AAO污水处理工艺ppt课件.ppt

1、汇汇 报报 内内 容容5.5.交互式反应器交互式反应器BPBP神经网络模型研究神经网络模型研究6.6.交互式反应器交互式反应器ANFIS仿真模型研究仿真模型研究7.7.结论与建议结论与建议1 1、城市污水生物脱氮理论与技术、城市污水生物脱氮理论与技术一、城市污水脱氮除磷工艺与模拟控制一、城市污水脱氮除磷工艺与模拟控制有机氮氨氮亚硝酸盐硝酸盐有机氮（细菌细胞）细菌分解及水解同化有机氮（净生长）氧气硝化氧气溶解及自氧化脱氮有机碳氮气2 2、城市污水除磷技术、城市污水除磷技术一、城市污水脱氮除磷工艺与模拟控一、城市污水脱氮除磷工艺与模拟控3 3、常规生物脱氮除磷工艺、常规生物脱氮除磷工艺一、城市污水

2、脱氮除磷工艺与模拟控一、城市污水脱氮除磷工艺与模拟控3 3、常规生物脱氮除磷工艺、常规生物脱氮除磷工艺一、城市污水脱氮除磷工艺与模拟控制一、城市污水脱氮除磷工艺与模拟控制3 3、常规生物脱氮除磷工艺、常规生物脱氮除磷工艺一、城市污水脱氮除磷工艺与模拟控制一、城市污水脱氮除磷工艺与模拟控制3 3、常规生物脱氮除磷工艺、常规生物脱氮除磷工艺一、城市污水脱氮除磷工艺与模拟控一、城市污水脱氮除磷工艺与模拟控制制卡鲁塞尔DenitIRA2/C工艺流程4 4、生物脱氮除磷新工艺、生物脱氮除磷新工艺一、城市污水脱氮除磷工艺与模拟控一、城市污水脱氮除磷工艺与模拟控制制5 5、污水处理建模理论与技术、污水处理建

3、模理论与技术一、城市污水脱氮除磷工艺与模拟控制一、城市污水脱氮除磷工艺与模拟控制 1.1 工艺路线研究工艺路线研究 针对南方城市污水有机物浓度低、而氮磷浓度相对较高、针对南方城市污水有机物浓度低、而氮磷浓度相对较高、且进水水质水量变化大的特征，研究不同情况下低碳高氮磷城且进水水质水量变化大的特征，研究不同情况下低碳高氮磷城市污水脱氮除磷工艺中污染物的存在形态与转化规律，寻求适市污水脱氮除磷工艺中污染物的存在形态与转化规律，寻求适合于低碳高氮磷城市污水脱氮除磷的工艺及相关运行参数；合于低碳高氮磷城市污水脱氮除磷的工艺及相关运行参数； 1.2 仿真与预测仿真与预测 建立交互式反应器的脱氮除磷处理工

4、艺的神经网络模型，建立交互式反应器的脱氮除磷处理工艺的神经网络模型，模拟与预测进出水水质和运行工况，并进行仿真与预测，满足模拟与预测进出水水质和运行工况，并进行仿真与预测，满足工程实施控制的目的和要求，为示范工程的运行提供依据。同工程实施控制的目的和要求，为示范工程的运行提供依据。同时，为我国类似城市污水处理厂的设计及运行提供参考。时，为我国类似城市污水处理厂的设计及运行提供参考。 二、研究内容与技术路线二、研究内容与技术路线1 1、研究目的、研究目的 2.1 传统工艺路线研究传统工艺路线研究研究传统的生物脱氮除磷工艺处理低碳高氮磷城市污水的特点与规律。研究传统的生物脱氮除磷工艺处理低碳高氮磷

5、城市污水的特点与规律。 2.2 新工艺路线研究新工艺路线研究研究低碳高氮磷城市污水高效、低消耗生物脱氮除磷工艺。研究低碳高氮磷城市污水高效、低消耗生物脱氮除磷工艺。即研究交互式反应器提高生物脱氮除磷的途径、机理以及合适运行参数。即研究交互式反应器提高生物脱氮除磷的途径、机理以及合适运行参数。 2.3 运行模式研究运行模式研究分析低碳高氮磷污水水质变化规律，寻求该型污水处理厂的运行新模式分析低碳高氮磷污水水质变化规律，寻求该型污水处理厂的运行新模式 2.4 建立神经网络进行出水水质的模拟仿真建立神经网络进行出水水质的模拟仿真2.5对比对比BP神经网络和神经网络和ANFIS模糊网络的模拟仿真的效果

6、和稳定性。模糊网络的模拟仿真的效果和稳定性。二、研究内容与技术路线二、研究内容与技术路线2 2、研究内容、研究内容二、研究内容与技术路线二、研究内容与技术路线3 3、技术路线、技术路线研究技术路线图1 1、工艺开发背景、工艺开发背景三、交互式反应器研究与中试装置设三、交互式反应器研究与中试装置设计计2 2、工艺概念与流程、工艺概念与流程三、交互式反应器研究与中试装置设三、交互式反应器研究与中试装置设计计交互式是指可以针对不同水质水量、处理目的、环境条件灵活改变物化处理单元与生化处理单元的串并联、长短流程运行；各单元内部的功能也可改变，进行高效、节能或抗冲击负荷等不同模式运行达到在一个反应器内将

7、物化和生化优化集成、生物处理单元中各种不同功能菌群高效运行、系统高度协同开放的目的。为城市污水处理提供一种新型高效的物化/生化反应器。 2 2、工艺概念与流程、工艺概念与流程三、交互式反应器研究与中试装置设三、交互式反应器研究与中试装置设计计A. 进水井B. 交互式反应器C. 二沉池D. 鼓风机 E. 加药罐 . 反应器分区编号 交互式物化/生化反应器平面图 2 2、工艺概念与流程、工艺概念与流程三、交互式反应器研究与中试装置设三、交互式反应器研究与中试装置设计计交互式物化/生化反应器流程图 3 3、运行模式与控制、运行模式与控制三、交互式反应器研究与中试装置设三、交互式反应器研究与中试装置设

8、计计交互式物化/生化反应器运行模式图 高效生化工艺物化强化生化强化沉淀进水人工生态AFDEBCG3 3、运行模式与控制、运行模式与控制三、交互式反应器研究与中试装置设三、交互式反应器研究与中试装置设计计理理C放标准放标准3 3、运行模式与控制、运行模式与控制三、交互式反应器研究与中试装置设三、交互式反应器研究与中试装置设计计当原污水有机碳源不能同时满足生物脱氮除磷要求时，首先满足生物脱氮，在生物处理后投加新型混凝剂强化生物除磷，确保氮磷同时达标。4 4、串联运行模式研究、串联运行模式研究三、交互式反应器研究与中试装置设三、交互式反应器研究与中试装置设计计串联运行模式1工艺示意图正常水量、污染物

9、浓度较高，氮磷浓度较高条件下或冬季运行时采用4 4、串联运行模式研究、串联运行模式研究三、交互式反应器研究与中试装置设三、交互式反应器研究与中试装置设计计串联运行模式2工艺示意图正常水量、污染物浓度较低，夏季运行时采用5 5、并联运行模式研究、并联运行模式研究三、交互式反应器研究与中试装置设三、交互式反应器研究与中试装置设计计并联运行模式工艺示意图1、模式1：水量或水质超负荷2、模式2：COD、TN偏低时6 6、中试装置设计、中试装置设计三、交互式反应器研究与中试装置设三、交互式反应器研究与中试装置设计计6 6、中试装置设计、中试装置设计三、交互式反应器研究与中试装置设三、交互式反应器研究与中

10、试装置设计计6 6、中试装置设计、中试装置设计三、交互式反应器研究与中试装置设三、交互式反应器研究与中试装置设计计6 6、中试装置设计、中试装置设计三、交互式反应器研究与中试装置设三、交互式反应器研究与中试装置设计计中试基地生物处理单元运行中的交互式反应器6 6、中试装置设计、中试装置设计三、交互式反应器研究与中试装置设三、交互式反应器研究与中试装置设计计交互反应器搅拌机和循环流量监测人工湿地进水1 1、运行工况、运行工况四、交互式反应器中试运行研究四、交互式反应器中试运行研究2 2、运行数据、运行数据四、交互式反应器中试运行研究四、交互式反应器中试运行研究3 3、中试运行小结、中试运行小结四

11、、交互式反应器中运行研究四、交互式反应器中运行研究水温为21.628.3，进水COD为13.2179.4mg/L、SS为12218mg/L，平均有机负荷在0.52 kgCOD/(kgMLVSSd)以下时，AAO运行模式各工况对COD和SS均有良好的去除效果，受冲击负荷影响很小，处理出水COD低于35mg/L、SS低于24mg/L。试验结果表明，当有机负荷在0.2 kgCOD/(kgMLVSSd)以上时，COD平均去除率可在70%以上。AAO运行模式中，COD的去除主要发生在反应器的厌氧区和缺氧区。 进水NH4+-N为2.0933.28mg/L、TN2.8839.39mg/L，水温21.628.

12、3，泥龄15d时，要保持良好的硝化效果，则COD负荷和TN负荷应分别小于0.5 kgCOD/(kgMLVSSd)和0.10 kgTN/(kgMLVSSd)。当NH4+-N去除率80%，由于进水的平均COD/TKN90，进水COD90mg/L，且COD/TN3.3时，TN的去除主要通过反硝化作用，而且绝大部分在厌氧区内反硝化去除，增大混合液回流比对脱氮效率的提高贡献不大。 3 3、中试运行小结、中试运行小结四、交互式反应器中运行研究四、交互式反应器中运行研究进水COD180mg/L，且平均COD/TN80%时，由于碳源严重不足，脱氮效率不高，随回流污泥进入厌氧区的NO3-N对生物除磷效果造成不利

13、影响，TP去除率在50%以下。当NH4+-N去除率50%，且进水COD超过60mg/L时，进入厌氧区的硝酸盐浓度持续低于2.0mg/L，系统的生物除磷能力逐渐加强；当进水COD持续在100mg/L以上时，出水TP可在1.0mg/L以下。虽然进入厌氧区的NO3-N对除磷有不利影响，但系统的除磷功能不会丧失殆尽，但是降雨引起的进水COD急剧下降能导致系统除磷功能完全丧失 低碳高氮磷城市污水，因碳源不足，采用AAO模式时，一旦出水NH4+-N和TN满足城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)中的一级B标准，出水TP不达标。建议采用生物脱氮法保证出水氮达标，投加混凝剂保证出水磷达标。

14、 3 3、中试运行小结、中试运行小结四、交互式反应器中运行研究四、交互式反应器中运行研究交互式反应器系统AAO运行模式下，降雨季节，进水COD较低，SVI基本50mL/g，MLVSS/MLSS降雨频繁时有下降的趋势，在0.250.4雨水较少时，SVI和MLVSS/MLSS均有升高的趋势，SVI在5090mL/g，MLVSS/MLSS在0.40.5之间。增加抗冲击负荷能力措施：增大混合液回流比；加大系统进水流量；维持反应器系统MLVSS在1000mg/L以上；投加混凝剂。当进水COD平均值小于70mg/L，为提高系统抗冲击负荷的能力，保证出水氨氮达标，可将HRT缩短为4h，以增加污泥的有机负荷，

15、减缓污泥的内源呼吸过程，维持系统MLVSS在1000mg/L以上。考虑到低碳高氮磷城市污水的脱氮和抗冲击负荷能力，系统的混合液回流比宜在12之间，污泥回流比宜在0.51.0之间。 1 1、BPBP神经网络技术神经网络技术五、交互式反应器五、交互式反应器BP神经网络模型研究神经网络模型研究(1)高度的并行性；(2)高度的非线性全局作用；(3)良好的容错性与联想记忆功能；(4)强大的自适应、自学习功能。 (1)网络的层数（输入层、隐含层、输出层）；(2)隐含层的神经元数量；(3)传递函数（Sigmoid)2 2、交互式反应器、交互式反应器BPBP神经网络模型神经网络模型五、交互式反应器五、交互式反

16、应器BP神经网络模型研究神经网络模型研究(1)记忆能力强；(2)自学能力和抗干扰能力差；(3)训练时间长(4)模拟结果较差(1)记忆能力强；(2) 预测能力差(3)自学能力和抗干扰能力差；(4)训练时间长(1)预测表现稳定；(2) 预测能力强；(3)训练速度快；(4)神经元数量以10个为宜3 3、BPBP神经网络模型模拟结果神经网络模型模拟结果五、交互式反应器五、交互式反应器BP神经网络模型研究神经网络模型研究A:输入进水：COD、SS、NH3-N、NO3-NB:输入进水：COD、SS、NH3-N、TN(1)二组相关系数基本一样(2)A组预测性优于B组A:输入进水：COD、SS、NH3-N、T

17、PB:输入进水：COD、SS、TN、TP(1)二组相关系数基本一样(2)A组预测数据、训练数据均优于B组A:输入进水：COD、NO3-N、NO2-N、NH3-NB:输入进水： COD、NO3-N、NO2-N、TN(1)二组训练误差接近(2)A组预测数据误差优于B组3 3、BPBP神经网络模型模拟结果神经网络模型模拟结果五、交互式反应器五、交互式反应器BP神经网络模型研究神经网络模型研究A:输入进水：COD、NO3-N 、NO2-N、NH3-NB:输入进水：COD、 NO3-N 、NO2-N、 TN(1)预测误差接近，A组训练误差小(2)二组误差均较大C：输入进水：COD、NO3-N 、NO2-

18、N、NH3-N、TN 隐含层神经元个数由10增加为12(3) 误差依然较大：原始数据变化幅度大；进水NO3-N 较小时，对网络性能影响大；数据量和数据精度有限A:输入进水：COD、SS、TP、NH3-NB:输入进水： COD、SS、TP、TN(1)二组训练误差接近(2)B组预测数据误差优于A组,但二组预测误差均较大(3)进水中TP浓度低；测量误差致出水TP大于进水；数据规律性差1 1、ANFISANFIS网络模型网络模型六、交互式反应器六、交互式反应器ANFIS仿真模型研究仿真模型研究(1)很好的推理功能；(2)较强自学习能力；(3)理解经验语言；(4)融合神经网络与模糊推理。 (1) Mat

19、hWorks公司的MATLAB计算语言；(2)ANFIS模型结构：多输入但输出、单输出;(3)隶属度函数（gaussmf)2 2、ANFISANFIS网络模型设计网络模型设计六、交互式反应器六、交互式反应器ANFIS仿真模型研究仿真模型研究(1)与BP网络一致：4输入单输出(1)2个；(2) 3个(3)3个隶属度函数在训练模拟精度较高；预测误差较大(4)确定用2个隶属度函数3 3、ANFISANFIS网络模型模拟网络模型模拟六、交互式反应器六、交互式反应器ANFIS仿真模型研究仿真模型研究输入进水：COD、SS、NH3-N、NO3-N(1) 训练误差、测试误差均优于BP网络(2) 模拟数据稳定

20、性好3 3、ANFISANFIS网络模型模拟网络模型模拟六、交互式反应器六、交互式反应器ANFIS仿真模型研究仿真模型研究输入进水：COD、SS、NH3-N、TP(1) 预测效果优于BP网络(2) 预测性误差小3 3、ANFISANFIS网络模型模拟网络模型模拟六、交互式反应器六、交互式反应器ANFIS仿真模型研究仿真模型研究输入进水：COD、NO3-N、NO2-N、NH3-N(1) 训练误差测试误差均大于BP网络(2) 预测效果差于BP网络(3) 隶属度函数不适合3 3、ANFISANFIS网络模型模拟网络模型模拟六、交互式反应器六、交互式反应器ANFIS仿真模型研究仿真模型研究输入进水：C

21、OD、NO3-N、NO2-N、NH3-N(1) 训练误差测试误差均小于BP网络(2) 预测效果好于BP网络(3) 隶属度函数调整可进一步提高精度3 3、ANFISANFIS网络模型模拟网络模型模拟六、交互式反应器六、交互式反应器ANFIS仿真模型研究仿真模型研究输入进水：COD、SS、TP、TN(1) 训练误差测试误差均小于BP网络(2) 预测效果好于BP网络(3) 模拟相关系数较高4 4、ANFISANFIS与与BPBP网络对比网络对比六、交互式反应器六、交互式反应器ANFIS仿真模型研究仿真模型研究(1)在相同数据基础上，ANFIS系统的模拟误差更小 (2) ANFIS系统的模拟结果更稳定

22、，多次模拟时其结果不会发生太大的变化，而神经网络的模拟结果每次都有很大的不同，造成使用者对最佳模拟精度无法掌握。究其原因：主要是因为ANFIS系统事先根据前人经验设置了初始隶属度函数，可以避免训练过程中收敛于局部最小点；而神经网络在初始时刻给出的权重矩阵是随机的，训练过程中很容易陷入局部最小点。 (3)通过两种网络对TP的模拟可以看出，对于变化范围较小的数据用ANFIS能更好的体现其走势 (4)两种网络的模拟误差均不是特别理想。主要是因为1）数据测量不够准确，而且数据时间间隔不合理；2）存在一部分超出平均值很多的非合理数据；3）数据量太少；4）从ANFIS模拟过程的各误差曲线可以看出，文中采用

23、的模型结构还不是太合理，还有很大的改进空间。 1 1、结论、结论七、结论与建议七、结论与建议(1)中试研究发现污泥驯化调试主要任务培养硝化菌； (2)交互式反应器AAO (厌氧缺氧好氧)运行模式在HRT=48h、污泥回流比为0.51.0、混合液回流比为12时，COD的去除主要发生在厌氧区和缺氧区。TN去除率随进水COD及COD/TN的增加而增加。TN的去除主要发生在厌氧区，增大混合液回流比对提高脱氮效率无益，但可提高抗冲击负荷能力。(3)在ALO运行模式中，通过在低氧区进水端设置缺氧区，使易生物降解碳源优先用于短程反硝化，节省的碳源则用于聚磷菌的厌氧释磷以及后续的短程反硝化，提高了氮、磷去除率

24、，降低了空气消耗量。ALO运行模式具有高效脱氮同时兼顾除磷，对低C/N城市污水的脱氮除磷具有实际意义 。(4)水温低于18，短程硝化现象逐步减弱直至消失。为提高系统的硝化效果，可按AO脱氮模式运行。 当反应水温在1012，污泥回流比和混合液回流比分别为1.5和2，通过延长HRT为12h，可使系统的NH4+-N和TN去除率达到35%以上。1 1、结论、结论七、结论与建议七、结论与建议(5)BP神经网络采用MISO模式较好； 双隐含层的神经元数量一般为5或6； 单隐含层的神经元数量在10左右较好。 同一个神经网络结构随着神经元个数的增加，训练数据的精度越来越高，但测试数据的精度一般是随着神经元个数

25、的增加升高后再降低。 (6)自适应神经网络（ANFIS）隶属度函数一般2个就可以满足基本要求，函数的型式可采用gbellmf或gaussmf等。模拟效果和稳定性基本优于BP网络。 2 2、建议、建议七、结论与建议七、结论与建议(1)为了便于交互式反应器的应用与推广，应该进行基于不同水质的不同工况运行的自动切换与控制系统研究。 (2) BP神经网络训练数据的数量决定了训练时间的长短，随数据量的增加，训练时间越来越长，在线控制时可能造成控制不及时; 建议通过与其它算法如遗传算法等结合，以改进训练速度和效果，获得较优的神经网络结构。 对于不同的水质指标，采用不同的BP神经网络结构或ANFIS自适应模糊神经网络系统进行模拟仿真，以获得较好的仿真效果。 (3)在模拟仿真参数中，增加处理工艺过程的运行参数，或设定出水水质指标值，将运行参数作为网络的输出值，以便与PLC控制系统结合，控制污水处理过程系统的自动运行，获得最佳的运行效果。