sbbr单级自养脱氮智能控制系统设计

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1、SBBR单级自养脱氮智能控制系统设计1绪论1.1研究背景及意义随着我国城市化、工业化规模的日益扩大和人口的不断增长，生活污水和工业废水量也随之大幅增涨，大量未经处理污水或者处理后不达标的尾水直接排入水体，导致水环境污染问题日益突出。在众多污染物中，氨氮是其中主要污染物之一。根据2013年中国环境统计年报，全国废水排放总量为695.4亿吨，其中氨氮排放量达245.7万吨。氨氮超标排放，容易引发水体富营养化，造成地下水硝酸盐超标等问题。据报告[1]全国湖泊和水库富营养化比例达27.8%；地下水中三氮（亚硝酸盐、硝酸盐和氨氮）超标严重，其中较差和极差监测点分别占总监测点数的43.9%和15.

2、7%。水体富营养化，会破坏水体生态平衡，造成水体功能下降、水生生物死亡等灾难性后果，不仅制约了水资源的利用价值，而且会直接影响人类的健康与社会经济的可持续发展。加强污染源治理，提高污水处理水平，是控制水体富营养化，防止水体污染有效途径。《国家环境保护十二五归划》中新增了氨氮和氮氧化物排放量作为经济社会发展的约束性指标，要求2015年氨氮和氮氧化物排放量须比2010年减少10%以上。然而，目前我国众多新建和已建污水处理厂大多使用传统脱氮技术，其自动控制水平低下，运行管理费用高，导致出水水质不能稳定达标。由此研发以防止水体富营养化为目的新型脱氮技术及其自动控制研究已成为国内学术界的主要研究

3、目标之一。污水脱氮处理过程涉及多种微生物，受环境影响大，操作复杂，采用人工控制方式，出水水质稳定性差，因此加强污水脱氮处理自动控制研究是实现高效稳定脱氮的必然途径。由于经典控制理论多以污水生物脱氮模型为基础，对于控制对象具有非线性、大时变、大滞后性的系统，难以建立精确数学模型，因此很难获得良好的控制品质。智能控制是自动控制发展的高级阶段，具有自学习、自适应和自组织能力，可以解决经典控制难以解决的复杂控制系统问题。在污水脱氮处理中引入智能控制，不仅可以减小系统干扰对运行的影响，而且能够提高处理效率和降低运行成本。由于目前国内污水处理智能控制研究与应用尚处于起步和发展阶段，因此，加强污水处

4、理智能控制技术研究具有十分重要的现实意义。.........1.2国内外研究现状传统生物脱氮过程一般可分为三步:第一步是氨化作用，即水中的有机氮在氨化细菌的作用下转化成氨氮。第二步是硝化作用，即在供氧充足的条件下，水中的NH+4-N首先在亚硝化菌（ammoniaoxidizingbacteria,AOB）的作用下被氧化成NO-2-N，然后再在硝化菌(nitriteoxidizingbacteria,NOB)的作用下进一步氧化成NO-3-N。第三步是反硝化作用，即硝化产生的NO-2-N和NO-3-N在反硝化细菌的作用下被还原成N2。传统生物脱氮工艺硝化和反硝化两个过程需要在两个或以上互相

5、隔离的反应器中进行，或者在同一个在时间或者空间上交替缺氧和好氧的反应器进行，因此存在诸多不足：生物脱氮技术的新发展突破了传统理论的认识，主要开发了短程硝化反硝化工艺、同步硝化反硝化工艺、厌氧氨氧化以及单级自养脱氮等新工艺。其中单级自养脱氮技术因同时具备短程硝化反硝化工艺和厌氧氨氧化工艺优点，得到国内外学者们广泛关注。单级自养脱氮工艺反应器内微生物种类多，而且相互间关系较复杂，因此对反应器环境条件的控制要求更高。影响单级自养脱氮工艺的主要因素有DO、pH、温度等。研究表明，限制性供氧方式是单级自养脱氮的一个重要特点，DO的高低是实现单级自养脱氮工艺最重要的控制条件，它不仅关系着NOB能否

6、被淘汰，而且决定了系统中活性污泥絮体或生物膜内好氧和厌氧共存的微环境能否形成，使短程硝化和厌氧氨氧化的联合反应能够顺利进行[2]。1995年Muller等[3]发现自养硝化污泥在低氧条件下可以产生N2。1997年Hippen等[4]在德国Mechernich地区的垃圾渗滤液处理厂也发现，在不外加有机碳源以及DO限制条件下，反应器中的DO值始终维持在1.0mg/L左右，生物转盘中超过60%的NH+4–N转化为N2。试验中进水TOC小于20mg/L，而且出水中TOC也没有明显减少............2SBBR单级自养脱氮工艺2.1单级自养脱氮工艺概述单级自养脱氮工艺是指在同

7、一个反应器内由自养微生物完成NH+4-N至N2的全部转化过程的一类工艺。单级自养脱氮现象先后被国内外众多研究者们发现并冠以不同的工艺名称，这些工艺包括CANON(pletelyautotrophiitrogenremovalovernitrite)工艺[31]、OLAND(oxygen-limitedautotrophicnitrification-denitrification)工艺[5]、DEMON(aerobic/anoxicdeammo