CN101880111A - A2/o-baf工艺深度脱氮除磷实时控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了A2/O-BAF工艺深度脱氮除磷实时控制装置及方法。A2/O-BAF实时控制装置，主要由原水水箱(1)、A2/O反应器(2)、二沉池(3)、BAF反应器(4)和实时控制系统(5)构成；实时控制方法为：在线采集出水箱中的氨氮浓度，通过计算机的运算，得到实时控制变量，经过程控制器调整气泵的曝气量；在线采集出水箱中的硝态氮浓度，通过计算机的运算，得到实时控制变量，经过程控制器调整蠕动泵的回流比；在线采集出水箱中的TP浓度，通过计算机的运算，得到实时控制变量，经过程控制器调整蠕动泵的回流比。本发明克服了传统污水生物脱氮除磷工艺的局限性，是处理低C/N污水同步脱氮除磷的最有效方法之一。
Description
技术领域
A2/O-BAF工艺深度脱氮除磷实时控制装置及方法，属于活性污泥法污水生物处理系统。
背景技术
氮磷等营养元素的过量排放是导致水体“富营养化”的重要原因，它给工农业生产和人民生活构成了严重威胁。A2/O作为最简单的同步脱氮除磷工艺，具有构造简单、HRT短、设计运行经验成熟、控制复杂性小和不易产生污泥膨胀等一系列优点，是我国城镇污水厂的主体工艺。然而，A2/O中的硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上的矛盾，很难单一的生化系统中同时获得脱氮除磷的良好效果，阻碍着生物脱氮除磷技术的应用。BAF以其灵活的模块化设计、占地面积小、硝化效果稳定等优点越来越受到人们的青睐。但BAF存在工作周期短，反冲洗频率高，容易发生堵塞现象。另外，我国城镇污水天然存在C/N低，如何提高低C/N水质的处理效果，是摆在水处理工作者面前的一个重大而棘手的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种深度脱氮除磷的实时控制装置及方法。针对传统污水生物脱氮除磷工艺的局限性，A2/O-BAF工艺集A2/O和BAF的优势于一体，A2/O的主要功能是除磷及反硝化脱氮；BAF的主要功能是完成硝化，BAF还为A2/O的缺氧区提供充足的电子受体，对反硝化除磷有利，反硝化除磷被认为是处理低C/N污水同步脱氮除磷的最有效方法之一。
本发明的机理为：污水和回流污泥首先进入A2/O的厌氧区，聚磷菌利用原水中的挥发性脂肪酸(VFAs)合成内碳源PHAs并贮存于体内，同时释放大量的磷；混合液进入缺氧区，同时进入的还有来自BAF的硝化液，反硝化菌以硝酸盐氮为电子受体，以可降解的COD为电子受体，反硝化脱氮，DPAOs以硝酸盐氮为电子受体，以PHAs为电子供体反硝化除磷；混合液进入好氧区，好氧区的主要功能是去除剩余的磷和少量的COD；混合液进入二沉池进行泥水分离，富含氨氮的上清液进入BAF，在硝化菌的作用下，氨氮被氧化为硝酸盐氮，BAF出水的一部分回流到缺氧区，另一部分排放。
A2/O-BAF深度脱氮除磷实时控制装置，主要由原水水箱(1)、A2/O反应器(2)、二沉池(3)、BAF反应器(4)和实时控制系统(5)构成，其特征在于，原水水箱(1)经蠕动泵(6)与厌氧区(7)连接，厌氧区(7)与缺氧区(8)连接，缺氧区(8)与好氧区(9)连接，好氧区(9)与二沉池(3)连接，二沉池(3)通过高压泵(10)与BAF(4)连接，BAF(4)通过蠕动泵(20)与缺氧区(8)连接，二沉池(3)底部污泥出口端经蠕动泵(19)与厌氧区(7)连接，剩余污泥从污泥排放口(23)排放，实时控制系统(5)由计算机(24)、过程控制器(25)、变频调速器(21)、(22)构成，BAF(4)与出水箱(11)连接，出水箱(11)中安装有DO传感器(12)、氨氮传感器(13)、硝态氮传感器(14)和总磷TP传感器(15)，所述传感器与计算机(24)连接，计算机(24)与过程控制器(25)连接，过程控制器(25)与变频调速器(21)、(22)连接；变频调速器(21)与气泵(18)连接，变频调速器(22)与蠕动泵(20)连接。
A2/O-BAF深度脱氮除磷装置实时控制方法，包括以下步骤：
1)原水由原水水箱(1)通过蠕动泵(6)进入厌氧区(7)，同步进入的还有来自二沉池(3)的回流污泥。
2)混合液从厌氧区(7)进入缺氧区(8)，同时进入的还有来自BAF(4)的硝化液。
3)混合液从缺氧区(8)经好氧区(9)进入二沉池(3)进行泥水分离，富含氨氮的上清液经高压泵(10)进入BAF(4)，回流污泥经蠕动泵(19)回流到厌氧区(7)。
4)氨氮传感器(13)在线采集出水箱(11)中的氨氮浓度，通过计算机(24)的运算，得到实时控制变量，经过程控制器(25)控制变频调速器(21)，调整气泵(18)的曝气量；当氨氮浓度≥1mg·L-1时，加大曝气量为0.8～1.0m3·h-1，当氨氮浓度≤0.1mg·L-1时，减少曝气量为0.5～0.8m3·h-1；也可借助DO传感器(12)，当DO≥6mg·L-1时，减少曝气量为0.5～0.8m3·h-1；当DO≤4mg·L-1时，增大曝气量为0.8～1.0m3·h-1。DO传感器(12)和氨氮传感器(13)可单独作为控制变量。
5)硝态氮传感器(13)在线采集出水箱(11)中的硝态氮浓度，通过计算机(24)的运算，得到实时控制变量，经过程控制器(25)控制变频调速器(22)，调整蠕动泵(20)的回流比，当硝态氮浓度≥13mg·L-1时，加大回流比为300％～400％，当硝态氮浓度≤6.0mg·L-1时，减少回流比100％～200％。
6)TP传感器(15)在线采集出水箱(11)中的TP浓度，通过计算机(24)的运算，得到实时控制变量，经过程控制器(25)控制的变频调速器(22)，调整蠕动泵(20)的回流比，当TP浓度≥1.0mg·L-1时，加大回流比为200％～400％，当TP浓度≤0.1mg·L-1时，减少回流比为100％～200％。
A2/O-BAF工艺集A2/O与BAF优势于一体，成功解决了传统生物脱氮除磷工艺中聚磷菌、反硝化菌与硝化菌的竞争性矛盾，通过缩短泥龄，将硝化过程从A2/O中分离出去，让BAF实现硝化；A2/O在短泥龄条件下运行，发挥其除磷和反硝化效果好的优点；BAF在长泥龄条件下运行，不但不影响系统的除磷效果，反而更有利于硝化效果的稳定和高效。A2/O-BAF工艺的前置反硝化构造，对反硝化聚磷菌(DPAOs)的生长及富集提供了有利环境；同时，A2/O-BAF工艺在低C/N水质条件下运行，有利于DPAOs成为优势菌种，DPAOs以硝酸盐氮为电子受体，以PHAs为电子供体，在完成反硝化脱氮的同时，也实现了除磷，实现了“一碳两用”，最大限度地缓解了城市污水处理中碳源缺乏的技术难题，同时还可节省30％的曝气量，减少50％的污泥产量，使处理水质稳定地达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准。
本发明A2/O-BAF工艺深度脱氮除磷实时控制装置及方法，同现有深度脱氮除磷技术相比，具有下列优点：
1)短泥龄的聚磷菌和反硝化菌与长泥龄的硝化菌实现了分离，解决了他们的竞争性矛盾，使他们各自在最佳的环境中生长，有利于系统的稳定。
2)工艺的前置反硝化构造为反硝化除磷提供了条件，解决了低C/N污水处理过程中碳源缺乏的技术性难题，最大限度地节省外碳源的投加量，在保证处理水质的前提下，减少了运行成本。
3)由于A2/O中不存在硝化菌，在理想状态下回流污泥中不含硝酸盐氮，为聚磷菌充分释磷提供了绝对的厌氧环境。
4)BAF在A2/O之后，污水中的COD和SS得到去除，有利于硝化菌的生长，同时延长了BAF的反冲洗周期。
5)A2/O的好氧区HRT短，减少了曝气量，降低了能耗。
6)氨氮传感器在线监测出水箱中氨氮浓度，在保证出水氨氮达标的前提下，实时调整曝气量，减少了曝气能耗；同时也可借助DO传感器在线监测出水箱中DO浓度，实时调整曝气量，进一步优化了实时控制策略。
7)硝态氮传感器在线采集出水箱中硝态氮浓度，在保证出水TN满足排放标准的前提下，实时调整硝化液回流比，避免浪费能源。
8)TP传感器在线采集出水箱中TP浓度，在出水TP浓度满足排放标准的条件下，实时控制硝化液回流比，减少了能耗。
9)实时控制系统结构简单，自动化程度高，管理维护方便，劳动强度低。
附图说明
图1A2/O-BAF深度脱氮除磷装置及实时控制方法示意图
图1中，1-原水水箱；2-A2/O反应器；3-二沉池；4-BAF反应器；5-实时控制系统；6-蠕动泵；7-厌氧区；8-缺氧区；9-好氧区；10-高压泵；11-出水箱；12-DO传感器；13-氨氮传感器；14-硝态氮传感器；15-TP传感器；16-气体流量计；17-气体流量计；18-气泵；19-蠕动泵；20-蠕动泵；21-变频调速器；22-变频调速器；23-剩余污泥排放口；24-计算机；25-过程控制器
具体实施方式
结合图1，详细说明本发明的运行程序：A2/O-BAF深度脱氮除磷装置及实时控制系统主要由原水水箱(1)、A2/O反应器(2)、二沉池(3)、BAF反应器(4)和实时控制系统(5)构成。
1.A2/O-BAF深度脱氮除磷装置
1)原水水箱(1)经蠕动泵(6)与厌氧区(7)连接，厌氧区(7)与缺氧区(8)连接，缺氧区(8)与好氧区(9)连接，好氧区(9)与二沉池(3)连接。
2)二沉池(3)通过高压泵(10)与BAF(4)连接，BAF(4)通过蠕动泵(20)与缺氧区(8)连接。
3)二沉池(3)经蠕动泵(19)与厌氧区(7)连接，剩余污泥从污泥排放口(23)排放。
4)BAF(4)与出水箱(11)连接，出水箱(11)中安装有DO传感器(12)、氨氮传感器(13)、硝态氮传感器(14)和总磷TP传感器(15)，所述传感器通过实时控制系统(5)与计算机(24)连接，计算机(24)与控制器(25)连接。
5)实时控制系统(5)由计算机(24)、过程控制器(25)、变频调速器(21)、(22)构成，计算机(24)与过程控制器(25)连接，过程控制器(25)与变频调速器(21)、(22)连接；变频调速器(21)与气泵(18)连接，变频调速器(22)与蠕动泵(20)连接。
2.A2/O-BAF深度脱氮除磷装置实时控制方法
(1)原水由原水水箱(1)经蠕动泵(6)进入厌氧区(7)，同步进入的还有来自二沉池(3)的回流污泥。
(2)混合液从厌氧区(7)进入缺氧区(8)，同时进入的还有来自BAF(4)的硝化液。
(3)混合液从缺氧区(8)经好氧区(9)进入二沉池(3)，富含氨氮的上清液经高压泵(10)进入BAF(4)，BAF(4)的出水进入出水箱(11)。
(4)出水箱(11)中安装有DO传感器(12)、氨氮传感器(13)、硝态氮传感器(14)和总磷TP传感器(15)，所述传感器与实时控制系统(5)连接。
(5)实时控制系统(5)由计算机(24)、过程控制器(25)、变频调速器(21)、(22)构成；变频调速器(21)与气泵(18)连接，变频调速器(22)与蠕动泵(20)连接。
(6)氨氮传感器(13)在线采集出水箱(11)中的氨氮浓度，通过计算机(24)的运算，得到实时控制变量，经过程控制器(25)控制变频调速器(21)，调整气泵(18)的曝气量。当氨氮浓度≥1mg·L-1时，加大曝气量为0.8～1.0m3·h-1，当氨氮浓度≤0.1mg·L-1时，减少曝气量为0.5～0.8m3·h-1；也可借助DO传感器(12)，当DO≥6mg·L-1时，减少曝气量为0.5～0.8m3·h-1；当DO≤4mg·L-1时，增大曝气量为0.8～1.0m3·h-1。DO传感器(12)和氨氮传感器(13)可单独作为控制变量。
(7)硝态氮传感器(13)在线采集出水箱(11)中的硝态氮浓度，通过计算机(24)的运，算，得到实时控制变量，经过程控制器(25)控制变频调速器(22)，调整蠕动泵(20)的回流比，当硝态氮浓度≥13mg·L-1时，加大回流比为300％～400％，当硝态氮浓度≤6.0mg·L-1时，减少回流比200％～300％。
(8)TP传感器(15)在线采集出水箱(11)中的TP浓度，通过计算机(24)的运算，得到实时控制变量，经过程控制器(25)控制的变频调速器(22)，调整蠕动泵(20)的回流比，当TP浓度≥1.0mg·L-1时，加大回流比为200％～300％，当TP浓度≤0.1mg·L-1时，减少回流比为100％～200％。
以北京某大学教工住宅小区化粪池生活污水为原水，水质特点表1
表1进水水质特点
试验条件为：A2/O反应器的进水流量为96L·d-1，HRT为7.5h(其中厌氧区0.8h，缺氧区5.0h，好氧区1.7h)，SRT控制在15d，MLSS为4.0g·L-1，曝气生物滤池DO维持在4～6mg·L-1，HRT为0.5h。
在硝化液回流比为300％时，出水中NH4 +-N、NO3 --N、TN和TP等技术指标分别为0.2、9.0、9.6和0.1mg·L-1，在硝化液回流比为400％时，出水中NH4 +-N、NO3 --N、TN和TP等技术指标分别为0.9、8.2、8.7和0.1mg·L-1，以上出水指标均达到国家一级A标准。
Claims (2)
1.A2/O-BAF深度脱氮除磷实时控制装置，主要由原水水箱(1)、A2/O反应器(2)、二沉池(3)、BAF反应器(4)和实时控制系统(5)构成，其特征在于，原水水箱(1)经蠕动泵(6)与厌氧区(7)连接，厌氧区(7)与缺氧区(8)连接，缺氧区(8)与好氧区(9)连接，好氧区(9)与二沉池(3)连接，二沉池(3)通过高压泵(10)与BAF(4)连接，BAF(4)通过蠕动泵(20)与缺氧区(8)连接，二沉池(3)底部污泥出口端经蠕动泵(19)与厌氧区(7)连接，剩余污泥从污泥排放口(23)排放，实时控制系统(5)由计算机(24)、过程控制器(25)、变频调速器(21)、(22)构成，BAF(4)与出水箱(11)连接，出水箱(11)中安装有DO传感器(12)、氨氮传感器(13)、硝态氮传感器(14)和总磷TP传感器(15)，所述传感器与计算机(24)连接，计算机(24)与控制器(25)连接，过程控制器(25)与变频调速器(21)、(22)连接；变频调速器(21)与气泵(18)连接，变频调速器(22)与蠕动泵(20)连接。
2.利用权利要求1的A2/O-BAF深度脱氮除磷装置进行实时控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)原水由原水水箱(1)通过蠕动泵(6)进入厌氧区(7)，同步进入的还有来自二沉池(3)的回流污泥；
2)混合液从厌氧区(7)进入缺氧区(8)，同时进入的还有来自BAF(4)的硝化液；
3)混合液从缺氧区(8)经好氧区(9)进入二沉池(3)进行泥水分离，富含氨氮的上清液经高压泵(10)进入BAF(4)，回流污泥经蠕动泵(19)回流到厌氧区(7)；
4)氨氮传感器(13)在线采集出水箱(11)中的氨氮浓度，通过计算机(24)的运算，得到实时控制变量，经过程控制器(25)控制变频调速器(21)，调整气泵(18)的曝气量；当氨氮浓度≥1mg·L-1时，加大曝气量为0.8～1.0m3·h-1，当氨氮浓度≤0.1mg·L-1时，减少曝气量为0.5～0.8m3·h-1；或借助DO传感器(12)，当DO≥6mg·L-1时，减少曝气量为0.5～0.8m3·h-1；当DO≤4mg·L-1时，增大曝气量为0.8～1.0m3·h-1；
5)硝态氮传感器(13)在线采集出水箱(11)中的硝态氮浓度，通过计算机(24)的运算，得到实时控制变量，经过程控制器(25)控制变频调速器(22)，调整蠕动泵(20)的回流比，当硝态氮浓度≥13mg·L-1时，加大回流比为300％～400％，当硝态氮浓度≤6.0mg·L-1时，减少回流比100％～200％；
6)TP传感器(15)在线采集出水箱(11)中的TP浓度，通过计算机(24)的运算，得到实时控制变量，经过程控制器(25)控制的变频调速器(22)，调整蠕动泵(20)的回流比，当TP浓度≥1.0mg·L-1时，加大回流比为200％～400％，当TP浓度≤0.1mg·L-1时，减少回流比为100％～200％。
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