污水处理AAO工艺PH值控制系统设计.

1、内蒙古科技大学课程设计论文内蒙古科技大学过程控制课程设计论文题 目：污水处理AAO工艺PH值控制系统设计学生姓名：学 号：1067112333专 业：测控技术与仪器班 级：2010-3指导教师：李忠虎教授 2013年 8 月 31 日摘要AAO工艺是一种污水处理生物脱氮除磷工艺，是传统活性泥、硝化与反硝化、生物除磷工艺的综合，因其效果较佳，具有高效、节能的特点，且耐冲击，负荷较高，出水水质好，在现今污水处理中被广泛使用。但其使用环境要求废液PH应在69之间，由于污水排放量的变化较大，其酸或碱的含量变化也非常大，并且酸碱类型也是强弱不定，PH值曲线也就不稳定，所以PH值控制在AAO工艺流程中显得

2、尤为重要。鉴于此，采用带有不灵敏的分程控制PH，以保证废液维持在一定的适用范围内。关键词： 污水处理； 酸碱； 分程控制目录第一章 绪论1第二章 污水处理工艺流程22.1 污水处理流程22.2 污水处理主要建筑物及其作用32.3 AAO工艺流程4第三章 控制系统设计53.1 被控参数选择53.2 控制参数选择53.3 控制系统选择63.4 PH分程控制系统设计83.4.1 分程控制基本原理83.4.2调节器输出信号分程93.4.3调节阀流量特性选择103.4.4 调节阀的泄漏量103.5液位控制系统设计113.5.1 串级控制基本原理113.5.2 调节规律的确定11第四章 总结12参考文献1

3、314第一章 绪论改革开放以来，伴随着我国城乡经济的快速发展，不可避免的带来了各种各样的环境问题，环境污染，生态破坏，比比皆是。在“三废”污染问题中，水污染问题成为重中之重。水是生命之源，而我国又是一个严重缺水的国家，水资源分布不平衡，南多北少，东多西少，人均水资源占有量不到世界的平均水平。面对我国水资源紧缺的现状，面对我国各大河流、湖泊均不同程度的受到了污染的现状，政府推行了一系列旨在节约用水，保护现有水资源的政策。大规模建设污水处理厂，从源头治理，无疑是保护河流、湖泊不被污染的最好的办法。无论生活还是工业污水，水资源的二次利用提上了日程。由于我国污水处理技术起步晚，在处理前期出现了再生水的

4、利用率低；城市、城镇污水处理负荷重；剩余污泥处理不当，给环境带来二次污染；已运行工厂产生臭味气体等问题。随着时代的发展，在政府的支持下，我国的污水处理技术也日趋成熟。现今，在我国的城镇污水处理厂中，有大部分工艺都采用活性污泥，随着对水资源质量要求的提高，各种改进工艺（AB法、A/O法、A/A/O法、氧化沟等）被广泛运用。AAO（厌氧缺氧好氧）是一种污水处理生物脱氮除磷工艺，是传统活性泥、硝化与反硝化、生物除磷工艺的综合。因其对污水脱氮除磷效果较好，系统总氮的去除率在75%以上，总磷的去除率在85%以上，系统运行稳定，出水达到了城镇污水处理厂污染排放标准的一级标准。在现今污水处理过程中被广泛使用

5、。未来，随着经济腾飞与发展，水污染日益严重，那么污水处理的重要性也就显得尤为突出。为防止水污染进一步恶化，污水处理工艺将得到进一步改进。AAO工艺因其运行成本低，系统稳定，必将在未来独占鳌头。第二章 污水处理工艺流程2.1 污水处理流程 由于大多城镇污水以有机污染为主，（生化需氧量,即是一种用微生物代谢作用所消耗的溶解氧量来间接表示水体被有机物污染程度的一个重要指标）BOD/COD（化学需氧量，是指在一定严格的条件下,水中的还原性物质在外加的强氧化剂的作用下,被氧化分解时所消耗氧化剂的数量,） 大约在3/4左右,可生化性较好，重金属及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标；污水中主要污染物

6、指标BOD、COD值为典型城市污水值。针对以上特点，以及出水要求，现有城市污水处理技术的特点，以采用生化处理最为经济。由于将来可能要求出水回用，处理工艺尚应硝化。根据国内外已运行的中、小型污水处理厂的调查，要达到确定的治理目标，可采用“AAO活性污泥法”。其流程如图2.1所示。进水格栅提升泵房沉砂池砂水分离砂初沉池厌氧池缺氧池好氧池二沉池接触池排放消毒剂初沉污泥泵房浓缩池贮泥池脱水间泥饼图2.1 污水处理流程该流程包括完整的二级处理系统和污泥处理系统。污水经一级处理的格栅、沉沙池和初沉池进入二级处理的厌氧池和曝气池，然后在二次沉淀池中进行泥水分离，二沉池出水后经消毒直接排放。二沉池中一部分污泥

7、作为回流污泥进入二级处理部分，剩余污泥与初沉池污泥进入浓缩池，经浓缩之后的污泥进入脱水机房加药脱水，形成泥饼，最后外运。2.2 污水处理主要建筑物及其作用(1)格栅用于去处污水中粗大漂浮或悬浮杂物，以保护后续处理设施不被磨损或堵塞(2)曝气沉沙池曝气池是污水生物处理的核心构筑物，利用活性污泥法进行污水处理，池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件(3) 初沉池一个幅流式的沉淀池，以除去污水中的大部分泥渣，其刮泥采用的是半式周边传动刮泥机，泥渣经刮泥机推入池底中心处的污泥斗，再输送到贮泥间(4)厌氧池、缺氧池、好氧池二级处理的主体建筑物，是活性污泥

8、的反应器，即厌氧、缺氧、好氧反应器。其独特的构建使其具有脱氮除磷功能，经过曝气池后，水质得到好大的改善(5) 二沉池二沉池是设置于曝气池之后的沉淀池，是以沉淀，去除生物处理过程中产生的污泥获得澄清的处理水为其主要目的(6) 脱水机房除去污泥中多余的水分2.3 AAO工艺流程 图2.2 AAO工艺流程厌氧池：污水和回流污泥首先进入厌氧池，再此出现磷的释放，为防止污水产生沉淀，在此段设水下搅拌器。缺氧池：反硝化细菌利用在好氧阶段产生的，有混合液回流带入的硝酸盐作为最终电子受体，氧化进水中的有机物，同时自身被还原为氮气从水中溢出，达到脱氮的目的。好氧池：在好氧池进行曝气充氧，去除污水中的BOD2，同

9、时进行硝化和磷化的吸收。二次沉淀池：它除了进行泥水分离外，还需要进行污泥浓缩，并需要暂时贮存污泥。该工艺较其他为最简单的同步脱氮除磷工艺 ，总的水力停留时间、总产占地面积少于其它的工艺 ；污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效；运行中勿需投药，运行费低且系统运行稳定。但对沉淀池要保持一定的浓度的溶解氧、PH、温度。第三章 控制系统设计3.1 被控参数选择 AAO工艺以其运行稳定，费用低而广泛应运于各大污水处理厂，但其工艺运行需要在一定的温度、溶氧量、PH范围内。温度：由于各城市地理环境不同其气候、气温也不一样。一般来说水温>15对于微生物处理效率影响不大，一年四季都可以进行运行。在北方地区冬季

10、气温均低于8,水温低于15，虽然可以进行培菌工作，但水质处理效率降低，培菌工作时间延长。因此在北方冬季需要对污水水温进行控制。溶氧量：对于A/A/O工艺厌氧池、好氧段的溶解氧是保证聚磷菌对磷的充分释放与吸收的重要条件，控制缺氧段、好氧段的溶解氧值是影响硝化与反硝化是否彻底脱的一个重要因素。 (1)一般好氧段溶解氧控制在1.52.5mg/L之间。如果好氧区溶解氧下降说明曝气不足。(2)缺氧段溶解氧控制在0.5mg/L以下如果溶解氧较高说明内回流比值过大。(3)厌氧池中的溶解氧控制在0.2mg/L以下。当出现溶解氧过高检查外回流比配置是否合理或者搅拌强度是否过大导致将空气中的氧复原至水中。PH值：

11、对于AAO工艺，PH值范围不合适，不仅影响出水水质，随之而来的将伴随整个工艺流程的进度。一般要求PH值处于69之间，对于生物作用脱氮除磷效果明显。由于在北方温度仅需在冬季进行控制，而溶氧量的不足不足以影响整个流程的运行，且难于控制。故选择PH值控制为被控参数。3.2 控制参数选择经生产实习得知，在污水处理过程中，影响废液PH值变化的主要因素有进入厌氧池与流出好氧池的污水流量，以及加入废液的酸碱量。在以往的酸碱中和中，大多采用碱（NaOH），酸（H2SO4）中和。但这一方法虽效果明显，可费用较高。目前若废液中不含-SO4离子，则大多采用石灰（OH）2）作为碱，因为其价格低廉，效果也较佳。可要注意

12、太多的-SO4离子易与+结合生成aSO4固体，增加废液中的污泥量。也有一些处理厂采用AL（OH）3作为碱液，H2 SO4作为酸液，效果也不错。在酸碱的选择上应示情况而定。而流入与流出的废液流量可通过气动阀控制。3.3 控制系统选择由于废液PH值易受加入的酸碱液影响，且与流入、流出废液流量有关。故提出以下两种方案。方案一：由于AAO工艺流程使用环境要求PH值范围处于6-9之间，而在PH为7附近为最佳。故可采用变比值控制系统。可根据废液的PH值，自动修正比值系数，从而使脱磷除氮得到最好的效果，如图3.1所示。图3.1 PH变比值控制对水流量影响可进行前馈控制，在出口PH尚未较大变化时，及时对输入流

13、量这个主要干扰量进行补偿。该方案对于PH控制仅适用于废液处于碱性状态的地区。而对于水位的控制由于输出量不定，实际上这个输入干扰量并不特定。故该方案不适合。前馈-反馈控制同样存在这样的问题。方案二：在中和过程中由于废液来源不同，有时呈酸性，有时呈碱性，这就需要根据废液的酸碱度，决定加酸或碱，可采用分程控制，以保证废液PH值处于适当范围。图3.2 废液分程控制系统 由于PH值受流出与流入废液流量影响，且存在滞后。可设计一水位串级控制，可消除滞后，如图3.3所示。图3.3 水位串级控制系统该方案当废液呈酸性时，系统中的PH值调节器输出信号使A阀关闭，B阀打开，加入适量碱；反之，当废液呈碱性时，调节器

14、的输出信号使A阀打开，B阀关闭，加入适量酸，以保证废液PH处于适中。水位串级控制使液位保持在一定高度，切好可弥补PH值测量滞后的问题。3.4 PH分程控制系统设计3.4.1 分程控制基本原理分程控制即将调节器的输出信号分割成两个或两个以上的信号范围段，有每段信号去控制一个调节阀，并使每个调节阀在相应的输入信号范围内做全程工作。其基本原理如图3.4所示。图3.4 分程控制基本原理图3.4.2调节器输出信号分程根据工艺原理，为确保发生故障时保证安全，（如图3.2）故确定B阀均为气开式，A阀为气关式。以A阀为例，气关，则调节阀放大系数Kv为；增大阀门开度，PH值变小，则被控过程放大系数Ko为 ；而变

15、送器的放大系数Km为+；。根据组成系统的开环传递函数各环节的静态放大系数极性必须为正的原则，那么调节器的放大系数Kp为+，及调节器为反作用形式。同理以B阀为例，同得知调节器为反作用形式。工艺要求废液PH值处于69之间，而67为最佳。故分成3段（06；67；714）.其中PH值在67之间为不灵敏区，不仅控制过程变化趋缓，使系统更为稳定，而且可有效的节约酸碱液，同时也不至于使阀动作过于频繁。其分程特性曲线如图3.5所示。图3.5 废液中和PH值分程阀特性曲线3.4.3调节阀流量特性选择分程控制是把多个调节阀作为一个调节阀使用，此时要想保证分程点处的流量特性平滑，就必须对调节阀的流量特性进行仔细选择

16、。当两个增益相差较大，线性调节阀并联使用时，在分程点处流量特性发生突变。若采用等百分比特性调节阀，其平滑性会有所改变。图3.6 调节阀的流量特性3.4.4 调节阀的泄漏量调节阀泄漏量大小是分程控制系统设计的一个重要问题。要求调节阀的泄漏量要小，否则小阀就不能发挥其应有的调节作用，甚至不起调节作用。3.5液位控制系统设计3.5.1 串级控制基本原理 串级控制由两个闭合回路组成，内环在控制过程中起着粗调的作用；外环用来完成细调任务，以最终保证被控量满足工艺要求。其原理如图3.7所示。图3.7 串级系统框图副回路是一个随动系统系统，随主调节器的输出的变化而变化。此系统相比单回路，控制效果明显提高。3

17、.5.2 调节规律的确定为了保证污水的PH环境，调节阀应选择气开形式，当污水处理的PH不合格时，调节阀处于全闭的状态，以免破坏AAO工艺流程的生物处理（其控制系统如图3.3）。主调节器：由于工艺要求水池水位稳定在某一高度上，因此应该选择PI调节规律。副调节器：副被控参数为流量，调节规律可以选择P调节。副环：流量变送器Km为"+"；调节阀为气开式，即Kv为"+"；副对象：当阀门开度变大时，污水流量增多，即副对象的系数Ko2为"+"；由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+"，所以副调节器的Kp为"+&qu

18、ot;，即副调节器应采用反作用方式。主环：当副对象流量增多时，主对象的液位升高，所以主对象的放大系数为"+"，主调节器的Kp为"+"，即副调节器应采用反作用方式。第四章 总结为期两周的课程设计在紧张，忙碌中一晃而过。在这两周中，我查阅了大量的有关污水处理的资料，对污水处理整个工艺流程熟悉了一遍，尤其是在AAO工艺流程上。这两周不仅充实了自己对污水处理的认知，同时也是对生产实习的巩固与总结。在这不短的半个月时间里，也让我再次认识到自己的不足。也许，在学校的考试中，自己的成绩还算不错。然这些理论知识，在庞大的机械运转面庞前时，却显得那么茫然、无力，无法将理论知识与实际有效的结合在一起，这是自己在工作之前最大的问题。在今后的学习中，不管在何地，都应经常将理论应运于实践，了解这个工程的运转。这两周让我受益匪浅，不仅学到了许多有关污水处理的知识，更为重要的是认识到了自己的不足。在此，感谢我的指导老师（李忠虎）以及在这段时间内给予我帮助的同学们。让我能够顺利的完成课程设计，再次感谢！参考文献1 李文涛.过程控制M.北京：科学出版社，20122 李忠虎