模糊控制技术在污水处理曝气系统的应用

模糊控制技术在污水处理曝气系统的应用（推荐6篇）

模糊控制技术在污水处理曝气系统的应用 篇1

模糊控制技术在污水处理曝气系统的应用

摘要：在当前污水处理的.曝气系统中,其过程变化规律难以建立准确的数学模型来进行描述.而模糊控制技术则不需要精确的数学模型,它是吸收人工控制的经验,然后依据一些推理规则,决定控制决策.鉴于此,针对污水处理过程的工艺特点,引入模糊控制技术,将模糊控制策略应用于污水曝气过程.结果表明,模糊控制能满足污水处理过程中对CAST池含氧量的控制要求,控制效果比较理想,滞后小,系统稳定也快.作 者：王维贺 作者单位：深圳达实智能股份有限公司,广东,深圳,518057期 刊：硅谷 Journal：SILICON VALLEY年，卷(期)：,“”(14)分类号：X7关键词：模糊控制 污水处理 曝气过程 曝气池

模糊控制技术在污水处理曝气系统的应用 篇2

关键词：模糊控制,曝气,污水处理,可编程控制器

近几年来, 我国经济飞速发展的同时, 工农业生产能力得到了大幅度提升, 然而由此也引发了许多严重的环境问题, 给居民生活和身体造成了严重的危害。水污染作为环境污染的重要组成部分, 随着人们环保意识的提高, 水环境保护呼声越来越强烈。在实施可持续发展战略的新时期, 保护水资源、美化环境已成为我国大力开展的工作, 同时也不断加大了环境治理和保护力度, 而这一个过程建立在有效的研究方法中, 是当今污水处理厂工作的核心内容。曝气环节作为污水处理的重要环节, 因此, 这里我们有必要对模糊控制理念下的污水曝气系统进行研究, 以提高污水处理效果。

1 模糊控制概念

目前, 我国大部分污水处理系统仍然以传统的流量控制方式为主, 而且随机排放的污水中有机物的浓度十分大, 传统控制方法却很难满足目前高速发展的社会需求。基于此, 一种全新的控制理念逐渐产生了, 为污水处理系统的科学控制提供了科学的理论指导和参考, 这种技术就是我们目前所说的模糊控制。

所谓的模糊控制就是通过模糊数学基本原理、思想对各种不确定性的问题进行研究, 并且取得了良好的控制效果和策略。模糊控制理念在我国的应用中已经有了三四十年的发展历史, 其应用越来越广泛, 这主要是因为模糊控制系统不需要建立被控制的对象, 其精确度能够得到有效的保障, 鲁棒性十分良好、容错性强。就这一技术在污水处理中的应用分析, 其效果良好, 能为污水处理系统优化和改进。

2 工艺流程

2.1 污水处理流程

某污水处理仓在污水处理工作中, 日处理量为6万吨左右, 在处理的过程中采用了改良之后的污水处理新工艺, 并且在处理厂设置了二次沉池、出水消毒池、监控池和污泥回收池、氧化沟等设备, 并且在水质处理的过程中严格按照我国国家标准和相关地方标准开展的。经过一段时间的研究发现, 这一技术在应用中取得了良好的效果, 为该污水处理厂社会经济效益提供了扎实的基础平台。

一般来说, 目前污水处理技术主要包含了三级处理技术, 首先是一级处理过程, 是将管网污水经过隔栅过滤, 然后经过沉砂池、除污池进行污水杂物的清除, 这种清除技术的应用属于一级处理, 是二级处理的预备阶段。二级处理是污水经过旋转沉砂池处理之后, 排入到生化池当中并且经过二次尘沙, 目的在于出去污水中的胶凝物和溶解物, 经过这一阶段的除污之后整个除污效果可以高达90%以上, 而三级除污处理系统主要是消毒处理技术, 是针对二级处理之后的尾部处理技术, 它包含了紫外线消毒、难以溶解的有机物处理、氮磷等能够导致水质营养变化的溶剂物质进行处理, 从而直接排放到污水处理流程之中。在目前的污水处理中, 整个污水处理流程可以列为图1。

2.2 曝气过程

曝气过程是过去污水处理工作中最容易忽视的一个环节, 通常都指的是污水在处理之后直接暴露在空气中, 通过氧化反应将污水中的不良气体排出到空气中, 从而获取足够的溶解度。这个过程是一个除污池有机物和微生物溶解接触的环节, 是通过各种现代化技术来提高污水处理效果的模式, 对污水处理效果的提高十分明显。

变频器控制方式分为远程和本地, 手动以及自动。授权登录用户, 既可以现场通过触摸屏操作, 手动修改变频器运行频率, 整个系统又能运行在自动模式下, 也可以在中控室实施远程控制, 在互不冲突的情况下, 能够实现工作模式的任意切换。

为增强系统安全性, 在电机轴前、轴后以及控制柜装有温度传感器, 并且监测电机电流以及变频电流。当这些监测量越界时, 连锁保护动作, 比如变频器停止运行, 风机停止工作;此外, 还会输出不同形式的报警:现场声光报警, 现场触摸屏生成报警记录, 以及上位机组态画面生成实时报警, 并录入报警历史数据库。

3 曝气过程模型

污水处理曝气过程, 属于复杂的动态工程系统, 无法用精确的数学模型来描述。因此, 在建立仿真模型时, 要做出一些假设:

假设1:曝气过程在时间上呈理想推流变化, 在空间上呈完全混合状态。

假设2:在一个周期内, 合成的微生物量与总生物量相比可以忽略不计, 即生化池中总生物量近似不变。

假设3:一个周期开始前, 生化池中上一周期出水浓度与原水浓度相比可以忽略不计。

假设4:对既定的废水, 反应速率为常数。

4 模糊控制

模糊控制, 是采用模糊集理论对一类不确定性系统进行有效控制的方法。1965年, 美国加州大学的自动控制理论专家L A.zadeh在文献中, 提出了模糊集合论, 开创了模糊逻辑的历史。此后, 英国伦敦大学教授E.H.Mamdani于1974年成功研制锅炉蒸汽机模糊控制系统, 在模糊控制发展史上具有里程碑意义。从此, 模糊控制蓬勃发展, 研究成果层出不穷, 在工业过程控制、交通管理、医疗系统乃至日常家用电器"等诸多领域都得到了应用。

模糊控制常采用查表法, 其中的关键在于建立控制表。控制表是根据控制规则和推理方法所构成的输入量值与输出量值的关系表格, 建立步骤包括输入输出论域划分及模糊化, 制定模糊控制规则, 确定模糊关系, 模糊推理后清晰化转换成相应确定输出量。

结束语

针对某污水处理厂的污水曝气过程特点, 选用PLC和变频器为核心电气元件, 设计了污水曝气过程控制系统, 对鼓风机转速进行电气控制。考虑到污水曝气过程的间歇性、滞后性等特点, 采用模糊控制策略, 对生化池出水溶解氧D0浓度进行定值控制。

参考文献

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[2]冯书辉, 刘刚.AA0工艺在焦化废水处理中的应用与改进[J].燃料与化工, 2006, 37 (3) :46, 48.

模糊控制技术在污水处理曝气系统的应用 篇3

关键词：耐久试验系统；模糊PID控制技术；小型直流电机；电机转矩；PID参数 文献标识码：A

中图分类号：TP273 文章编号：1009-2374（2015）19-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.030

汽车座椅所用的电机对其参数及性能稳定性要求非常高，因此在电机出厂前需要进行相关参数的测试，这些测试主要是为了测出电机的一些极限参数，这些参数主要包括电机运行的转矩，同时在该转矩下，电机所消耗功率及电机在该转矩下的转速。这样所得到的电机运行参数形成的电机特性曲线才能更完整地反映电机运行的状态。针对电机的市场需求，电机耐久试验监控系统不仅具有测试电机的转矩及该转矩下对应的转速和功率消耗参数外，而且系统满足了实时性和快速性的需求，能够很快到达预定工作点。

传统的PID控制对系统出现较大偏差的情况很难达到预设工作点，会出现超调和响应速度慢等问题。

为了更好地测试电机的运行性能，系统驱动电机达到预定工作点的时间尽量短，以避免电机没在工作点时运行时间过长而过热，使电机不能准确测出电机的具体运行参数，同时也避免了超调或工作点来回摆动的现象。而模糊控制针对大偏差系统有较快的调节作用，PID控制可以在小偏差范围内得到较理想的性能效果。基于上述考虑，本文提出采用模糊PID控制技术相结合应用到电机耐久测试系统中，获得了良好的控制效果。

1 模糊PID控制系统的基本原理

对于时变的复杂控制系统和无法建立模型的控制系统，常规PID控制效果比较差，其PID参数确定就更加困难，很难达到预期效果；而模糊控制系统对小误差特别是稳态误差的处理是很困难的，经常在稳态点附近有小范围振荡现象，对系统需求控制精准度较高的场合很难实现。综上所述，如果将两种方法结合使用，兼有两者优点构成了模糊PID控制器。

本文采用模糊自整定技术对系统的PID参数进行整定，其主要原理如图1所示：

图1 常规PID参数模糊自整定框图

利用模糊控制技术，建立PID各个参数与偏差e和偏差变化率de之间的关系的规则库，先将PID控制中的参数模糊化，再进行模糊推理，清晰化，从而使控制系统的PID参数进行实时智能化的整定。其主要的实现原理是实时检测PID控制系统运行中de和e，再通过规则库对来对PID各个参数进行整定，从而满足系统的复杂控制要求，使被控对象具有很好的动态性能，且计算量小。

2 模糊PID控制器在电机耐久测试系统中的应用

电机耐久试验系统的上位机主要是由工控机构成，下位机主要是由直流稳压稳流电源（0～30V、0～100A）、AD调理卡、FV转换器组成，如图2所示：

图2 测试系统的构成框图

该系统通过力矩、速度传感器检测电机的转矩和速度送至直流稳压稳流电源后，进行滤波、放大、隔离及A/D转换等处理后送给计算机，由计算机通过模糊控制技术整定处理数字控制信号，再通过数模转换器将处理后的数字信号送到控制电路中，调整电机的励磁电流从而改变电机运行转矩，实现了对电机达到预定工作点的控制。

下面以转矩为例，说明系统模糊PID控制器的设计流程。

2.1 模糊控制器的模糊化过程设计

量化输入转矩偏差e的论域为[-12，+12]，e的模糊子集定义为集：{PB，PM，PS，PZ，ZE，NZ，NS，NM，NB}。

为了实现模糊控制器输入转矩的精准控制，在预定运行转矩点应具有较高分辨率。根据系统性能指标要求，选用隶属度函数曲线如图3所示：

图3 输入转矩偏差隶属度函数曲线图

量化输入转矩偏差变化率△e的论域为[-7，+7]。△e的模糊子集定义为集：{PB，PM，PS，ZE，NS，NM，NB}。选用隶属度函数曲线如图4所示：

图4 转矩偏差变量△e隶属度函数赋值曲线

量化转矩输出变量△u的论域为[-12，+12]。△u的模糊子集定义为集：{PB，PM，PS，PZ，ZE，NZ，NS，NM，NB}。根据转矩偏差变化量△u，选用隶属度函数曲线如图5所示：

图5 模糊控制器△u隶属度函数曲线图

综上所述，利用以上3种模糊规则曲线方式，实现了系统转矩输入量和系统转矩输出量的模糊化过程。

2.2 模糊清晰化过程设计

由于本系统控制精度要求，系统采用两维矩阵输入和一维矩阵输出。由模糊关系原理，当系统转矩输入偏差为NB，系统转矩输出控制变化量为ZE，系统转矩输入偏差变化量为PB时。

根据系统实际运行的经验，可以定义实际模糊控制关系表如表1所示：

表1 模糊控制关系表

3 试验的结果及分析

下面针对某直流电机进行耐久测试，使用PID控制器和模糊PID控制器方法分别进行分析。试验参数

如下：

电机的额定功率为150W，电机空载转速为1200r/min；改变转矩的过程为：电机空载，预定工作点转矩为1.2N·m，预定工作点转矩0.6N·m。用示波器测量试验后所测曲线如图6所示：

图6 PID控制转矩调节响应曲线与模糊PID控制比较

从图6中可以清晰地看出，采用模糊PID控制器时要比采用常规PID控制器上升时间缩短0.5s，并且没有任何超调，响应曲线也比较平滑，响应速度快。

因此，采用PID控制器在响应速度上较模糊PID控制器缓慢，并且有超调现象。而采用模糊PID控制器调节，可以控制被测电机很快地运行到目标转矩点，并且没有超调，可以得到较好的控制效果。

4 结语

试验结果表明，对于电机期望工作点的调节，对出现大偏差的情况，采用模糊PID控制器明显优于传统PID控制器，系统可以快速地使电机达到稳定工作点，并且没有任何超调现象。

参考文献

[1] 麦俊杰，黄进，等.模糊控制技术在电机测试系统中的应用[J].中小型电机，2002，29（5）.

[2] 林钟慎.PID控制器的解析法整定及其Matlab实现[J].计算技术与自动化，2003，22（1）.

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[5] 王万良.自动控制理论[M].北京：科学出版社，2001.

基金项目：大连瓦房店市科技局2013年项目。

作者简介：邹存名（1982-），男，辽宁大连人，大连科技学院电气工程系讲师，硕士，研究方向：多自由度机器手臂控制。

模糊控制技术在污水处理曝气系统的应用 篇4

介绍了曝气生物滤池的工艺原理和主要特点,以及在炼油厂废水处理中的应用,分析了曝气生物滤池的主要影响因素温度、pH值和碱度、水力负荷、溶解氧等.曝气生物滤池在废水处理中有较好的`应用前景.

作 者：赵小亮 裴丽 Zhao Xiaoliang Pei Li  作者单位：中国石油化工股份有限公司天津分公司,天津,300270 刊 名：安全、健康和环境 英文刊名：SAFETY HEALTH & ENVIRONMENT 年，卷(期)： 8(12) 分类号：X7 关键词：曝气生物滤池   炼油废水   废水处理  

模糊控制技术在污水处理曝气系统的应用 篇5

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仿真控制在电厂化学水处理系统中的应用研究

陈颖敏，左俊利，惠远峰，程立国，（华北电力大学环境科学与工程学院，河北保定０７１００３）

摘要：介绍３００ＭＷ火电机组电厂化学水处理系统的仿真研究，建立了电厂化学水处理系统的仿真数学模

型，通过仿真实验验证，其仿真结果达到了预期要求，可以实现电厂化学水系统的仿真控制功能。关键词ｉ 电厂化学；数学模型；仿真

［Ｓｉ０２］、Ｋ、ｐＨ一给水中Ｓｉ０２含量（舭）、０引言 应用计算机仿真技术１１Ｊ，对实现电厂化学水 处理系统的仿真控制，对提高电厂化学水处理系

统的运行维护水平具有重要意义。本文针对

导电度（ｉ．ｔｓｄｃｍ）、ｐＨ值的实际值。

１．２温度对联氨和氧反应的影响模型

阿累尼乌斯公式可精确表征反应速度与温度的关系：

３００Ｍｗ火电机组建立了电厂化学水处理系统的 一系列仿真数学模型„，开发了一套电厂化学水 处理系统的仿真软件，可以动态模拟火电厂化学 水处理系统的启停操作、运行调整、参数显示等功 能。为了验证仿真数学模型的正确性，利用该仿 真软件进行了仿真实验，实验结果达到了预期要 求。本文的研究成果既能用于科学研究，又能用

于运行仿真培训。

ｋ置＝１０．３１一面７面４２６而．５

式中；Ｋ一反应速率常数： ｔ一温度。１．３［Ｐ０４３］与［Ｈ＋］关系‘３１模型

（４）

３００ＭＷ机组临界锅炉水的ｐＨ值主要取决于炉

水Ｎａ３Ｐ０４含量及其性状。按照磷酸盐在水中的解 离和电中性原则可导出磷酸盐浓度和阻＋】之间的关 系如下巴

１仿真数学模型

本文依据仿真对象确定了电厂化学水处理系 统的主要影响参数和控制参数，建立的仿真数学模 型包括：（１）补给水处理参数模型；（２）凝结水精处 理参数模型；（３）给水处理参数模型：（４）炉水处理 参数模型；（５）零排放反渗透系统模型等。现将部 分模型介绍如下： １．１给水［ｓｉｏｚ］，导电率、ｐＨ值模型

［ＳｉＯｚ］＝［ＳｉＯｚｊ ４－２ ＸＫｅｆｌ

Ｋ＝１ｑ＋０．１

ＸＲｎｄ Ｆ一

ｅ：【塑：上塑：！

‘

（５）

３一，（６）

ｃ．：【塑：】二【丝：！哪日＋】＋２墨％旷］＋３Ｋ，Ｋ２Ｋ，［Ｈ＋】＋墨［日＋】２＋墨疋【日＋】＋墨巧玛

Ｃｅｏ，｜＿＝９５×１０３Ｃ

ｒ７、（８）

（１）（２）（３）

式中：Ｃｌ—ｐ０４３－｝知Ｅ（ｍＤ儿）；

Ｃ２～ＨＰ０４Ｓ－浓度（ｔｏｏｌ／Ｌ）： ＫＩ、Ｋ２、Ｋ３一电离常数，Ｋｌ－－７．６×１０

一、Ｋ２＝６．２ｘ １０～、Ｋ３－－－４．２Ｘ １０一”：

ｐＨ＝ｐＨｉ＋Ｒｎｄ

式中：【Ｓｉ０２１］、Ｋｉ、ｐＨｉ一给水中ｓｉ０２含量（鹏几）、导电率（ｐｓ／ｅｍ）、ｐＨ值的基值；

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２００６年火电厂环境保护综合治理技术研讨会论文集

统的全部仿真控制功能。Ｃｖｏ，３一一Ｐ０４’浓度（ｍｅ，／ｋｇ）?２．２一级除盐系统界面

电厂化学水处理系统的～级复床除盐工艺

２仿真软件的设计

本文针对３００ＭＷ火电厂机组的电厂化学水处 理系统开发了一套仿真软件。软件以Ｖｉｓｕａｌ

Ｂａｓｉｃ

流程界面如图２所示，此系统内部由弱酸阳舛÷一 强酸阳床一弱碱阴床一强碱阴床４台离子交换 器串联组成的，系统之问由３套同种设备并联构 成。待处理的水经预处理系统后，经过一级复床 除盐系统处理，再流到混合床处理系统中去。窗体的中上方有４个控制按钮，分别是启

动、停运、反洗、大反洗。这４个按钮分别表示

６．０”’为开发工具，开发的仿真软件最终以可安 装的应用软件形式出现，完全脱离ＶＢ开发环 境，在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统下独立运行。软件的界 面包括６个主要化学水系统的流程及控制参数显示

和调整界面，不同水工况下出水水质的动态曲线显

除盐系统的运行工艺，其表示方法与预处理系统 一样，都是通过流水管线的颜色变化来实现。点 击按钮后，就可以很方便直观地了解系统的对应

工艺流程。下方的２个按钮是参数锁定和解锁。窗体文 本框中显示的参数主要是离子交换器的本体参

示界面等。现将开发的部分仿真界面介绍如下。

２．１

电厂化学水处理系统主控界面

电厂化学水处理系统的仿真主控界面如图１

所示，用于显示电厂化学水处理系统的整个流 程，可以让用户对电厂化学水处理系统有一个整 体、直观的了解。它主要由菜单栏、工具栏、子 窗口区和状态条组成，可实现电厂化学水处理系

数，包括：弱酸、强酸、弱碱、强碱离子交换器 的直径、树脂高度和树脂体积。圈１电厂化学水处理系统的主控界面

２００６年火电厂环境保护综合治理技术研讨会论文集

图２一级复床除盐工艺流程界面

反应速率越快，并且随着温度的升高，温度对联

３仿真实验

仿真实验是仿真研究过程中的重要组成部 分。本文依据仿真内容所做的仿真实验包括：给 水中阱Ｈ３】对［Ｃ０２】的影响、温度对给水ｐＨ值的 影响、给水中温度对联氨与氧反应速率的影响、炉水［Ｐ０４３＂】对ｐＨ值的影响”“】、弱酸型离子交

氨除氧效率的影响程度加大。

换树脂失效碱度比对出水平均碱度比的影响、弱 碱型离子交换树脂失效酸度比对出水平均酸度

比的影响等。现将部分仿真实验结果介绍如下。３．１温度对给水ｐＨ值的影响实验 实验条件：Ｃ０２浓度分别为０和８０斗￥／Ｌ，ＮＨ３浓度为１．５３ ｍｇ／Ｌ，依次调整给水温度为 ５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃，仿真实验结果如

＾０ Ｉ×『）瞄 ６ ４ ２ ０

图３沮度对给水ｐＨ值的影响

图３所示。从图中可以看出，【ｃ０２】对给水ｐＨ值 的影响随着温度的升高而减弱。当温度达到一定 值（＞１６０℃）时，【Ｃ０２】的影响减弱，水的ｐＨ值 实际上仅取决于ＮＩ－１３浓度和温度。３．２给水温度对联氨与氧反应速率的影响 依次调整给水温度为１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃，实验结果如图４所示，从图中可以看出，在给水系统温度范围内，温度越高，联氨与氧的３．３

８ ６ ４ ２ Ｏ ０ ５０ １００ １５０ ２００ ２５０ ３００

Ｔ（．｜ｃ）

图４给水温度对联氨与氧反应速率的影响曲线

ｔ＃＊［Ｐ０４ａ］对ｐＨ值的影响

２００６年火电厂环境保护综合治理技术研讨会论文集

依次调整炉水旺，０广】为２ｍｇ／Ｌ、３ｍｇ／Ｌ、４ｍｇ／Ｌ、５ｍｇ／Ｌ，Ｒ与ｐＨ值对应，ｐＨｔ为Ｒ＝２．４，ｐＨ２为Ｒ＝２．６，ｐＨ３为Ｒ＝２．７。实验结果如图５所示，在Ｒ值不变

电厂化学水处理设备烦杂，耗费了运行人员的 大部分精力，仿真系统的应用，将会提高他们的工 作效率。综上所述，仿真系统在电厂化学水处理方 面将有着广阔的应用前景。的条件下，０＂０７３越大，ｐＨ值越大，Ｂｐ［ｏｎ］越

多；［Ｐ０２］不变时，Ｒ越大，［ｏＨ］越多，即趋向

于产生游离ＮａＯＨ；同样，当ｐＨ值不变时，Ｒ越

参考文献：

大，∞，一】越小。可见，仿真结果符合实际。

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水电出版社，２００３，２－６．

磷酸根离子浓度（ｍｇ／Ｌ）

【４】清源计算机工作宣．Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ ６．０开发宝典Ｄ棚．北 京：机械工业出版社，１９９４，２－８． 【５】邱武斌，李炳军，路毅，等．炉水协调ｐＨ－－磷酸盐处

圈５炉水【Ｐ吖一】对ｐＨ值的影响曲线

４结论

本文列＇Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ ６．０在电厂化学水处理仿真 中的应用进行了初步的探索，结果表明：Ｖｉｓｕａｌ

Ｂａｓｉｃ

理监躲统的研究与应用删．河南电力，１９９３（４）：２３－２７．的应用与发展叨．长沙电力学院学报：自然科学版，２００２，１７（２）：７７＿８１．

【６】朱志平，陈田．磷酸盐处理技术在汽包锅炉炉水调节中

６．０在电厂化学水处理仿真中具有其独特的优

作者简介：陈颖敏（１９５６一），女，教授，主要从事水和废 水处理的研究和教学工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｕｏｊｕｎｉｉ００５６＠１６３．ｃｏｍ

越性。用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ ６．０设计出的仿真程序具有如

下优点：①程序简单、易读、使用方便、功能强大； ②程序计算结果可视化程度高，可以方便迅速地利 用数值、图形等表达计算结果；③计算结果稳定性 好：④投资不大，易学易用，对用户耍求也不高。

（责任编辑刘文莹）

仿真控制在电厂化学水处理系统中的应用研究

作者： 作者单位： 陈颖敏，左俊利，惠远峰，程立国 华北电力大学,环境科学与工程学院,河北,保定,071003

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模糊控制技术在污水处理曝气系统的应用 篇6

【关键词】曝气生物滤池；BAF；中水处理

近年来，城市的中水回用工程取得了长足的发展，曝气生物滤池在中水处理越来越得到广泛的发展应用，曝气生物滤池显示出了它独特的优越性和先进性。新疆目前在伊宁县、克拉玛依市等地都有成功的实践。笔者在借鉴以上污水处理厂的基础上负责设计了“阿拉尔市生活污水处理厂及中水利用建设项目”，该项目中水处理采用曝气生物滤池处理工艺。笔者在此对曝气生物滤池在中水处理的应用做一个探讨。

曝气生物滤池（简称 BAF）是在生物接触氧化工艺的基础上，引入给水净化过滤机制而形成的一种新型的污水生物处理工艺。其突出的特点，是将生物氧化和过滤结合在一起，通过反冲洗再生实现滤池的周期性运行。

BAF的池形类似于给水处理的V型滤池。装填比重略大于水的“下沉式”滤料；在滤料底层设置曝气系统；在滤池底部设置污水进水管、滤池冲洗水管和冲洗空气管。

BAF 的运行方式多采用水、气同向的上流式。经沉淀预处理后的污水由 BAF 下部进入池内，通过滤头均匀布水，同时通过曝气头曝气，水、气自下而上穿过滤层，实现对污水深化处理和物理截留，使最终出水满足排放或回用要求。

一、曝气生物滤池工艺原理及特点

BAF的关键是使用一种新型生物陶粒滤料——多孔生物滤料，在其表面生长有生物膜，污水由下而上流进滤料，池底则提供曝气使得废水中的有机物得到好氧稳定。由于使用了多孔生物滤料，其与常规活性污泥法和接触氧化法相比，具有生物过滤，生物吸附和生物氧化三合一体。由于滤料的比表面较大 。因此滤料层具有良好的过滤和生物吸附作用，可省去二沉池。各种污染物首先被过滤和吸附，进而被微生物利用，一个曝气生物滤池可同时起到普遍型曝气池，二沉和砂滤池的作用，进而废水最终得以净化。

BAF以其独特的结构特征和运行特点显示出其独特的优越性，主要表现在：

（1）处理构筑物容积小，占地面积省

上流式BAF的BOD5容积负荷是常规活性污泥法和接触氧化法6-12倍，所以它的池容积和占地面积较小，大大节省了占地面积和土建费用。

（2）出水水质优越、运行稳定，抗冲击负荷能力强

在BOD5容积负荷6kgBOD5/m?.d 时，其出水SS和BOD5可保持在10mg/l以下，CODcr可保持在60mg/l以下，远远低于《污水综合排放标准》一级排放标准。

BAF 属于微生物固定生长体系，高浓度的微生物以生物膜的形式固定在滤料上，无污泥膨胀之患，运行十分稳定，出水水质好。

（3）氧利用率高，节省空气量和电耗

BAF所采用粒状滤料对微小气泡的阻挡和反复切割作用，从而使得BAF 的氧利用率高达 30%以上。

（4）处理流程简单，工程投资及运转费用相对较低

由于 BAF 所具有的诸如紧密集成布置方式、无污泥回流系统、氧利率高等特点，使处理流程得以简化，省占地，工程投资和运行费较低。

（5）BAF 具有同程反硝化（脱氮）功能

在 BAF 运行过程中，存在同程硝化、反硝化作用，这是由于在 BAF 滤池布满微生物的滤料凹面孔间隙内部，存在一定的缺氧环境，为反硝化细菌的脱氮提供了条件。

（6）间歇运行的适应性强

由于大量的微生物生长在粒状填料粗糙多孔的内部和表面，微生物不易流失；如果需要在一段时间内停止运行或间歇运行，只要使滤料处于水浸没状态，就能保持其微生物的活性，可随时恢复运行。

（7）曝气生物滤池的不足之处

一是鼓风机数量相对较多，这主要是 BAF 的模块式设置、要求一对一供气所致，但设备的单机容量均较小，在经济上与大型鼓风机集中供气基本相当；二是设备的总装机容量较大。这主要是由于滤池冲洗系统的设备的容量较大，但这些设备每日运行的时间很短（滤池一般 24 小时冲洗一次，每次约 30 分钟），并不会导致耗电随装机容量成比例增大；三是 BAF对施工的要求较高，需精心施工，确保施工质量。但根据国内若干 BAF 污水厂工程实践来看，国内市政工程专业施工队伍的技术素质，已完全能满足 BAF 污水厂工程的要求。

二、曝气生物滤池常规流程

1.两段曝气生物滤池法

第一级为DN反硝化生物滤池，污水中的氨氮经第二级C/N曝气生物滤池硝化处理后转化为硝酸盐，并通过回流泵回流至DN反硝化滤池，DN滤池中的反硝化菌将回流水的硝酸盐并利用原污水中的有机物作为碳源，最终将硝酸盐转化为氮气而起到脱氮的目的。

2.三段曝气生物滤池组合

三段曝气生物滤池是在两段曝气生物滤池的基础上增加第三段反硝化滤池。同时可以在第二段滤池的出水中投加铁盐或铝盐进行化学除磷，所以第三段也称为DN或DN-P生物滤池。

三、合理选用设计参数

1.滤池池体。

滤料层高度2.5～4.5m，承托层高度0.3～0.4m，配水区高度1.2～1.5m，清水区高度1.0～1.3m，超高0.3～0.5m。池体高度宜为5～7m。

滤池表面水力负荷（滤速）：3m?/[㎡·h（m/h）]

BOD5负荷：3.00kgBOD5/m?滤料.d

NH3-N负荷：0.30kgNH3-N/m?滤料.d

NO3-N负荷：0.80kgNO3-N/m?滤料.d，

2.滤料。

宜选用生物陶粒滤料或火山岩滤料。选用陶粒滤料，粒径为4～6mm。

3.承托层。

作用支撑滤料，宜选用机械强度和化学稳定性好的卵石作承托层，并按一定级配布置。级配一般为：直径16～32mm，厚度为150mm，直径8～16mm，厚度为100mm，直径4～8mm，厚度为100mm。

4.布水系统。

曝气生物滤池专用长柄滤头，反冲洗水强度：7 L/㎡.s。

5.布气系统。

鼓风曝气，反冲洗空气强度：15L/㎡.s。

6.反冲洗系统。

方式：反冲洗过程常采用：“气洗→气水同时反洗→水漂洗”三步。每过程历时5～8min。

四、总结

通过对曝气生物滤池的原理及特点进行分析，在污水厂中水处理中，往往是将污水厂出水水质由二级标准或一级B标准提标到一级A标准，在此过程中需要将BOD5、COD、TN、TP、NH3-N等生化性指标降低，但传统的中水处理方式主要采用“澄清+过滤”的方式，此种方式以物理过滤为主，对SS的去除较好，但对BOD5、COD、TN、TP、NH3-N等生化性指标则起不到什么作用，而曝气生物滤池是集生化处理和物理过滤于一体，对中水处理达标率很高，故笔者认为曝气生物滤池在中水处理中具有明显的优势，且在疆内有着成功的案例，故笔者设计的“阿拉尔市生活污水处理厂及中水利用建设项目”，该项目中水处理采用曝气生物滤池处理工艺。

参考文献：

[1]张杰.曝气生物滤池的研究进展[J].中国给水排水，2002，18（8）：26-39.