以溶解氧濃度作為SBR法模糊控制參數(shù)

1、以溶解氧濃度作為SBR法模糊控制參數(shù)    摘要：采用SBR法處理石油化工廢水，根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)物降解與溶解氧濃度(DO)的相關(guān)性，提出了以DO作為SBR法的模糊控制參數(shù)。通過大量試驗總結(jié)出反應(yīng)初始階段（810 min）溶解氧濃度不僅能夠間接地反映進(jìn)水有機(jī)物濃度（COD），而且對整個反應(yīng)過程都有重要影響。溶解氧的高低主要受曝氣量大小控制，因此可根據(jù)初始階段溶解氧的濃度及變化情況預(yù)測進(jìn)水有機(jī)物濃度，進(jìn)而實現(xiàn)對曝氣量的模糊控制。同時，還發(fā)現(xiàn)當(dāng)有機(jī)物不再被降解時，DO迅速大幅度升高，可根據(jù)DO變化這一特點實現(xiàn)對反應(yīng)時間的模糊控制。 關(guān)鍵詞：COD DO SBR

2、 模糊控制  Fuzzy Control of SBR Process Using DO as ParameterAbstract：Petrochemical wastewater was treated by SBR process using DO as fuzzy control parameter in considering the relationship between the organic matter degradation and DO concentration. It was concluded by many experiments that DO con

3、centration during the initial reaction stage (810 min) not only was related to influent COD, but also affected the whole reaction process significantly. The influent COD could be predicted by the concentration and the ranging of DO in initial stage and the fuzzy control of aeration was realized sinc

4、e DO was mainly controlled by aeration volume. The fuzzy control of reaction time could also be realized based on the fact that DO went up quickly when the degradation of organic matter stopped. Keywords: COD; DO; SBR; fuzzy control模糊控制在水處理領(lǐng)域已得到成功的應(yīng)用，尤其是活性污泥法污水處理系統(tǒng)，它本身屬于復(fù)雜的動工程系統(tǒng)，無法找到精確的模型來描述，目前研究較多的

5、是對出水懸浮物進(jìn)行預(yù)測和控制的動態(tài)活性污泥法模糊控制1；在高純氧活性污泥法中采取模糊控制，既能防止能量浪費，又能避免DO不足2。對硝酸態(tài)氮污染水脫氮處理的新方法生物電極法采用模糊控制，有利于避免過量地投加有機(jī)物，節(jié)省運行費用3、4。80年代以來，序批式活性污泥法（SBR法）用于處理間歇排放的水質(zhì)水量變化很大工業(yè)廢水取得了很大成功并被廣泛應(yīng)用。SBR法的主要缺點是運管理復(fù)雜，只有實現(xiàn)SBR法的自動控制，才能發(fā)揮其優(yōu)勢。傳統(tǒng)的控制方法是時間程序控制和流量程序控制，即確定SBR法五個階段所需要的時間后，實現(xiàn)計算機(jī)控制。而工業(yè)廢水的排放不僅是變化的或間歇的，而且其有機(jī)物濃度也隨時間變化很大，往往相差幾

6、倍或十幾倍。如果按相同的反應(yīng)時間控制SBR的運行，當(dāng)進(jìn)水濃度高時出水不達(dá)標(biāo)，當(dāng)進(jìn)水濃度低時曝氣時間過長，浪費能源還易發(fā)生污泥膨脹。為了實現(xiàn)SBR法更高層次的計算機(jī)在線控制，必須尋找一個參數(shù)既能反映進(jìn)水COD濃度的變化及反應(yīng)過程中的降解情況，又能作為計算機(jī)控制參數(shù)，這也是深化SBR自動控制的重要研究課題。溶解氧濃度由于其能夠在線檢測、響應(yīng)時間短、精確度高，人們在活性污泥法中圍繞溶解氧濃度已做了大量研究，包括用溶解氧濃度作為SBR法過程控制和反應(yīng)時間控制參數(shù)5，在脫氮反應(yīng)過程中以在線檢測的DO值模糊控制曝氣量6等。但未見到采用SBR法處理工業(yè)廢水時以在線檢測的DO值作為模糊控制參數(shù)的研究。1 試驗

7、設(shè)備與方法SBR法試驗裝置如圖1所示。反應(yīng)器高70cm，直徑30cm，總有效容積38L，采用鼓風(fēng)曝氣，轉(zhuǎn)子流量計調(diào)節(jié)曝氣量。在反應(yīng)過程中在線檢測DO值，并根據(jù)DO值的變化在一定的時間間隔內(nèi)取樣測定COD及混合液污泥濃度（MLSS）等指標(biāo)。試驗用石化廢水中含有乙酸、偏苯三酸及苯酐等多種有機(jī)化合物，加適量的自來水稀釋，使COD濃度在4001900mg/L范圍內(nèi)變化。由于原水中氮、磷元素含量極少，本試驗按BOD5NP=10051的比例投加氯化銨（NH4Cl）和磷酸二氫鉀（KH2PO4）配制的營養(yǎng)液，并調(diào)整pH值為66.5，水溫控制在20 左右。2 試驗結(jié)果與分析為了實現(xiàn)以DO作為SBR法運行過程中曝

8、氣量及反應(yīng)時間的模糊控制參數(shù)，必須尋找DO與有機(jī)物降解之間的規(guī)律性。因此，本試驗在兩種不同條件下研究DO濃度對反應(yīng)過程的影響。2.1 同一進(jìn)水濃度不同曝氣量試驗配制原水COD濃度為1800mg/L，進(jìn)水混合后反應(yīng)初始COD濃度為1600mg/L。反應(yīng)過程平均MLSS=2000 mg/L，曝氣量分別為0.6m3/h、1.0m3/h、1.2m3/h時試驗結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出，反應(yīng)開始810min左右，不同曝氣量下DO值顯著不同。曝氣量越小，此時的DO值越低，致使整個反應(yīng)過程DO處于較低水平，大大延長了反應(yīng)時間。隨著曝氣量的增大，初始DO值也在增大，帶來整個反應(yīng)過程DO的提高，縮短了有機(jī)物

9、達(dá)到難降解程度的時間，即減少了反應(yīng)時間。但是，過分地增大曝氣量，初始DO的過高會造成整個過程DO處于過高的水平，卻不能有效地縮短反應(yīng)時間，還造成能量的巨大浪費。產(chǎn)生這種現(xiàn)象可以從耗氧速率與DO的相關(guān)關(guān)系的研究中得到解釋，因為在低DO濃度下，DO濃度對生化反應(yīng)速率的影響較大。當(dāng)DO在12mg/L范圍內(nèi)，隨著DO的提高，耗氧速率大幅度提高，標(biāo)志著有機(jī)物降解速率的加快，從而縮短反應(yīng)時間。當(dāng)DO超過2mg/L后，繼續(xù)增大DO值，由于受污泥濃度（MLSS）的限制，有機(jī)物降解速率的增加幅度較小。取進(jìn)水COD濃度分別為400、600、800、1000、1300、1600、1900mg/L，每一進(jìn)水濃度又在不

10、同曝氣量下進(jìn)行試驗，比較DO與有機(jī)物降解情況。試驗中發(fā)現(xiàn)控制反應(yīng)過程中DO為2.0 mg/L左右時經(jīng)濟(jì)合理，其相應(yīng)的曝氣量為合適的曝氣量。通過試驗找出每一進(jìn)水濃度下合適的曝氣量，并應(yīng)隨著進(jìn)水COD濃度的不同，根據(jù)檢測的初始DO（810min左右）值調(diào)節(jié)曝氣量，使整個反應(yīng)過程的DO處于適當(dāng)?shù)乃?，既能保證出水水質(zhì)，又能節(jié)省運行費用。2.2 不同進(jìn)水濃度相同曝氣量試驗配制原水COD濃度分別為850、1200、1500mg/L，進(jìn)水混合后COD濃度分別為650、980、1300mg/L，反應(yīng)過程平均MLSS為2000mg/L，曝氣量為0.6 m3/h，試驗結(jié)果如圖3所示。從圖可以看出，不同的進(jìn)水CO

11、D濃度，反應(yīng)10 min左右時DO值有很大差別，COD濃度越高，DO值越低，二者有很好的相關(guān)性。在COD濃度為650mg/L時，反應(yīng)10 min左右DO值就升到4.5 mg/L；而COD濃度為1300 mg/L時，反應(yīng)10 min時的DO值僅為1.3 mg/L。因此，在反應(yīng)開始后較短的時間內(nèi)就可以根據(jù)檢測的DO值的大小預(yù)測出相應(yīng)的進(jìn)水COD濃度。用SBR法處理石化廢水，以上述試驗研究結(jié)果為基礎(chǔ)，設(shè)定每一周期初始的曝氣量均為0.6m3/h，在不知進(jìn)水COD濃度的情況下，以在線檢測反應(yīng)10min左右時DO值的大小為依據(jù)，預(yù)測出該進(jìn)水COD濃度，再找出在該進(jìn)水COD濃度下適宜的曝氣量，將其歸納總結(jié)如表1所示。與此同時，發(fā)現(xiàn)在上述每一試驗過程中，當(dāng)有機(jī)物達(dá)到難降解程度時，DO都有迅速大幅度升高的現(xiàn)象發(fā)生，并且在較短的時間內(nèi)上升到56mg/L。根據(jù)反應(yīng)期間DO的變化，實現(xiàn)對SBR供氣量和反應(yīng)時間的模糊控制。表1 進(jìn)水COD濃度和反應(yīng)時間預(yù)測初始DO值（