CN100532293C - 缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化控制系统的在线控制方法 - Google Patents

Abstract

一种缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化控制系统的在线控制方法，其缺氧区内有搅拌器，好氧区内设有曝气器，二沉池底部连接剩余污泥排泥管和污泥回流管，污泥回流管与缺氧区入口连通，好氧区出口与缺氧区入口之间连接内循环回流管，在缺氧区第一格室设有外碳源投加装置，在缺氧区每个格室内设置pH传感器，在最后格室设置ORP传感器，在好氧区内每个格室内设置pH传感器和DO传感器，在好氧区最后一个格室内设置ORP传感器；各传感器的信号输出端与硝化反硝化反应在线控制器连接，由硝化反硝化反应在线控制器向循环回流控制阀门、污泥回流控制阀门和外碳源投加控制阀门输出控制信号。可保证出水水质达标，节省运行费用，提高系统的稳定性。

Description

缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化控制系统的在线控制方法

技术领域

本发明涉及一种污水生物处理控制系统的工艺优化控制方法。

背景技术

氮、磷过量排放引起的水体富营养化是当前国家政府和公众最为关注的环境问题之一，以控制富营养化为目的的氮、磷去除已成为各国主要的奋斗目标。氮化合物(如NH₄ ⁺-N和NO₃ ^--N)的分子量比较小，无法通过投加药剂来去除；另外，如果利用膜技术来去除氮化合物，仅有反渗透膜技术是最有效的，而反渗透膜技术脱氮极其昂贵。只有利用生物脱氮技术才是最合理可行的。另一方面，污水中的磷化合物利用生物处理方法有时不易去除，但通过投药混凝可实现满意的除磷效果。因此氮的去除是污水处理的难点和重点。

传统的缺氧/好氧生物脱氮工艺，采用恒定曝气量、恒定DO浓度，或恒定内循环回流量或恒定内循环回流比控制运行，未能实现动态在线自动控制。由于城市污水的水质水量随时间变化很大，不但有瞬间变化、日变化、周变化，还有季节性变化，因此导致系统运行费用较高、运行不稳定、出水氨氮和总氮浓度不达标、脱氮效率低等问题。另一方面，城市污水处理厂的排放标准逐渐严格，2003年7月1日正式实施的《城镇污水处理厂污染物排放标准》，对出水氨氮和总氮浓度排放标准提出了更严格的要求。因此，污水处理厂急需解决运行能耗高、出水水质不达标、工艺的自动在线控制问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化控制系统的在线控制方法，要解决缺氧/好氧生物脱氮工艺运行工况的优化控制问题，尤其是解决如何根据原水水质水量的变化来调节和控制曝气量、内循环回流量和外碳源投加量的控制问题；还解决在保证出水水质的前提下节省能耗，使系统高效稳定运行的问题。

本发明的技术方案：

这种缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化控制系统，包括首尾相连的缺氧区、好氧区和二沉池，其特征在于：

其缺氧区分成至少两个底部相通的格室，好氧区分成至少五个上下交错相通的格室，缺氧区内有搅拌器，并与进水管连通，好氧区内设有曝气器，由好氧区出水管连接二沉池，二沉池与出水管连通，二沉池底部连接剩余污泥排泥管和污泥回流管，污泥回流管与缺氧区入

口连通，好氧区出口与缺氧区入口之间连接内循环回流管，在缺氧区第一格室设有外碳源投

加装置，在缺氧区每个格室内设置pH传感器，在最后格室设置氧化还原电位传感器，即ORP传感器，在好氧区内每个格室内设置pH传感器和溶解氧浓度传感器，即DO传感器，在好氧区最后一个格室内设置ORP传感器；上述各传感器的信号输出端与硝化反硝化反应在线控制器连接，硝化反硝化反应在线控制器包括：输入键盘和模拟数字转换器；用于存储上述ORP、DO、pH检测值和设定值的存储器；用于将采集上述ORP、DO、pH测定值与ORP、DO、pH设定值进行比较的比较器；计算控制量偏差的微处理器；ORP、DO、pH控制信号输出装置；与ORP、DO、pH控制信号输出装置和数字模拟转换器相连的内循环回流控制阀门、污泥回流控制阀门和外碳源投加控制阀门。

这种缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化控制系统的在线控制方法，其特征在于：

有以下三个步骤：

(1)、在好氧区中设置DO传感器、pH传感器和ORP传感器，在缺氧区中设置ORP传感器、pH传感器，检测各阶段生物化学反应过程中的DO、pH和ORP变化率，以及与硝化/反硝化反应之间的定量关系，即好氧区第一格室DO浓度和进水氨氮负荷间的关系、好氧区pH曲线类型和硝化反应进程的关系、缺氧区pH曲线类型和反硝化反应进程的关系、好氧区最后格室ORP值和出水水质的关系、缺氧区最后格室ORP值和反硝化反应进程的关系；

(2)、根据上述检测结果，找出DO浓度控制范围、pH曲线类型以及内循环回流量控制ORP值和外碳源投加量控制ORP值的控制范围，确定曝气量、内循环回流量和外碳源投加量的优化控制设定值；

(3)、将上述设定值输入到硝化反硝化反应在线控制器中，该控制器根据设定值与测定值相比较得出的差值，向内循环回流控制阀门、污泥回流控制阀门和外碳源投加控制阀门输出控制信号；根据缺氧区末端的ORP值，来动态的控制内循环回流量；由好氧区首端格室的DO浓度，动态推测进水氨氮浓度，同时结合好氧区pH值曲线类型，来动态控制好氧区曝气量；以好氧区最后格室的ORP值大小，动态控制外碳源投加量。

在步骤(2)中，好氧区第一格室的曝气量维持恒定，控制为0.1m³/h。

在步骤(2)中，好氧区最后格室的DO浓度维持恒定，控制为1.5mg/L。

在步骤(2)中，缺氧区出水ORP设定值维持在-85mV—-95mV。

在步骤(2)中，好氧区出水ORP设定值维持在40—60mV之间。

本发明在控制好氧区第1格室曝气量恒定的前提下，该格室的DO浓度(DO_first)和进水氨氮负荷具有较好的相关性；好氧区首端和末端的pH差值(ΔpH)也和进水氨氮负荷具有较好的相关性，联合DO_first和ΔpH可实现进水氨氮负荷的预测以及曝气量的优化控制。

缺氧/好氧生物脱氮工艺的好氧区进行有机物的氧化、有机氮的氨化以及氨氮的硝化等生化反应。硝化反应需要严格的好氧条件，硝化效果的好坏直接决定着系统的总氮去除率，硝化反应不充分或受到抑制，将造成出水氨氮浓度增加，反硝化反应所需硝酸氮浓度不充足。当混合液DO浓度较低时，不但硝化反应将受到抑制，而且曝气池中丝状菌将大量繁殖，导致污泥膨胀；当DO浓度较高时，除了增加运行费用外，强烈的空气搅拌会使污泥絮体打碎从而影响出水水质；硝化液回流也会把好氧区DO带入缺氧区对反硝化反应产生影响。

当缺氧区DO浓度含量高时，氧将与硝酸盐竞争有限的电子供体，抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性。曝气能耗约占城市污水处理厂所有运行费用的50％或更多，由于污水处理的运行费用是庞大的、长期的，如果通过有效控制，能将城市污水处理厂的运行费用节省1％，也是个天文数字。曝气量的优化控制不但可以实现出水氨氮的达标排放，而且可以节约运行费用，降低对反硝化的影响。

反硝化反应最有效的两个控制变量是内循环回流量、外碳源投加量。为了提高工艺反硝化效率，需要把好氧区生成的硝酸氮回流到缺氧区，维持缺氧区硝酸氮充足，通过控制内循环可以充分保证缺氧区的缺氧环境，避免内循环回流量不足，从而避免无法充分发挥缺氧区的反硝化潜力，导致硝酸氮没有充分去除的情况；另外也避免较高的内循环回流量导致好氧区大量DO进入缺氧区，影响缺氧区反硝化环境，并消耗进水碳源。从而提高反硝化效率、提高对进水COD的利用率。另外采用内循环回流量控制后，如果进水碳源不足，仍然满足不了出水硝酸氮和总氮浓度的排放标准时，为了保证反硝化的顺利进行，需外投碳源。然而由于污水厂进水水质的巨大波动，很难确定外碳源的准确投加量，采用过程控制后，不但保证出水硝酸氮浓度满足出水水质要求，同时可优化外碳源投加量，降低系统运行费用；避免外碳源投加过量，增加药剂消耗费用、污泥产量和耗氧量的情况，同时也避免外碳源投加量不足，不能实现出水硝酸氮浓度满足排放标准的要求。

由于缺氧/好氧生物脱氮工艺是我国城市污水厂应用最广泛的脱氮工艺，因此，缺氧/好氧生物脱氮工艺模糊控制系统的应用，可根据原水水质水量的变化实时控制曝气量、内循环回流量和外碳源投加量；同时可以利用DO、pH和ORP值的在线监测，准确地把握硝化、反硝化反应过程进行的程度，及时地调节曝气量、内循环回流量和外碳源投加量，从而大大提高系统脱氮的稳定性和可控制性，这无论对于确保出水水质达标，还是尽可能节省运行费用，都具有重要的应用价值。而且对进一步实现其它生物脱氮工艺的在线优化控制也有重要的理论意义与应用价值。

本发明与已有技术相比，具有的有益效果：本发明根据进水水质和水量的变化实时控制好氧区曝气量、内循环回流量和外碳源投加量，保证出水水质达标排放的前提下，有效地提高了缺氧/好氧生物脱氮工艺的脱氮效率，降低了运行费用，提高了系统的稳定性。本发明针对不同进水水质，即不同进水C/N比，选择能够在线检测、响应时间短、精确度较高的DO、pH和ORP值，作为缺氧/好氧生物脱氮工艺反应过程的被控制变量。经过大量的实验研究表明，DO、pH和ORP在线传感器能在线检测、响应快，具有控制精度高、价格低、维护费用低、便于计算机接口等优点。本发明确定工艺优化运行中上述被控制变量的控制范围或最优设定值，根据有机物降解、硝化、反硝化等生物化学反应过程中DO、pH和ORP值变化规律和DO、pH和ORP值的实时变化信息，准确地把握硝化、反硝化生化反应过程进行的程度，以及在线测定信息和出水水质、系统运行状态的关系，最后根据获得的相关关系，确定控制参数的设定值和控制方法，建立基于DO、pH和ORP在线测定信息的综合控制系统，从而对曝气量、内循环回流量和外碳源投加量做出相应的调节与优化控制，来解决运行过程中出现的出水氨氮和TN浓度不达标、难以控制的实际问题。为工艺的实际推广应用提供可靠的运行工况，从而达到高效低耗的处理水平，增强脱氮工艺的运行优化水平。

本发明在处理淀粉废水时，通过DO、pH和ORP在线传感器测定信息，动态指示系统的运行状态和处理效果，从而在线控制曝气量、内循环回流量或外碳源投加量，缺氧/好氧区生物脱氮系统对氨氮和TN去除率可达到95％和80％以上。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2好氧区第1格室DO浓度和进水氨氮的曲线图表；

图3是好氧区pH差值(ΔpH)与进水氨氮浓度关系的曲线图表；

图4是各反应区进水氨氮浓度曲线变化规律的曲线图表；

图5是各反应区pH值变化规律的曲线图表；

图6是好氧区最后格室ORP值与出水氨氮和硝酸氮浓度关系的曲线图表；

图7是缺氧区出水硝酸氮浓度与ORP值相关性的曲线图表；

图8是进水、出水氨氮浓度和好氧区第1格室DO浓度变化趋势的曲线图表；

图9是出水硝酸氮浓度、缺氧区末端和好氧区出水ORP值变化趋势的曲线图表。

图10是本发明控制方法的流程图。

1—缺氧区、2—好氧区、3—ORP传感器、4—硝化反硝化反应在线控制器、5—DO传感器、6—pH传感器、7—好氧区出水管、8—曝气器、9—外碳源投加控制阀门、10—外碳源投加装置、11—进水管、12—剩余污泥管控制阀门、13—搅拌器、14—二沉池、15—出水管、16—剩余污泥排泥管、17—污泥回流管、18—内循环回流管、19—内循环回流控制阀门、20—污泥回流控制阀门。

具体实施方式

本发明的缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化控制系统包括首尾相连的缺氧区1、好氧区2和二沉池14。其缺氧区1分成至少两个底部相通的格室，好氧区2分成至少五个上下交错相通的格室，缺氧区1内有搅拌器13，并与进水管11连通，好氧区2内设有曝气器8，由好氧区出水管7连接二沉池14，二沉池与出水管15连通，二沉池底部连接剩余污泥排泥管16和污泥回流管17，污泥回流管与缺氧区入口连通，好氧区出口与缺氧区入口之间连接内循环回流管18，在缺氧区第一格室设有外碳源投加装置10，在缺氧区每个格室内设置pH传感器6，在最后格室设置氧化还原电位传感器，即ORP传感器3，在好氧区内每个格室内设置pH传感器和溶解氧浓度传感器，即DO传感器5，在好氧区最后一个格室内设置ORP传感器；上述各传感器的信号输出端与硝化反硝化反应在线控制器4连接，硝化反硝化反应在线控制器包括：输入键盘和模拟数字转换器；用于存储上述ORP、DO、pH检测值和设定值的存储器；用于将采集上述ORP、DO、pH测定值与ORP、DO、pH设定值进行比较的比较器；计算控制量偏差的微处理器；与控制信号输出装置和数字模拟转换器相连的内循环回流控制阀门19、污泥回流控制阀门20和外碳源投加控制阀门9。

本发明通过控制缺氧区末端的ORP值，来动态的控制内循环回流量；由好氧区首端的DO浓度，动态推测进水氨氮浓度，同时结合好氧区pH值曲线类型，来动态控制好氧区曝气量；而以最后好氧格室的ORP值大小动态，控制外碳源投加量。本发明应用DO、pH和ORP实现缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化和在线控制，其运行操作工序如图1所示：首先待处理生活污水从水箱由进水蠕动泵控制进入缺氧区1，同时回流污泥管17由二沉池14通过蠕动泵回流到缺氧区1，在缺氧区由搅拌器13把活性污泥搅拌起来，并和好氧区2末端回流来的硝化液，以硝酸盐氮为电子受体、有机碳源为电子供体，通过反硝化菌的作用，进行反硝化反应。然后高氨氮污水进入好氧区，进行有机物的继续降解和氨氮的硝化反应，利用DO传感器5、pH传感器6和ORP传感器3实时监测反应池内的DO浓度、pH值以及ORP值，通过控制内循环回流控制阀门19、污泥回流控制阀门20和外碳源投加控制阀门9，对系统曝气量、内循环回流量和外碳源投加量进行控制。

本发明缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化控制系统的在线控制方法有以下三个步骤：

(1)、在好氧区中设置DO传感器、pH传感器和ORP传感器，在缺氧区中设置ORP传感器、pH传感器，检测各阶段生物化学反应过程中的DO、pH和ORP变化率，以及与硝化/反硝化反应之间的定量关系，即好氧区第一格室DO浓度和进水氨氮负荷间的关系、好氧区pH曲线类型和硝化反应进程的关系、缺氧区pH曲线类型和反硝化反应进程的关系、好氧区最后格室ORP值和出水水质的关系、缺氧区最后格室ORP值和反硝化反应进程的关系；

(2)、根据上述检测结果，找出DO浓度控制范围、pH曲线类型以及内循环回流量控制ORP值和外碳源投加量控制ORP值的控制范围，确定曝气量、内循环回流量和外碳源投加量的优化控制设定值。好氧区第一格室的曝气量维持恒定，控制为0.1m³/h。好氧区最后格室的DO浓度维持恒定，控制为1.5mg/L。缺氧区出水ORP设定值维持在-85mV—-95mV。好氧区出水ORP设定值维持在40—60mV之间。

(3)、将上述设定值输入到硝化反硝化反应在线控制器中，该控制器根据设定值与测定值相比较得出的差值，向内循环回流控制阀门、污泥回流控制阀门和外碳源投加控制阀门输出控制信号；根据缺氧区末端的ORP值，来动态的控制内循环回流量；由好氧区首端格室的DO浓度，动态推测进水氨氮浓度，同时结合好氧区pH值曲线类型，来动态控制好氧区曝气量；以好氧区最后格室的ORP值大小，动态控制外碳源投加量。

DO、pH和ORP在线传感器测定信息和硝化反硝化过程的相关性分析：

DO浓度和进水氨氮关系如图2所示，设定好氧区第1格室曝气量不变(0.1m³/h)，改变进水COD、氨氮浓度或进水量。可见好氧区第1格室DO浓度和进水氨氮表现为较好的线性相关性。由DO浓度的变化可动态反映进水氨氮负荷的高低，从而相应调整其它格室的曝气量，降低进水负荷对系统所造成的干扰。实现提高系统硝化效果，降低运行费用的目的。

pH值和进水氨氮的相关性参见图3，好氧区最后格室和第1格室的pH差值(△pH)和进水氨氮浓度具有较好的相关性，应用△pH大小可预测进水氨氮负荷，并作为供气量的反馈控制参数，也可通过pH差值大小和进水氨氮浓度之间的相关性，来分析系统硝化反应进行的程度和硝化效果的好坏。

好氧区进水氨氮浓度和pH值曲线的变化规律参见图4、图5，由好氧区pH曲线可指示系统硝化反应进行的程度以及运行状态信息，从而优化工艺运行。图4是氨氮在反应池各格室的变化情况。如图5，当进水氨氮浓度等于53mg/L时，pH值从好氧区第1格室到好氧区第4格室一直降低，随后pH值上升。因此在pH曲线上出现一个“氨氮谷点”，该特征点出现意味着硝化反应完成，该情况对应的pH曲线类型称为好氧“上升型曲线”。当进水氨氮浓度等于75mg/L时，pH值从好氧区第1格室到好氧区最后格室一直降低，这种pH曲线定义为好氧区“下降型pH曲线”，表明硝化没有完成，为了提高系统硝化效果，应增加曝气量或补充进水碱度。当进水氨氮浓度等于30mg/L时，pH值从好氧区第1格室到好氧区最后格室一直升高，在pH曲线上也没有出现“氨氮谷点”，在好氧区2格室硝化就已完成。它不同于第一种情况，其主要原因在于进水氨氮浓度很低，硝化早早完成，出现这种情况可判断系统低负荷运行，应充分降低曝气，节约运行费用。这种情况对应的pH曲线也可称为“上升型曲线”。

好氧区末端ORP值和出水水质的关系如图6所示，控制最后好氧区DO浓度恒定(1.5mg/L)，可见好氧区出水ORP值和出水氨氮、硝酸氮浓度具有较好的相关性，可以间接指示系统出水硝酸氮浓度或系统硝化效果的好坏，出水氨氮浓度和ORP值具有很好的多项式关系，而出水硝酸氮浓度和ORP值具有很好的指数关系。当ORP值控制在40-60mV可以获得较好的出水水质。当ORP相对较低时，ORP值受氨氮浓度的影响较大，而ORP值相对较高时，受硝酸氮浓度的影响较大。可以通过控制曝气量或外碳源投加量维持好氧区末端的ORP值处于设定范围40-60mV。

缺氧区末端硝酸氮浓度和ORP值的关系如图7所示，缺氧区出水硝酸氮浓度和ORP值具有很好的相关性，当ORP值控制在-90mV时可以获得硝酸氮的最大去除，实现反硝化反应的最优控制，因此当ORP>-90mV时，降低内循环回流量，而ORP<-90mV时，增加内循环回流量，维持缺氧区末端的ORP值处于最优设定值。

缺氧区pH值曲线：它也可一定程度反映反硝化反应是否完成、内循环回流硝酸氮是否充足。当缺氧区pH值降低时，表示反硝化已完成或回流的硝酸氮严重不足，相应需增加回循环回流量或降低外碳源投加量。而缺氧区pH值上升时，表明缺氧区一直在进行反硝化，硝酸氮浓度相对充足，缺氧区pH曲线也可以定义为下降型曲线和上升型曲线。

应用实施例：反应池体积为50L，共有7个格室(每个格室平均为7L)，其中前2个格室缺氧运行，后5个格室好氧运行。当然反应池体积可大可小，反应池格室数也可根据需要设定，在线控制系统同样可以使用。进水量为150L/d，温度由自动温控仪控制在20—21℃，SRT为12—15d，MLSS为2400—2700mg/L，进水pH控制在6.5—7.5之间，好氧区第1格室的曝气量恒定，好氧区最后格室的DO浓度为1.5mg/L，污泥回流比为0.6，内循环回流比为2.5。应用建立的硝化反硝化反应在线控制系统，研究处理淀粉废水的实际效果。缺氧区各格室安装pH传感器，缺氧区最后格室安装有ORP传感器。后面5个好氧格室都安装有DO传感器和pH传感器，从而获得好氧区不同格室的DO和pH值，在好氧区最后格室也安装有ORP传感器。基于以上传感器可以观察缺氧区各格室pH值变化规律以及好氧区各格室DO浓度和pH值的变化规律。可以通过缺氧区末端的ORP值来动态的控制内循环回流量；由好氧区首端的DO浓度动态推测进水氨氮浓度，同时结合好氧区pH值曲线类型来动态控制好氧区曝气量；而以最后好氧格室的ORP值大小动态控制外碳源投加量。

图8、图9是硝化反硝化反应控制系统的试验结果，由图可知虽然系统进水负荷动态变化仍然获得较好的出水水质，出水氨氮和硝酸氮浓度分别小于4mg/L和14mg/L，通过控制曝气量和外碳源投加量，好氧区最后格室的ORP值基本小于60mV，通过控制内循环回流量缺氧区的ORP值基本维持在-90mV。和恒定内循环回流量和曝气量相比出水氨氮、总氮浓度和曝气量分别降低了15％、12％和18％。

在线控制系统的建立及其实施控制参见图10：为了实现缺氧/好氧工艺硝化反硝化反应的综合控制，优化工艺运行条件，提高出水水质，应用DO、pH和ORP在线测定信息，建立了硝化反应和反硝化反应在线控制系统如图8。系统的建立需要以下几个设定条件：(1)好氧区第1格室的曝气量维持恒定(本研究中规定为0.1m³/h)；(2)好氧区最后格室的DO浓度恒定(规定为1.5mg/L)；(3)好氧区最后格室的ORP设定值范围为40—60mV；(4)缺氧区最后格室的最优ORP设定值为-90mV。(5)DO、ORP和pH值在线测定，每30分钟对在线控制变量—曝气量、内循环回流量和外碳源投加量调节一次，避免执行设备的频繁开停，破坏系统的稳定性。

系统首先在线测定DO、ORP和pH信息：包括缺氧区和好氧区pH值曲线、缺氧区和好氧区末端ORP值、好氧区DO浓度、好氧区pH差值和好氧区1室DO1。首先分析进水pH值，当pH小于6时，投加碱性物质；而当pH值大于8时投加酸性物质，维持进水保持在中性范围。

随后分析好氧区和缺氧区pH曲线类型，需要注意好氧区和缺氧区的pH曲线类型分析同时进行。首先来看缺氧区pH曲线类型，如果属于下降型，表明缺氧区硝酸氮浓度不充足或回流硝酸氮已完全反硝化，应提高内循环回流量，然后继续分析pH曲线类型，直到pH曲线类型变为上升型；如果pH曲线类型为上升型，分析缺氧区末端ORP设定值是否处于最优设定值-90mV，如果处于-90mV，说明系统反硝化反应运行在最优条件下，维持当前内循环回流量不变。如果ORP值未在最优设定值处，调整内循环回流量直到ORP最优设定值维持在-90mV。

然后分析好氧区pH曲线类型，如果属于上升型，表明硝化反应已完成，为了降低系统运行费用，首先降低曝气量和好氧区DO浓度。然后再分析好氧区pH曲线类型，直到好氧区pH曲线类型刚好变为下降型；继续检测好氧区最后格室的ORP值，分析它是否小于设定的上限值60mV，如果小于上限值，说明系统出水水质和运行状态较好，维持当前运行状态不变。如果ORP值大于上限值60mV，说明出水硝酸氮浓度较高，然后分析缺氧区的ORP值是否处于最优设定值-90mV，如果未处于最优设定值处，调节内循环回流量，直到它处于最优设定值附近；如果缺氧区末端ORP值处于最优设定值处。说明进水碳源不足，应外投碳源，直到好氧区末端的ORP设定值小于最大设定值60mV。

如果好氧区的pH曲线类型属于下降型，说明系统硝化没有完成，下面分析系统硝化反应的程度和硝化未完成的原因。首先分析好氧区出水ORP值，如果ORP值大于其上限值60mV，方面说明系统的硝化将近完成，另一方面说明出水硝酸氮浓度较高，反硝化不充分；然后和上面一样首先调整内循环回流量，如果调整内循环回流量后仍无效，外投碳源，提高系统反硝化效果。

如果好氧区出水ORP值小于其下限值40mV，说明系统的硝化效果较差，并分析其原因。首先分析好氧区DO浓度，如果DO浓度较低(<1.0mg/L)，表明DO浓度低是硝化效果差的主要因素，并提高好氧区DO浓度；如果DO浓度正常或较高，则说明DO浓度不是硝化差的主要原因。分析好氧区第1格室的DO浓度(DO₁)，如果DO₁较低(<0.6mg/L)说明进水负荷增加，其中可能是氨氮负荷或COD负荷，增加反应池MLSS浓度或降低进水负荷。如果DO₁不低，继续分析好氧区的pH降低幅度(也就是好氧区末端和首端pH的差值)，如果pH下降幅度较大(>0.5)，其原因可能是进水碱度不足，导致pH下降到很低程度，严重抑制了硝化反应进程，应投加碱性物质。如果pH下降幅度不大，然后分析反应池运行温度，如果温度较低(<17℃)，说明低温抑制了硝化反应的正常进行，导致系统硝化效果变差，应降低污泥排放量、降低系统污泥负荷或进水负荷，来改善系统硝化效果。如果温度不低，继续分析好氧区体积大小，如果好氧区体积较小(体积比<0.6)，则说明参与硝化反应的硝化菌数量不足，应增大好氧区体积、降低污泥排放量(减少硝化菌的流失)或降低进水C/N比(维持硝化菌较好的生长环境)。如果好氧区体积充足，则系统有可能中毒，硝化菌的生长被抑制，则应分析进水中毒性负荷的来源，补充新鲜污泥或加进水调节池，当毒性负荷过后，再把进水引入反应池。

基于上述分析直到改善系统的硝化效果。另外当好氧区末端的ORP值处于50-60mV之间可以维持当前运行状态，不需调节反应条件。应用上述在线控制系统处理淀粉废水和实际生活污水研究了A/O工艺小试和中试试验装置的运行效果，研究获得满意的试验结果，无论从提高出水水质和系统稳定，还是节约运行费用上，都优于未采用控制的系统。

Claims (5)

1. 【权利要求1】一种缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化控制系统的在线控制方法，其特征在于：

   这种缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化控制系统，包括首尾相连的缺氧区、好氧区和二沉池，其缺氧区分成至少两个底部相通的格室，好氧区分成至少五个上下交错相通的格室，缺氧区内有搅拌器，并与进水管连通，好氧区内设有曝气器，由好氧区出水管连接二沉池，二沉池与出水管连通，二沉池底部连接剩余污泥排泥管和污泥回流管，污泥回流管与缺氧区入口连通，好氧区出口与缺氧区入口之间连接内循环回流管，在缺氧区第一格室设有外碳源投加装置，在缺氧区每个格室内设置pH传感器，在最后格室设置氧化还原电位传感器，即ORP传感器，在好氧区内每个格室内设置pH传感器和溶解氧浓度传感器，即DO传感器，在好氧区最后一个格室内设置ORP传感器；上述各传感器的信号输出端与硝化反硝化反应在线控制器连接，硝化反硝化反应在线控制器包括：输入键盘和模拟数字转换器；用于存储上述ORP、DO、pH检测值和设定值的存储器；用于将采集上述ORP、DO、pH测定值与ORP、DO、pH设定值进行比较的比较器；计算控制量偏差的微处理器；ORP、DO、pH控制信号输出装置；与ORP、DO、pH控制信号输出装置和数字模拟转换器相连的内循环回流控制阀门、污泥回流控制阀门和外碳源投加控制阀门；

   缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化控制系统的在线控制方法有以下三个步骤：

   (1)、在好氧区中设置DO传感器、pH传感器和ORP传感器，在缺氧区中设置ORP传感器、pH传感器，检测各阶段生物化学反应过程中的DO、pH和ORP变化率，以及与硝化/反硝化反应之间的定量关系，即好氧区第一格室DO浓度和进水氨氮负荷间的关系、好氧区pH曲线类型和硝化反应进程的关系、缺氧区pH曲线类型和反硝化反应进程的关系、好氧区最后格室ORP值和出水水质的关系、缺氧区最后格室ORP值和反硝化反应进程的关系；

   (2)、根据上述检测结果，找出DO浓度控制范围、pH曲线类型以及内循环回流量控制ORP值和外碳源投加量控制ORP值的控制范围，确定曝气量、内循环回流量和外碳源投加量的优化控制设定值；

   (3)、将上述设定值输入到硝化反硝化反应在线控制器中，该控制器根据设定值与测定

   值相比较得出的差值，向内循环回流控制阀门、污泥回流控制阀门和外碳源投加控制阀门输出控制信号；根据缺氧区末端的ORP值，来动态的控制内循环回流量；由好氧区首端格室的DO浓度，动态推测进水氨氮浓度，同时结合好氧区pH值曲线类型，来动态控制好氧区曝气量；以好氧区最后格室的ORP值大小，动态控制外碳源投加量。
2. 【权利要求2】根据权利要求1所述的缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化控制系统的在线控制方法，其特征在于：在步骤(2)中，好氧区第一格室的曝气量维持恒定，控制为0.1m3/h。
3. 【权利要求3】根据权利要求1所述的缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化控制系统的在线控制方法，其特征在于：在步骤(2)中，好氧区最后格室的DO浓度维持恒定，控制为1.5mg/L。
4. 【权利要求4】根据权利要求1所述的缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化控制系统的在线控制方法，其特征在于：在步骤(2)中，缺氧区出水ORP设定值维持在-85mV—-95mV。
5. 【权利要求5】根据权利要求1所述的缺氧/好氧生物脱氮工艺运行优化控制系统的在线控制方法，其特征在于：在步骤(2)中，好氧区出水ORP设定值维持在40—60mV之间。

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