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1、活性污泥系统的运行与控制,活性污泥系统的常见问题与对策,1、污泥腐化； 2、污泥上浮； 3、污泥解体； 4、泥水界面不清； 5、污泥膨胀； 6、泡沫,现象：活性污泥呈灰黑色、污泥发生厌氧反应，污泥中出现硫细菌，出水水质恶化； 原因： 混合液DO不足，负荷量增高； 曝气不足； 工业废水的流入等； 对策： 控制负荷量； 增大曝气量； 切断或控制工业废水的流入。,1、污泥腐化,现象：污泥沉淀3060分钟后呈层状上浮，且多发生在夏季； 原因：硝化作用导致在二沉池中被还原成N2，引起污泥上浮； 对策： 减少污泥在二沉池中的停留时间； 减少曝气量。,2、污泥上浮：SV值异常,3、污泥解体,现象：在沉淀后的
2、上清液中含有大量的悬浮微小絮体，出水透明度下降。 原因：曝气过度；负荷下降，活性污泥自身氧化过度； 对策：减少曝气；增大负荷量,现象：污泥可以下沉，但泥水界面不清晰； 原因：高浓度有机废水的流入，使微生物处于对数增长期；污泥形成的絮体性能较差； 对策：降低负荷；增大回流量以提高曝气池中的MLSS，降低F/M值。,4、泥水界面不清,5、污泥膨胀（Sludge Bulking）,丝状菌性污泥膨胀； 非丝状菌污泥膨胀,（1）丝状菌性污泥膨胀,定义：由于活性污泥絮体中丝状菌过度繁殖而导致的污泥膨胀； 主要菌种：球衣菌属、贝氏硫细菌、霉菌以及正常活性污泥中的某些丝状菌如芽孢杆菌属等； 原因：污泥膨胀理论
3、 ,对策：临时控制措施： 工艺运行调节措施： 永久性控制措施：,（1）丝状菌性污泥膨胀,（1）丝状菌性污泥膨胀 ,污泥膨胀理论： (1)低F/M比（即低基质 浓度）引起的营养缺乏型膨胀； 污泥膨胀的选择性理论 (2)低溶解氧浓度引起的溶解氧缺乏型膨胀； (3)高H2S浓度引起的硫细菌型膨胀。,（1）丝状菌性污泥膨胀,污泥膨胀的“选择性理论”,认为活性污泥中主要存在着两大类群的细菌： 菌胶团细菌和丝状细菌 ,（1）丝状菌性污泥膨胀,定义：由于活性污泥絮体中丝状菌过度繁殖而导致的污泥膨胀； 主要菌种：球衣菌属、贝氏硫细菌、霉菌以及正常活性污泥中的某些丝状菌如芽孢杆菌属等； 原因：污泥膨胀理论,对策
4、：临时控制措施： 运行调节措施： 工艺控制措施：, 临时控制措施：,污泥助沉法： 改善絮凝性，投加絮凝剂如：硫酸铝等； 改善沉降性和密实性，投加粘土、消石灰等； 灭菌法： 投加杀菌剂如氯、臭氧、过氧化氢等杀灭丝状菌； 投加硫酸铜等杀灭球衣菌。,运行调节措施,加强曝气 加强曝气，提高混合液的DO值； 使污泥常处于好氧状态，防止污泥腐化，加强预曝气或再生性曝气； 调节运行条件： 调节进水pH值； 调整混合液中的营养配比； 适当调节污泥负荷。,工艺控制措施,原理：对现有设施进行改造，或采用新的设计思路，从工艺运行上确保污泥膨胀较少发生； 增设生物选择器： 定义：增加一个反应池，通过工艺设计造成其中中
5、的生态环境有利于选择性地发展菌胶团细菌，应用生物竞争机制抑制丝状菌增殖，从而达到控制污泥膨胀的目的； 对象：低基质浓度引起的营养缺乏型污泥膨胀,生物选择器,(1)好氧选择器：在曝气池之前增加一个预曝气池，使回流污泥与进水充分混合，其停留时间（530min，多为20min）的选择非常重要；,(2)缺氧选择器： 高的基质浓度； 在缺氧条件下（有NO3），菌胶团细菌具有高的基质利用率和硝酸盐还原速率； (3)厌氧选择器： 在厌氧条件下，菌胶团细菌具有较高的聚合磷酸盐的释放速率。,生物选择器,（1）丝状菌性污泥膨胀,定义：由于活性污泥絮体中丝状菌过度繁殖而导致的污泥膨胀； 主要菌种：球衣菌属、贝氏硫细
6、菌、霉菌以及正常活性污泥中的某些丝状菌如芽孢杆菌属等； 原因：污泥膨胀理论,对策：临时控制措施： 运行调节措施： 工艺控制措施：,（2）非丝状菌污泥膨胀,粘性膨胀： 低粘性膨胀：,粘性膨胀,现象： 处理效果良好，但污泥难于沉淀，大量污泥随出水流失； 原因： 进水中溶解性有机物浓度高，F/M值太高； 氮、磷缺乏，或溶解氧不足； 细菌大量吸附有机物，但不能及时降解，分泌出过量的凝胶状的多糖类物质； 这些物质具有很高亲水性，导致污泥中含有大量结合水，泥水分离困难。 对策： 降低负荷，调整工况，加强曝气等。,低粘性膨胀,原因： 进水中含有毒性物质，使污泥中毒，使细菌不能分泌出足够的粘性物质，从而不能有
7、效形成絮凝体，导致泥水分离困难； 对策： 控制进水水质，加强上游工业废水的预处理。,6、泡沫,化学泡沫 生物泡沫,城市污水处理厂的 运行决策支持系统 清华大学 施汉昌,主要内容,城市污水处理厂智能控制简介 在线测试仪器及其设置 城市污水处理厂的运行决策支持系统,废水生物处理的智能控制,借助于人工智能和计算机技术将自动控制、人工智能和系统科学中一些相关学科分支结合起来，建立的一种适用于复杂系统的控制理论与技术。 用类似于人的智慧和经验，采用定量方法和定性方法相结合的方式来引导求解过程。智能系统注重于任务和现实模型的描述、符号和环境的识别以及知识库与推理机的开发，其核心在高层控制，通过对实际环境或
8、过程进行组织、决策和规划，以实现问题的求解。,城市污水处理厂 智能控制的目的,稳态设计与动态运行 水质水量变化对系统影响的预测 提高单位反应器的处理能力 保证最佳的 出水水质 降低运行成本,预测水质水量变化对废水生物处理系统的影响 预测废水生物处理系统的参数变化 预测废水生物处理系统的出水水质 分析废水生物处理系统出现故障的原因 提出改善处理系统运行的建议 为培训提供基础知识和模拟环境,废水生物处理智能控制系统的功能,城市污水处理厂智能控制的发展,始于70年代末； 80年代，IAWQ模型即ASM1号模型，以及在其基础上发展的包括脱氮除磷的ASM2号和ASM3号模型； 90年代，模型的软件化与实
9、际应用，如：加拿大Hydromantis的GPS-X软件（1-4版）、比利时的WEST软件等； 近年来，向智能化控制的方向发展，主要热点： 降雨和毒性负荷冲击控制问题； 模拟各种运行问题，如：污泥膨胀的模拟； 水、固分层模型；二沉池中的分离模型等。,GPS-X软件示例,GPS-X软件示例,West模拟软件的示例,West模拟软件的示例,城市污水处理厂处理 智能控制系统的构成,在线检测仪器 硬件系统 运行决策支持系统 执行器,在线仪器的设置,隔栅前后：液位计 曝气沉砂后：流量计 一沉池出水：COD、BOD、pH、SS 氨氮、磷 缺氧池 -曝气池：ORP、DO、MLSS 二沉池：泥位、回流污泥流量
10、、COD、BOD、SS、氨氮、磷,常用在线仪器的发展,电化学类仪器 溶解氧测定仪 pH测定仪 （具有自动清洗功能）,常用在线仪器的发展,化学类仪器 氨氮测定仪 磷测定仪 COD、BOD,常用在线仪器的发展,常用在线仪器的发展,光电类仪器 MLSS、SS测定仪 多功能测定仪,常用在线仪器的发展,一机多指标类 DO、pH、SS COD、BOD5 、NO3 、有毒有机物等,城市污水处理厂 运行决策支持系统的构成,专家系统（故障分析系统） 模拟与计算系统 验证与决策系统 数据库 运行方法库,废水生物处理的专家系统,专家系统是人工智能的一个重要分支，产生于60年代。 定义：专家系统是一个能在特定领域内，
11、以人类专家水平去解决该领域内困难问题的软件系统。 专家系统可由知识库、推理机、数据库、解释程序、知识获取程序、人机界面和图形库组成。,废水生物处理的专家系统的 功能与构成,功能：数据管理功能、故障诊断功能、日常运行的指导功能和培训功能。 系统构成：污水处理厂运行情况数据库 故障分析解决模块 基本故障的查询与解决模块 经验数据库模块 污水处理厂运行指导模块,专家系统的原理,模拟与计算系统,基于IAWQ废水生物处理数学模型建立的数学模拟系统。 根据废水进水水质和处理系统的实测数据对水质指标和处理系统的状态参数进行定量计算。 系统具有：流程设置、水质参数设置、废水生物处理动力学参数设置、计算和结果表
12、达等功能。,废水生物处理动力学模型的发展,传统模型和经验模型 IAWQ模型：IAWPRC Task Group（1983） ASM1: 碳氧化、硝化和反硝化 将AS分为 8个过程和 10个因素 采用矩阵的形式表达 ASM2：增加了除磷的过程 ASM3：对模型进行了简化,传统模型和经验模型,废水生物处理动力学模型的发展： 对废水生物处理动力学模型的研究起始于20世纪50年代。美国的H.Heukelekian、W.W. Eckenfelder、Jr.R.E. Mckineey、J.F.Andrews、A.W.Lawrence、P.L.McCarty和英国的A.L. Dowing 等都较深入地研究了
13、基质降解和微生物生长的规律，以便更合理地进行构筑物的设计与运行。 基本模型Monod 方程 ( 1942 ),经验模型 Eckenfelder 模型,IAWPRC活性污泥法模型的过程动力学和化学计算表,IAWQ模型的应用,活性污泥法的分类 以不同条件下CSTR的组合模拟各种工艺 运行状态的分类 稳态：线性方程组、非线性方程组 半稳态和非稳态：微分方程组 + 初值 + 时间 以物料平衡关系建立微分方程组 稳态条件下运用简化模型求初值 编程进行近似计算,物料平衡表达式举例,QXoBH + VXBH r = (Q+Qs)XBH - QsXwBH,QXoBH,Qe XeBH,QwXwBH,QsXwBH
14、,VXBH,初值表达式举例,故障分析系统,故障分析系统是一个以运行经验为基础的专家系统，借助于知识库的支持进行定性分析。 根据出水水质和生物处理系统的特征现象用户可以循序渐进地查出引起故障的原因。 基于对故障原因分析的结果和运行方法库的支持，提出解决故障和改善运行的方法。,应用实例,2000年在北京某污水处理厂进行了试用，并于2001年在郑州污水处理厂安装。 通过实验和分析建立了IAWQ模型参数与污水处理厂运行参数间的相关关系。 对程序进行了改进以适应实际运行的需要。 培训了污水处理厂的运行管理人员，并取得了良好的实验结果。 取得了在实际污水处理厂调试系统软件的经验。,实例图片,模拟预测结果示
15、例,二沉池COD实测值和模拟值之间存在一定的误差，其中最大误差为23.8mg/L，平均误差为9.44mg/l平均相对误差为14.15%，,图 413 二沉池出水COD模拟结果,模拟预测结果示例,二沉池出水SS的实测值和模拟值较为接近，其中最大误差为7.41mg/L，平均误差为2.40mg/l,平均相对误差为10.69,图 416 二沉池出水SS模拟结果,模拟预测结果示例,城市污水处理 智能控制的发展前景,形成专用的新型控制系统 发展新型的在线测试仪器 发展新的数学模型 建立区域的污水处理厂运行控制网络,厌氧生物反应器处理 发酵类制药废水及工程实例,发酵类制药废水的主要水质特点,生物制药是指利用
16、生物体或生物过程生产药物，主要是通过菌种发酵生产抗生素或抗菌素； 抗生素的生产以微生物发酵法为主，少数也可用化学法合成； 目前在抗生素的筛选和生产、菌种选育等方面仍存在着许多技术难点，原料利用率较低、提炼纯度低、废水中残留抗生素的含量较高，造成严重的环境污染和浪费； 生物制药的抗生素的生产废水是制药废水中的大部分； 抗生素的生产原料主要是粮食产品，原料的消耗很大，但真正转化为抗生素的只是其中的少部分，大部分仍残留在废水中。 主要有青霉素、链霉素、麦迪霉素、洁霉素、土霉素、四环素、庆大霉素、螺旋霉素、金霉素、维生素C、维生素B2等；,几种典型发酵类制药废水的水质：,发酵类制药废水的特点,有机物浓度和悬浮物浓度很高； 含有难生物降解物质和药物残留； 含有较高浓度的硫酸盐； 含有较高浓度的氨氮或有机氮；,发酵类制药废水处理工艺的选择,特点一：有机物浓度很高；
