基于BAF工艺的污水处理厂的曝气节能控制研究

【摘要】：随着我国经济的飞速发展和人们对生活品质要求的提高，国内污水处理厂的数量不断增多。但是，目前我国污水处理行业自控水平还相对不高，特别是生物处理环节的曝气控制，由于其复杂性，大多采用人工设置和手动控制模式，不能满足生物好氧反应的实时供氧需求，出现过量曝气导致能源浪费和污泥膨胀等后果，有时又会出现曝气不足导致脱氮效果不佳，影响出水水质。 本文针对基于曝气生物滤池工艺的污水处理厂进行曝气控制的研究。通过分析BAF工艺在碳化和硝化反应过程中影响出水水质的因素和耗氧规律，采用gPROMS软件建立C/N BAF的水质和耗氧模型，并根据实际污水厂的数据进行模型的仿真验证；通过分析不同类型鼓风机的压力、流量、能耗的特点，确定适合BAF工艺的鼓风机选型，并进一步采用gPROMS软件进行三叶型罗茨风机、电机和变频器的建模，模拟鼓风机在不同工况时的容积流量、容积效率和耗电数据。 为了实现节能增效的目标，本文对曝气生物滤池的曝气控制采用“需氧量实时计算+鼓风机速度调节”的控制策略，在PLC编程软件Unity Pro中建立控制程序，以出水水质目标作为约束，根据进水流量、氨氮浓度等计算BAF的需氧量，自动控制罗茨风机的速度，在满足出水水质要求的情况下，实时调节曝气流量。论文实现了PLC控制程序与仿真模型的实时数据交换，用于验证曝气控制策略。 鼓风机在自动控制模式和手动控制模式下的出水水质和能耗的仿真结果表明，在本课题试验情况下，采用“需氧量实时计算+鼓风机速度调节”控制策略时比手动控制模式时的鼓风机能耗节省约27％。 【关键词】：曝气生物滤池 需氧量 节能 模型 曝气控制
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 选题背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 污水处理曝气控制的研究进展12-14
• 1.2.2 BAF 的曝气节能控制的研究现状14
• 1.3 本课题研究的目的14
• 1.4 本课题研究的内容14-16
• 第二章 C/N BAF 工艺影响因素和数学模型的研究16-25
• 2.1 BAF 工艺原理和工作过程16-18
• 2.1.1 BAF 的工艺原理16
• 2.1.2 BAF 的结构和类型16-17
• 2.1.3 BAF 的工作过程17
• 2.1.4 基于 BAF 的污水处理厂的工艺流程17-18
• 2.2 C/N BAF 处理效果的影响因素18-20
• 2.3 C/N BAF 的数学模型20-24
• 2.3.1 水力负荷和有机负荷20
• 2.3.2 碳化作用的有机负荷去除20-21
• 2.3.3 硝化作用和同化作用的氨氮去除21-23
• 2.3.4 鼓风机曝气量23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 曝气方式和鼓风机能效模型的研究25-32
• 3.1 BAF 的曝气供氧方式分析25-26
• 3.2 不同类型鼓风机的特性和能耗分析26-28
• 3.3 鼓风机不同风量调节方式的能耗分析28-29
• 3.4 三叶型罗茨鼓风机的原理和能效模型29-31
• 3.4.1 三叶型罗茨鼓风机的工作原理29
• 3.4.2 三叶型罗茨鼓风机的数学模型29-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第四章 基于 GPROMS 实现 C/N BAF 曝气过程的建模和仿真32-53
• 4.1 GPROMS 建模软件32-33
• 4.2 建模方法33-34
• 4.3 C/N BAF 的建模和验证34-46
• 4.3.1 定义变量类型和连接类型34-36
• 4.3.2 建立 C/N BAF 模型36-38
• 4.3.3 稳态模拟和结果验证38-41
• 4.3.4 动态模拟和结果分析41-46
• 4.4 罗茨风机的建模和验证46-50
• 4.4.1 建立 ROOTS BLOWER 模型46-48
• 4.4.2 模型的仿真和验证48-50
• 4.5 其它设备建模50-52
• 4.5.1 电机模型50-51
• 4.5.2 变频器模型51-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第五章 曝气控制策略的实现和节能分析53-67
• 5.1 C/N BAF 曝气控制策略的选择53-54
• 5.2 基于 UNITY PRO 的控制算法的实现54-58
• 5.2.1 PLC 编程软件 Unity Pro54-55
• 5.2.2 C/N BAF 曝气控制 DFB 的开发55-57
• 5.2.3 PLC 主控制程序的实现57-58
• 5.3 GPROMS 与控制系统实时通讯的实现58-60
• 5.3.1 Modbus_Device 模型的建立58-59
• 5.3.2 对象模型的 ModbusIO 接口定义59
• 5.3.3 实时通讯流程的实现59-60
• 5.4 控制效果和节能分析60-66
• 5.4.1 控制系统试验案例60-62
• 5.4.2 曝气自动控制效果分析62-65
• 5.4.3 节能结果分析65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-68
• 6.1 主要结论67
• 6.2 研究展望67-68
• 参考文献68-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文72

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