CN100535803C - 四段进水a/o工艺进水流量分配过程控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

四段进水A/O工艺进水流量分配过程控制装置和方法属于活性污泥法污水处理系统领域。现有的分段进水工艺运行不能很好根据进水水质对流量分配进行优化，系统通常不能充分利用各段硝化、反硝化容量，且不能充分利用进水中碳源进行反硝化，运行费用高，处理效果差。本发明采用的进水流量分配过程控制装置和方法，将在线采集的氨氮和COD信号输入进水流量分配控制器，经过规则与算法后，输出流量调整信号并作用于各段进水泵的变频调速器，及时调整系统各段的进水流量分配。本发明可改善分段进水A/O工艺的硝化反硝化效果，充分利用进水中碳源进行反硝化，运行费用低，出水效果好，控制结构简单，易于实现。

Description

四段进水A/O工艺进水流量分配过程控制装置和方法

技术领域

本发明涉及一种污水的生物脱氮工艺过程控制装置与方法，属于活性污泥法污水处理系统自动控制的理论、方法与技术领域，适用于含氮工业废水处理和城镇生活污水生物处理。

背景技术

富营养化问题是当今世界各国面临的最主要的水污染问题之一，而氮、磷的超标排放则是引起富营养化的主要原因。为解决日益严重的水污染问题，我国在2002年新颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》中增加了总氮、总磷最高允许排放浓度，同时也对出水氨氮提出了更严格的要求，可见污水处理的主要矛盾已逐渐由有机污染物的去除转变为氮磷污染物的去除。目前所有的新建污水处理厂均必须设置必要的处理设施以满足脱氮除磷的需求。同时，越来越高的污水排放指标是的新建的水厂必须考虑采用先进的过程控制技术，以降低运行成本，提高出水水质。

生物脱氮过程主要分为两部分，即通过硝化作用将氨氮转化为硝酸盐氮，再通过反硝化作用将硝酸盐氮转化为氮气从水中逸出，从而达到氮的去除。连续流分段进水A/O生物脱氮工艺是在传统的A/O工艺基础上经过适当改进而提出的。它具有脱氮效率高，无需设置硝化液内回流设施、节省药剂投量等优点。但该工艺较传统的A/O工艺相对复杂，原水从多点进入反应系统，进水流量分配的优化及其过程控制一直是一个难题。若流量分配方法不当，不仅会影响系统的硝化、反硝化效果，增加药剂费用，还会使整个系统的反应过程发生紊乱，甚至崩溃。

发明内容

本发明的目的是提供一种四段进水A/O进水流量分配方法与过程控制装置。本发明中，根据进水碳/氮比(即COD/氨氮)实时控制进水流量分配比，可以保证系统硝化、反硝化效果，深度脱氮时减少外碳源投量，降低运行成本。在此基础上，开发出一套高效、低耗的分段进水流量分配过程控制装置。采用该分配方法与过程控制装置后，可以①解决恒定流量分配系统脱氮效果差的问题②更加充分利用原水中碳源进行反硝化，避免碳源浪费的问题③降低运行费用的同时，可以提高处理效果④过程控制结构简单，容易实现和操作。

本发明的技术原理：

四段进水A/O工艺进水流量分配过程控制原理，其特征在于：根据进水COD/NH₄ ⁺-N比值的变化来在线调整各段缺氧区的进水流量，从而保证硝化效果和反硝化效果，并充分利用进水中的碳源进行反硝化，降低运行费用。具体原理如下：

在多段A/O工艺中，第1段的缺氧区主要对回流污泥中的硝态氮进行反硝化，第1段的进水Q₁为反硝化提供碳源，混合污水进入第1段的好氧区进行硝化反应，将进水Q₁中的氨氮转化成NO_x-N，此硝化混合液再进入到第2段的缺氧区进行反硝化，第2段的进水Q₂再为反硝化提供碳源，以后各段以此类推，最后一段的好氧区主要将第n段进水Q_n中的氨氮转化成NO_x-N并将剩余的COD氧化去除。因此，各缺氧区的反硝化是否能够完成取决于缺氧区内的碳源是否充足，而缺氧区的碳源主要是由进入的污水中所含有的碳源决定的，且最后一段进水中的氨氮只进行硝化反应，不进行反硝化。因此，我们确定以进水COD/NH₄ ⁺-N作为控制参数，并在流量分配中遵循2个原则：(1)各段进水可以将上一段产生的硝酸盐氮反硝化去除；(2)最后一段进水量最少。设定进水COD/NH₄ ⁺-N为α时，碳源恰好合适，将进水COD/NH₄ ⁺-N的实测值设为β，将β值和α值进行比较，确定进水碳源是否充足，根据比较结果进行流量分配。

本发明提供的四段进水A/O进水流量分配过程控制装置，污水贮水箱1由进水管和反应器2连接，反应器2经出水管和和沉淀池3连接，沉淀池污泥经污泥回流泵4回流到反应器进口端，采用空压机5为反应器的好氧区供氧。其特征在于，

在贮水箱1内设有氨氮传感器6和COD在线传感器7，进水干管上设置流量传感器8，上述传感器采集的在线数据经数据输出导线与流量分配控制器12的氨氮信号输入接口9、COD信号输入接口10、流量输入接口11相连。执行规则与算法后，输出变量分别经第一段进水量输出接口13、第二段进水量输出接口14、第三段进水量输出接口15、第四段进水量输出接口16输出，作用于第一段进水泵的变频调速器17、第二段锦水泵的变频调速器18、第三段进水泵的变频调速其19和第四段进水泵的变频调速其20，调整进水流量。

本发明提供的四段进水A/O工艺进水流量分配方法及过程控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

I通过试验确定α值，水质不同，α值不同。取一定量的污水，调整其进水水质，得出一系列的COD/NH₄ ⁺-N值。然后对不同COD/NH₄ ⁺-N的污水分别进行试验。每组取一定量的污水对其进行曝气，使其硝化完全，水中的氨氮完全转化成硝酸盐氮，再往上述污水中投加水质相同的污水，为其提供碳源将生成的硝酸盐氮完全转化成氮气。若第二次投加的污水的体积恰好与第一次投加的污水体积相等的情况下可以将第一次投加的污水产生的硝酸盐氮反硝化去除，那么此污水的COD/NH₄ ⁺-N即为α。

II在线采集进水COD/NH₄ ⁺-N值β及进水总流量Q，按照每段进水中所含的碳源恰好可以将上一段产生的硝酸盐氮反硝化去除，进行流量分配。在线采集的数据经输入接口，输入到流量分配控制器，并按如下规则进行计算，

Q_n＝(α/β)^(n-1)·Q₁        (1)

Q₁+Q₂+……+Q_n＝Q            (2)

得出进水流量的初步分配方案。由于系统各段硝化、反硝化容量有限，按(1)、(2)式分配的结果可能会导致系统首段或末段承受的进水负荷严重超出其处理容量。因此，上述分配方法，还必须同时满足下列两个条件①当由方程(1)、(2)计算所得Q₁＞60％Q，则取Q₁＝60％Q，后面各段按Q_n＝(α/β)^(n-1)·Q₁进行分配；②若由方程(1)、(2)计算所得最后一段进水Q₄＞40％Q，取Q₄＝40％Q，且前面各段只要满足Q_n∶Q_n-1≥α/β条件即可。

计算所得数据信号经流量控制器的输出接口作用于进水泵的变频调速器，调整各段的进水流量分配。

这种四段进水A/O进水流量分配实时过程控制方法，其特征在于：

在贮水箱(池)中，设置氨氮、COD在线传感器在线采集进水氨氮和COD数值，所采集数值以数字信号的形式输出，输入流量分配控制器，经简单运算，以COD/NH₄ ⁺-N的形式出现。在进水干管安装流量在线传感器，在线采集流量信号，并通过通讯接口输出数字信号，作为流量分配控制器的另一输入信号。上述输入信号经滤波处理后，按所给计算规则进行运算，初步运算结果满足流量分配要求，则输出各段流量数字信号；若不能满足要求，按所给规则再次进行运算，直到输出变量满足要求。

本发明的有益效果：

本发明工艺中，在反应系统的进水端设置氨氮和COD在线传感器，在线采集COD和氨氮数值，可以根据进水COD/NH₄ ⁺-N的大小，实时调整进水流量分配比。使得系统流量分配能够满足(1)各段缺氧区进水提供的碳源恰好可以将上一段进水硝化产生的硝酸盐氮反硝化去除，避免碳源浪费。(2)最后一段进水量最少，保证TN去除率。

本发明设计的四段进水A/O工艺流量分配过程控制装置和方法与现有技术相比，具有以下优点：

(1)提供一种可行的流量分配方法，根据进水水质和系统缺氧区、好氧区的反硝化、硝化容量，合理进行流量分配，可控性好，避免系统运行失败。

(2)能提高缺氧区对进水中碳源的充分利用，提高TN去除效果。对于低COD/NH₄ ⁺-N污水的深度脱氮，可以节省外碳源的投加量，降低运行费用。

(3)在线测量装置较少，降低控制系统投资。本发明设计中，流量分配控制器只需要一个氨氮浓度在线传感器，一个COD在线传感器和一个在线流量传感器。且控制结构简单，易于管理。

(4)本发明装置实时采集氨氮、COD浓度和进水流量信号，根据进水水质实时调整进水流量，因此，系统抵抗进水冲击负荷的能力大大增强。

本发明的多段进水A/O流量分配控制方法，可广泛应用于采用连续流多段进水A/O工艺的大、中、小城市生活污水、工业废水的处理，处理效果好，运行费用低。

附图说明

图1是本发明连续流多段进水A/O工艺进水流量过程控制系统装置结构示意图

图1中，1-污水贮水箱，2-反应系统，3-沉淀池，4-沉淀池，5-空压机，6-氨氮传感器，7-COD在线传感器，8-流量传感器，9-氨氮信号输入接口，10-COD信号输入接口，11-流量信号输入接口，12-流量分配控制器，13-第一段进水量信号输出接口，14-第二段进水量信号输出接口，15-第三段进水量信号输出接口，16-第四段进水量信号输出接口，17-第一段进水泵变频调速器、18-第二段进水泵变频调速器、19-第三段进水泵变频调速器，20-第四段进水泵变频调速器。

图2实施进水流量分配控制前后系统TN去除率比较图。

具体实施方式

结合实施例，说明本发明工艺的运行操作

以某大学家属区排放的实际生活污水作为实验对象(COD＝250～350mg/L，NH₄ ⁺-N＝20～80mg/L)。所采用的多段进水A/O生物脱氮反应器溶解320L，分为4段，每段容积80L。系统设置1台空压机，最大出风量为8m³/h，最小出风量为0。反应器首先进行污泥培养驯化，驯化结束后各段的污泥浓度为：第I段为5～5.5g/L，第II段为4～4.5g/L，第III段为2.8～3.2g/L。反应器日处理水量960L，反应温度为20℃。

首先通过试验确定此试验用生活污水的α值为7。

研究COD/NH₄ ⁺-N＝3，5，7，9，11时，系统的TN去除效果。

采用进水流量分配控制器，按Q_n＝(α/β)^(n-1)·Q₁和Q₁+Q₂+……+Q_n＝Q进行流量分配，同时满足限定条件①当Q₁＞60％Q，则取Q₁＝60％Q，后面各段按Q_n＝(α/β)^(n-1)·Q₁进行分配；②当Q_n＞40％Q，取Q_n＝40％Q，前面各段满足Q_n∶Q_n-1≥α/β。

比较采用流量分配控制器前后系统TN去除率的变化。图2是实施进水流量分配控制前后系统TN去除率比较图。图中可以看出，对于任意一个COD/NH₄ ⁺-N，实施进水流量分配控制后，其TN去除率都有所提高。

本发明的进水流量分配过程控制装置实施例参见图1，污水贮水箱1由进水管和反应器2连接，反应器2经出水管和和沉淀池3连接，沉淀池污泥经污泥回流泵4回流到反应器进口端，采用空压机5为反应器的好氧区供氧。

在贮水箱1内设有氨氮传感器6和COD在线传感器7，进水干管上设置流量传感器8，上述传感器采集的在线数据经数据输出导线与流量分配控制器12的氨氮信号输入接口9、COD信号输入接口10、流量信号输入接口11相连，将数据信号输入到流量分配控制器12。执行规则与算法后，输出变量经第一段进水量信号输出接口13，第二段进水量信号输出接口14，第三段进水量信号输出接口15，第四段进水量信号输出接口16，作用于第一段进水泵变频调速器17、第二段进水泵变频调速器18、第三段进水泵变频调速器19和第四段进水泵变频调速器20，调整进水流量。

Claims (2)

1、四段进水A/O工艺进水流量分配过程控制装置，污水贮水箱(1)由进水管和反应器(2)连接，反应器(2)经出水管和沉淀池(3)连接，沉淀池污泥经污泥回流泵(4)回流到反应器进口端，采用空压机(5)为反应器的好氧区供氧；其特征在于，

在贮水箱(1)内设有氨氮传感器(6)和COD在线传感器(7)，进水干管上设置流量传感器(8)，上述传感器采集的在线数据经导线分别与流量分配控制器(12)的氨氮信号输入接口(9)，COD信号输入接口(10)和流量输入接口(11)连接，流量分配控制器(12)的输出变量经第一段进水量输出接口(13)，第二段进水量输出接口(14)，第三段进水量输出接口(15)和第四段进水量输出接口(16)，作用于第一段进水泵的变频调速器(17)、第二段进水泵的变频调速器(18)、第三段进水泵的变频调速器(19)和第四段进水泵的变频调速器(20)。

2、一种应用权利要求1所述的四段进水A/O工艺进水流量分配过程控制装置的方法，其特征在于：

I取不同COD/NH₄ ⁺-N的污水分别对其进行曝气，使其硝化完全，并分别投加相同COD/NH₄ ⁺-N的污水为其提供反硝化碳源，当投加等量的污水恰好可以将硝化产生的硝酸盐氮反硝化去除，则此污水的COD/NH₄ ⁺-N即为α；

II在线采集进水COD/NH₄ ⁺-N值β及进水总流量Q，按照每段进水中所含的碳源恰好可以将上一段产生的硝酸盐氮反硝化去除，进行流量分配；在线采集的数据经输入接口，输入到流量分配控制器，并按如下方程进行计算，

Q_n＝(α/β)^(n-1)·Q₁    (n＝2，3，4)    (1)

Q₁+Q₂+……+Q_n＝Q        (n＝2，3，4)    (2)

其中，Q₁为第1段进水，Q₂为第2段进水，Q_n为第n段进水；并同时满足下列两个条件：当由方程(1)、(2)计算所得Q₁＞60％Q，则取Q₁＝60％Q，后面各段按Q_n＝(α/β)^(n-1)·Q₁进行分配；当方程(1)、(2)计算所得最后一段进水Q₄＞40％Q，取Q₄＝40％Q，且前面各段只要满足Q_n∶Q_n-1≥α/β条件即可；

计算所得数据信号经流量控制器的输出接口作用于进水泵的变频调速器，调整各段的进水流量分配。

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