CN109052865B - 一种污水处理装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污水处理装置和方法。该装置包括依次设置的AAO单元和eMBR单元，还包括：水量调节池；其中，所述AAO单元包括依次设置的厌氧池、缺氧池和好氧池，所述水量调节池设置在厌氧池的前端；所述eMBR单元包括依次平行设置的阳极板、膜组件和阴极板，所述阳极板和阴极板与电源连接。处理过程中反应器的容积、曝气量、污泥回流量、电流密度可以根据进水水质和水量情况智能自动调节，适应于水质水量波动变化的污水处理情形，提高设备抗冲击能力，保证出水的水质水量，降低能耗，减少二次污染。

Description

一种污水处理装置和方法
技术领域
本发明实施例涉及污水处理技术，尤其涉及一种污水处理装置和方法。
背景技术
水处理是一个物化、生化集成系统，其内部各处理环节和反应机理复杂，并且动态性、非线性、多变量、随机性等特点，传统的污水处理厂依靠人为经验，多采用常规的仪表监控，各处理系统分散，综合管理效率不高。
人工智能(Artificial Intelligence，缩写为AI)，主要包括数据获得、数据存储、学习和决策执行几个部分。其中，机器学习是人工智能的核心，计算机通过各种人工智能算法对数据进行统计分析，获得其中的关联并建立数学模型，并可以根据该数学模型作出决策并执行。
AAO法(又称A2O法，Anaerobic-Anoxic-Oxic，厌氧-缺氧-好氧法)，是一种常用的污水处理工艺，可用于二级污水处理或三级污水处理，以及中水回用，具有良好的脱氮除磷效果。AAO法的各个单元的容积、水力停留时间等均是在设计阶段根据需要处理的污水水质水量进行分析计算得出，当入水水质和水量发生不规律性波动性变化时，难以实时有效保证系统全局稳定性、最低能耗运行和出水达标排放，或者为保证出水质量而降低能源和资源的有效利用率造成不必要的浪费。
膜生物反应器(membrane bioreactor，MBR)作为膜分离与生物技术有机结合的污水处理技术，具有出水水质好、系统处理效率高、负荷率高、结构紧凑占地面积小、便于自动化控制等优点，是一种高效的生物处理技术，在污水处理和回用方面极具发展前景。但由于膜污染会导致膜通量下降，增加膜的清洗和更换频率，直接影响了膜组件的效率和使用寿命，从而已成为膜生物反应器水处理技术推广运用的主要障碍。
发明内容
本发明提供一种污水处理装置和方法，根据污水的水质水量调节AAO单元和MBR单元的参数，保证出水的水质水量，减轻膜污染。
第一方面，本发明实施例提供了一种污水处理装置，包括依次设置的AAO单元和eMBR单元，还包括：水量调节池；其中，
所述AAO单元包括依次设置的厌氧池、缺氧池和好氧池，所述水量调节池设置在厌氧池的前端；
所述eMBR单元包括依次平行设置的阳极板、膜组件和阴极板，所述阳极板和阴极板与电源连接；
水量调节池、厌氧池、缺氧池、好氧池和eMBR单元的容积可调节。
其中，所述污水处理装置由两块平行设置的固定侧壁和两块垂直于所述固定侧壁设置的可移动端板组成处理池，由至少四块平行于所述可移动端板设置的可移动隔板将所述处理池分隔为水量调节池、厌氧池、缺氧池、好氧池和eMBR单元；
所述可移动端板分别设置于进水口和出水口；
所述可移动端板和所述可移动隔板的两端分别与固定侧壁滑动连接，可在电机驱动下移动，用于调节每个水池的容积。
进一步的，所述污水处理还包括：至少一个曝气设备；
所述曝气设备分别设置在水量调节池、好氧池和eMBR单元的一个或多个中。
进一步的，所述污水处理装置还包括：
水质检测设备，用于检测第一进出水水质参数并发送到人工智能系统；
水量监测设备，用于监测进出水水量并发送到人工智能系统；
人工智能系统，用于根据第一进出水水质参数、进出水水量，分别计算水量调节池、厌氧池、缺氧池、好氧池和eMBR单元的容积和污泥回流量、曝气量，发出控制指令调整可移动隔板和/或可移动端板的位置、调节曝气设备的曝气量，以及调整eMBR单元的电流密度。
其中，所述膜组件与所述阴极板的距离小于所述膜组件与所述阳极板的距离。
所述膜组件为平板膜或帘式中空纤维膜；
所述阳极板为铁板；
所述阴极板为不锈钢电极或石墨电极。
进一步的，所述eMBR单元还包括：感应电极；
所述感应电极设置在阳极板和膜组件之间，为钛基体钌铱涂层电极或钛基体二氧化锰涂层电极。
另一方面，本发明还提供一种污水处理方法，由上述的污水处理装置执行，包括：
分别实时检测进水和出水的水质，获得第一进出水参数；
获取进出水水量；
采用人工智能算法，根据第一进出水参数和进出水水量，计算得到第二进出水参数；
根据第一进出水参数、进出水水量和第二进出水参数，分别计算并调整AAO单元各处理池的容积、曝气量和污泥回流量，以及计算并调整eMBR单元的容积、曝气量和电流密度。
其中，采用人工智能算法，根据第一进出水参数和进出水水量，计算得到第二进出水参数之前，还包括：
对多个污水样本进行水质分析，获得多组样本数据，所述样本数据包括第一进出水参数、进出水水量和第二进出水参数；
通过人工智能算法对所述多组样本数据进行学习。
其中，所述第一进出水参数包括ORP(氧化还原电位)、DO(溶解氧)、pH和MLSS(活性污泥浓度)；所述第二进出水参数包括BOD(生化需氧量)、COD(化学需氧量)、总磷、总氮。
本发明通过对进出水水质水量进行分析，并提供容积可调节的污水处理池，根据人工智能算法的分析结果，对污水处理的各项参数进行调节，包括反应器的容积、曝气量、污泥回流量、电流密度等，以提供符合要求的污水处理条件，适应于水质水量波动变化的污水，防止设备冲击，保证出水的水质水量，降低能耗，减少二次污染。
附图说明
图1为本发明实施例一中污水处理装置的结构示意图；
图2是本发明实施例二中污水处理方法的流程图。
图中：
1、AAO单元；2、eMBR单元；3、水量调节池；4、人工智能系统；5、曝气设备；6、水质检测设备；7、水量监测设备；8、侧壁；9、可移动端板；10、可移动隔板；11、厌氧池；12、缺氧池；13、好氧池；14、电机；21、阳极板；22、阴极板；23、膜组件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的污水处理装置的结构示意图，本实施例可适用于各种需要污水处理的情况，该装置具体包括：依次设置的AAO单元1和eMBR单元2，还包括：水量调节池3。
如图1所示，所述AAO单元1包括依次设置的厌氧池11、缺氧池12和好氧池13，所述水量调节池3设置在厌氧池11的上游。
所述eMBR单元2(加电场膜生物反应器)包括依次平行设置的阳极板21、膜组件23和阴极板22，所述阳极板21和阴极板22电连接。所述膜组件23与所述阴极板22的距离小于所述膜组件23与所述阳极板21的距离。
其中，所述膜组件23为平板膜或帘式中空纤维膜；所述阳极板21为铁板；所述阴极板22为不锈钢电极或石墨电极。进一步的，在阳极板和膜组件之间设置感应电极，感应电极为钛基体钌铱涂层电极或钛基体二氧化锰涂层电极，可以起到消毒作用。
电极通电后，通过电解分别产生铝/铁离子和活性氯，有机质在絮凝和氧化作用下在膜组件23表面形成多孔和亲水的滤饼层，滤饼层能够有效抑制膜孔堵塞又能提高水通量，高效控制膜污染，显著提升水质。并且，带负电的活性淤泥受到阴极板22的电场排斥力作用，向远离膜组件23的方向运动，可减少膜组件23上的淤泥覆着，相应的，可减少膜的清洗和更换频率，延长膜组件23的使用寿命，提高污水处理效率。同时，利用电场效应、电化学氧化和电气浮作用，无需加药仅通过电絮凝作用优化工艺除磷性能。
进一步的，水量调节池3、厌氧池11、缺氧池12、好氧池13和eMBR单元2的容积可调节。
具体为：由两块平行设置的固定侧壁8和两块垂直于所述固定侧壁8设置的可移动端板9组成处理池，由至少四块平行于所述可移动端板9设置的可移动隔板10将所述处理池分隔为水量调节池3、厌氧池11、缺氧池12、好氧池13和eMBR单元2；所述可移动端板9分别设置于进水口和出水口；所述可移动端板9和所述可移动隔板10的两端分别与固定侧壁8滑动连接，在电机的驱动下移动，用于调节每个水池的容积。所述可移动端板9和所述可移动隔板10为栅栏式，可供污水流过。
进一步的，该装置还包括：至少一个曝气设备5；所述曝气设备5分别设置在水量调节池3、好氧池13和eMBR单元2的一个或多个中。
进一步的，所述污水处理装置还包括：
水质检测设备6，用于检测第一进出水水质参数并发送到人工智能系统4，包括但不限于ORP、pH、DO、MLSS等可通过仪器测量得到的参数。
水量监测设备7，用于监测进出水水量并发送到人工智能系统4。
人工智能系统4，根据对多个污水样本进行水质分析获得的多组样本数据，通过人工智能算法(如神经网络算法)对所述多组样本数据进行学习，建立关系模型，所述样本数据包括第一进出水参数、进出水水量和第二进出水参数。
应用中，人工智能系统4根据检测到的第一进出水水质参数(ORP、pH、DO、MLSS)和进出水水量，以及上述关系模型，获得第二进出水参数(BOD、COD、总磷、总氮)。第二进出水参数通常需要实验室加药测定，本实施中，通过上述的样本建立关系模型，就可以通过仪器测得的第一进出水参数和进出水水量，推算出第二进出水参数，推算结果可实时获得，用于后续的设备调节，可起到及时调节的辅助作用。
进一步的，根据第一进出水参数、进出水水量和第二进出水参数，分别计算AAO单元1各处理池的容积、曝气量和污泥回流量，以及计算eMBR单元2的容积、曝气量和电流密度，以此调整可移动隔板10和/或可移动端板9，调节曝气设备5的曝气量，以及调节eMBR单元2的电流密度。
可移动隔板10和可移动端板9通过电机等驱动设备调节，由人工智能系统4控制。该人工智能系统4与水质检测设备6、水量监测设备7和电机等可以是有线连接，集成在该污水处理装置中，也可以无线连接，设置在较远的机房。
传统的污水处理厂在设计规划时需要采集待处理的污水样本，遵照AAO设计规范，根据AAO原理，由固定的水质水量数据计算出厌氧池、缺氧池和好氧池的容积并施工建设，在面对水质和/或水量不规律的波动变化时，设备的抗冲击能力弱，出水未必能够达标，或者产生不必要的能耗。
本实施例中，根据人工智能算法，各个池可随时根据水质水量调节到合适的容积，在HRT、曝气量等能源有效利用的前提下，保证出水的水质水量达到排放要求。
实施例二
图2为本发明实施例所提供的污水处理方法的流程图，由上述实施例的污水处理装置来执行，解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
如图2所示，该污水处理方法包括如下步骤：
S11，分别实时检测进水和出水的水质，获得第一进出水参数。
采用相应的水质检测仪器，检测进出水的ORP、pH、DO、MLSS。
S12，获取进出水水量。
采用水量监测设备获取进水水量和出水水量。
S13，采用人工智能算法，根据第一进出水参数和进出水水量，计算得到第二进出水参数。
在此之前，需要先进行大数据收集，包括：对多个污水样本进行水质分析，获得多组样本数据，并传输至云端数据库。所述样本数据包括第一进出水参数、进出水水量和第二进出水参数。然后，通过人工智能算法对所述多组样本数据进行学习，建立样本数据之间的关系模型。
在检测到水质和/或水量发生变化时，根据该关系模型，推算此时的第二进出水参数。
S14，根据第一进出水参数、进出水水量和第二进出水参数，分别计算并调整AAO单元各处理池的容积、曝气量和污泥回流量，以及计算并调整eMBR单元的容积、曝气量和电流密度。
根据第一进出水参数、进出水水量和第二进出水参数，计算得到此时最合理的HRT、曝气量、污泥回流量、反应器容积以及EMBR单元的电流密度，并依此对各个处理池的容积进行调节，相应的，也应该调整AAO单元各处理池和eMBR单元的曝气量、EMBR单元的电流密度等关系到污水处理质量的因素，以实现低能耗运行、出水达标排放的双重目的。
根据水质水量调控电流密度，控制电絮凝、电氧化反应速度，提升水处理效率，优化膜污染控制。例如，当总磷数值异常时增大电流密度加大电絮凝强度以达到去除磷的目的；当COD、氨氮等值异常且MLSS异常时认为电絮凝释铁对微生物产生毒害作用，这时降低电流密度以达到调节微生物活性的作用。
本实施例中，所述人工智能算法依据水质水量智能控制eMBR电流密度，动态调节水中腐殖质尺寸和电性，使其处于处于最佳大小和最佳极性，在线形成与水质条件相匹配的滤饼层结构，控制滤饼层孔隙为膜孔尺寸的120～150％，控制滤饼层电性为中性左右，优化膜污染控制，更好的发挥电控eMBR的功能。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种污水处理装置，包括依次设置的AAO单元和eMBR单元，其特征在于，还包括：水量调节池；其中，
所述AAO单元包括依次设置的厌氧池、缺氧池和好氧池，所述水量调节池设置在厌氧池的前端；
所述eMBR单元包括依次平行设置的阳极板、膜组件和阴极板，所述阳极板和阴极板与电源连接；
水量调节池、厌氧池、缺氧池、好氧池和eMBR单元的容积可调节；
所述污水处理装置由两块平行设置的固定侧壁和两块垂直于所述固定侧壁设置的可移动端板组成处理池，由至少四块平行于所述可移动端板设置的可移动隔板将所述处理池分隔为水量调节池、厌氧池、缺氧池、好氧池和eMBR单元；
所述可移动端板分别设置于进水口和出水口；
所述可移动端板和所述可移动隔板的两端分别与固定侧壁滑动连接，可在电机驱动下移动，用于调节每个水池的容积；所述可移动端板为栅栏式端板，所述可移动隔板为栅栏式隔板。
2.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，还包括：至少一个曝气设备；
所述曝气设备分别设置在水量调节池、好氧池和eMBR单元的一个或多个中。
3.根据权利要求2所述的污水处理装置，其特征在于，还包括：
水质检测设备，用于检测第一进出水水质参数并发送到人工智能系统；
水量监测设备，用于监测进出水水量并发送到人工智能系统；
人工智能系统，用于根据第一进出水水质参数、进出水水量，分别计算水量调节池、厌氧池、缺氧池、好氧池和eMBR单元的容积和污泥回流量、曝气量，发出控制指令调整可移动隔板和/或可移动端板的位置、调节曝气设备的曝气量，以及调整eMBR单元的电流密度。
4.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于：所述膜组件与所述阴极板的距离小于所述膜组件与所述阳极板的距离。
5.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于：
所述膜组件为平板膜或帘式中空纤维膜；
所述阳极板为铁板；
所述阴极板为不锈钢电极或石墨电极。
6.根据权利要求5所述的污水处理装置，其特征在于，所述eMBR单元还包括：感应电极；
所述感应电极设置在阳极板和膜组件之间，为钛基体钌铱涂层电极或钛基体二氧化锰涂层电极。
7.一种污水处理方法，其特征在于，采用权利要求1至6任一项所述的污水处理装置，包括：
分别实时检测进水和出水的水质，获得第一进出水参数；
获取进出水水量；
采用人工智能算法，根据第一进出水参数和进出水水量，计算得到第二进出水参数；
根据第一进出水参数、进出水水量和第二进出水参数，分别计算并调整AAO单元各处理池的容积、曝气量和污泥回流量，以及计算并调整eMBR单元的容积、曝气量和电流密度；
其中，所述污水处理装置由两块平行设置的固定侧壁和两块垂直于所述固定侧壁设置的可移动端板组成处理池，由至少四块平行于所述可移动端板设置的可移动隔板将所述处理池分隔为水量调节池、厌氧池、缺氧池、好氧池和eMBR单元；所述可移动端板分别设置于进水口和出水口；所述可移动端板和所述可移动隔板的两端分别与固定侧壁滑动连接，可在电机驱动下移动，用于调节每个水池的容积；所述可移动端板为栅栏式端板，所述可移动隔板为栅栏式隔板；
所述调整AAO单元各处理池的容积具体为通过电机移动所述可移动端板和/或所述可移动隔板。
8.根据权利要求7所述的污水处理方法，其特征在于，采用人工智能算法，根据第一进出水参数和进出水水量，计算得到第二进出水参数之前，还包括：
对多个污水样本进行水质分析，获得多组样本数据，所述样本数据包括第一进出水参数、进出水水量和第二进出水参数；
通过人工智能算法对所述多组样本数据进行学习。
9.根据权利要求7所述的污水处理方法，其特征在于：
所述第一进出水参数包括ORP、DO、pH和MLSS；
所述第二进出水参数包括BOD、COD、总磷、总氮。
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