前置反硝化工艺外碳源投加串级控制策略研究-马勇

中国环境科学2004,24(2)：214~218ChinaEnvironmentalScience前置反硝化工艺外碳源投加串级控制策略研究马勇1,彭永臻2*,王淑莹2,王晓莲2(1.哈尔滨工业大学市政与环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090；2.北京工业大学北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室,北京100022)摘要：反硝化反应需要以有机碳源为电子受体.由于污水厂的进水负荷时刻在变化,当进水碳氮比较低时,需要外投加碳源.为了有效地控制外碳源投加量,提出了由两个PI控制器组成的外碳源投加串级控制策略,可以控制出水硝酸氮浓度以及缺氧区末端硝酸氮浓度.由Matlab/Simulink模拟表明,该控制器具有良好的动态品质、抗冲击负荷强,可快速响应进水负荷的变化,能在降低出水硝酸氮和总氮浓度的同时,大大降低外碳源投量.关键词：前置反硝化工艺；外碳源投加；串级控制策略；Matlab/Simulink模型中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1000-6923(2004)02-0214-05Studiesonexternalcarbonadditioncascadecontrolstrategyofpredenitrificationtechnology.MAYong1,PENGYong-zhen2,WANGShu-ying1,WANGXiao-lian2(1.CollegeofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HarbinUniversityofTechnology,Harbin150090,China；2.KeyLaboratoryofBeijingforWaterQualityScienceandWaterEnvironmentalRecoveryEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100022,China).ChinaEnvironmentalScience,2004,24(2)：214~218Abstract：Denitrificationneedsorganiccarbonsourceaselectroaceptor.Becausetheinfluentloadingofslwageplantchangesalways,whenthecarbon/nitrogenisrelativelylow,theexternalcarbonadditionisnecessary.Foreffectivecontrolofexternalcarbonaddition;itscascadecontrolstrategycomposedoftwoPIcontrollerswasproposed,whichcouldcontrolthenitratenitrogenconcentrationintheeffluentaswellasintheendofanoxicarea.TheMatlab/Simulinksimulationshowedthatthecontrollerhadgooddynamicqualitiesandstrongresistancetobleatloading,couldrespondquicklytoinfluentloadingcouldreducetheeffluentnitratenitrogenandtotalnitrogenconcentration,andmeanwhileloweredgreatlyexternalcarbonadditionamount.Keywords：predenitrificationtechnology；externalcarbonaddition；cascadecontrolstrategy；Matlab/Simulink在污水处理过程中,生物脱氮需经硝化反应与反硝化反应两个步骤.其中,反硝化反应的顺利进行须有充足的碳源.由于污水厂的进水负荷时刻都在变化,当进水碳氮比过低时,需要补充外投碳源.碳源的投加要根据进水有机物的含量及系统的要求,加以在线控制,以保证出水硝酸氮和总氮浓度足够低,并使外碳源投量尽可能最低.为此,许多研究者对合理的外碳源投量进行了研究.如Lindberg等[1]认为,如果控制外碳源投量以保持缺氧区末端的硝酸氮浓度在给定的设定值,可以实现最少的外碳源投量并可以充分利用缺氧区的反硝化力.由于进水量及水质的变动,尤其当进水氨氮变化较大时,虽然可以保持缺氧区末端给定的硝酸氮浓度,但不能保证出水硝酸氮和总氮浓度足够低.Singman[2]通过建立两个控制器,其一是控制缺氧区的外碳源投量,其二是控制内循环回流量,以维持出水硝酸氮浓度恒定.研究表明其控制性能很好,但