城市污水处理氧化沟工艺技术、过程控制与设备成套化研究

待关注肇夏I奖菇j誉捞TheSpecialFocusll-l■_i■llI■iilI■■-l■IliI■illlllIIIi■II-lli-Ii2olo~,-“华夏建设科学技术奖获奖项目(一等奖)主要完成单位主要完成人清华大学施汉昌、彭永臻王淦胡洪营王淑莹、北京工业大学罗彬、刘艳臣．候红勋、席劲瑛、杨庆、国祯环保节能科技股份有限公司施慧明谢荣焕．高守有、王颖哲王志强一、立项背景氧化沟工艺因其具有运行稳定、操作方便等特点，是国内污水处理采用最多的工艺，占全国污水处理厂总数的29．5％(2007年统计数据)。然而在国内氧化沟工艺的发展过程中，由于研究不足．使得目前国内氧化沟工艺还普遍存在曝气设备性能不高、缺乏系统的运行标准和技术规范、工艺自动运行控制水平不高等问题．无论新厂建设还是提标改造都迫切需要优化的运行技术和先进的设备。氧化沟工艺具有多圈循环和大内回流比等特点．其脱氮除磷性能具有较大的可提升空间．在实现同步硝化反硝化等先进工艺过程中具有潜在优势，通过新工艺构型设计在氧化沟内实现反硝化除磷等新工艺技术也具有较好条件，通过新型高效设备开发和动态智能控制系统的实现．可以有效提高氧化沟的运行效果及其稳定运行水平并降低能耗。二、项目简介随着城市人口的集中和工农业的发展，水体的富营养化问题日益严重对废水的处理效果提出了更高的要求。在对城市污水处理量提高要求的同时，城市污水处理的质也面临新的挑战，新建污水处理厂需要采用更加先进的工艺和设备，同时老厂进行升级改造的要求也日趋迫切。本项目针对氧化沟工艺的运行优化、新技术实施、关键设备开发和智能动态控制方法等内容进行了系统的研究工作，运用计算流体力学与生物反应动力学相结合的模拟方法．对氧化沟内部的流态特征、工艺运行参数的分布特征等进行了深入剖析．通过对Carrousel、Orbal等不同类型氧化沟脱氮除磷的优化运行条件、间歇曝气和多点进水不同运行模式、同步硝化反硝化和反硝化除磷过程实现及其控制方法的研究．提出了基于污水厂进水动态变化，保证氧化沟稳定运行的离散化动态控制方法。项目研制了高效能的新型表面曝气机、高效潜水推流器等一系列成套设备及高效生物除臭过滤系统，通过先进设备与优化运行技术的结合，充分发挥了转速可调的新型表面曝气机和高效潜水推流器的先进功能，并借助在线仪表和智能控制系统，建立了能够在现有污水厂PLC控制系统内实现的前馈与反馈相结合的控制模型，实现了在保证污水厂稳定达标的同时节能降耗，建立了多层次、模块化的智能控制与运行管理方案。三、总体思路本研究针对我国目前氧化沟工艺所存在的问题．在充分调研国内外现有氧化沟工艺及相关工艺技术的研究成果基础上．分别对氧化沟工艺的运行优化及新技术过程实现、氧化沟工艺关键设备开发及其成套化和氧化沟动态智能过程控制技术等内容进行了深入系统的研究工作。1、本项目首先建立计算流体力学与生物反应动力学相结合的模拟研究方法．对氧化沟系统进行深入精细化研究，深入分析了氧化沟内关键工艺运行参数的变化规律及其控制条件，分析不同参数对氧化沟运行的影响：通过系列的小试、中试及现场试验，对氧化沟系统同步硝化反硝化过程发生的优化条件进行了深入系统研究．得出关键的影响因素和控制条件，提出提高氧化沟脱氮性能的运行条件和多点进水的新运行模式并通过改进氧化沟构型及运行方式调节．探讨促进氧化沟内发生反硝化除磷过程的运行条件和控制方法。2、建立先进的表面曝气设备研发与测试系统，研制开发高效能的新型表面曝气机、高效潜水推流器等一系列成套化设备及高效生物除臭过滤系统．通过先进设备与优化运行技术的结合，可充分发挥转速可调的新型表面曝气机和高效潜水推流器的先进功能。3、针对进水负荷的动态变化，探讨在不同的进水条件下实现最大脱氮效果的运行条件，分析日进水动态变化对同步硝化反硝化过程的影响．研究针对进水动态变化条件下的优化控制策略，并建立相应的动态控制模型和间歇曝气控制方法．保证控制策略在实际工程应用中的实现．同时借助在线仪表和智能控制系统．建立了能够在现有污水厂PLC控制系统内实现的前馈与反馈相结合的控制模型．实现了在保证污水厂稳定达标的同时节能降耗，获得了多层次、模块化和智能化的控制管理自控组合方案。4、积极推动不同研究成果应用于示范工程并致力于产业化发展．总结并提出分别对应于氧化沟工艺的技术改造工程和新建工程的技术导则。探索并总结横跨设计、制造和工程应用领域的污水处理行业可持续发展模式．不断促进企业、高校、研究院所三种不同类型组织在市场经济环境下的横向联合．实现优势互补和资源共享，为推动产业升级服务。四，研究成果1．氧化沟精细化研究方法及其关键参数分布特征研究为了实现氧化沟运行过程的优化，首先通过系列现场试验测试及小试流态模拟试验．同时结合计算流体力学与生物反应动力学模拟的方法对氧化沟内的流态特征