以溶解氧浓度作为SBR法模糊控制参数(1)解读

SBR 法处理废水的影响因素魏瑞霞1,孙剑辉2,陈金龙1(1.南京大学环境科学学院环境工程系,江苏南京210093;2.河南师范大学化学与环境科学学院,河南新乡453002) 摘　要:系统评述了曝气方式,溶解氧浓度、温度等操作条件和pH 值、废水中的营养物及其他物质等基质条件对SBR 法处理废水效果的影响。

在总结前人经验和我们实验的基础上得出:对于SBR 法渐减曝气更合理、更经济;保持出水水质前提下,SBR 法处理废水溶解氧浓度在一定程度是可以减小的,从而减少能耗;SBR 法可操作的温度范围很宽,相应的适应菌群有所不同;SBR 法对pH 值、部分金属离子以及硫酸根有很强的耐冲击能力。

SBR 法处理废水对营养物的需求,各种因素之间的相互作用等问题还有待进一步研究,文章就此对以后的研究工作提出了建议。

关键词:SBR ;影响因素;操作条件;基质条件中图分类号:X 703 文献标识码:A 文章编号:1001-2141(2003)11-0156-031　前　言SBR 法即序列间歇式(序批式)活性污泥法(Sequencing Batch R eacto r ),该方法自20世纪70年代美国R .lr V ine 教授等发起研究以来,由于具有工艺简单,节省费用;理想的推流过程使生化反应推力大、效果高;运行方式灵活,脱氮除磷效果好;能防止污泥膨胀;耐冲击负荷,处理能力强等显著优点[1],引起了世界各国的普遍重视,在农产品加工、屠宰、酿造、制药、印染、化工等工业废水的处理中得到了成功应用。

但是,在SBR 法处理废水的研究成果中,多侧重于处理效果的研究,目前尚未见有其影响因素方面的系统研究报道。

本文拟在前人工作的基础上,评述影响SBR 法处理废水效果的各种因素,并对今后的研究工作提出建议。

2　影响因素影响SBR 法处理废水效果的因素,可以归结为两大类,一类是操作条件,另一类是基质条件。

2.1　操作条件的影响收稿日期:2002-12-20作者简介:魏瑞霞(1974-),女,山西省介休市人,毕业于河南师范大学环境工程专业,获硕士学位,南京大学环境学院环境工程在读博士生,从事工业废水的处理与资源化技术的研究。

华北电力大学科技学院智能控制论文模糊控制的概述及模糊控制的应用姓名：班级：学号：日期：模糊控制的概述及模糊控制在污水处理中的应用摘要：模糊控制技术对工业自动化的进程有着极大地推动作用，本文简要讲述了模糊控制的定义、特点、原理和应用，简介模糊控制在污水处理中的应用。

并讲诉了模糊控制的发展。

关键词：模糊控制；污水处理。

An overview of the fuzzy control and fuzzy control in application ofwastewater treatmentAbstract:Fuzzy control of industrial process automation has greatly promoted the role, the paper briefly describes the definition of fuzzy control, characteristics, principles and applications, Introduction to fuzzy control in wastewater treatment applications. And complaints about the development of fuzzy control.Keywords: fuzzy control; sewage treatment.1 引言传统的自动控制控制器的综合设计都要建立在被控对象准确的数学模型(即传递函数模型或状态空间模型)的基础上，但是在实际中，很多系统的影响因素很多，油气混合过程、缸内燃烧过程等) ，很难找出精确的数学模型。

这种情况下，模糊控制的诞生就显得意义重大。

因为模糊控制不用建立数学模型不需要预先知道过程精确的数学模型。

2 概述刘金琨在《智能控制》教材里提到模糊控制的定义和特点：2.1定义：从广义上，可将模糊控制定义为：“以模糊集合理论、模糊语言变量及模糊推理为基础的一类控制方法”，或定义为：“采用模糊集合理论和模糊逻辑，并同传统的控制理论相结合，模拟人的思维方式，对难以建立数学模型的对象实施所谓一种控制方法”。

SBR污水处理操作规程一、引言污水处理是保护环境、维护人类健康的重要工作。

为了确保SBR（序批式生物反应器）污水处理系统的高效运行，提高污水处理效果，制定本操作规程，以规范操作流程和操作要求。

二、适合范围本操作规程适合于SBR污水处理系统的运行和维护工作。

三、术语和缩写1. SBR：序批式生物反应器，是一种用于污水处理的技术。

2. MLSS：混合液悬浮固体浓度，表示污水中的悬浮固体的浓度。

3. DO：溶解氧，表示水中溶解的氧气的浓度。

4. COD：化学需氧量，表示水中有机物质被氧化分解所需的氧气量。

四、操作要求1. 污水处理系统的启动a. 确保系统设备完好无损，电气路线接地良好。

b. 检查进水管道、出水管道和通风管道是否畅通。

c. 根据污水水质特点，调整进水流量和进水COD浓度。

d. 启动SBR污水处理系统，确保设备正常运行。

2. 污水处理过程a. 根据进水水质和处理要求，调整SBR系统的运行模式。

b. 定期监测进水COD浓度、MLSS浓度和DO浓度，确保处理效果。

c. 根据监测结果，调整曝气时间、曝气强度和混合液搅拌时间。

d. 定期清理SBR系统中的污泥，保持系统的正常运行。

3. 水质监测和数据记录a. 定期对进水和出水进行水质监测，包括COD浓度、MLSS浓度和DO浓度。

b. 按照规定的频率记录监测数据，建立水质监测记录。

c. 对监测数据进行分析，及时发现问题并采取相应措施。

4. 安全操作a. 操作人员必须穿戴个人防护装备，包括防护服、手套和安全鞋。

b. 禁止在操作过程中吸烟、吃东西或者饮水。

c. 严禁将任何物品投入SBR污水处理系统，以免损坏设备。

5. 废物处理a. 污泥处理：按照规定的程序和要求对污泥进行处理，包括脱水、消毒和处置。

b. 废水处理：处理过程中产生的废水必须经过处理后排放，符合环境保护要求。

六、应急处理1. 发生设备故障或者处理异常时，即将住手设备运行，采取相应的应急措施。

SBR操作规程标题：SBR操作规程引言概述：SBR（Selective Bacterial Removal）是一种常用的水处理技术，用于去除水中的细菌。

为了确保水质安全，正确的SBR操作规程至关重要。

本文将详细阐述SBR操作规程的五个大点，每个大点包含3-5个小点，并在总结部分进行综合总结。

正文内容：一、设定操作参数1.1 设定反应器容积：根据处理水量和水质要求，确定SBR反应器的容积大小。

1.2 设定进水流量：根据水处理需求和反应器设计参数，设定进水流量，确保反应器的正常运行。

1.3 设定曝气时间：根据水中细菌的浓度和曝气系统的效果，设定适当的曝气时间，以促进细菌的生物降解。

二、进水处理2.1 水质检测：在进水前进行水质检测，包括浊度、余氯、总大肠菌群等指标，以确保进水符合要求。

2.2 进水平衡：进水后，进行一段时间的平衡操作，使反应器适应进水水质的变化，确保系统稳定运行。

2.3 进水调节：根据进水水质的变化，适时调节进水流量和水质，以保持反应器内的菌群平衡。

三、反应过程控制3.1 曝气控制：根据反应器内的溶解氧浓度，调节曝气系统的气体流量和曝气时间，以维持适宜的氧气供应。

3.2 混合控制：通过搅拌系统，保持反应器内的悬浮颗粒均匀分布，促进细菌与废水的接触和反应。

3.3 水位控制：根据反应器内的液位变化，控制进水和排水的流量，以保持反应器内的水位稳定。

四、污泥处理4.1 污泥澄清：在反应器的一段时间后，通过停止进水和排水，使污泥沉降，澄清上清液。

4.2 污泥回流：将澄清的上清液排出反应器，同时将一部分浓缩的污泥回流到反应器内，以维持菌群的稳定和活性。

4.3 污泥处理：定期对污泥进行处理，包括浓缩、脱水、消毒等步骤，以减少污泥的体积和对环境的影响。

五、出水处理5.1 出水监测：对出水进行水质监测，包括细菌浓度、浊度、余氯等指标，确保出水符合相关标准。

5.2 出水调节：根据出水水质的变化，适时调节出水流量和水质，以保持出水的稳定性。

SBR法中耗氧速率的在线检测及误差分析高春娣;彭永臻;高凯;殷波【期刊名称】《工业用水与废水》【年(卷),期】2001(032)002【摘要】由于耗氧速率(0UR)直接反映了好氧生物处理过程中微生物的活性和有机物的降解速率，因此可用0UR作为反应过程特性参数和控制参数。

本研究根据SBR法特殊的反应过程，发展了一种OUR在线检测方法，并与静态法(即传统DO瓶法)作了比较。

指出在溶解氧(DO)大于3 mg/L时，在线检测和静态法均能准确检测OUR值，当DO≤0.3 mg/L只有在线法可以准确检测OUR值。

%Since oxygen uptake rate (OUR) directly reflects the activity of microorganism and the degradation rate of organic matters during the process of aetobic biological treatment, OUR can be used an the characteristic parameter and controlling parameter of reaction process.Based on the specific reaction process of the SBR method, an on-line OUR de- tecting method was developed and eompaxed with the static method (conventional DO bottle method) .It is pointed out that when dissolved oxygen (DO) is higher than 3 mg/L, both on-line detection and static method may accurately detect the value of OUR,and when DO is ≤0.3 mg/L,only the on-line method may accurately detect the value of OUR.【总页数】4页(P4-7)【作者】高春娣;彭永臻;高凯;殷波【作者单位】哈尔滨工业大学市政环境工程学院,;哈尔滨工业大学市政环境工程学院,;哈尔滨工业大学市政环境工程学院,;哈尔滨工业大学市政环境工程学院,【正文语种】中文【中图分类】X830.2【相关文献】1.大型旋转工件直径在线检测系统及误差分析 [J], 陈健;谭跃刚;李亮;孙亮志2.基于面阵CCD的药型在线检测仪图像采集的误差分析 [J], 衡培银;张春元;贾艳楠;董伟3.数控加工中心在线检测系统的误差分析与补偿方法 [J], 王振锋4.活性污泥系统比耗氧速率在线检测与变化规律 [J], 李凌云;彭永臻;李论;王淑莹5.变压器内部故障在线检测方法仿真及误差分析 [J], 李振华;蒋伟辉;成俊杰;李振兴;张宇杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

污水处理曝气过程溶解氧浓度模糊自整定PID控制宁楠; 马海涛【期刊名称】《《长春工业大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(040)004【总页数】7页(P325-331)【关键词】模糊PID; 溶解氧; 污水处理; 曝气过程; 自动控制【作者】宁楠; 马海涛【作者单位】长春工业大学电气与电子工程学院吉林长春 130012【正文语种】中文【中图分类】TP301.60 引言我国淡水资源有限，随着人民生活水平的提高，以及污水处理技术的高速发展，污水已不是传统意义上的废水，而是一种可循环利用的水资源。

污水处理比较常用的方法是活性污泥法，它是一种模拟自然界水体自净过程的污水处理工艺，利用曝气池内的生化反应实现污水净化。

针对生化曝气池进水流量波动幅度大，系统多处于非平稳状态，传统的PID控制策略难以实现良好的控制效果，而将模糊控制和PID控制相结合可以较好地解决这一问题[1]。

根据系统的实际运行状况进行动态调整，使污水处理系统既具有PID控制的响应速度快、控制精度高等特点，又具有模糊控制的鲁棒性强、灵活度高的优点。

该方法结合模糊逻辑，有较强的自组织、自适应能力，以较小的超调可快速将曝气池中溶解氧浓度调节为设定值。

1 污水处理工艺过程及其溶解氧浓度建模在活性污泥法污水处理过程中，溶解氧(Dissolved Oxygen, DO)浓度作为曝气环节中关键性的运行参数[2]，影响着活性污泥生化池中微生物的活性，并且决定了生化反应程度和出水水质[3]。

对溶解氧的合理控制影响着污水净化效果和系统能耗。

在曝气过程中，若曝气池中的DO浓度过低，好氧微生物无法生存，其氧化分解作用则无法充分发挥；若DO浓度过高，则会降低除氮效果。

因此，合理有效控制溶解氧浓度非常关键。

1.1 污水处理工艺过程活性污泥法污水处理过程的整体结构具有两个区域，包含生化反应池与沉淀池(又称二沉池)。

生化反应池中，在溶解氧的作用下，利用活性污泥中的微生物分解吸附有机污染物，从而净化污水。

自动控制系统在SBR工艺中的应用发布时间：2022-08-14T06:29:18.230Z 来源：《科学与技术》2022年第7期作者：李长春[导读] SBR(Sequencing Batch Reactor)法，即序批式活性污泥法，为间歇运行的污水处理工艺，李长春中铁成都规划设计院有限责任公司四川成都 610031摘要：SBR(Sequencing Batch Reactor)法，即序批式活性污泥法，为间歇运行的污水处理工艺，包括进水，反应，静置，排水，闲置五个阶段。

SBR法集进水，厌氧，好氧，沉淀反应于一体，工艺流程简单，占地小，构筑物少。

并且它的运行方式灵活，可以根据出水需求进行运行时间分配调整，具有较强的脱氮除磷能力。

灵活性是SBR最大特点，在一个反应池中保证各阶段稳定运行，相互切换并实时监测调整，这对自动控制的精准性与时效性要求更加严格。

因此，根据污水量实时状态选择控制参数来明确有机物浓度变化，进而控制曝气时间，对有机物降解和整个系统的运行起着关键作用。

对污水中适宜参数（DO，PH等）在线监测，选择曝气方式，进而控制曝气量，是SBR自动控制智能化的一个发展方向。

模糊控制作为智能控制的分支，能解决高度非线性，时变性及随机性的复杂系统控制，对于SBR法这种复杂动态变化的系统，采取模糊控制法十分必要。

基于SBR法特点及利弊，自动控制对于SBR法系统运行有着重要作用。

本文从SBR自动控制系统以及在重要阶段（曝气）中的曝气量模糊控制进行学习分析，并提出SBR自动控制优化思考。

关键词：序批式活性污泥法；自动控制系统；模糊控制；优化1. SBR工艺1.1 SBR工艺概述SBR (Sequencing Batch Reactor) 法，即序批式活性污泥法，为间歇运行的污水处理工艺，包括进水，反应，静置，排水，闲置五个阶段。

从时空性来看，这种工艺将五个阶段放在同一个设有曝气或搅拌装置的反应池内依次运行，将处于不同时间不同空间的普通污泥法过程变为在不同时间同一空间下的运行，在流态上虽为完全混合式，但从有机物降解反应来看，可视为时间上的推流。

SBR法处理啤酒废水COD与DO的相关关系0 概述活性污泥法是一个需氧的代谢过程，混合液溶解氧(DO)是反应过程中一个重要的控制参数，也是影响运行费用和出水水质的主要因素。

正是因为DO对污水生物处理的重要意义，许多学者从不同角度对此进行了大量的研究。

其中在采用SBR法处理石油化工废水的研究中发现，在有机物达到难降解程度时，DO大幅度升高，并以此作为反应时间的控制参数 ［1］ 。

于是，本文采用了与石油化工废水水质相差较大的啤酒废水作为处理对象，来研究SBR 反应阶段COD的降解与DO变化之间的相关关系。

由于两者水质不同，在有机物降解过程中，D O呈现不尽相同的变化规律。

因此，针对不同水质的工业废水，研究其在有机物降解过程中C OD与DO的相关关系，对于保证出水水质和减少运行费用具有重要意义。

1 试验设备与方法试验以啤酒废水作为处理对象，反应过程中水温控制在20℃。

废水的主要成分是纤维素、蛋白质、果胶、淀粉，通过自来水稀释得到不同浓度的废水。

SBR法试验装置如图1所示。

反应器高70cm，直径30cm，总有效容积38L，采用鼓风曝气，转子流量计调节流量。

试验时，采用瞬时进水，然后立即开始曝气。

在反应阶段连续测定DO值，并根据DO 值的变化在一定时间间隔内取样测定COD和MLSS等指标。

2 试验结果与分析本试验在三种不同的试验条件下，测定DO与COD的相关关系。

2.1 进水浓度相同，不同曝气量下DO与COD的相关关系原始啤酒废水的COD为2100mg/L,试验配制的COD为700mg/L，进水混合后反应初始COD为500mg/L，反应过程中MLSS平均为2000mg/L，在曝气量分别为0.4m3/h、0.6m3/h、0.8 m3/h时的试验结果如图2所示。

试验结果表明，反应刚开始5min内，DO迅速升高，这是由于反应开始时反应器内溶氧速率远远大于耗氧速率所致。

在以后的反应过程中，DO有缓慢下降的趋势，与此同时，COD的降解速率加大。

文章编号:0253-2468(2003)02-0252-05 中图分类号:X703 文献标识码:A以DO 、ORP 、pH 作为两段SBR 工艺的实时控制参数曾　薇,彭永臻,王淑莹　(北京工业大学环境与能源工程学院,北京　100022)摘要:介绍了在传统SBR 脱氮工艺的基础上,开发的用于处理COD 和氮浓度较高的工业废水的两段SBR 系统(TSSBR ).根据传统SBR 工艺在反应过程中,当COD 不再被降解,而硝化反应又没有开始时,DO 迅速大幅度升高以及pH 曲线上出现的拐点,可以将COD 降解与硝化反应分割开,先后在不同的反应器内进行,分别命名为SBR 1和SBR2,避免高COD 浓度对硝化反应的冲击,提高处理效率.利用在线检测的DO 、OR P 和pH 参数实时控制SBR1、SBR2各个生化过程的反应时间,解决了两段SBR 系统的自动控制问题,可以使系统长期稳定运行,保证出水水质,节约能耗.采用实时控制策略,并控制系统温度在30℃左右,可将SBR2的硝化反应控制在亚硝酸型硝化结束.采用该工艺处理石化废水,COD 去除率达到90%～95%,30℃时的比硝化反应速率达到0.3kg (NH 4-N ) (kg (MLSS )·d ),出水已检测不出氨氮和硝态氮.关键词:TSSBR 工艺;DO ;OR P ;pHApplication of DO ,ORP and pH as on -line control parameters in a two -stage SBR processZENG Wei ,PENG Yongzhen ,WANG Shuying (Sch ool of Environ mental an d En ergy En gin eerin g ,Beijin g Un iversi ty of Tech -nology ,Beijin g 100022)Abstract :The app licat ion of a t wo -stage S BR (TS SBR )b ased on a sin gl e SBR nitrogen removal system for t he treatmen t of a p etrochemical in -du strial wast ewater contain ing h igh COD an d n itrogen concentration was s tud ied .Accord ing t o DO goin g up rapid ly and the break point on th e p H cu rve at th e removal of readil y bi od egradable sub strate and n itri fication transiti on in a sin gle SBR n itrogen removal reactor ,sub strate degra -dation and n itrificati on could be d ivided and occurred s eq uent iall y in th e di fferent reactors ,n amed as S BR1an d SBR2,respectively .In a TSS -BR system ,the n egative i mp act of t he h igher in fl uent COD on n itrificati on could b e avoid ed an d treat ment efficien cy i mproved becau se t he h et -erotrophic b act eria for sub strate degradati on and au totrop hic n itri fi er existed in th e differen t reactors .Th e problem of the au tomatic control for TSSBR p rocess c oul d b e solved b y usin g the on -lin e mon itored D O ,OR P and p H t o real -ti me control th e du ration of th e different biochemical react ion s ,which provid ed great p rocess flexibilit y and stab il ity ,and s aved th e energy con su mp tion .SBR 2nitrification was controll ed t o nitrite -t yp e nitrification b y us ing real -ti me control s trategy and controllin g was tewater temp eratu re 30℃.Stabl e and hi gh COD removal efficien cy reac hed to 90%～95%an d th e specific n itri fication rate at 30℃was 0.3kg (NH 4-N ) (k g (MLSS )·d ).Ammonia ,n itrate and nitrite in th e efflu en t were reduced to detection level .K ey words :a t wo -stage SBR p rocess ;DO ;OR P ;p H 收稿日期:2002-01-17;修订日期:2002-09-16基金项目:国家自然科学基金重点项目(50138010)和北京市自然科学基金项目(8002005)作者简介:曾　薇(1974—),女,博士　Email :z engwei -1@SBR 工艺的显著特点就是可以在同一个反应器内完成多种生化反应,简化处理流程,节省基建投资,在工业废水的处理中得到广泛应用[1,2].通常原水C OD 浓度在200～300mg L 较低范围内,可以取得较好的脱氮效果.但工业废水的水质水量变化较大,某些工业废水中COD 和氨氮浓度较高,高COD 浓度导致硝化反应速率降低,出水氨氮达不到排放标准.两段SBR 工艺第23卷第2期2003年3月环　境　科　学　学　报ACTA SCIENTIAE CIRCUMSTANTIAE Vol .23,No .2M ar .,2003DOI :10.13671/j .hjkxxb .2003.02.017就是用于处理C OD 和氮浓度较高的工业废水,使具有不同作用的两大类微生物群体存在于不同的反应器内,提高处理效率.SBR 的自动控制问题是SBR 工艺进一步推广应用的关键.目前,研究都是集中在以DO 、ORP 和pH 这些可以在线检测的参数作为各个生化过程的控制参数[3—5].因此,本文系统研究了两段SBR 工艺的过程控制,保证系统的稳定运行.1　材料和方法采用哈尔滨石油化工总厂三酸车间的洗釜废水作为处理对象,废水中含有乙酸、偏苯三酸及苯酐等多种有机化合物.原废水呈酸性,进入反应器前投加NaOH 调节pH 值.1.OR P 探头2.DO 探头3.pH 探头4.温度传感器5.排水口6.排泥管7.气体流量计8.曝气器9.ORP 仪　10.温控仪　11.D O 仪　12.pH 计　13.搅拌器　14.压缩空气图1　TSSB R 试验系统与控制示意图Fi g .1　TSSBR experi mental s ys tem 两段SBR 系统由两套相同的SBR 反应器串联构成,分别命名为SBR1和SBR2.反应器试验装置如图1所示,有效容积38L ,采用鼓风曝气,转子流量计调节曝气量控制DO浓度,温控仪和加热器控制水温30℃左右.原废水首先进入SBR1,进水时采取瞬间进水,限制曝气方式.SBR1主要去除C OD ,进水后依次进行曝气、沉淀、排水.排放的水再进入SBR2,SBR2以脱氮为主.先好氧硝化,然后缺氧搅拌,通入原化工废水作为反硝化碳源.反硝化结束后曝气5～10min 吹脱氮气,最后沉淀排水.至此,完成两段SBR 的一个反应周期.根据试验需要,可灵活确定闲置期的长短,然后开始下一个循环处理周期.反应过程中在线检测DO 、ORP 和pH ,并根据参数的变化在一定的时间间隔取样测定COD 、氨氮、硝态氮、MLSS 等指标.各项水质指标的测定方法均根据国家环保局规定的标准方法[6].2　结果与分析2.1　两段SBR 系统的启动两段SBR 工艺是将传统SBR 脱氮工艺的有机物降解和硝化反应两个过程分开,在不同的反应器内进行.传统SBR 去除有机物和脱氮的整个反应过程中,无法通过在线监测C OD 、氨氮和硝态氮浓度来确定反应进程,只能通过在线监测的一些控制参数间接判断反应进程.因此,研究传统SBR 反应过程中DO 、OPR 、pH 控制参数的变化规律,可以为两段SBR 系统的启动和运行提供指导作用.采用一个SBR 反应器,一次性进水后开始曝气,去除C OD 和硝化反应.然后缺氧反硝化,最后沉淀、排水.在上述传统SBR 脱氮工艺的一个反应周期,DO 、ORP 、pH 及各污染物浓度的典型变化如图2所示,原石化废水的COD 浓度500mg L ,氨氮60mg L ,MLSS 浓度3000mg L .从图中可以看出,首先进行的是去除COD 的反应,在降解C OD 的过程中,DO 趋于稳定,ORP 和pH 缓慢上升.采用SBR 工艺处理工业废水,当反应进行到一定程度时,即使延长曝气时间,有一少部分有机物也不能进一步被降解,这部分有机物称为该条件下难降解COD 浓度.当COD 达到难降解浓度,而硝化反应又没有开始时,DO 迅速大幅度升高(如图2b 中的箭头A ),这是由于此时C OD 降解结束,耗氧速率迅速降低.之后继续曝气进入硝化反应阶段,DO 在较高值的基础上缓慢攀升.pH 值由于硝化反应消耗碱度而开始下降,pH 曲线上出现拐点(图2532期曾　薇等:以DO 、ORP 、pH 作为两段SBR 工艺的实时控制参数图2　传统SBR试验结果Fig.2　Experi mental results in SBR 2b中箭头A所示).传统SBR反应器内COD降解与硝化反应在时间上的先后次序性,以及DO控制参数在两阶段反应过渡期的迅速大幅度升高和pH曲线上拐点的出现,使得两种反应分段独立进行,培养各自独特的微生物群体成为可能.根据传统SBR过程控制参数的变化特点,在有机物降解过程中,当DO迅速大幅度升高和pH曲线上出现拐点时,结束此阶段(SBR1)的反应,静止沉淀后出水进入第二个反应器(SBR2).SBR1出水的COD浓度较低,氨氮浓度较高,进入SBR2继续曝气,延长反应时间,创造有利于硝化菌生长的环境条件.控制SBR2的温度在28～32℃,DO浓度2mg L以上.根据公式(1)适当地调节pH值,保证SBR2硝化反应所需的HCO-3碱度充足.NH+4+1.86O2+1.98HC O-3硝化细菌(0.0181+0.0025)C5H7O2N+1.04H2O+0.98NO-3+1.88H2C O3(1)式中C5H7O2N为硝酸细菌和亚硝酸细菌的细胞.每氧化1mgNH+4-N为NO-3-N,需要消耗碱7.07mg(以CaCO3计).由于SBR2内C OD浓度低,污泥龄长,可以满足硝化菌较长生长周期的要求.SBR2硝化反应结束后停止曝气,开始搅拌,进入缺氧反硝化阶段.根据公式(2)计算的反硝化碳源的量,在反硝化开始时一次性投加原石化废水作为反硝化碳源[7].C m=2.86[NO-3-N]+1.71[NO-2-N]+DO(2)式中　C m为需要的有机物量,mg L;[NO-3-N]为硝态氮浓度,mg L;[NO-2-N]为亚硝态氮浓度, mg L;DO为污水中溶解氧浓度,mg L.按上述方法培养驯化半个月,在SBR1反应器内没有检测出硝态氮和亚硝态氮,说明没有硝化反应发生,主要是去除COD.这是由于在反应前期COD浓度较高,增殖速率较高的异养菌迅速增殖,抑制自养型硝化菌发挥作用,硝化反应无法进行.反应后期当COD降到较低水平或不再降解时,及时停止曝气.SBR1内原有的硝化菌也由于剩余污泥的大量排放而流失.SBR2以脱氮为主,同时也去除少部分SBR1难以降解的有机物,进一步降低出水C OD浓度.两阶段反应成功的分割开来,培养出各自独特的微生物群体,C OD降解速率和硝化反应速率明显提高.在原水COD浓度1150mg L,氨氮105mg L的条件下,采用两段SBR工艺后,COD的比降解速率由传统SBR的6.1kg(C OD)(kg(MLSS)·d)提高到8.7kg(C OD)(kg(MLSS)·d),比硝化反应速率也由0.19kg(NH4-N)(kg(MLSS)·d)提高到0.3kg(NH4-N)(kg(MLSS)·d).2.2　两段SBR系统的过程控制两段SBR系统成功启动后,其有机物降解、硝化、反硝化的过程控制问题是两段SBR工艺能否推广应用的关键.研究中发现DO、ORP和pH控制参数在SBR1、SBR2反应过程中独特的变化规律,为两段SBR系统的过程控制提供可靠依据,使系统能够长期稳定运行.DO、ORP、pH 及各污染物浓度在两段SBR反应过程中的典型变化如图3,图4所示,原石化废水的C OD1120 mg L,氨氮113mg L,SBR1、SBR2的MLSS均为3000mg L,水温28～32℃.254环 境 科 学 学 报23卷图3　SB R1内COD ,氨氮、DO 、ORP 变化Fig .3　COD ,NH 4-N ,D O ,OR P inSBR1图4　SB R2试验结果Fig .4　Experimental res ults in SBR2SBR1的试验结果如图3所示,氨氮浓度的降低是由于降解COD 的异养菌同化作用的结果.因为SBR1反应器内始终没有检测到NO -x ,而且去除的B OD 5与减少的氨氮浓度的比例近似于100∶5.SBR1内COD 正常降解过程中,DO 趋于稳定.当C OD 达到难降解浓度时(图3a 箭头A 所示),微生物的耗氧速率迅速降低,使混合液的DO 浓度迅速大幅度升高(图3b 箭头A 所示).ORP 在有机物降解过程中逐渐升高,这是还原态污染物氧化分解的结果.当COD 降解结束时,DO 迅速大幅度升高引起ORP 的相应变化.因此,COD 达到难降解浓度时,DO 与ORP 迅速大幅度升高(图3b 箭头A )可以作为结束SBR1反应的控制信号,能够准确的标示出SBR1与SBR2在反应时间上的切换点.SBR1出水进入SBR2继续曝气,如图4a 所示,在反应的前30min 内,COD 浓度进一步降低.对于TSSBR ,大部分易生物降解的低分子脂肪酸在SBR1内去除,使SBR1内的微生物容易出现“葡萄糖效应”[8],即使延长曝气时间,剩余的少量难生物降解的有机底物的降解速率极慢,甚至不再被降解,使SBR1出水COD 浓度较高,有时达不到排放标准.而SBR2内的异养菌不会产生“葡萄糖效应”.在SBR2较长时间的曝气过程中,异养菌只有少量难生物降解的有机底物可供利用.经过一段时间培养驯化,SBR2内的异养菌适应于难降解的底物.由于这部分底物浓度较低,并不影响硝化反应的进行,因此,SBR2的曝气过程中,在硝化菌进行硝化反应的同时,异养菌又可利用少量的难降解底物,使最终出水的COD 浓度较低.SBR2曝气过程主要进行硝化反应,如图4b 所示,DO 在硝化过程中缓慢升高,这是由于随着氨氮浓度的减少,硝化反应速率与硝化菌的耗氧速率逐渐降低.当氨氮接近于0mg L时,DO 升高的速率和幅度增大(图4b 中B 点),表明硝化反应的结束.这是微生物进入内源呼吸期,耗氧速率突然降低的结果.pH 值在硝化过程中缓慢下降,在硝化结束时突然升高(图4b 中B 点).硝化反应由于消耗碱度,产生H +而使pH 值下降.当硝化反应结束时,不再消耗碱度,而且系统内有剩余碱度,继续曝气吹脱了C O 2,使pH突然升高.因此,DO 、pH 的突然升高可以作为SBR2硝化反应结束的控制信号.在传统SBR 系统中,如图2b 中B点所示,硝化反应结束时DO 和pH 也出现了类似现象.SBR2的硝化反应并不是设定固定的水力停留时间(HRT ),而是根据原水氨氮浓度的变化在线控制反应时间.实际上,SBR2内的硝化反应并没有彻底完成,氨氮被2552期曾　薇等:以DO 、ORP 、pH 作为两段SBR 工艺的实时控制参数256环 境 科 学 学 报23卷亚硝化菌氧化为亚硝态氮的过程已彻底完成,而亚硝态氮被硝酸菌氧化为硝态氮的过程并没有彻底完成.如果延长曝气时间,累积的亚硝酸盐必将被氧化为硝酸盐,在系统内培养出硝酸菌.因此,只有采取上述实时控制方法,及时结束SBR2的曝气过程,并将水温控制在30℃左右,避免在系统内培养出硝酸菌.经过一个月的培养,亚硝化菌占绝对优势,SBR2硝化反应过程中NO3-N NO x-N始终在5%以下,成功地将硝化反应控制在亚硝酸型硝化结束,实现了短程硝化反硝化. SBR2硝化反应结束后,就进入缺氧反硝化阶段,通入原污水作为反硝化碳源.如图4所示,在反硝化开始时,系统突然停止曝气,DO迅速降为0mg L,由好氧状态进入缺氧状态,使ORP突然大幅度下降;随着反硝化的进行,氧化态的硝态氮逐渐被还原为氮气,ORP开始缓慢下降;当反硝化结束时,系统内不存在分子氧和NO-x,微生物由缺氧呼吸状态进入厌氧状态,引起ORP又一次大幅度下降,使ORP曲线上出现拐点(图4b中的点C),表明反硝化结束.反硝化产生碱度,pH值在反硝化过程中持续升高.反硝化结束后,pH趋于平稳.继续搅拌,一些兼性异养菌开始产酸发酵,pH有下降的趋势.因此,pH曲线上也出现拐点(图4b中的点C),表明反硝化结束.ORP和pH可以作为SBR2反硝化结束的控制信号.3　结论(1)根据传统SBR脱氮系统在反应过程中DO、ORP和pH的变化规律,当COD不再被降解,而硝化反应又没有开始时,DO迅速大幅度升高以及pH曲线上出现的拐点,可将COD降解与硝化反应分割开,先后在不同的反应器内进行,避免高COD浓度对硝化反应的抑制,提高处理效率,尤其是提高硝化反应速率.(2)通过DO、ORP和pH在两段SBR反应过程中的变化规律,可以控制有机物去除、硝化和反硝化各个阶段的反应时间,解决了两段SBR的自动控制问题,对于保证出水水质、节省能耗具有重要意义.采取实时控制策略,并控制水温30℃左右,可将SBR2硝化反应控制在亚硝酸型硝化结束,实现短程硝化反硝化.(3)在线实时控制SBR1和SBR2的反应时间,可以使去除有机物的异养菌和硝化菌存在于不同的反应器内,保证两段SBR系统长期稳定运行.如果SBR1反应时间控制不当,过长或过短,都将破坏两个反应器的微生物组成,使两段SBR脱氮工艺失去意义.参考文献:[1]　R odrigues Ana C,Antoni o G Brio,Mel o Luis F.Posttreat ment of a brewery was tewater using a sequencing batch reactor[J].WaterEnvironment R es earch,2001,73(1):45～51[2]　Piers on John A,Pavlostathis Spyros G.R eal-ti me monitoring and control of sequencing batch reactors for secondary treat ment of apoult y processing wastewater[J].Water Environment R es earch.2000,72(5):585～592.[3]　曾薇,彭永臻,王淑莹,等.以溶解氧浓度作为SBR法模糊控制参数[J].中国给水排水,2000,16(4):6～10[4]　Lefevre F,Audic J M,Bujon B.Aut omatic regulation of activated sl udge aeration-single-tank nitrification-denitrification[J].WatSci Tech,1993,28(10):289～299[5]　彭永臻,王宝贞,王淑莹.活性污泥法的多变量最优控制Ⅰ.基础理论与DO浓度对运行费用的影响[J].环境科学学报.1998,18(1):11～19[6]　国家环保局.水和废水监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社,1989.246～286[7]　章非娟.生物脱氮技术[M].北京:中国环境科学出版社,1992.21[8]　彭永臻,高凯,余政哲.两段SBR法处理石油化工废水[J].给水排水.1996,22(6):26～28。