光伏驅動一體式分散型農(nóng)村污水生物處理及其自動化控制研究.pdf

1、分散型污水生物處理系統(tǒng)的電耗是運行費用的主要支出之一。在我國一些偏遠地區(qū)特別是農(nóng)村地區(qū),多采用布局靈活的分散型污水處理系統(tǒng),但政府投資興建的污水處理設施由于缺乏資金而無法正常運行。太陽能被認為是最具前途的新能源之一。分散型農(nóng)村污水排放方式為間歇排放,生物膜法具有較強的抗沖擊能力,結合分段進水工藝可以根據(jù)污水的排放規(guī)律靈活的調整進水流量,因此本論文以太陽能為農(nóng)村分散污水處理的動力能源,建立了光伏驅動一體式分段進水生物膜反應器來研究分散型農(nóng)

2、村污水生物處理,降低污水處理系統(tǒng)的運行成本,為分散型農(nóng)村污水處理提供技術支持。
　　 本論文通過對太陽能資源的調研和監(jiān)測,依據(jù)污水處理反應器負載能耗大小,設計計算得到光伏發(fā)電系統(tǒng)的總容量。為了充分利用太陽能資源,建立了高、中、低能耗以及夜間4種不同能耗等級的污水處理運行模式,同時引入了PLC(ProgrammableLogicController,可編程邏輯控制器)自動控制系統(tǒng),以蓄電池的電壓為輸入變量,根據(jù)蓄電池電壓值來自動選

3、擇相應能耗等級的運行模式。通過不同進水負荷、C/N、溫度和填料對反應器污水處理效果的影響來優(yōu)化反應器的運行條件,并考察了不同能耗等級和自控運行下的污水處理效果,獲得主要結果如下:
　　 (1)對太陽能輻射強度的周期變化進行了調研和實地監(jiān)測,結果顯示:北京地區(qū)太陽輻射量全年平均為4686MJ/m2～5690MJ/m2,年平均日照時數(shù)在2000～2800h之間。反應器負載最大功率為420W,通過計算最終確定了光伏組件的容量為:太陽能

4、電池板串聯(lián)數(shù)為2,并聯(lián)數(shù)為4,考慮到充電余量,選取選用10塊太陽能電池板,總功率大小為1350W,容量大小為100Ah。
　　 (2)PLC自動化控制系統(tǒng)通過蓄電池電壓的變化,實現(xiàn)光伏電力的自動化控制與分配。當蓄電池電壓23V≤＜U＜24V時,運行低能耗等級A/O工藝,當蓄電池組電壓值24V≤U＜25V時,運行中能耗兩段式分段進水工藝,當蓄電池組電壓值U≥25V時,運行高能耗三段式分段進水工藝,當蓄電池組電壓值22.5V≤U＜2

5、3V時,系統(tǒng)將開啟夜間過渡模式。
　　 (3)研究了不同流量分配、C/N和溫度對污水處理效果的影響,其主要結果是,流量分配為5.25L/h、3.25L/h和1.25L/h時負荷分配均勻,CODCr、NH3-N和TN的去除率分別為92.5%、68.68%和59.8%。C/N低于3.5時不利于脫氮,水溫低于14℃時,硝化過程受抑制,影響脫氮效果。
　　 (4)高能耗運行模式下的污水處理效果明顯優(yōu)于中能耗和低能耗,中能耗和低能

6、耗運行模式下的污水處理效果相近。夜間模式只作為太陽輻射強度弱時的過渡,暫不考慮其運行效果。自控干預下運行初期30d內,CODCr的去除率達到90%,出水濃度在25～40mg/L之間,NH3-N和TN的去除率分別為16%和22%;運行30d后,NH3-N和TN的去除率上升到81%和78%,CODCr去除率達90%以上。
　　 (5)對不同填料掛膜的初步探討,空心球填料、彈性立體纖維填料和軟性填料對CODCr的去除效果都很高,出水濃

7、度都在20mg/L左右。軟性填料和空心球填料的出水氨氮未檢出,前期由于軟性填料的接種容易附著吸附,總氮去除效果優(yōu)于其他兩種,而后期,由于空心球填料擁有較大的比表面積,能夠為微生物提供了更大的棲息和附著空間,使得微生物大量的附著生長,去除效果逐漸穩(wěn)定升高。
　　 通過本論文的研究,在自動化控制系統(tǒng)下,太陽能驅動一體式分段進水生物膜反應器能夠有效地結合太陽輻射強度的變化,自動選擇相應能耗等級的污水處理模式,可使污水CODCr去除率達