【摘要】：活性污泥工艺是污水处理最重要方法,经过100年的发展历程,其研究工作重点,已从最初的稳定运行,到后来的排放达标,进入到目前的节能减排阶段。在我国,污水处理厂节能减排的一个重要任务,就是在有限能耗的约束下,逐步降低出水水质的超标部分,并最终达到出水水质满足国家标准。大量研究表明,对污水处理厂的减排优化,可通过改变工艺、增加设备或调整运行参数来实现,这常常意味着需要提高处理过程的能耗。因此,污水处理的节能与减排之间有时会产生矛盾,需要根据实际情况在节能与减排两者之间进行权衡。本研究利用多目标优化的方法通过计算机仿真研究了活性污泥工艺在节能与减排之间的权衡问题。研究涉及三种活性污泥工艺,分别是国际水协发布的BSM1 (Benchmark Simulation Model 1)基准工艺、东南大学开发的五箱一体活性污泥工艺及六箱一体活性污泥工艺。研究过程涉及3种天气进水条件：晴天、雨天及暴雨,涉及2种控制方法：开环、闭环。在建立多目标优化数学模型时,选择的目标函数为出水水质超标指数(EQ)、运行能耗指数(OC)、反应池体积和污泥浓度等,决策变量为反应池体积、氧气传质系数、混合液回流量、污泥回流量、排泥量和各阶段运行时间等,约束条件为目标函数的取值范围与决策变量的取值范围,计算采用非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ利用ATLAB编程求解。为了获得多目标优化模型中活性污泥有关组分的浓度,根据物料守恒原理构建了上述三种活性污泥工艺的数学模型。模型内的组分反应速率采用国际水协发布的ASMs (Activated Sludge Models)动力学方程进行计算；进水COD中的组分利用气相色谱法、呼吸计量法及守恒法进行分析；模型的化学计量系数利用实验进行校正；模型的反应动力学常数利用一种组合了反应速率测定、反应速率计算、灵敏度分析及数学最优化的迭代算法进行校正。对BSM1工艺的研究表明,多目标优化模型中的决策变量、目标函数与约束条件的设定对优化结果有明显影响；多目标优化得到的Pareto解集可以提供多个目标之间的权衡关系,避免优化解的唯一性,可实现规划者与决策者的分离,为决策者的选择提供了便利。同时选择出水水质超标指数、运行能耗指数、反应池体积和污泥浓度等4个目标函数的优化解,比选择2-3个目标函数的优化解更有利于全面优化BSM1的运行策略。利用多目标优化方法对五箱一体活性污泥工艺的研究结果表明,该工艺多目标优化Pareto解集的出水水质超标指数与运行能耗指数呈非线性关系,该Pareto解集经线性拟合可分成三个区域,第一区域内|△OC'/△EQ'|=1.24,第二区域内|△OC'/△EQ'|=0.15,第三区域内|△OC'/△EQ'|=0.03,即第一区域减排所需能耗,是第三区域等量减排的41倍,是第二区域等量减排的8倍,表明在污水处理厂的节能减排方面,如何处理减排与节能的关系,存在很大的权衡空间。对五箱一体活性污泥工艺的研究结果也表明,在该工艺多目标优化Pareto解集中选取的一个解所对应的运行策略,好于原工艺运行策略,表现为在不同反应过程、不同运行阶段和不同反应池内各组分的反应量上的差异。对五箱一体活性污泥工艺施加阶段运行时间自动控制,或调整该工艺3#池的曝气时间,可以增强该工艺的节能减排效果。利用多目标优化方法研究了六箱一体活性污泥工艺在动态进水条件下的1种开环恒定时间运行策略和3种闭环可变时间运行策略,结果表明,经过多目标优化的恒定时间运行策略在出水水质超标指数和运行能耗指数上好于原运行策略,而以SN03和dSNO3/dt为检测变量的可变时间运行策略,能在恒定时间运行策略基础上进一步提高六箱一体活性污泥工艺的节能减排效能。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 石明岩,强亮生,吕锡武;连续流一体化活性污泥工艺[J];环境工程;2003年04期
2 黄满红,李咏梅,顾国维;活性污泥工艺中污水毒性研究的现状[J];四川环境;2004年02期
3 周传庭;杨海真;;活性污泥工艺传统设计方法中存在问题的探讨[J];工业用水与废水;2006年02期
4 戈军;荆肇乾;吕锡武;韦海余;;交替活性污泥工艺发展类型及研究方向[J];安全与环境工程;2006年04期
5 段连钧;刘杰;谷兆全;乔蕴虹;陆晓岚;童德馨;徐鸿德;;传统活性污泥工艺升级改造的设计优化研究[J];中国给水排水;2010年11期
6 周传庭;;基于数学模型的活性污泥工艺优化设计[J];净水技术;2011年05期
7 李征军;李大成;崔启航;;活性污泥工艺需氧量的计算分析[J];给水排水;2012年02期
8 张发根;程静;姜应和;;利用二维表对活性污泥工艺模拟时的流量进行平衡的方法[J];环境工程学报;2012年08期
9 张永吉;;间歇活性污泥工艺的发展[J];上海环境科学;1986年09期
10 蒋瑶琴;加压活性污泥工艺研究及设备研制课题通过鉴定[J];上海环境科学;1994年05期
相关会议论文 前5条
1 周雹;周丹;;活性污泥工艺设计计算方法讨论[A];中国土木工程学会水工业分会第四届理事会第一次会议论文集[C];2002年
2 张慧静;李振峰;;活性污泥工艺中低温、低负荷运行总结[A];第五届全国水处理化学品行业年会论文集[C];2009年
3 窦月芹;吕锡武;;六箱一体式活性污泥工艺运行特征研究[A];中国化学会第八届水处理化学大会暨学术研讨会论文集[C];2006年
4 高春娣;袁金萍;王丽;武联菊;;两种活性污泥工艺在污泥减量中的应用研究[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年
5 韩光瑶;李世刚;;高效、低耗的污水处理新技术——敞开式微气泡富氧曝气活性污泥工艺[A];第二届全国冶金节水、污水处理技术研讨会论文集[C];2005年
相关重要报纸文章 前2条
1 于子淇;“吞”污水“吐”清流[N];营口日报;2010年
2 通讯员 唐祖发邋记者 杨雪煌;东川上马污水处理新项目[N];昆明日报;2008年
相关博士学位论文 前3条
1 陈文亮;基于多目标优化的活性污泥工艺节能减排权衡分析[D];华东理工大学;2015年
2 叶芬霞;解偶联代谢对活性污泥工艺中剩余污泥的减量化作用[D];浙江大学;2004年
3 荆肇乾;五箱一体化活性污泥工艺强化除磷脱氮研究[D];东南大学;2006年
相关硕士学位论文 前5条
1 靖春明;活性污泥工艺降解壬基酚聚氧乙烯醚的实验研究[D];东北大学;2008年
2 苏涛;玉米酒精废水处理工艺及启动研究[D];郑州大学;2010年
3 梁玲燕;基于磁基解耦联协同效应的活性污泥工艺优化及剩余污泥减量化研究[D];广东工业大学;2013年
4 赵立春;提高城市污水处理厂传统活性污泥工艺脱氮效果的研究[D];山东大学;2005年
5 张鹏;城市污水脱氮除磷复合铁酶促活性污泥工艺优化及功能强化试验研究[D];青岛理工大学;2010年
，
本文编号：
2684421
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/2684421.html
