e m i c r o p o r e b yt h i sm e a n s ，w ec a ng r e a t l yi m p r o v ea e r a t i o ne f f i c i e n c ya n ds a v e e n e r g y w ec o n s t r u c tt h ew h o l ec o n t r o ls y s t e mf o rt h ei n t e g r a t e do x i d a t i o nd i t c hb y u s i n gt h em o d e lo fs e w a g et r e a t m e n td s c ，w h i c hi sb a s e do nc a nb u s t h es y s t e m i sd i v i d e di n t ot w o d e g r e eb u sn e t w o r km o d e l i ti sm e a n st h a ts e r v e ra n dc l i e n tf o r m 1 i i 电子科技大学硕士研究生毕业论文 a b s t r a c t t h em u l t i - f u n c t i o ne n d sb u sm o d e la n do p e n e df i l e db u sm o d e lf o rf i e l dp r o c e s s c o n t r 0 1 t h es y s t e mm a i n l yi n c l u d e sc e n t e rc o n t r o lu n i t ，f i e l dc o n t r o lm a c h i n e ，f i e l d d a t ac o l l e c t i o na n do p e r a t i n gc e l l s w eh a v em a d ead e t a i l e de x p l a n a t i o nf o rt h e s t r u c t u r e sa n df u n c t i o n so fd i f f e r e n tp a r t so ft h es y s t e mr e s p e c t i v e l y i n t r o d u c eo ft h e c a nb u si si n c l u d e dt o o t h et h e s i sa l s od i s c u s s e dt h ec l o s e dc o n t r o lf o rd i s s o l v e do x y g e n ( d o ) t h e d e n s eo fd oi nt h es e w a g ei sa l li m p o r t a n ti n d e xf o rs e w a g et r e a t m e n tw h e nu s i n g a c t i v a t e ds l u d g em e t h o d w eu s et w o d e g r e e c l o s e d l o o pc o n t r 0 1 t h ef e e d b a c ko ft h e o u t s i d el o o pi st h ev a l u eo fc h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( c o d ) i nt h ew a t e r w h i c hi s t h ei n d e xt oc o n f i r mt h a tt h es e w a g ei sp u r i f i e d t h ec o m p u t e rc o l l e c t sd a t af r o m c o dt e s t i n gi n s t r u m e n ti naf i x e dt i m ei n t e r v a l ，a n dc o m b i n e si tw i t ht h es u s p e n s i o n c o n c e n t r a t i o nv a l u ea n dt e m p e r a t u r ea tt h a tt i m e ，t h e nu s e st h ee x p e r ts y s t e mt o a b s t a i nt h et a r g e t e dd ov a l u e t h ef e e d b a c ko ft h ei n s i d el o o pi st h ev a l u eo fd oi n t h es e w a g e t h ec o m p u t e rc o m p a r e st h et a r g e t e dd ov a l u ew i mt h er e a lo n eo b t a i n e d f r o mt h eo x y g e nm e t e ra n dc o n t r o lt h ea i rp r e s s u r ea n df l o wo ft h ea i rc o m p r e s s o rb y u s i n gf u z z yc o n t r 0 1 s ot h ed ov a l u ei nt h es e w a g ec a nb ec o n t r o l l e d s u f f i c i e n t d e n s eo fd oc a ng u a r a n t e et h er e s u l to fs e w a g et r e a t m e n t 电子科技大学硕士研究生毕业论文 独创- | 生声明 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： i 丝趁日期：逊s ，静四 关于论文使用授权的说明 本人完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：i 丝超导师签名：耋盘超日 电子科技大学硕士研究生毕业论文第一章引言 第一章引言 水是不可替代的自然资源，是自然环境的重要组成部分，在经济建设、社 会发展和人民生活中占有极其重要的地位。合理开发和利用水资源，防治水环 境污染和破坏，是我国的一项重要政策。 我国人均占有的淡水资源不丰富，而且因时空分布不均衡，相当一部分地 区的水资源十分缺乏。随着经济建设、城乡建设的发展和人口的增加，用水量 持续增长，水的供需矛盾将日益突出。同时，由于大量的工业废水和生活污水 排入水体，使水环境质量恶化，地表水和地下水受到不同程度的污染，减少了 可利用的水资源，进一步加剧了水的供需矛盾。 水资源短缺和水质恶化已成为制约经济建设和城乡建设发展、破坏环境生 态、影响人民生活和身体健康的突出问题。如不及时采取有效措施，全国性缺 水状况和水环境污染势必更为严重。 所以，我们在实施“可持续发展战略”的过程中，必须大力推行节约用水、 清洁生产和排污达标；同时普及城市污水集中处理，加速城市污水厂建设，加 强城市污水综合利用。城市排水及污水处理设施已经成为社会经济可持续发展 必不可缺的基础设施，是城市水良性循环所必不可少的环节，城市污水再生利 用是开源节流、减轻水体污染、改善生态环境、解决城市缺水的重要途径之一。 已成为缓解水资源紧张、防治水污染的重要措施。 1 1 课题意义 在“七五”和“八五”期间，我国大部分中型以上的城市均建成了污水处 理厂，用以处理工业和生活污水。随着国家加大对环保的投入力度，一大批不 同规模的污水处理厂正在建设中。目前，日处理量超过3 万吨的污水处理厂大 多采用鼓风曝气的方法作为污水处理的主要物理化学方法，这种方法工艺落后， 处理过程相对较长，而且能耗很高。 己在四川省新都县建设的四川省城市污水处理示范工程，采用先进的一体化 氧化沟技术，将生物处理净化和固液分离合为一体。从生物处理工艺来讲，该 一体化氧化沟又是一个集厌氧、缺氧、好氧为一体的a 2 o 体系。该工程具有工 电子科技大学硕士研究生毕业论文 第一章引言 艺流程短，构筑物和设备少，处理效果稳定可靠，产生的剩余污泥量少，设备 事故率低，运行管理费用少等优点。但是现在一体化氧化沟上是采用转刷曝气 作为其主要物理化学方法，这种方法的主要缺点是能耗很高。同时由于没有对 整个系统实现自动控制，而全靠人的手工操作，造成水质指标不稳定，并且系 统的运行维护工作相当繁琐。 要提高污水处理的水质指标，降低能耗和提高效率，使用污水处理微孔曝 气自动控制系统是一种十分有效的手段。它不但彻底改变了原来落后的曝气工 艺，采用一种新型的曝气方法微孔曝气法，而且应用基于c a n 总线的污水 处理d c s ( 集散控制系统) 实现污水处理的分布式数据采集、自动控制以及集中监 控，具有优异的性能价格比和很好的市场潜力。该课题对于提升我国污水处理 的技术含量，为污水处理装置制造企业的科技创新和研制新一代产品有着积极 的推广作用，研究的成果还可以用于对现有污水处理厂进行技术改造，改善其 工艺和降低能耗，具有很好的推广前景。 我国污水处理设备的制造水平和科技含量都比较低，通过本课题的研究， 可以为污水处理厂的技术改造提供科学的方法和理论依据，也可以为污水处理 设备制造厂开发和研制新产品、实现技术创新提供理论基础和研究方法。我国 机械制造主管部门已将环保设备的制造和生产列为重点方向，并预测相关设备 的销售前景十分乐观，通过对本课题的研究工作，将对提高我国污水处理设备 的技术含量，提高污水处理厂的生产效率和降低能耗起到十分积极的作用。 1 2 国内外动态 根据我们在国内的综合调研，目前国内的污水处理的研究工作尚处于起步 阶段，其主要原因是国内污水处理厂所采用的国产设备和工艺流程都十分落后， 国内也设有专业的研究单位对污水处理设备的现代化和计算机化进行研究。 国外对污水处理设备，尤其是对鼓风曝气过程的闭环控制进行了深入的研 究并已将研究成果产品化，从国外引进的污水处理成套设备中均配备鼓风曝气 过程的控制调节装置，如成都污水处理厂从荷兰引进的5 万吨污水处理设备， 在这些成套设备中，都具有由传感器、控制阀和计算机控制系统构成的鼓风曝 气过程的控制系统。但对将微孔曝气这一工艺过程应用于污水处理，并对污水 处理进行分布式数据采集和显示以及集中监控方面的研究还比较少。 电子科技大学硕士研究生毕业论文 第二章污水处理工艺 第二章污水处理工艺 2 1 重要的污水水质指标 污水的污染程度如何，主要由以下几种指标来反映，了解这些指标便可全 面掌握污水在物理学、化学和生物学方面的特性，掌握污水处理流程和其最终 处理方法。 ( 1 ) 悬浮物质( s s ) 悬浮物质( s s ) ，简称悬浮物，是检测污水的重要指标，它表明污水的污染 情况，s s 含量的多少直接影响着水环境的外观情况，也影响水的复氧过程。它 能反映用简单沉淀方法去除污染物的效果、能反映该污水是否易于处理。 ( 2 ) 生物化学需氧量( b o d ) 生物化学需氧量( b o d ) 是目前城市污水和大多数有机废水广泛使用的污 染指标。它指一升废水中有机污染物在好氧微生物作用下，进行氧化分解时所 消耗的溶解氧量，单位：m g l 。实际测定时采用b o d 5 ，即水样在2 0o c 条件下， 培养五天的生化需氧量。它可反映生物降解的有机物量。b o d 含量高说明水污 染严重，水中缺氧。它能模拟污水进入水体后，水体的耗氧过程。它也能用于 判断污水处理厂生物法净化过程，用于制定水体和排放水的水质标准。 ( 3 ) 化学需氧量( c o d ) 化学需氧量( c o d ) 是指用强氧化剂使被测废水中有机物进行化学氧化所 消耗的氧量。由于其检测速度快，采用它比较方便。 ( 4 ) p h p h 表示水质的酸碱性，是其所含氢离子浓度的负对数：p h = 7 为中性，p h 7 为碱性。一般污水的p h 值在6 5 9 之间。当p h 9 都将会影响生物处理，并对混凝土和金属有腐蚀作用，这时，需进行污水预处 理并对处理设备做防腐处理。对于生化处理，p h 是很重要的参数。 2 2 活性污泥法 生物处理的目的是去除有机物和植物性营养物，以及通过生物絮凝去除胶 电子科技大学硕士研究生毕业论文第二章污水处理t 艺 体颗粒，同时也可以获得能量和产品，主要机理是微生物代谢。广泛适用于城 市污水( 9 0 以上) 和各种工业有机废水处理。 按照微生物对氧的需求，生物法可分为好氧、缺氧、厌氧三类；按微生物的 生长方式分浮生长、固着生长、混合生长三类，此外还可按操作条件( 负荷、 温度、连续性等) 和用途分类。 选用生物处理方法前必须判断废水的可生化降解性( 在微生物作用下，某 种物质改变原来的结构和性质的难易程度) 。影响有机物生化降解的因素主要 有：有机物种类( 化学组成、理化性质、浓度、共存基质等) ：微生物种类 与活性( 微生物的来源、数量、种属间的关系、龄期等) ；系统环境( p h 值、 d o 、温度、营养物等) 。各类有机物的可降解性参见下表。 表2 1各类有机物的可降解性及特例 类别生物可降解性特征特殊例外 碳水 易于分解，大部分化合物的b c o 。d m 。5 5 。 纤维素、木质素、 化合甲基纤维素、a 纤 物维素生物降解性较 差 烃类 对生物氧化有阻抗，环烃l p , i i 目烃更甚。实际上大部 松节油、苯乙烯较 化合 分烃类化合物不易被分解，小部分如苯、甲苯、乙 基苯以及丁苯异戊二烯，经驯化后，可被分解，大 易被分解 物 部分化合物的器蚴 2 5 醇类 能够被分解，主要取决于驯化程度，大部分化合物 特丁醇、戊醇、季 化合 i 拘b c 0 0 d d 5 4 0 戊四醇表现高的阻 物抗性 酚类 能够被分解。需短时间的驯化，一元酚，二元酚， 2 ，4 ，5 三氯苯酚、 化合 甲酚以及许多酚都能够被分解，大部分酚类化合物 硝基酚具有较高的 物 i 拘b o d 5 4 0 阻抗性，较难分解 c o d 醛类 能够被分解0 大多数的化合物的器 4 。 丙稀醛、三聚丙烯 化合全需长时间驯化， 物苯醛、3 一羟基丁醛在 电子科技大学硕士研究生毕业论文第二章污水处理工艺 高浓度时表现高度 阻抗 醚类对生物降解的阻抗性较大，比酚醛醇类物质难于降乙醚、乙二醚不能 化合 解。有一些化合物经长期驯化后可以分解被分解 物 酮类可生化性较醇、苯、酚差，但较醚为好，有一部分 化合酮类化合物经长期驯化后，能够被分解 物 氨基 生物降解性能好，面b o d 5 可大于5 0 胱氨酸、酪氨酸须 酸 较长时间才能被分 解 含氮苯胺类化合物经长期驯化可以被分解，硝基化合物n ，n 一二乙基苯 化合 中的一部分经驯化后，能够被降解。胺类大部分能胺、异丙胺、二甲 物 够被降解苯胺实际上不能被 降解 氰或经驯化后容易被降解 腈 乙烯生物降解性能好巴豆醛在高浓度时 类可以被降解，在低 浓度时产生阻抗作 用的有机物 表面直链烷基芳基硫化物经长期驯化后能被降解，“特 活性型”化合物则难以被降解，高分子量的聚乙烯酯和 剂类酰胺类更为稳定，难于生物降解 含氧氧乙基类( 醚链) 对降解作用有阻抗，其高分子化 化合 合物阻抗性更大 物 卤素大部分化合物不能被降解氯丁二烯、二氯乙 有机酸、二氯苯醋酸钠、 物 二氯环己烷、氯乙 醇等可被降解 电子科技大学硕+ 研究生毕业论文 第二章污水处理 艺 2 2 1 基本原理 1 基本流程 活性污泥法是悬浮生长型好氧生物法。活性污泥有好氧和兼性微生物( 包 括细菌、真菌、原生动物和后生动物) 及其代谢的和吸附的有机物、无机物组 成，具有降解废水中有机物( 也有些可部分利用有机物) 的能力，显示生物化 学活性。活性污泥法净化废水包括吸附、代谢和固液分离三个主要过程，系统 由曝气池、二沉池及污泥回流设备组成，基本流程图如下所示。 q 。，s t ，x d 丑，q q ( 或q 。) r ，q ，s 。 图2 1 活性污泥法基本流程 2 活性污泥法影响因素及工艺参数 描述活性污泥系统的工艺参数包括三类：曝气池工艺参数；二沉池的 工艺参数；整个工艺系统的参数。这些参数互相联系，任一参数的变化都会 影响其他参数。 ( 1 ) 入流水质水量这是活性污泥系统设计运行的基础参数，必须准确计量。 因为供氧的限制，进水的有机物浓度不能太高，且营养应全面。细胞组成中，c 、 n 、h 、o 约占9 0 9 7 ，其余为无机元素，主要是p 。处理生活污水和性质 浓度与之相近的工业废水刁i 需加营养物。某些工业废水需加n 、p 使营养比达到 b o d 5 ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：l 。 ( 2 ) 混合液悬浮固体浓度( m l s s ) 包括活细胞、无活性又难降解的内源代谢 残留物、有机物和无机物，前三类有机物约占固体成分的7 5 8 5 。用混合 液挥发性悬浮固体浓度( m l v s s ) 指标不包括无机物，更准确反应活性物质量， 但测定稍麻烦。对给定废水，m l v s s m l s s 介于0 7 5 0 8 5 之间。为了维持曝气 池中的污泥浓度在适当水平，通常采用二沉池沉淀污泥回流。回流污泥量g 与 6 电子科技大学硕士研究生毕业论文第二章污水处理工艺 进水量q 之比称为回流比月。 ( 3 ) 有机负荷 有进水负荷和去除负荷两种，前者指单位重量的活性污泥在 单位时间内要保证一定的处理效果所能承受的有机物量：后者指单位重量的活 性污泥在单位时间内去除的有机物量。有时也用单位曝气池容积作为基准。 ( 4 ) 剩余污泥排放量和污泥龄微生物代谢有机物的同时增殖剩余污泥排放 量等于新净增污泥量。用新增污泥替换以还有污泥所需时间称为泥龄s ，即。 丹：丝! 丝t 丝g m 。+ m 。 式中m o 曝气池内的活性污泥量； a f 二沉池中的污泥量； m 。回流系统的污泥量： m 。每天排放的剩余污泥量； 。二沉池每天带走的污泥量。 实用上，通常取啡a m 。m 。 污泥负荷和泥龄与废水处理效率、活性污泥特性、污泥生成量、去除单位 有机物的氧消耗量等直接有关，都可以作为活性污泥法的设计参数。当选用较 大的晓值，对应的污泥负荷值较小，剩余污泥量小；若选用较小的只值，则对 应的较大，活性污泥吸附有机物后往往来不及氧化，出水水质较差，剩余污泥 量大。当只小于某个临界值后，从系统排出的污泥量多于其增殖量，此时无处 理效果。 ( 5 ) 混合液溶解氧浓度溶解氧浓度不能过低，否则影响好氧生物代谢功能。 一般维持曝气池d o = 2 m g l 左右。氧化还原电势+ 3 0 0 4 0 0 m v ，至少要求 + 1 0 0 m v ( 对厌氧菌要求， + 1 0 0 m v ，对严格厌氧菌，要求 一1 0 0 m v ，甚至要 求 - - 3 0 0 m v ) 。 ( 6 ) 水温在一定范围内，随着温度升高，生化反应速率加快，增殖速率也 加快；另一方面细胞组织如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升并超过一 定限度时，会产生不可逆破坏。各类微生物适应的温度范围如下所示 表2 2 各类微生物适应的温度范围 l 类别 最低温度o c最适温度o c 最高温度。c l 高温型3 05 0 6 0 7 0 8 0 i 中温型 1 03 0 4 05 0 电子科技大学硕士研究生毕业论文 第二章污水处理工艺 常温型51 5 3 04 0 低温型1 05 1 03 0 ( 7 ) p h 值一般好氧微生物的最适宜p h 值= 6 5 8 5 ；p h 4 5 时，真菌将占 优势，引起污泥膨胀：另一方面，微生物的活动也会影响混合液的p h 值。 ( 8 ) 曝气池和二沉池的水力停目时间有名义停留时间和实际停留时间两种， 前者不考虑回流，后者含回流量。 ( 9 ) 二沉池的水力表面负荷、固体表面负荷和出水溢流堰负荷活性污泥法的 处理效果取决于活性污泥的数量和性能。衡量活性污泥质量的的指标主要有 污泥浓度x ( m l s s 或m l v s s ) ；污泥沉降比s v ；污泥容积指数s v i ； 活性污泥的好氧速率；污泥的沉降速度；活性污泥的生物相；粒度和颜 色等。性能好的活性污泥外观呈黄褐色，粒径0 0 2 0 2 m m ，比表面积 2 0 i o o c m 2 m ，含水量在9 9 以上，相对密度1 0 0 2 1 0 0 6 ，s v = 1 5 3 0 ， s v i = 5 0 15 0 。 2 2 2 活性污泥法设计 1 活性污泥法的设计内容 工艺设计和计算包括5 个方面：工艺流程选择：曝气池设计与计算： 曝气系统的设计与计算：二沉池的设计与计算；污泥回流系统的设计与 计算。所需设计资料包括：废水流量；进水的b o d 5 ；二沉池出水的b o d 5 ； 水温；m l v s s m l s s ；回流污泥浓度；曝气池污泥浓度；选用合适 的污泥负荷和泥龄：动力学常数。 2 普通曝气池的基本计算公式 活性污泥法的核心是曝气池，普通曝气池的计算公式如下表 表2 3 普通曝气池基本计算公式 项目公式说明 处理效率q _ = s o s - 。s 坚1 。 s o 一一进水b o d s 浓度，m g l ：旦1 0 0 e 一一出水b o d 5 浓度，m g l s o 电子科技大学硕士研究生毕业论文第二章污水处理工艺 曝气池容积 矿：望璺二盟：一q s o s 。一一进出水b o d 5 差。m g l 矿m l ，x 。l x 。 v ：= o 。y q ( s o - s , ) q 一一设计流量，m 3 d x 。( 1 + k d o c ) v ：oq w x a + ( q q r ) 上。一一污泥去除负荷，k g ( b o d 5 ) c x 口 k g ( m l v s s ) d 水力停留时间 0 = v o 上一一污泥进水负荷，k g ( b o d s ) 0 、0 。d 一1 只= 志 k g ( m l v s s ) d 】 0 ，一一污泥停留时间( 泥龄) ，d 污泥产量 0 一一水力停留( 名义) 时间，d 血= r q s ，一k d v x 。 a x ( g d ) 目。一一水力停留( 实际) 时间，d 泥龄见d 1臼： v x o j ，一一污泥理论产率，k g ( 生物 q x 。+ ( q q 旷) 工。 丹： h 。 量) k g ( 降解的b o d 5 ) ，y = 0 4 , - 0 8 。 岛+ ( q q ；) 屯 k 。一一污泥内源呼吸率，d 。 苦= y l r k d z 。一一曝气池污泥浓度 曝气池需氧量 0 2 = a o s ，+ b v x 。 ( m l v s s ) ，m g l 0 2 ( g d ) 们。= 毒一，舶 x 。一一二沉池出水污泥浓度， m e t e q = 丽0 2 = a + 丢 x 一一曝气池污泥浓度( m l s s ) ， m g l 混合液污泥浓 1 2 r1 0 6 q ，一一从曝气池排出混合液流 度m g l ( 1 + r ) s k i 量，m 3 d 铲篙器 9 j 一一从二沉池底排泥量，m g l 污泥容积指数 s ：里盟。1 0 4 r 一一污泥回流比 s y iz a 一一氧化每k g b o d 所需氧量底 电子科技大学硕士研究生毕业论文第二章污水处理r 艺 出水浓度 。一k 。( 1 + 心吼) 始数，可取o 7 1 2 s 。m g l 。一( 联一k 。护。一1 b 一一污泥自身氧化需氧率，d o a o 。一一单位重量污泥的需氧 量，k g ( 0 2 ) k g ( m l v s s ) d q 一一去除每k g b o d 的需氧量 k ( 0 2 ) k g ( b o d s ) d s v 一一污泥3 0 m i n 沉降比， k ，一一饱和常数，m g l k 一- - b o d 5 降解速度常数，d o s v 一污泥容积指数，m l g 2 3 氧化沟技术 1 流程与特征 ( 1 ) 氧化沟常用的处理流程见图2 2 原水 。、 。 ，。 卜 呻1 八 同流污混 理水 图2 2以氧化沟为生物处理单元的废水处理流程 卜格栅：2 一沉砂池；3 一氧化沟；4 一二次沉淀池 为防止无机沉渣在氧化沟中积累，原污水应先经格栅及沉沙池预处理。由 于氧化沟中污泥龄很长，其剩余污泥量少于一般活性污泥法，而且已经得到好 氧稳定，不需再经污泥消化处理。流程中的二次沉淀池可与曝气池分建，也可 与其合建，合建时可省去二沉池与污泥回流系统。 ( 2 ) 氧化沟的水流混合特征基本上是完全混合式，同时又具有推流式的某些特 征。设水流在曝气沟渠中的流速为v ，氧化沟的总长为l ，则水流完成一个循环 所需时间t = 上v 。当三= 9 0 6 0 0 m ，v = 0 3 0 5 m s 时，则，= 5 2 0 m i n 。由 于废水在氧化沟中的设计停留时f 司丁为1 0 2 0 h ，因此可以计算出废水在整个停 电子科技大学硕士研究生毕业论文第二章污水处理工艺 留时间内要完成的循环次数为3 0 2 8 0 次不等。可见，从整个氧化沟看，可以 认为是一个完全混合池，其中的污水水质几近一致，原水一进入氧化沟，就会 被几十倍甚至上百倍的循环流量所稀释，因此氧化沟和其他完全混合式的活性 污泥法系统一样，适宜处理高浓度有机废水，能够承受水量和水质的冲击负荷。 但如果着眼于氧化沟中的某一段，就可以发现某些推流式的特征。因为在氧化 沟中曝气装置并不是沿池长均匀布置而是只装在某几处，在曝气器下游附近地 段，水流搅动激烈，溶解氧浓度高，但随着与曝气器距离的增加，水流搅动变 缓，溶解氧浓度不断减少还可能出现缺氧区这种水流搅动情况和溶解氧浓度 沿池长变化的特征，十分有利于发现污泥的生物凝聚作用且可利用来进行硝化、 反硝化，达到生物脱氮的目的。 2 氧化沟的构造及主要型式氧化沟一般呈环状沟渠形，平面上多为椭圆形或 圆形。池壁多为钢筋混凝土，也可按土质挖成边坡为l ：1 5 以上的斜坡，以1 0 0 m m 素混凝土作护砌而成。沟渠水深决定于所采用的曝气设备，为2 5 8 m 不等。通 常用管渠从池面上进水，出水设可调堰。多用表面曝气器，纵轴、横轴均可。 常用的集中氧化沟系统如下。 卡罗塞( c a r r o u s e l ) 型氧化沟。 奥巴尔( o r b a l ) 型氧化沟。 交替工作式氧化沟。 曝气一沉淀一体化氧化沟。 3 氧化沟的设计计算与技术参数氧化沟的设计计算主要包括：确定氧化沟的 容积、计算曝气机所需功率、进行碱度校核及二次沉淀池的设计计算。 确定氧化沟容积。当仅要求去除b o d 及进行硝化作用时，可按活性动力 学公式计算氧化沟容积。氧化沟常用的技术参数如下：有机物容积负荷 0 2 o 4 k g b o d 5 ( m3 d ) ，有机物污泥负荷o 0 5 o 1 5 k g b o d 5 ( k g v s s d ) ；水力 停留时间1 0 2 4 h ：m l v s s ( x ) - - 般采用2 0 0 0 6 0 0 0 m g l ；污泥龄则应根据处 理要求选定，当仅要求降低b o d 。时，可采用以= 5 8 d ，当要求进行硝化时， 可根据废水温度采用o c = 1 0 2 0 d ，当希望得到b o d 。很低的出水、完全的硝化 反应及十分稳定的污泥时，应采用o o = 3 0 d 。动力学常数j ，及世。可按半生产性 试验数据求得，当无条件进行试验时，可参考表选用。氧化沟出水水质 占0 d 。l o 1 5 m g l ；s s l 0 2 0 m g l ；n i t ，一n 1 3 m g 三。 电子科技大学硕士研究生毕业论文第二章污水处理工艺 脱脂牛合成废 造纸及 动力学常数生活污水 纸浆废 城市废水 奶废水水 水 y ( 培v s s k g b o d ，去除) o 5 0 6 7o 4 8o 6 50 4 70 3 5 0 4 5 k j d 一1 0 0 4 8 0 0 60 0 4 5o 1 8o 2 0o 0 5 o 1 0 对于有脱氮要求的氧化沟系统，应在上述计算结果之外考虑反硝化所需的容积 v ，v 1 可按下式计算。 ：生 d n r x 式中矿反硝化所需的氧化沟有效容积，m 3 ，要求去除的硝酸盐量，堙d ； d 氓污泥反硝化率，k g n ( k g m l s s d ) 氧化沟所需的总有效容积应为上述二者之和： 阼= v + y 计算曝气机功率。曝气机所需功率决定于氧化沟处理废水所需的氧量，计 算时应考虑到以下需氧反应、产氧反应及影响氧需量的过程：降低b o d 5 的需氧 反应；氨氮氧化的需氧反应；反硝化过程的产氧反应，即反硝化过程对有机物 的稳定作用；污泥增殖及排泥所减少的b o d s ；此部分b o d 。并未耗氧，在需氧 量计算时应予扣除；污泥增殖及排泥所减少的n h ，一n 也不耗氧，也应予扣除。 0 2 - q 【等- 1 4 2 只( 等5 ( n o - n 舢5 6 只( 等) _ 2 6 a u o ， 式中 o ：需氧量，堙d ：d q 废水流量，m 3 d 氐、s 。进出水b o d ，m g l k b o d ；降解速率常数，1 d r b o d 实验天数，d ，对b o d 。，= 5 d ； 只剩余污泥排放量，船d v s s 船污泥中挥发性固体百分数，； 电子科技大学硕士研究生毕业论文第二章污水处理工艺 。、。进出水氨氮浓度，m g l ： 。，还原的硝酸盐氮，鹳三。 一旦确定了所需的氧量，就可以根据曝气设备的标准氧转移效率计算氧化沟所 需的总功率，并根据氧化沟的平面形状及布置确定曝气设备的数量与尺寸。当 要求脱氮时，曝气器必须保证沟内有足够的缺氧区，以利于反硝化反应的进行。 碱度校核。应校核氧化沟中混合液的碱度，以确定其p h 值是否符合要求， 一般去除b o d ，所产生的碱度约为0 1 m g m 妒0 1 ) ，氧化氨氮所需的碱度为 7 1 4 r a g m g n h ，一n ，还原硝酸盐氮所产生的碱度为3 o m g m g n 0 3 一n ，因此 可根据原水碱度及上述各项数据计算剩余碱度，当剩余碱度大于或等于 1 0 0 m g 上时，即可维持混合液口h 7 2 ，符合生物处理的要求。 二次沉淀池。建议采用以下数据参数：表面负荷1 2 6 2 1 0 m 3 ( m2 d ) ； 固体负荷2 0 l o o k g s s ( m 2 d ) ；出水堰负荷1 2 6 1 9 0 m 3 ( m d ) 。 2 4 一体化氧化沟 2 4 1 污水处理一体化的概念 污水处理一体化，这是针对传统污水处理方法通常由多个单元操作组成的复 杂工艺流程的弊端而提出和发展起来的。一类污水处理一体化工艺是指曝气和 沉淀操作按时间或空间顺序进行调配的活性污泥工艺；另一类是指曝气和沉淀 单元构筑物合建的活性污泥工艺。根据多年经验和现代理论和技术，研制发展 的这类新技术、新工艺，其目的是为了降低造价和运行费，同时针对n 、p 去除 的高要求，这些技术都考虑到了，在其构成和运行方式上作了相应调整，并不 断的在完善之中。 为了便于选择使用和进行科学的管理，有必要把近年来出现的有关污水处理 一体化分别作一具体的理论分析。需要明确的是：对于所有污水处理技术，时 问和空间要求是基本要素，不同的时间和空间要求安排就构成了不同的运行方 式，氧化沟也不例外。 污水处理一体化至今尚无严格的定义，但概括讲可分为以下两类三种： 第一种一体化技术是指曝气和沉淀工序在同一反应池内完成，按时间顺序调 配，对污水进行序批处理，对一个反应器来说，它是间歇运行的。典型的是s b r 电子科技大学硕士研究生毕业论文第二章污水处理工艺 ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 、循环式活性污泥法c a s t ( c y c l i ca c t i v a t e ds l u d g e t e c h n o l o g y ) 和u n i t a n k 等。 第二种一体化技术是指安