CN101376554A - 污水处理动态控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污水处理动态控制方法，通过传感器将COD信号与液位信号输入分析控制装置，经对比终端出水要求后得出COD负荷率，根据COD负荷率计算出相关工艺的反应时间与控制参数，对污水进行生化处理，然后将待排放或回用水质中的COD值与标准值相对比，符合标准即可排放或回用，不符合标准则进行二次处理。应用此方法采用的装置还包括，在进水调节池、生化池与中间调节水池内部分别设置的COD浓度传感器、液位传感器与溶解氧浓度传感器，上述传感器分别与分析控制装置相连接。本发明整体采用动态控制方式，不但可以对单位时间内水处理量及曝气量实现精确控制，还能够在实现最小能耗前提下确保处理后排放水完全符合水质标准。

Description

污水处理动态控制方法及装置

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种污水处理动态控制方法及装置。

背景技术

随着现代工、农业的发展，产生了大量的工业、农业和生活废弃物并随之释放到环境中，使得环境受到污染，由于废弃物中存在大量有毒有害物质，严重影响了人类的正常生活与生产。其中，以水污染是主要的污染之一。日前，全世界每年约有4200多亿立方米的污水排入江河湖海，有大概5.5万亿立方米的淡水受到了污染，这相当于全球径流总量的14％以上。多年来，研究人员采用了包括生物处理、化学处理、热处理、催化氧化、相转移和光解等方法应用于废水处理中。但目前这些方法，都存在着局限，而且处理费用太高。

目前，在现有的生化处理系统中，最初的设计建造方式较多采用的是预先设定好固定水量、水质COD浓度值进行传统的时间控制方法，再依此确定相关处理控制参数，如单位时间处理量、曝气量及各工艺段的停留时间等，而这些处理控制参数是固定值，不能进行实时调整或在线控制。因此，现有的污水处理方法在实际运行时存在以下问题：

1、由于现有的污水处理系统无法根据进水量进行实时的调整与控制，因此，当进水量与水质变化值与预先设定值偏差较大时，在处理过程中，系统将无法精确的进行处理，从而造成排放水中的水质不能达到标准，或者由于曝气过量，导致浪费能耗，还可能会引发低负荷污泥膨胀。

2、由于现有的污水处理系统无法根据水质中的变化参数进行实时的调整与控制，致使操作管理人员无法及时了解总进水量及水质的变化，从而无法对其进行准确控制，也因此造成了出水水质不达标，也浪费了可再生利用的水资源。

3、大多数污水处理厂曝气量的分配、供应效果很不理想，溶解氧浓度控制滞后、精度低、波动大、能耗高并直接影响处理效果；而曝气电耗占污水处理厂总运行成本的80％左右，故应避免无效曝气以节约能耗。

发明内容

为解决上述存在的缺陷，本发明提供一种可根据总进水量以及水质的变化进行实时调整与控制，能够确保处理后的排放水中的相关参数完全符合水质排放标准，不会超标排放及污染周边水环境，并且还可以对进水量与排水量等参数实现精确控制的一种污水处理动态控制方法。

为解决上述存在的缺陷，本发明还提供一种能够有效调节污水处理系统中的相关控制参数的分析控制体系，使其符合水质排放标准，由于整个处理过程采用全自动动态控制方式，操作简便安全，在避免无效曝气的同时还可以降低系统运行能耗的一种污水处理动态控制装置。

为实现上述目的，本发明还提供一种污水处理动态控制方法，包括进水调节池、多个生化池与中间调节水池，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将污水注入进水调节池后，通过COD浓度传感器与液位传感器将COD信号与液位信号数据输入分析控制装置；

(2)与终端出水要求值对比后得出COD负荷率；

(3)根据步骤(2)中得出的COD负荷率从而计算出污水处理系统的单位时间内水质处理量、曝气量及各工艺的反应时间与控制参数；

(4)根据步骤(3)中得出的控制参数，通过水泵及控制阀将进水调节池内的污水导入生化池中；

(5)通过曝气设备调节生化池内污水的溶解氧浓度，并且通过溶解氧浓度传感器得出溶解氧浓度值；

(6)将处理后的水导入中间调节水池，将待排放水质中的COD浓度值与排水放标准值相对比，若待排放水质中的COD浓度值低于排水放标准值、且二者差值在10％以内，表明水质符合标准，可进行排放或回用；

若待排放水质中的COD浓度值低于排水放标准值、且二者差值在10％以上时，则表明水质中曝气量过大，存在无效能耗，需降低曝气量；

若待排放水质中的COD浓度值高于排水放标准值，则表明水质不符合标准，并将水质回流至生化池内后，再重复步骤(5)中的工序进行处理，直至水质符合标准为止。

所述COD浓度传感器向分析控制装置发送信息的时间间隔为5—120分钟。

所述液位传感器用于检测进水调节池内的进水量，从而控制水泵的开启与关闭。

所述生化池中污水的溶解氧浓度为1—10mg/L。

所述中间调节水池位于生化系统末端对生化处理流程起二次调节作用，所述中间调节水池内的水质用于确定被处理过的污水是否可进入下一流程或返回上一级进行二次处理。

所述生化池可采用活性污泥生物法、生物接触氧化法、厌氧/好氧方法、厌氧/缺氧/好氧生物脱氮除磷方法、序列间歇式活性污泥法及其衍生、变形工艺等水处理方法，采用曝气方式对所述生化池内的有机物进行生物降解处理。

为实现上述污水处理动态控制方法，本发明还提供一种污水处理动态控制装置，包括进水调节池、多个生化池与中间调节水池，所述进水调节池与所述生化池及所述中间调节水池之间通过管路相连接，其特征在于，所述进水调节池、所述生化池与所述中间调节水池内部还分别设有COD浓度传感器、液位传感器与溶解氧浓度传感器，所述COD浓度传感器、所述液位传感器与所述溶解氧浓度传感器内部还分别与分析控制装置相连接。

所述分析控制装置还分别与水质故障分析模块及电控装置连接。

所述电控装置还与变频器及曝气设备连接。

所述曝气设备与所述变频器相连接，并通过管道与所述进水调节池及所述生化池相连接。

所述中间调节水池的内部与一侧分别设有回流水泵与回流管路，所述回流水泵通过管道与所述生化池连接。

所述曝气设备可采用潜水曝气机、表面曝气机或鼓风机。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的污水处理动态控制方法，通过COD浓度传感器与液位传感器将COD信号与液位信号等数据输入分析控制装置，与终端出水要求值对比后得出COD负荷率，根据COD负荷率从而计算出污水处理系统的单位时间内水质处理量、曝气量及各工艺的反应时间与控制参数后，再通过控制阀、变频器继电器、与曝气设备对污水进行调节处理，然后将待排放水质中的COD浓度值与排放标准值相对比，如符合标准即可进行排放，如不符合标准则进行二次处理，直至水质符合标准为止。应用此方法采用的装置包括进水调节池、多个生化池与中间调节水池，进水调节池、生化池与中间调节水池内部还分别设有COD浓度传感器、液位传感器与溶解氧浓度传感器，COD浓度传感器、液位传感器与溶解氧浓度传感器内部还分别与分析控制装置相连接。该分析控制装置还与水质故障分析模块及电控装置连接，该电控装置还与变频器及曝气设备连接。本发明能够确保处理后排放水中的COD浓度完全符合水质排放标准，不会对环境造成二次污染，并且还可以对进水量与排水量等参数实现精确控制；另外，由于在整个处理过程采用全自动动态控制方式，减少了控制步骤，大大减轻了工作人员的劳动强度，不但操作简便，还可以降低系统运行能耗，从而提高了污水处理的效果。通过动态控制方法及装置实现了对水中溶解氧浓度的精确控制，避免无效曝气，可将运行用电能耗降低20％—50％以上。

附图说明

图1为本发明污水动态处理方法流程图；

图2为本发明污水动态处理装置结构框图。

具体实施方式

本发明提供的一种污水处理动态控制方法，包括进水调节池、多个生化池与中间调节水池，该方法包括以下步骤：

(1)将污水注入进水调节池后，通过COD浓度传感器与液位传感器将COD信号与液位信号数据输入分析控制装置；

(2)与终端出水要求值对比后得出COD负荷率；

(3)根据步骤(2)中得出的COD负荷率从而计算出污水处理系统的单位时间内水质处理量、曝气量及各工艺的反应时间与控制参数；

(4)根据步骤(3)中得出的控制参数，通过水泵及控制阀将进水调节池内的污水导入生化池中；

(5)通过曝气设备调节生化池内污水的溶解氧浓度，并且通过溶解氧浓度传感器得出溶解氧浓度值；

(6)将处理后的水导入中间调节水池，将待排放水质中的COD浓度值与排水放标准值相对比，将处理后的水导入中间调节水池，将待排放水质中的COD浓度值与排水放标准值相对比，若待排放水质中的COD浓度值低于排水放标准值、且二者差值在10％以内，表明水质符合标准，可进行排放或回用；

若待排放水质中的COD浓度值低于排水放标准值、且两者差值在10％以上时，则表明水质中曝气量过大，存在无效能耗，需降低曝气量；

若待排放水质中的COD浓度值高于排水放标准值，则表明水质不符合标准，并将水质回流至生化池内后，再重复步骤(5)中的工序进行处理，直至水质符合标准为止。

在本发明中污水首先流入进水调节池进行水量、水质均化、调节，然后进入生化池进行生化反应处理，上层清液流入中间调节水池，由该水池内水质确定被处理过的污水可排放或进入下一级进行深度处理后回用。

图1为本发明污水动态处理方法流程图，污水首先流入进水调节池，在污水流入的过程中，通过进水调节池中的液位传感器检测池中污水的容量，然后将池中水的容量值实时发送至与其相连接的分析控制装置。分析控制装置将接收到的液位信号与其预先设定的最小允许工作水量值进行对比，如果接收到的液位信号值高于预先设定的最小容量值，则允许污水通过提升水泵向生化池注入；如果接收到的液位信号值等于或低于预先设定的最小容量值，那么分析控制装置则向进水泵发出关闭信号，从而关闭进水泵，停止污水向生化池中注入。

分析控制装置通过对液位传感器发送来的信号进行分析，并且根据进水泵的工作时间与流量参数，从而得出单位时间内通过提升泵向生化反应池内注入的污水量。调节池内的COD浓度传感器会每隔5—120分钟将此时检测到的水质中COD浓度值发送至分析控制装置，分析控制装置通过计算对比后，得出生化处理系统中的COD负荷率。然后分析控制装置还会根据得出的COD负荷率，以此作为依据并结合总进水量数据计算出污水在生化反应池内的停留时间及生化池的所需的溶解氧浓度，由此确定水泵输送水量、及曝气设备曝气量的大小与时间等相关参数。相关参数计算完毕后，分析控制装置通过出水水泵将进水调节中的污水导入生化池中，因为生化池中设有生物填料，污水导入生化池的过程中，水中的杂质与微生物自动吸附于生物填料并被微生物分解、吸收，减少水中有机杂质的含量。生化池通过其内部的溶解氧浓度传感器将污水的溶解氧浓度值发送至分析控制装置，然后将其与COD负荷率进行计算比对后，对曝气设备设置曝气量的大小与时间对生化池进行曝气操作，从而将生化池内水质中的溶解氧浓度设置在1—10mg/L之间。生化池可采用活性污泥生物法、生物接触氧化法、厌氧/好氧方法、厌氧/缺氧/好氧生物脱氮除磷方法、序列间歇式活性污泥法及其衍生、变形工艺等水处理方法对生化池内的水质进行处理，采用曝气方式对生化池内的有机物进行生物降解处理。另外，通过计算水泵的每日运行时间及水泵流量参数，得到每日实际总进水量，由此确定最佳的处理系统运行时间。将经生化池处理后的水质通过沉淀池沉降，将上层清水再导入中间调节水池内。中间调节水池位于生化系统末端对生化处理流程起二次调节作用，中间调节水池内的水质用于确定被处理过的污水是否可进入下一流程或返回上一级进行二次处理。通过中间调节水池内部的COD浓度传感器将此时水质中COD浓度值信号发送至分析控制装置，分析控制装置将此时待排放水质中的COD浓度值与排放水标准值进行比较。如果排放水质中的COD浓度值低于排放水标准值，则表明水质中的COD浓度值符合标准，可以通过水泵与控制阀对其进行排放或回收利用；如果待排放水质中的COD浓度值低于排放水标准值、且两者差值在10％以上时，说明生化池内曝气设备的曝气量过大。通过与曝气设备连接的变频器进行逐级下调变频，以生化池溶解氧每次下降0.1—1.0mg/L为一个下调单元；按污水在生化池内的停留时间为延时测量时间，再次测量中间调节水池COD浓度；重复上述步骤，直到本池内COD浓度值低于排水放标准值、并且两者差值在10％内。如果待排放水质中的COD浓度值高于排放水标准值时，则将该水质通过中间调节水池与生化池之间的回流水泵重新导入生化池中，重新进行曝气或其他处理，然后再次与排放水标准值进行比较，直至达到排放标准值后，通过水泵与控制阀对其进行排放或回收利用。采用此种动态处理方法能够确保处理后的排放水中COD浓度完全符合水质排放标准，不会对周边水环境造成二次污染，可以对单位时间处理水量及曝气量实现精确控制，还能够在实现最小能耗前提下确保处理后排放水完全符合水质标准，从而提高了污水处理的效果。

图2为本发明污水动态处理装置结构框图，该装置由进水调节池、多个生化池与中间调节水池构成，进水调节池通过水泵、控制阀与管道与其相邻的生化池相连接，而多个生化池还通过管道及管道末端设置的回流水泵与中间调节水也相连接，回流水泵用于将不符合标准的水质回流并导入生化池进水处重新进行处理。根据工艺需要，在生化池与中间调节水池之间还可以设置沉淀池，沉淀池两侧分别与生化水池及中间调节水池相连接。在中间调节水池的另一侧还设有用于排放达标水的水泵与控制阀，如中水回用则该水泵与控制阀与下一级池体或设备连接。分析控制装置的两端分别与水质故障分析模块及电控装置连接，其中，电控装置还与变频器及曝气设备连接。该曝气设备用于为进水调节池内水质进行充氧及搅拌，还用于设置于生化池内水质的溶解氧浓度。曝气设备根据不同的需要可以采用鼓风机、潜水曝气机或表面曝气机用于对池内进行曝气充氧，如果此时系统需要承受较高的COD负荷率时，可以采用将两台或两台以上的鼓风机并联后，再通过管道对池中的水质进行曝气处理。当一台或两台及以上曝气设备在额定功率状态运行时，当生化池内溶解氧浓度超过系统所需值时，说明曝气过量；当曝气设备存在多余的无效曝气量时，分析控制装置将启动变频器进行工作频率的逐级下调，在降低曝气设备运行功率及曝气量情况下，将生化池内溶解氧浓度调整至适宜水平。溶解氧浓度在1—10mg/L之间，具体数值以中间调节水池内COD浓度值低于终端排水要求的COD值、且两者的差值在10％以内的实际需要为准。变频器与每个曝气设备相连接，用于对控制与调节曝气设备的运行参数，并且根据运行参数对曝气设备进行精确控制，使其能够均匀的对水质进行曝气操作，不但避免了由于曝气量过大或过小，影响到水质中的溶解氧浓度不稳定的情况发生，还有利于保持水质中微生物的活性。通过动态控制方法及装置实现了对水中溶解氧浓度的精确控制，避免无效曝气，可将运行用电能耗降低20％—50％以上。

在进水调节池内部设有COD浓度传感器与液位传感器；生化池内部设有溶解氧浓度传感器；中间调节水池内部设有COD浓度传感器。

生化池可采用活性污泥生物法、生物接触氧化法、厌氧/好氧方法、厌氧/缺氧/好氧生物脱氮除磷方法、序列间歇式活性污泥法及其衍生、变形工艺等水处理方法对生化池内的水质进行处理，采用曝气对生化池内的生物有机物进行降解处理。多个生化池中均设有溶解氧浓度传感器，COD浓度传感器、液位传感器与溶解氧浓度传感器分别与分析控制装置连接，其中，分析控制装置用于接收各传感器发送的数据，对该数据进行对比与计算，并且对计算所得出数据对相关设备的操作进行精确的控制。COD浓度传感器用于检测进水调节池中COD浓度值并发送至分析控制装置，经对比得出COD负荷率，从而根据COD负荷率计算出污水处理系统的单位时间处理水量、生化反应所需溶解氧含量及各工艺的反应时间的控制参数。

中间调节水池位于生化系统末端对生化处理流程起二次调节作用，中间调节水池内的水质由于确定被处理过的污水是否可进入下一流程或返回上一级进行二次处理。其内部也设有COD浓度传感器，并可以将此时水质中的COD浓度值发送至分析控制装置，分析控制装置将此时COD浓度值与排放水标准值进行比较，如果符合标准便可以通过水泵与控制阀进行排放或回用，如果不符合标准则通过回流水泵导入生化池重新进行处理，然后待符合标准后，再通过水泵与控制阀进行排放或回用。

液位传感器可采用浮球传感器、超声波水位探测器或在线液位传感器等，用于将进水调节池内的污水总量实时发送到分析控制装置。分析控制装置将接收到的液位信号与其预先设定的最小允许工作水量值进行对比，如果接收到的液位信号值高于预先设定的最小容量值，则允许污水通过提升水泵向生化池注入；如果接收到的液位信号值等于或低于预先设定的最小容量值，那么分析控制装置则向进水泵发出关闭信号，从而关闭进水泵，停止污水向生化池中注入。另外，分析控制装置将液位传感器发送的信号分析后，并且根据进水泵的工作时间与流量参数，从而确定单位周期内污水的总进水量。

溶解氧浓度传感器用于检测生化池内水质中的溶解氧浓度，并将溶解氧浓度值发送至分析控制装置，然后将其与COD负荷率进行计算比对后，对曝气设备设置曝气量的大小与时间对生化池进行曝气操作，从而将生化池内水质中的溶解氧浓度设置在1—10mg/L之间。另外，在生化池中设有生物填料，污水导入生化池的过程中，水中的杂质与微生物自动吸附于生物填料并被微生物分解、吸收，减少水中有机杂质的含量。另外，由于水质故障分析模块与分析控制装置相连接，因此水质故障分析模块可以调用分析控制装置中由COD浓度传感器、液位传感器与溶解氧浓度传感器发送到的信息数据。

水质故障分析模块主要是通过进水调节池与中间调节水池中设置的COD浓度传感器采集的COD数据，在计算生化池内水质COD浓度去除率的基础上，与溶解氧浓度传感器数据、生化反应时间等条件结合，分析水质中微生物的生物膜生长状态及水质故障原因，能够对于生化系统中出现问题时表现的征兆及时做出准确的判断，并及时做出适当调整与控制，从而避免水质故障的发生。

本装置通过管道与水泵将进水调节池、多个生化池、沉淀池与中间调节水池相连接，然后将通过分析控制装置对污水处理过程中的所使用的设备进行统一式精确控制，从而形成一个将污水由注入与排放的循环体系，不但减少了控制步骤，大大减轻了工作人员的劳动强度，不但操作简便，还可以通过避免无效曝气等方式来降低系统运行能耗，从而提高了污水处理的效果。

综上所述，本发明提供的污水动态处理方法及装置可针对纺织印染、石油化工、造纸、医药、食品、机械加工等领域所产生的工业有机废水及生活废水进行处理，从而使处理后的污水能够达到国家排放标准或回收利用。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，举凡熟悉此项技艺的专业人士.在了解本发明的技术手段之后，自然能依据实际的需要，在本发明的教导下加以变化。因此凡依本发明申请专利范围所作的同等变化与修饰，曾应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (12)

1、一种污水处理动态控制方法，包括进水调节池、多个生化池与中间调节水池，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将污水注入进水调节池后，通过COD浓度传感器与液位传感器将COD信号与液位信号数据输入分析控制装置；

(2)与终端出水要求值对比后得出COD负荷率；

(3)根据步骤(2)中得出的COD负荷率从而计算出污水处理系统的单位时间内水质处理量、曝气量及各工艺的反应时间与控制参数；

(4)根据步骤(3)中得出的控制参数，通过水泵及控制阀将进水调节池内的污水导入生化池中；

(5)通过曝气设备调节生化池内污水的溶解氧浓度，并且通过溶解氧浓度传感器得出溶解氧浓度值；

(6)将处理后的水导入中间调节水池，将待排放水质中的COD浓度值与排水放标准值相对比，若待排放水质中的COD浓度值低于排水放标准值、且二者差值在10％以内，表明水质符合标准，可进行排放或回用；

若待排放水质中的COD浓度值低于排水放标准值、且二者差值在10％以上时，则表明水质中曝气量过大，存在无效能耗，需降低曝气量；

若待排放水质中的COD浓度值高于排水放标准值，则表明水质不符合标准，并将水质回流至生化池内后，再重复步骤(5)中的工序进行处理，直至水质符合标准为止。

2、如权利要求1所述的污水处理动态控制方法，其特征在于，所述COD浓度传感器向分析控制装置发送信息的时间间隔为5—120分钟。

3、如权利要求1所述的污水处理动态控制方法，其特征在于，所述液位传感器用于检测进水调节池内的进水量，从而控制水泵的开启与关闭。

4、如权利要求1所述的污水处理动态控制方法，其特征在于，所述生化池中污水的溶解氧浓度为1—10mg/L。

5、如权利要求1所述的污水处理动态控制方法，其特征在于，所述中间调节水池位于生化系统末端对生化处理流程起二次调节作用，所述中间调节水池内的水质用于确定被处理过的污水是否可进入下一流程或返回上一级进行二次处理。

6、如权利要求1所述的污水处理动态控制方法，其特征在于，所述生化池可采用活性污泥生物法、生物接触氧化法、厌氧/好氧方法、厌氧/缺氧/好氧生物脱氮除磷方法、序列间歇式活性污泥法及其衍生、变形工艺等水处理方法，采用曝气方式对所述生化池内的有机物进行生物降解处理。

7、采用如权利要求1所述污水处理动态控制方法的一种污水处理动态控制装置，包括进水调节池、多个生化池与中间调节水池，所述进水调节池与所述生化池及所述中间调节水池之间通过管路相连接，其特征在于，所述进水调节池、所述生化池与所述中间调节水池内部还分别设有COD浓度传感器、液位传感器与溶解氧浓度传感器，所述COD浓度传感器、所述液位传感器与所述溶解氧浓度传感器内部还分别与分析控制装置相连接。

8、如权利要求7所述的污水处理动态控制装置，其特征在于，所述分析控制装置还分别与水质故障分析模块及电控装置连接。

9、如权利要求7所述的污水处理动态控制装置，其特征在于，所述电控装置还与变频器及曝气设备连接。

10、如权利要求9所述的污水处理动态控制装置，其特征在于，所述曝气设备与所述变频器相连接，并通过管道与所述进水调节池及所述生化池相连接。

11、如权利要求7所述的污水处理动态控制装置，其特征在于，所述中间调节水池的内部与一侧分别设有回流水泵与回流管路，所述回流水泵通过管道与所述生化池连接。

12、如权利要求9所述的污水处理动态控制装置，其特征在于，所述曝气设备可采用潜水曝气机、表面曝气机或鼓风机。

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