連續流循序批分式活性污泥系統自動控制策略發展與系統建立-好氧相線上即時監測系統攝氧率方法建立與溶氧控制之研究

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羅家麒(Chia-Chi Lo) 查詢紙本館藏

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環境工程研究所

論文名稱

連續流循序批分式活性污泥系統自動控制策略發展與系統建立-好氧相線上即時監測系統攝氧率方法建立與溶氧控制之研究
(Development of a novel method for respirometric measurementsand DO control)

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★ 環境法規資料庫之發展與建置	★ 連續流循序批分式活性污泥系統好氧相即時曝氣控制策略之發展 — 低溶氧生物脫氮除磷程序控制技術之研究

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摘要(中)

連續流循序批分式活性污泥系統（Continuous-Flow Sequencing Batch Reactor, CFSBR）在自動監測控制系統的發展上，主要利用監測ORP與pH發生之折點，達成即時監測控制好氧相及缺氧相之操作反應時間，並以達到節省操作時間及提高處理效率為目標。然而，傳統之好氧相控制策略採取固定曝氣量方式進行，此等操作方式，並無法依循系統生化反應與系統微生物活性狀態進行曝氣量調整，易造成系統效率與效益之減低。是故，本研究透過系統動態溶氧平衡式之建置作為CFSBR系統好氧相曝氣控制策略之研擬基礎，以提昇系統之整體效率及效益；然而，此控制策略必須根據系統溶氧轉換係數與系統攝氧率之監測資訊以達成回饋控制系統欲維持溶氧狀態與其所需之曝氣量。故本研究主要建立一線上即時監測系統溶氧轉換係數與攝氧率方法，以期能達成氧相曝氣控制。由研究結果指出，利用線上量測溶氧轉換係數與系統攝氧率之監測，不但能有效達成欲控制之系統溶氧濃度，亦可使結合監測ORP與pH之折點變化進行即時控制，以提高其操做效益。此外，利用長期線上即時監測系統攝氧率資料，不但可以反應出系統微生物活性變化，亦可瞭解系統微生物所處之F/M ratio 之狀態與系統穩定度之變化。另一方面，利用系統好氧相累積攝氧量進行分析發現，其比攝氧利用率可作為系統反應動力參數與預測好氧相操作終點之參考依據，最後，控制系統可根據即時量測系統攝氧率的變化，做為現場操作系統異常判定之依據。

摘要(英)

As a simple and compact wastewater treatment system, the continuous-flow sequencing batch reactor (CFSBR) is capable of removing the organic carbonaceous materials, nitrogen and phosphorus biological nutrients by cycling anaerobic, aerobic, anoxic, settling and discharge phases. To increase the comprehensive performance of this system, automation is the optimal procedure for increasing the performance of a wastewater treatment system. The original control strategy for aerobic phase was usually executed under high DO level conditions by fixed aeration time, and by the ORP/pH real-time control approaches to ensure the performances of biological nitrogen removal. But, these control approaches always led to poor stability of biological phosphate removal, sludge bulking and highly aeration costs. Therefore, developing an aeration control approach for increasing the comprehensive performance of CFSBR is the critical point. In this reason, this study tries to develop a novel real-time control strategy by using dynamic oxygen mass balance equation with two monitoring parameters, oxygen transfer ratio and respiration. And the results showed this method was not only reaching DO set point effectively, but also understanding the activity of the biological organisms in this system. In addition, analyze the accumulation respiration data could help us to ensure the biochemical reaction in aerobic phase was over. Finally, the real-time monitoring information could help local operator to distinguish unusual state of CFSBR system easily.

關鍵字(中)

★ 系統攝氧率
★ 系統溶氧轉換係數
★ 系統動態溶氧平衡式
★ 自動監測控制
★ 連續流循序批分式活性污泥系統
★ 累積攝氧量
★ 異常判定

關鍵字(英)

★ respiration
★ oxygen transfer ratio
★ unusual state
★ real-time control
★ automation
★ Continuous-Flow Sequencing Batch Reactor (CFSBR)

論文目次

第一章前言1
1.1 研究緣起1
1.2 研究目的2
1.3 研究內容及流程 3
第二章文獻回顧6
2.1 CFSBR系統概述 6
2.1.1系統厭氧相活性污泥反應機制及其影響因子7
2.1.2系統好氧相活性污泥反應機制及其影響因子11
2.1.3系統缺氧相活性污泥反應機制及其影響因子13
2.1.4系統再曝氣相活性污泥反應機制及其影響因子16
2.1.5系統沉澱相活性污泥反應機制及其影響因子17
2.2 CFSBR系統控制之發展18
2.2.1 傳統活性污泥程序好氧相控制方法18
2.2.1.1溶氧設定點控制18
2.2.1.2生物攝氧率與呼吸儀控制20
2.2.1.3呼吸儀控制量測原理22
2.2.2 CFSBR系統好氧相控制方法27
2.3 CFSBR系統操作問題確認28
第三章系統原理與架構29
3.1 CFSBR系統好氧相生化反應界定29
3.1.1 CFSBR系統好氧相含碳有機物代謝假說32
3.1.2 CFSBR系統好氧相生物除氮代謝假說34
3.1.3 CFSBR系統好氧相生物除磷代謝假說37
3.2 CFSBR系統好氧相生物同時除磷去氮控制方法假說42
3.3線上即時量測系統溶氧轉換率係數與系統攝氧速率方法假說43
3.3.1系統溶氧轉換率係數之影響因子45
3.3.2系統溶氧轉換係數監測與動態曝氣方法建置52
第四章研究設備與實驗設計 57
4.1研究設備及材料57
4.1.1連續流循序批分式活性污泥系統57
4.1.2人工廢水組成與活性污泥67
4.1.3實驗分析設備與水質分析方法71
4.2實驗設計73
4.2.1線上即時監測系統溶氧轉換率方法建立75
4.2.2線上即時監測系統攝氧速率與動態曝氣方法建立76
4.2.3 CFSBR好氧相曝氣控制策略之擬定77
4.2.4動態控制下系統基質去除率算法80
4.2.5比基質去除率計算方法81
第五章結果與討論 83
5.1好氧相曝氣控制策略之擬定 83
5.1.1線上即時監測溶氧轉換率方程式建置 83
5.1.2線上即時監測系統攝氧率方程式建置 89
5.1.3好氧相曝氣控制策略之溶氧控制成效 90
5.2系統長期攝氧率表現關係 93
5.2.1系統馴養期狀態與攝氧率之表現 93
5.2.2系統馴養期之攝氧率變化與基質代謝關係 95
5.2.3系統穩定期微生物反應參數分析 98
5.2.4系統穩定期攝氧率整體表現分析100
5.3線上即時監測系統攝氧率方法在系統好氧相上之應用102
5.3.1 CFSBR系統好氧相控制之效益評估102
5.3.2 CFSBR系統好氧相之異常判定105
5.4 CFSBR系統整體再建立106
5.4.1 CFSBR系統概念層106
5.4.2 CFSBR系統邏輯層110
5.4.3 CFSBR系統展示124
5.5 CFSBR分散式系統攝氧率工具建置127
第六章結論與建議 133
6.1結論 133
6.2建議 134
參考文獻 135

參考文獻

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指導教授

廖述良(Shu-Liang Liaw)

審核日期

2004-7-27

推文