CN108557991B - 一种调控mbr装置曝气量的方法以及利用mbr装置处理垃圾渗滤液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调控MBR装置曝气量的方法以及利用MBR装置处理垃圾渗滤液的方法，该方法包括：设定溶解氧的初始控制值C0；检测生化处理出水中的实际溶解氧含量Cx和溶解性蛋白质含量Cp，计算溶解性蛋白质含量变化率L；以变化率L为变量，计算溶解氧微调值ΔC；将C0和ΔC的总和设为溶解氧控制值C1；并通过比较C1与实际溶解氧含量Cx来调控MBR装置的曝气量；令C0等于C1，重复步骤(2)～(4)直至调控结束。本发明方法既能够保证MBR装置的生化处理单元对污染物的去除率，又能够确保膜处理单元对活性污泥的过滤性能，从而实现污染物降解率和产水通量的双提高。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种调控MBR装置曝气量的方法以及利用MBR装置处理垃圾渗滤液的方法。
背景技术
在污水处理领域中，MBR(膜生物反应器)是一种活性污泥法与膜分离技术相结合的组合工艺，其原理是采用超滤或微滤膜取代传统活性污泥法中的二沉池对泥水进行分离，具有处理效率高，占地省的优点。MBR工艺一般由生化处理单元和膜处理单元组成。在生化处理单元中，污水中的污染物经过微生物的同化作用或异化作用被降解，处理之后的水和微生物混合物(活性污泥)再通过膜处理单元进行分离，出水按不同水质要求排放或再利用。生化处理单元的污染物降解率和膜处理单元的产水通量决定了整个MBR工艺整体处理效果。
曝气量是影响生化处理单元降解率最重要的控制参数。好氧生物(活性污泥)通过曝气获得生化反应的需氧量，另一方面，反应池内各反应物也通过曝气进行搅拌混合，提高了传质效率。曝气量过小，则生化好氧段微生物活动受到抑制，影响出水有机物和氨氮降解，曝气量过大，则能耗加大，另外还会造成菌胶团解絮，降低膜处理单元的产水通量。
因此，曝气量的大小既影响生化处理单元对污染物的降解效率，也会影响膜处理单元的过滤效率。
然而，由于进水水质及运行工况的不断变化，以及受到成本和技术的限制，现有《给水排水设计手册》所述的曝气量计算公式中，许多参数都无法完全通过传感器实时测得。所以，在实际工程应用中理论曝气量只能在各种参数的经验值基础上进行估算，与实际所需曝气存在较大的偏差，一般仅可作为曝气量控制的参考基线，最终的曝气量控制基本上都是以设定的生化反应池混合液剩余溶解氧C0作为目标。生化池出水剩余溶解氧反映了总曝气量在满足生物需氧量后在水中剩余的氧气量，一般认为剩余溶解氧在2～4mg/L时，即可满足大部分的好氧工艺条件。
目前，现有常规的曝气量控制流程为：在生化池出水端设置溶解氧传感器，实时检测溶解氧浓度CX，比较CX和设定的溶解氧C0，计算偏差CX-C0，根据事先设定的控制策略，人工调整或由自控系统调整曝气量的输出(风机转速或阀门开度)。
常规的曝气量控制系统中生化出水溶解氧C0为恒定值，该值根据工程经验事先确定。恒定的出水溶解氧可以保证满足微生物系统的需氧量，确保系统对污染物的去除率，但是无法保证活性污泥的过滤性能。而活性污泥的过滤性能又是体现整个MBR系统处理效率的另一个重要指标。
因此，有必要优化MBR工艺中曝气量的调控方式，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调控MBR装置曝气量的方法以及利用MBR装置处理垃圾渗滤液的方法，该方法既能够保证MBR装置的生化处理单元对污染物的高去除率，又能够确保膜处理单元对活性污泥的高过滤性能，从而实现污染物降解率和产水通量的双提高。
具体方案如下：
一种调控MBR装置曝气量的方法，该方法在生化处理过程中，以溶解氧含量和溶解性蛋白质含量为检测参数，调控MBR装置的曝气量；
包括以下步骤：
(1)设定溶解氧的初始控制值C0；
(2)检测生化处理出水中的实际溶解氧含量Cx和溶解性蛋白质含量Cp，计算溶解性蛋白质含量变化率L；
(3)以溶解性蛋白质含量变化率L为变量，根据溶解性蛋白质变化率L与溶解氧微调值ΔC的函数关系，计算溶解氧微调值ΔC；
(4)将步骤(1)中溶解氧的初始控制值C0和溶解氧微调值ΔC的总和设为溶解氧控制值C1；并通过比较溶解氧控制值C1与实际溶解氧含量Cx来调控MBR 装置的曝气量；
(5)令初始控制值C0等于溶解氧控制值C1，重复步骤(2)～(4)直至调控结束。
活性污泥中微生物产生的胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP) 是造成超滤膜有机污染的主要物质，而EPS和SMP中的溶解性蛋白质是最重要的超滤膜污染物质，直接影响活性污泥的过滤性能。
试验发现，溶解性蛋白质含量在一定的曝气量范围内与曝气量呈负相关。曝气量过小，微生物处于缺氧状态，细胞大量析出溶解性蛋白质，但曝气量过大，营养物不足以满足微生物生长需要，微生物将处于内源呼吸状态，大量细胞解体，也会造成溶解性蛋白质含量增加。所以，在满足微生物基本需氧量的前提下，根据溶解性蛋白质含量的变化趋势，对出水溶解氧进行控制，使其保持在合理范围，对提高MBR的整体效率具有重要意义。
上述方法为连续化控制方法，调控频率可根据实际情况而定，既可以实时调控，也可以周期性调控。
进一步地，步骤(2)中，通过日平均溶解性蛋白质含量
和五日平均溶解性蛋白质含量
计算溶解性蛋白质含量变化率L，计算公式为：
其中，
为日平均溶解性蛋白质含量、
为五日平均溶解性蛋白质含量； t为天数；L为溶解性蛋白质含量变化率。
进一步地，所述五日平均溶解性蛋白质含量的计算公式为：
其中，
为五日平均溶解性蛋白质含量；
为五日内第d天的溶解性蛋白质含量；d为五日内的天数次序。
进一步地，所述日平均溶解性蛋白质含量的计算公式为：
其中，
为日平均溶解性蛋白质含量；CP为单次测定的溶解性蛋白质含量； n为一日内的检测次序；N为一日内的检测次数。
进一步地，步骤(3)中，所述溶解性蛋白质变化率L与溶解氧微调值ΔC 的函数关系式为：
ΔC＝a·L；
其中，ΔC为溶解氧微调值，单位为mg/L；L为溶解性蛋白质含量变化率，单位为d-1；a为溶解氧调节系数，单位为mg·d/L，a的取值范围为0.5-1.0。
进一步地，步骤(2)中，还包括检测MBR装置生化池中的微生物量XV，并以XV作为修正参数代入溶解性蛋白质变化率L与溶解氧微调值ΔC的函数关系式中，具体为：
其中，ΔC为溶解氧微调值，单位为mg/L；L为溶解性蛋白质含量变化率，单位为d-1；a为溶解氧调节系数，单位为mg·d/L，a的取值范围为0.5-1.0；XV为MBR装置的生化池中的微生物量(MLVSS)，单位为g/L；b为溶解氧微调值的修正系数，b的取值范围为0.1-0.15，单位为mg·d/g；t为天数。
进一步地，步骤(4)中，所述曝气量与溶解氧的函数关系为：
G＝G0+ΔG；
式中：G为曝气量；G0为原始曝气输出量；ΔG为曝气调整量，是溶解氧偏差CX-C1的函数，函数公式由设定的控制策略决定；
ΔG＝g(CX-C1)；
式中：g(x)为曝气量控制策略函数，x＝CX-C1；CX为溶解氧实时检测值，C1为溶解氧控制值。
进一步地，步骤(1)中，溶解氧的初始控制值C0的取值范围是2.0～4.0；步骤(3)中，当溶解氧控制值C1≤1mg/L时，设定溶解氧控制值C1＝1mg/L；当溶解氧控制值≥6mg/L时，设定溶解氧控制值C1＝6mg/L。
上述步骤用于防止以下现象：1、因溶解氧过低造成生化池好氧状态转变为厌氧状态；二、因溶解氧过高，造成微生物菌胶团解絮。
本发明还提供了一种利用MBR装置处理垃圾渗滤液的方法，包括生化处理和膜过滤处理，所述生化处理过程中，以溶解氧含量和溶解性蛋白质含量为检测参数，调控MBR装置曝气量；所述调控MBR装置曝气量的方法如上所述。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明方法同时测定生化处理出水的实际溶解氧含量和溶解性蛋白质含量，通过溶解性蛋白质含量变化率计算溶解氧微调值，并将溶解氧的初始控制值和溶解氧微调值的总和设为溶解氧控制值，进而调控MBR装置的曝气量，并进行连续化的曝气量调控。该方法能够更灵敏的获知污泥中微生物的生长状态，及时做出调控，确保活性污泥的过滤性能，提高膜处理过程中的产水率，延长化学清洗的周期。
附图说明
图1为本发明调控MBR装置曝气量方法的流程示意图。
图2为本发明应用例1中处理液II出水的溶解性蛋白质浓度变化情况。
图3为本发明应用例1中处理液II出水的产水通量的变化情况。
具体实施方式
实施例1
一种调控MBR装置曝气量的方法，其在生化处理过程中，以溶解氧含量和溶解性蛋白质含量为检测参数，调控MBR装置的曝气量；
具体步骤如下：
(1)设定溶解氧的初始控制值C0＝4mg/L；
(2)检测生化处理出水中的实际溶解氧含量Cx和溶解性蛋白质含量Cp，通过日平均溶解性蛋白质含量
和五日平均溶解性蛋白质含量
计算溶解性蛋白质含量变化率L；
溶解性蛋白质含量变化率L的计算公式为：
其中，
为日平均溶解性蛋白质含量、
为五日平均溶解性蛋白质含量； t为天数；L为溶解性蛋白质含量变化率。
五日平均溶解性蛋白质含量的计算公式为：
其中，
为五日平均溶解性蛋白质含量；
为五日内第d天的溶解性蛋白质含量；d为五日内的天数次序。
日平均溶解性蛋白质含量的计算公式为：
其中，
为日平均溶解性蛋白质含量；CP为单次测定的溶解性蛋白质含量； n为一日内的检测次序；N为一日内的检测次数。
(3)以溶解性蛋白质含量变化率L为变量，根据溶解性蛋白质变化率L与溶解氧微调值ΔC的函数关系，计算溶解氧微调值ΔC；
溶解性蛋白质变化率L与溶解氧微调值ΔC的函数关系式为：
其中，ΔC为溶解氧微调值，单位为mg/L；L为溶解性蛋白质含量变化率，单位为d-1；a为溶解氧调节系数，单位为mg·d/L，a值取0.5mg·d/L；XV为MBR 装置的生化池中的微生物量(MLVSS)，单位为g/L；b为溶解氧微调值的修正系数，b值取0.1mg·d/g，单位为mg·d/g；t为天数。
此外，当溶解氧控制值C1≤1mg/L时，设定溶解氧控制值C1＝1mg/L；当溶解氧控制值≥6mg/L时，设定溶解氧控制值C1＝6mg/L。
(4)将步骤(1)中溶解氧的初始控制值C0和溶解氧微调值ΔC的总和设为溶解氧控制值C1；并通过比较溶解氧控制值C1与实际溶解氧含量Cx来调控MBR 装置的曝气量；
所述曝气量与溶解氧的函数关系为：
G＝G0+ΔG；
式中：G为曝气量；G0为原始曝气输出量；ΔG为曝气调整量，是溶解氧偏差CX-C1的函数，函数公式由设定的控制策略决定；
ΔG＝g(CX-C1)；
式中：g(x)为曝气量控制策略函数，x＝CX-C1；CX为溶解氧实时检测值，C1为溶解氧控制值。
(5)令初始控制值C0等于溶解氧控制值C1，重复步骤(2)～(4)进行连续化的曝气量调控，直至调控结束。
应用例1
将实施例1的调控MBR装置曝气量的方法应用于某垃圾渗滤液的处理工艺中，该处理工艺为调节池+两级A/O生化处理-MBR+膜深度处理，处理规模为150m 3/d。
一种利用MBR装置处理垃圾渗滤液的方法，具体步骤如下：
(1)将CODcr＝10000mg/L，NH3-H＝1800mg/L的垃圾渗滤液通入调节池内，进行均质，得到处理液I；
(2)处理液I先后进入两级A/O(缺氧/好氧)生化反应池内，控制生化反应池内的曝气量和水力停留时间为8d，降解去除水中大部分有机碳、总氮等污染物，第二级O池出水得到处理液II，再在MBR装置的膜系统内进行超滤处理，分离微生物后，得到处理液III；
其中，两级A/O(缺氧/好氧)生化反应池的第一级O池以最大曝气量曝气，曝气风机参数为Q＝24.80m3/min，H＝7m，N＝45kW，1台，第二级O池内采用实施例1中曝气量的调控方法，并在处理液II出水处设置在线DO(溶解氧)检测仪，连续检测处理液II出水的溶解氧浓度，根据实际溶解氧浓度和溶解氧控制值之间的偏差由PLC系统自控调整第二级O池曝气风机的工作频率，进而调整曝气风量；该曝气风机的参数为Q＝5.70m3/min，H＝6m，N＝11kW，1台，变频控制；
溶解氧控制值的获得方法是：每天人工检测两次处理液II出水的溶解性蛋白质含量(如图2所示)，检测一次处理液II出水的微生物量MLVSS值，计算日平均溶解性蛋白质含量
自处理开始5日起计算处理液II出水的五日平均溶解性蛋白质含量
以处理液III出水的产水流量计，记录产水量，观察产水通量变化趋势(如图3所示)；
超滤处理中，采用8寸管式超滤膜，单支膜组件过滤面积27㎡，共4支，最低产水通量为65L/㎡·h；
经测定，处理液III中CODcr≤700mg/L；NH3-H≤20mg/L；
(3)处理液III经膜深度处理系统处理后，得到出水。
针对步骤(2)设置对照组(上述方法的步骤(2)为处理组)，处理规模也为150m3/d，该步骤(2)中的第一级O池内以最大曝气量曝气，曝气风机参数为Q＝24.80m3/min，H＝7m，N＝45kW，1台，并在第二级O池出水即处理液II处设置在线DO(溶解氧)检测仪，连续检测处理液II出水的溶解氧浓度，根据实际溶解氧浓度和溶解氧控制值之间的偏差由PLC系统自控调整风机的工作频率，进而调整曝气风量；风机的参数为Q＝5.70m3/min，H＝6m，N＝11kW，1台，变频控制；人工设置对照组第二级O池溶解氧控制值等于C0。除上述内容外，其余指标检测步骤以及超滤条件与处理组相同。
具体试验数据如表1所示：
表1曝气量调控过程中各参数的检测、计算结果以及产水通量结果
由上述结果可知，处理组和对照组的MBR系统的出水水质没有明显区别，均达到了设计要求。但从由表1、图2及图3可以看出，以出水溶解性蛋白质含量变化率作为曝气优化调节的指标，可以有效控制溶解性蛋白质浓度的变化范围，对降低超滤膜的有机污染具有明显的促进作用。
Claims (7)
1.一种调控MBR装置曝气量的方法，其特征在于，在生化处理过程中，以溶解氧含量和溶解性蛋白质含量为检测参数，调控MBR装置的曝气量；
包括以下步骤：
(1)设定溶解氧的初始控制值C0；
(2)检测生化处理出水中的实际溶解氧含量Cx和溶解性蛋白质含量Cp以及MBR装置生化池中的微生物量XV，计算溶解性蛋白质含量变化率L；
(3)以溶解性蛋白质含量变化率L为变量，根据溶解性蛋白质变化率L与溶解氧微调值ΔC的函数关系，计算溶解氧微调值ΔC；
所述溶解性蛋白质变化率L与溶解氧微调值ΔC的函数关系式为：
ΔC＝a·L；
其中，ΔC为溶解氧微调值，单位为mg/L；L为溶解性蛋白质含量变化率，单位为d-1；a为溶解氧调节系数，单位为mg·d/L，a的取值范围为0.5-1.0；
或者，以XV作为修正参数代入溶解性蛋白质变化率L与溶解氧微调值ΔC的函数关系式中，具体为：
其中，ΔC为溶解氧微调值，单位为mg/L；L为溶解性蛋白质含量变化率，单位为d-1；a为溶解氧调节系数，单位为mg·d/L，a的取值范围为0.5-1.0；XV为MBR装置的生化池中的微生物量MLVSS，单位为g/L；b为溶解氧微调值的修正系数，b的取值范围为0.1-0.15，单位为mg·d/g；t为天数；
(4)将步骤(1)中溶解氧的初始控制值C0和溶解氧微调值ΔC的总和设为溶解氧控制值C1；并通过比较溶解氧控制值C1与实际溶解氧含量Cx来调控MBR装置的曝气量；
(5)令初始控制值C0等于溶解氧控制值C1，重复步骤(2)～(4)直至调控结束。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，通过日平均溶解性蛋白质含量
和五日平均溶解性蛋白质含量
计算溶解性蛋白质含量变化率L，计算公式为：
其中，
为日平均溶解性蛋白质含量、
为五日平均溶解性蛋白质含量；t为天数；L为溶解性蛋白质含量变化率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述五日平均溶解性蛋白质含量的计算公式为：
其中，
为五日平均溶解性蛋白质含量；
为五日内第d天的溶解性蛋白质含量；d为五日内的天数次序。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述日平均溶解性蛋白质含量的计算公式为：
其中，
为日平均溶解性蛋白质含量；CP为单次测定的溶解性蛋白质含量；n为一日内的检测次序；N为一日内的检测次数。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述曝气量与溶解氧的函数关系为：
G＝G0+ΔG；
式中：G为曝气量；G0为原始曝气输出量；ΔG为曝气调整量，是溶解氧偏差CX-C1的函数，函数公式由设定的控制策略决定；
ΔG＝g(CX-C1)；
式中：g(x)为曝气量控制策略函数，x＝CX-C1；CX为溶解氧实时检测值，C1为溶解氧控制值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，溶解氧的初始控制值C0的取值范围是2.0～4.0；步骤(4)中，当溶解氧控制值C1≤1mg/L时，设定溶解氧控制值C1＝1mg/L；当溶解氧控制值≥6mg/L时，设定溶解氧控制值C1＝6mg/L。
7.一种利用MBR装置处理垃圾渗滤液的方法，包括生化处理和膜过滤处理，其特征在于，所述生化处理过程中，以溶解氧含量和溶解性蛋白质含量为检测参数，调控MBR装置曝气量；所述调控MBR装置曝气量的方法如权利要求1～6任一项所述。
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