CN111410314B - 一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法及其装置，解决了以末端出水指标为指导的污水处理系统调控存在极大滞后性的问题。本发明首先依据全方位分析水质的方法，具体呈现出整个氧化沟脱氮除磷的阶段进程，为系统调控提供数据模型；然后根据多组全方位分析数据筛选出的反应拐点，在此点位监测总磷、总氮、正磷酸盐、硝氮等数据，对生物系统脱氮除磷的过程，以及进、出水水质进行预判，避免造成严重影响；通过自动采样、自动泥水分离、自动监测水质并上传、自动取样留存、自动分析预警，判断出异常时，通过中央处理器对调整曝气系统、加药系统、回流及进水系统、监测系统等进行自动调整，消除异常。

Description

一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法及其装置

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别是指一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法及其装置。

背景技术

在现有技术中，以河南省中部地区某城市污水处理厂为例，此污水处理厂共分两期建成投运，两期独立运行。其中一期工程设计10万吨/天的处理规模，于2004年建成投运，目前超负荷运行，实际日处理污水约在10.5~11万吨/天；二期工程设计10万吨/天规模，于2009年建成投运，目前超负荷运行，实际日处理污水约在10.5~11.5万吨/天。一期和二期主体均采用改良氧化沟的生物处理工艺和混凝、沉淀、过滤、消毒的深度处理工艺。其中一期氧化沟的结构如附图2所示。

在现有技术中，氧化沟水质检测主要依靠人工取样及化验，但人工检测的人力成本较高，故只对进水口和生物处理系统出水进行取样检测，这样就会导致对中间反应过程数据把控及指导性较差，而在线监测又因氧化沟混合液成分复杂，各项指标检测存在精度低、可靠性差的缺点，故目前各污水厂生物处理系统脱氮除磷的具体的各个阶段无法直观的表现，对系统的调控主要为末端出水指标的指导，存在极大滞后性。当出水出现异常，往往需要6-8个小时以上才能使其恢复正常，而在这6-8小时时间内在线监测数据面临超标风险。此外，为了使工艺在最短时间内恢复正常，需要投入非常高的成本。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的以末端出水指标为指导的污水处理系统调控存在极大滞后性的问题，本发明提出了一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法及其装置。

本发明的技术方案是：一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法，包括以下步骤：

步骤一，在氧化沟的各个廊道内设置取样点，对氧化沟进行全方位检测分析，判断出反应拐点，根据反应拐点确定对应水质待测成分的上限数据和指标下限数据，向PLC控制器输入水质待监测成分的上限数据和下限数据；

步骤二，在反应拐点处设置自动取样装置，作为检测点；

步骤三，自动取样装置自动从氧化沟内抽取污水，然后对抽取的污水进行泥水分离后得到污水上清液，污水上清液流入上清液缓存罐内进行暂存；

步骤四，把步骤三中每隔1~2小时得到的污水上清液一部分排入一个试样瓶内进行暂存，并对该试样瓶进行时间、检测点的标记；把上清液缓存罐内剩余的污水上清液全部排出；

步骤五，通过水质检测装置对上清液缓存罐内的污水上清液进行检测得到实时水质检测数据，得出的实时水质数据传输给PLC控制器，PLC控制器根据水质待监测成分的上限数据和下限数据判断实时水质检测数据是否正常；

步骤六，若步骤五中PLC控制器判断出实时水质监测数据存在异常，则取出异常取样点的试样瓶，按时间顺序对试样瓶内的污水上清液的水质成分进行精确检测，判断出异常成分以及异常成分存在的时长；

步骤七，根据步骤六中确定的异常成分以及异常成分存在的时长，采取对应的措施消除异常；

步骤八：若步骤五中PLC控制器判断出实时水质监测数据处于正常范围，则重复步骤三、步骤四，直至污水上清液的总测量时常达到10小时；若无异常，把所有的试样瓶全部清空，继续重复步骤三、步骤四。

所述步骤三中的上清液缓存罐的底部设有排液管I，上清液缓存罐的进液口出设有调节阀，通过调节阀调节上清液缓存罐的进液速度，使上清液缓存罐内的污水上清液被检测时，上清液缓存罐的进液速度和排液速度达到动态平衡。

所述水质待监测成分主要包括COD、NH₃-N、PO₄ ^3-、NO₃-N。

所述步骤七中的消除异常措施主要通过系统自动调控或人工调控，根据实时水质监测数据，按照异常严重程度调配水量，调配时按照优先调控系统受影响较轻的系列，再调控受影响较重的系列进行调整的原则，根据总进水情况，将需优先调控的系列进水关闭，外回流关闭，内回流调大进行大气量闷曝，调大药剂及曝气量，快速调整溶解氧至10mg/L，投加碳源和除磷药剂，以便快速提高微生物系统活性。

所述自动取样装置包括取样泵，取样泵的进水口连接有抽水管，抽水管的管口设在氧化沟的取样点处，抽水管上设有总进水阀，取样泵的出水口通过取样进水管与泥水分离罐的下部连接，取样进水管上设有取样进水阀，泥水分离罐的底部设有排渣管，排泥支管上设有排渣阀门，泥水分离罐的顶部设有溢流口，溢流口处连接有排泥管，排渣管的另一端与排泥管的中部连通；泥水分离罐的上部设有上清液排出口，上清液排出口通过管道与上清液缓存罐的上部连通，上清液排出口和上清液缓存罐之间的管道上设有上清液阀门，水质检测装置的监测探头设在上清液缓存罐内部；上清液缓存罐的底部设有排液管I，上清液缓存罐的下部设有试样瓶，试样瓶上设有取样总阀门和蠕动泵，试样瓶的另一端并联连接有至少五个试样瓶，排液管II与每个试样瓶的连接管道上均设有受PLC控制器独立控制的电磁阀I；试样瓶的底部通过支管与排液管II连接，试样瓶与排液管II之间的支管上均设有受PLC控制器独立控制的电磁阀II。

所述泥水分离罐上内设有搅拌器，搅拌器的搅拌叶片设在泥水分离罐的下部。

所述泥水分离罐的下部设有反冲洗用的反冲端口，反冲端口出水设有反冲洗阀门。

所述泥水分离罐的下部连接有助凝剂加药系统，助凝剂加药系统包括助凝剂储存罐，助凝剂储存罐通过管道与收PLC控制器控制的加药泵连接，加药泵的出口与泥水分离罐的下部管道连接，加药泵的出口与泥水分离罐的连接管道上设有单向阀。

所述各个取样点的PLC控制器均连接有异常报警器，异常报警器包括响应超标异常的超标报警器和不达标报警器。

所述步骤五中，得出的实时水质数据同时传输给PLC控制器和中控室的中央处理器，中央处理器把处理后的实时水质数据处理后形成数据图传输给图像显示器显示出来。

本发明的优点：（1）依据全方位分析水质的方法，具体呈现出整个氧化沟脱氮除磷的阶段进程，为系统调控提供数据模型。（2）根据多组全方位分析数据筛选出的反应拐点，在此点位监测总磷、总氮、正磷酸盐、硝氮等数据，对生物系统脱氮除磷的过程，以及进、出水水质进行预判，提前6-8小时预知异常情况，以便提前采取相应的工艺措施，避免造成严重影响。（3）自动取样水质装置和自动监测装置可完成自动采样、自动泥水分离、自动监测水质并上传、自动取样留存、自动分析预警等功能，在判断出进水水质异常时，可以通过反馈给中央处理器后，对调整曝气系统、加药系统、回流及进水系统、监测系统等进行自动调整，减少人工成本，并对工艺调控提供及时、可靠的数据支撑。（4）在因进水水质异常引起的生物系统活性受到抑制，以及水质波动时，及时、准确的工艺应对措施能避免出水水质波动的风险。采取调大DO、投加碳源、调小水量、关闭外回流、加大内回流等措施，可快速恢复生物系统活性，10h内可将系统内9mg/L氨氮降低至1mg/L以下，快速降低出水水质指标，以保障水质稳定达标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为某污水处理厂的污水处理流程图；

图2为图1中的其中一期氧化沟结构示意图；

图3为本发明的系统流程示意图；

图4为图3中的自动取样及监测装置的结构示意图；

图5为总氮全方位分析折线图。

图中，1、取样泵，2、总进水阀，3、取样进水阀，4、泥水分离罐，5、搅拌器，6、排泥管，7、溢流阀门，8、反冲洗阀门，9、排渣阀门，10、上清液阀门，11、上清液缓存罐，12、水质监测系统，13、监测探头，14、取样输送管，15、取样总阀门，16、蠕动泵，17、取样二级阀门，18、试样瓶，19、排液管II，20、排液管I。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法的实施例，包括以下步骤：

步骤一，在氧化沟的各个廊道内设置取样点，对氧化沟进行全方位检测分析，判断出反应拐点，根据反应拐点确定对应水质待测成分的上限数据和指标下限数据，向PLC控制器输入水质待监测成分的上限数据和下限数据；

步骤二，在反应拐点处设置自动取样装置，作为检测点；

步骤三，自动取样装置自动从氧化沟内抽取污水，然后对抽取的污水进行泥水分离后得到污水上清液，污水上清液流入上清液缓存罐内进行暂存；

步骤四，把步骤三中每隔1~2小时得到的污水上清液一部分排入一个试样瓶内进行暂存，并对该试样瓶进行时间、检测点的标记；把上清液缓存罐内剩余的污水上清液全部排出；

步骤五，通过水质检测装置对上清液缓存罐内的污水上清液进行检测得到实时水质检测数据，得出的实时水质数据传输给PLC控制器，PLC控制器根据水质待监测成分的上限数据和下限数据判断实时水质检测数据是否正常；其中水质待监测成分主要包括COD、NH₃-N、PO₄ ^3-、NO₃-N，本实施例中的水质检测装置主要包括多参数水质在线监测仪、氨氮在线分析仪、磷酸盐在线分析仪。

步骤六，若步骤五中PLC控制器判断出实时水质监测数据存在异常，则取出异常取样点的试样瓶，按时间顺序对试样瓶内的污水上清液的水质成分进行精确检测，判断出异常成分以及异常成分存在的时长；

步骤七，根据步骤六中确定的异常成分以及异常成分存在的时长，通过系统自动调控或人工调控，根据实时水质监测数据，按照异常严重程度调配水量，调配时按照优先调控系统受影响较轻的系列，再调控受影响较重的系列进行调整的原则，根据总进水情况，将需优先调控的系列进水关闭，外回流关闭，内回流调大进行大气量闷曝，调大药剂及曝气量，快速调整溶解氧至10mg/L左右，投加碳源和除磷药剂，以便快速提高微生物系统活性，最终消除异常；

步骤八：若步骤五中PLC控制器判断出实时水质监测数据处于正常范围，则重复步骤三、步骤四，直至污水上清液的总测量时常达到10小时；若无异常，把所有的试样瓶全部清空，继续重复步骤三、步骤四。

步骤九，步骤五中得出的实时水质数据，同时传输给PLC控制器和中控室的中央处理器，中央处理器把处理后的实时水质数据处理后形成数据图传输给图像显示器显示出来。

进一步，步骤三中的上清液缓存罐的底部设有排液管I，上清液缓存罐的进液口出设有调节阀，通过调节阀调节上清液缓存罐的进液速度，使上清液缓存罐内的污水上清液被检测时，上清液缓存罐的进液速度和排液速度达到动态平衡。

上述一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法中所提到的自动取样装置，如图4所示，包括取样泵1，取样泵1的进水口连接有抽水管，抽水管的管口设在氧化沟的取样点处，抽水管上设有总进水阀2，取样泵1的出水口通过取样进水管与泥水分离罐4的下部连接，取样进水管上设有取样进水阀3，泥水分离罐4上内设有搅拌器5，搅拌器5的搅拌叶片设在泥水分离罐4的下部。泥水分离罐4的下部连接有助凝剂加药系统，助凝剂加药系统包括助凝剂储存罐，助凝剂储存罐通过管道与收PLC控制器控制的加药泵连接，加药泵的出口与泥水分离罐4的下部管道连接，加药泵的出口与泥水分离罐4的连接管道上设有单向阀。

泥水分离罐4的底部设有排渣管和反冲洗用的反冲端口，反冲端口出水设有反冲洗阀门8。排泥支管上设有排渣阀门9，泥水分离罐4的顶部设有溢流口，溢流口处连接有排泥管6，排渣管的另一端与排泥管6的中部连通；泥水分离罐4的上部设有上清液排出口，上清液排出口通过管道与上清液缓存罐的上部连通，上清液排出口和上清液缓存罐之间的管道上设有上清液阀门10，水质检测装置的监测探头13设在上清液缓存罐内部；上清液缓存罐的底部设有排液管I20，上清液缓存罐的下部设有试样瓶18，试样瓶18上设有取样总阀门15和蠕动泵16，试样瓶18的另一端并联连接有至少五个试样瓶18，排液管II19与每个试样瓶18的连接管道上均设有受PLC控制器独立控制的电磁阀I；试样瓶18的底部通过支管与排液管II19连接，试样瓶18与排液管II19之间的支管上均设有受PLC控制器独立控制的电磁阀II。

工作原理：本方法以活性污泥法中改良氧化沟为例，共分三部分：通过对改良氧化沟进行全方位检测分析诊断判断反应拐点，并通过多组数据的分析确定拐点数据与出水数据的对应关系，从而确定拐点处对应指标的上下限；在监测点安装自动取样分析装置；监测预警后的处理方法。

首先，通过对改良氧化沟进行全方位检测分析诊断判断反应拐点，确定检测点和对应指标的上下限。如图2所示，依据氧化沟的构造，在氧化沟的不同的廊道选取取样点，检测水质数据，主要为COD、NH₃-N、PO₄ ^3-、NO₃-N等，了解氧化沟全方位过程中脱氮除磷的各个阶段进程。以图1和图2所所示的污水处理厂一期系统中的硝氮为例，经全方位检测分析后，得到图5所示的总氮全方位分析折线图，从图5中发现，三廊道末端选取的点位与其他点位比较，水质检测中NO₃ ^-含量急剧升高，说明此位置硝化反应进程正常，可以在此点位设置硝氮的自动检测装置，来进行对硝氮的实时监测。在全方位检测分析中，应收集不同时段的数据，确定正常进程下，监测数据的上下限，从而判断异常情况。同理，COD、NH₃-N、PO₄ ^3-，也可以找到同样的有代表性的点位。如无法找到明显的有监测价值的反应拐点，可以多次更换取样点，重新化验检测。日常工艺运行中，可以依据全方位分析中这些有代表性的数据，来分析氧化沟整个反应进程，判断各个阶段是否出现异常。

其次，在监测点位安装自动取样装置和水质监测装置，由图2可见三廊道（第一个好氧廊道末端）为反应拐点，由此确定取样点位在三廊道末端，在监测点位加装自动取样装置及水质监测装置，实时监测水质变化。自动取样装置水质监测装置主要包括：自动取样及泥水分离部分、水样监测部分、水样留存部分、PLC控制部分。泥水分离部分解决了现有在线监测设备因混合液成分复杂而影响精度、准确度问题；水样监测部分可根据多组全方位分析结果，确定监测点位数据正常监测范围与报警值，监测数据上传中控系统平台并在超出正常范围后发出警示信息；水样留存部分可在数据异常时定时取样并留存，方便人工复测；PLC控制部分可对取样频次、泥水分离时间、取样留存时间进行设定与修改，并在发出警示信息后自动复测。反应拐点数据的异常变化，可以提前判断生物系统脱氮除磷的反应效果，以及进出水水质情况。如监测点位的总磷、总氮或者正磷酸盐、硝氮的数据发生超过正常范围，脱氮除磷的某一个进程受阻，就可以直观的判断出进水出现异常的情况。

最后，检测预警后的处理方法。经实际生产经验研究发现，在因进水水质异常（进水含有有毒有害物质）引起的生物系统活性受到抑制，造成水质波动时，采取调大DO、投加碳源、调小进水水量、关闭外回流、加大内回流等措施可快速恢复生物系统活性，10h内可将系统内9mg/L氨氮降低至1mg/L以下，具体实现方法为：水质监测装置在线复测与人工复测均确定异常后，系统自动调控或人工调控：①曝气系统，加大曝气量，快速调整溶解氧至10mg/L左右；②各系列相应位置投加碳源和除磷药剂；③根据监测数据按照严重程度调配水量，一般按照优先调控系统受影响较轻的系列，再调控受影响较重的系列进行调整，根据总进水情况，将需优先调控的系列进水关闭，外回流关闭，内回流调大进行大气量闷曝，调大药剂及曝气量以便快速提高微生物系统活性；④PLC对自动取样装置进行设定，每小时进行一次取样监测、取样留存，直至检测水质实时数据恢复正常。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不受上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在氧化沟的各个廊道内设置取样点，对氧化沟进行全方位检测分析，判断出反应拐点，根据反应拐点确定对应水质待测成分的上限数据和指标下限数据，向PLC控制器输入水质待监测成分的上限数据和下限数据；

步骤二，在反应拐点处设置自动取样装置，作为检测点；

步骤三，自动取样装置自动从氧化沟内抽取污水，然后对抽取的污水进行泥水分离后得到污水上清液，污水上清液流入上清液缓存罐内进行暂存；

步骤四，把步骤三中每隔1~2小时得到的污水上清液一部分排入一个试样瓶内进行暂存，并对该试样瓶进行时间、检测点的标记；把上清液缓存罐内剩余的污水上清液全部排出；

步骤五，通过水质检测装置对上清液缓存罐内的污水上清液进行检测得到实时水质检测数据，得出的实时水质数据传输给PLC控制器，PLC控制器根据水质待监测成分的上限数据和下限数据判断实时水质检测数据是否正常；

步骤六，若步骤五中PLC控制器判断出实时水质监测数据存在异常，则取出异常取样点的试样瓶，按时间顺序对试样瓶内的污水上清液的水质成分进行精确检测，判断出异常成分以及异常成分存在的时长；

步骤七，根据步骤六中确定的异常成分以及异常成分存在的时长，采取对应的措施消除异常；

步骤八：若步骤五中PLC控制器判断出实时水质监测数据处于正常范围，则重复步骤三、步骤四，直至污水上清液的总测量时常达到10小时；若无异常，把所有的试样瓶全部清空，继续重复步骤三、步骤四。

2.如权利要求1所述的一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法，其特征在于：步骤三中的上清液缓存罐的底部设有排液管I，上清液缓存罐的进液口处设有调节阀，通过调节阀调节上清液缓存罐的进液速度，使上清液缓存罐内的污水上清液被检测时，上清液缓存罐的进液速度和排液速度达到动态平衡。

3.如权利要求1所述的一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法，其特征在于：水质待监测成分主要包括COD、NH₃-N、PO₄ ^3-、NO₃-N。

4.如权利要求1所述的一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法，其特征在于：步骤七中的消除异常措施主要通过系统自动调控或人工调控，根据实时水质监测数据，按照异常严重程度调配水量，调配时按照优先调控系统受影响较轻的系列，再调控受影响较重的系列进行调整的原则，根据总进水情况，将需优先调控的系列进水关闭，外回流关闭，内回流调大进行大气量闷曝，调大药剂及曝气量，快速调整溶解氧至10mg/L，投加碳源和除磷药剂，以便快速提高微生物系统活性。

5.如权利要求1所述的一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法，其特征在于：自动取样装置包括取样泵，取样泵的进水口连接有抽水管，抽水管的管口设在氧化沟的检测点处，抽水管上设有总进水阀，取样泵的出水口通过取样进水管与泥水分离罐的下部连接，取样进水管上设有取样进水阀，泥水分离罐的底部设有排渣管，排泥支管上设有排渣阀门，泥水分离罐的顶部设有溢流口，溢流口处连接有排泥管，排渣管的另一端与排泥管的中部连通；泥水分离罐的上部设有上清液排出口，上清液排出口通过管道与上清液缓存罐的上部连通，上清液排出口和上清液缓存罐之间的管道上设有上清液阀门，水质检测装置的监测探头设在上清液缓存罐内部；上清液缓存罐的底部设有排液管I，上清液缓存罐的下部设有试样瓶，试样瓶上设有取样总阀门和蠕动泵，试样瓶的另一端并联连接有至少五个试样瓶，排液管II与每个试样瓶的连接管道上均设有受PLC控制器独立控制的电磁阀I；试样瓶的底部通过支管与排液管II连接，试样瓶与排液管II之间的支管上均设有受PLC控制器独立控制的电磁阀II。

6.如权利要求5所述的一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法，其特征在于：泥水分离罐上内设有搅拌器，搅拌器的搅拌叶片设在泥水分离罐的下部。

7.如权利要求5所述的一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法，其特征在于：泥水分离罐的下部设有反冲洗用的反冲端口，反冲端口出水设有反冲洗阀门。

8.如权利要求5所述的一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法，其特征在于：泥水分离罐的下部连接有助凝剂加药系统，助凝剂加药系统包括助凝剂储存罐，助凝剂储存罐通过管道与收PLC控制器控制的加药泵连接，加药泵的出口与泥水分离罐的下部管道连接，加药泵的出口与泥水分离罐的连接管道上设有单向阀。

9.如权利要求1所述的一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法，其特征在于：各个取样点的PLC控制器均连接有异常报警器，异常报警器包括响应超标异常的超标报警器和不达标报警器。

10.如权利要求1所述的一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法，其特征在于：步骤五中，得出的实时水质数据同时传输给PLC控制器和中控室的中央处理器，中央处理器把处理后的实时水质数据处理后形成数据图传输给图像显示器显示出来。

Images