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初步认识与探索
20世纪初,早期探索的科学家们发现污水处理工艺存在很大的负荷变化。20世纪30年代,科学家们进一步认识到曝气池内溶解氧稳定十分重要,并通过公式描述了活性污泥的活性,即呼吸速率或氧利用速率。20世纪60年代,科学家们发现曝气池内的生化过程与其他的微生物工艺过程具有相同的性质。直到1969年,人们还认为只有SS是可以控制的,其他操作条件都不可控。随后,溶解氧控制技术也得到了发展。
1954年,英国学者Birggs尝试用不同的方式来测试反应器内的DO。1969年,另一位英国学者Jones提出为了节省能源,应该将DO控制在需要的水平上,而不要过量。随后在70年代早期,DO传感器便开始发展并应用于曝气系统的控制。
第一届ICA专家会议
1973年,在伦敦召开第一届ICA专家会议。当时已经有了使用计算机控制大型污水厂的例子,如芝加哥、洛杉矶、法国巴黎、伦敦等等,但这些设备主要用于采集数据,在控制方面的应用很少。会议交流的主题涉及实际工程应用的信息,仪器化是其中一个关键议题。
会议达成的第一个共识:仪器数量不足是自动控制的主要障碍。学者们认为参考仪器的发展程度,溶解氧、电导和浊度是较为可靠的测量指标。第二个共识:工艺处理的水量来回波动。这是由美国的Kuludis教授提出来的,他强调当时主要的问题是由于按照合流制管网系统进行设计,其假定条件是进水水量稳定,但是实际运行过程中水量是来回波动的,与设计情况存在明显偏差。
当时,人们还没有理解曝气池中DO浓度呈现“前低后高”趋势的原因,所以认为既然需要把DO控制在一个水平上,就需要考虑到底在什么地方安装DO传感器的问题。现在,我们认识到DO变化趋势与负荷的关联性,可以采用分区策略对曝气池进行分段控制。一般把第一段DO控制在较低浓度,把末尾DO控制在另一个浓度。
Clemson学术研讨会
1974年,在美国召开了Clemson学术研讨会。学者们提出要研究污水处理工艺的过程控制技术,并提出四个议题。第一,需要检查或校验仪表。第二,需要开发动态模型。第三,需要研究控制策略,主要是基于模型模拟和优化的方法。第四,需要检验控制策略,通过中试验证,再推广到全厂规模的应用。
研讨会第一次规划了ICA技术的研究方向,颇有成效。会议提出了监测仪器的校验方法和流程,包括流量、呼气速率、BOD和氨氮等各项指标。会议还提出控制策略的核心内容,包括:一是液相和固相的交互关系,如沉淀池固液分离过程;二是暴雨和旱季条件下流量控制问题,这个问题直到现在仍然存在;三是大面积或流域的污水处理控制问题。
ICA技术发展的推动力
ICA技术发展的驱动力是排放标准的不断提高、能源利用效率的增加、营养盐和热量回收的需求、生物质燃气产气的需求,以及抗扰动和恢复的能力。
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