CN111470628A

CN111470628A - 碳源药剂投加设备与投加方法

Info

Publication number: CN111470628A
Application number: CN202010300668.3A
Authority: CN
Inventors: 周继柱; 刘芳; 丁强; 宋胜男; 江瀚; 王光辉; 汪文; 朱国普; 张行; 石伟杰
Original assignee: Beijing Hengrun Huichuang Environmental Technology Co ltd; Shenmei Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Hengrun Huichuang Environmental Technology Co ltd; Shenmei Technology Co Ltd
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2020-07-31
Anticipated expiration: 2040-04-16
Also published as: CN111470628B

Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种碳源药剂精准投加设备，其进水水量监测模块、前置硝氮监测模块和后置硝氮反馈模块各自的输出接口分别与该计算控制模块的输入接口电连接，其计算控制模块的输出接口与该加药控制模块的输入接口电连接，实现了污水处理厂碳源药剂投加的动态精准控制，避免人工依靠经验判定碳源投量造成的恒定过量投加、延时过量投加、波动冲量投加等过量投加，节约了药剂投加量及成本。本发明进一步涉及使用该设备进行碳源药剂精准投加的方法。

Description

碳源药剂投加设备与投加方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种碳源药剂精准投加设备，进一步涉及使用该设备进行碳源药剂精准投加的方法。

背景技术

随着我国社会经济的发展，人口增加、企业规模增大，造成污水排进水水量日益增多，因此开发针对污水高效处理的技术和药剂是非常必要的。采用以活性污泥法为基础的生化除氮工艺是目前国内乃至世界污水处理厂的主流技术。待处理污水首先入生化池(例如AAO处理单元)进行硝氮氧化处理，利用污水中硝化细菌在曝气好氧条件下将污水中的硝氮氧化成硝氮，处理水体经沉淀后送入反硝化滤池进行深度处理，即利用污水中反硝化细菌在缺氧条件下将硝酸盐还原，释放出分子态氮(N₂)或一氧化二氮(N₂O)的方法去除总氮。

大部分反硝化细菌是异养菌，在反硝化过程中需要碳源作为细胞生命活动所需的能量，进行无氧呼吸，从而去除污水中的总氮。国内由于污水管网行业的问题，绝大部分污水厂进水C/N比值(COD/总氮)普遍偏低，总氮去除的反硝化过程中常需要添加碳源，外投加碳源是C/N较低的污水生化处理厂运行中必不可少的药剂投加过程。

同时，绝大部分污水处理厂受季节、降雨、时间、居民用水习惯、工业水掺杂等因素影响，均存在进水水量和进水总氮浓度等指标的波动情况。污水处理厂为了保证出水的稳定达标合格，针对去除总氮的碳源药剂不得不人工控制加药，且常采用恒定过量投加、延时过量投加、波动冲量投加等过量投加方式，造成了碳源药剂投加成本的浪费和出水指标的不稳定性。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的一个目的在于，提供一种碳源药剂投加设备，该系统能够极大的减少因进水水量及总氮浓度无规律波动造成的碳源药剂过量投加情况，同时可以大大增强系统抗波动的冲击性和出水稳定性。实现碳源药剂的精准自动投加，能够有效地提高药剂投加效率、实现碳源药剂成本的控制和降低。

具体而言，本发明的碳源药剂投加设备(1)包括计算控制模块(10)，加药控制模块(20)、进水水量监测模块(30)、前置硝氮监测模块(41)和后置硝氮反馈模块(42)，该进水水量监测模块(30)、该前置硝氮监测模块(41)和该后置硝氮反馈模块(42)各自的输出接口分别与该计算控制模块(10)的输入接口电连接，该计算控制模块(10)的输出接口与该加药控制模块(20)的输入接口电连接。

本发明的碳源药剂投加设备(1)基于前置和后置双向反馈模式，前置反馈为对进水水量和硝氮浓度变量造成碳源变量的预判型前置反馈，后置反馈为对工艺深度处理后段/出水稳定达标进行的碳源变量的补偿式后置反馈，通过对进水水量、碳源投加量、生化工艺系统前段和后段硝氮/总氮浓度的动态变化，得出整个系统总氮去除出水达标所需的实际碳源投加量，能够针对不同的生化工艺(AAO、AO、氧化沟、MBR、反硝化滤池等)，实现对工艺去除过程初始前段缺氧区首/内回流/碳源投加点位的硝氮数据、以及后段深度处理工艺出/后置滤池进出水的硝氮/总氮去除数据的实时监测和动态反馈，是一款采用变频控制、流量控制和电动阀等控件相结合的实时智能动态控制设备。

进一步地：

该进水监测模块(30)用于获得并输出进水(6)的进水水量动态检测值a，

该前置硝氮监测模块(41)用于获得并输出生化池(7)中前置反馈硝氮浓度监测值b，

该后置硝氮反馈模块(42)用于获得并输出反硝化滤池(8)中后置反馈总氮浓度监测值c，

该加药控制模块(20)在该计算控制模块(10)的控制下向待处理和/或处理中的污水内投入碳源药剂。

在本发明的一个实施方式中，该碳源药剂投加设备(1)具有单碳源加药点位的结构。具体而言，该加药控制模块(20)通过第一加药管路(51)向生化池(7)内投入碳源药剂。

进一步地，该生化池(7)包括AOAAO的厌氧/好氧单元结构，该药控制模块(20)向生化池(7)的第三厌氧单元内投入碳源药剂。

进一步地，该后置硝氮反馈模块(42)用于获得并向该计算控制模块(10)反馈该反硝化滤池(8)的出水口处的硝氮基值。

在本发明的另一个实施方式中，该碳源药剂投加设备(1)具有双后置硝氮反馈模块。具体而言，该后置硝氮反馈模块(42)包括后置硝氮监测模块(421)和总氮出水监测模块(422)，该后置硝氮监测模块(421)用于获得并输出反硝化滤池(8)进水口处的后置反馈滤池进水硝氮监测值c’，该总氮出水监测模块(422)用于获得并输出反硝化滤池(8)出水口处的后置反馈滤池出水总氮监测值e。

通过在反硝化滤池(8)的进水口和出水口分别设置后置硝氮监测模块(421)和总氮出水监测模块(422)，可以实现对反硝化处理过程中的氮(硝氮、总氮)含量进行更为精细的检测，从而提高碳源药剂投加动态需求量D的计算精度。

在本发明的另一个实施方式中，该碳源药剂投加设备(1)具有双碳源加药点位的结构。具体而言，本发明的碳源药剂投加设备(1)还包括与该第一加药管路(51)相独立的第二加药管路(52)，该加药控制模块(20)分别通过该第一加药管路(51)和该第二加药管路(52)独立地投入碳源药剂。

进一步地，该第二加药管路(52)向该反硝化滤池(8)的厌氧初段位置投入碳源药剂。

本发明的另一个目的在于，提供一种利用前述碳源药剂投加设备(1)进行碳源药剂精确投加控制的方法。具体而言，该碳源药剂的投加控制方法包括以下步骤：

S11、采集该进水水量动态检测值a、该前置反馈硝氮浓度监测值b、该后置反馈总氮浓度监测值c，发送至该计算控制模块(10)；

S12、该计算控制模块(10)计算的出时间区间内的碳源药剂投加动态需求量D，并将该碳源药剂投加动态需求量D传递至该加药控制模块(20)；

S13、该加药控制模块(20)根据该碳源药剂投加动态需求量D投入碳源药剂；

S14、再次采集该进水水量动态检测值a、该前置反馈硝氮浓度监测值b、该后置反馈总氮浓度监测值c，发送至该计算控制模块(10)，当碳源药剂投加动态需求量D≠0时，重复步骤S11-S13。

进一步地，步骤S02中，该计算控制模块(10)根据式(I)计算碳源药剂投加动态需求量D：

D＝(a/A)×α×d+(b/B)×β×d+(c/C)×γ×d (I)

式中：

D-碳源药剂投加动态需求量

d-碳源药剂投加量基值

A–进水水量基值

B-前置反馈硝氮浓度基值

C-后置反馈总氮浓度基值

a–进水水量动态监测值

b-前置反馈硝氮浓度监测值

c-后置反馈总氮浓度监测值

α–进水水量与碳源投加量的波动关联影响系数

β-前置反馈硝氮浓度与碳源投加量的波动关联影响系数

γ-后置反馈总氮浓度与碳源投加量的波动关联影响系数，

要求α+β+γ＝1。

式(I)中所涉及各个基值的取得方式没有特别的限定，可以采用本领域中常用的方法获得。在一个实施例中，各个基值直接采用污水处理系统对应参数的设计值，特别是对于新投入使用的系统而言，由于没有历史数据积累，利用设计值不仅能够便于根据式(I)计算碳源药剂投加动态需求量D的初始值，还能够用于检验系统设计与实际需求是否相匹配。在另一个实施例中，各个基值可以采用系统运行一段时间后，各个参数的变化波动情况，取平均值/中间值/稳定值而得，对于改造原有污水处理系统的应用功能场景，可以根据该参数的历史数据曲线取90％有效波动数据，过滤异常波动值后的剩余数据，取平均值。本发明的计算控制模块(10)根据式(I)的处理逻辑如下。首先，根据碳源投加量基值d、进水水量基值A、前置反馈硝氮浓度基值B、后置反馈总氮基C这4个数据基值，将碳源药剂投加动态需求量D“分解”为3个影响因素。其次，通过本发明的碳源药剂投加设备(1)的各个模块，获得进水水量动态监测值a、前置反馈硝氮浓度监测值b、置反馈总氮浓度监测值c这三个动态变量的实时数据。然后，利用三个数据基值的波动变量和与碳源投加量的波动关联影响系数，准确计算出碳源投加需求量。最终，由计算控制模块(10)发出指令，控制加药控制模块(20)这一动态变频加药系统实现精准加药。前述波动关系影响系数只要能够满足α+β+γ＝1即可，各系数本身的数值则可由本领域技术人员根据实际情况自行调节和控制，并输入到计算控制模块(10)之中。

在一种情况下，波动关系影响系数可以根据污水处理系统设计时的冗余量为基础来确定，在另一种情况下则可以根据经验值或者教科书中记载的建议值来确定，在进一步的情况下则可根据实际的污水处理设备的相同时间段内各变量积分的比值来确定。

对于采用前述式(I)进行计算的场合，在一种情况下，该波动关联影响系数α、β、γ通过以下步骤计算得出：

S21、获得碳源加药量随时间变化曲线、进水水量随时间变化曲线、前置反馈硝氮浓度随时间变化曲线、后置反馈总氮浓度随时间变化曲线；

S22、确定碳源加药量随时间变化曲线和进水水量随时间变化曲线两者之间的同向数据曲线拟合程度和/或对应性基本匹配的区间，分别对两条曲线中对应时间阶段变量数值进行积分，并将结果相除，得到进水水量与碳源投加量的波动关联影响系数

S23、确定碳源加药量随时间变化曲线和前置反馈硝氮浓度随时间变化曲线两者之间的同向数据曲线拟合程度和/或对应性基本匹配的区间，分别对两条曲线中对应时间阶段变量数值进行积分，并将结果相除，得到前置反馈硝氮浓度与碳源投加量的波动关联影响系数

S24、确定碳源加药量随时间变化曲线和后置反馈总氮浓度随时间变化曲线两者之间的同向数据曲线拟合程度和/或对应性基本匹配的区间，分别对两条曲线中对应时间阶段变量数值进行积分，并将结果相除，得到后置反馈总氮浓度与碳源投加量的波动关联影响系数

根据算法中的设计，所有反馈监测变量与碳源投加量的波动的关联影响系数之和为1，即α+β+γ＝1。

在本发明的另一个实施方式中，该碳源药剂投加设备(1)具有双后置硝氮反馈模块，此时，该碳源药剂的投加控制方法包括如下步骤：

S31、采集该进水水量动态检测值a、该前置反馈硝氮浓度监测值b、该后置反馈总氮浓度监测值c’、该后置反馈滤池出水总氮监测值e，发送至该计算控制模块(10)；

S32、该计算控制模块(10)计算的出时间区间内的碳源药剂投加动态需求量D，并将该碳源药剂投加动态需求量D传递至该加药控制模块(20)；

S33、该加药控制模块(20)根据该碳源药剂投加动态需求量D投入碳源药剂；

S34、再次采集该进水水量动态检测值a、该前置反馈硝氮浓度监测值b、该后置反馈总氮浓度监测值c’、该后置反馈滤池出水总氮监测值e，发送至该计算控制模块(10)，当碳源药剂投加动态需求量D≠0时，重复步骤S31-S33。

进一步地，所述计算控制模块(10)根据式(II)计算碳源药剂投加动态需求量D，并控制该加药控制模块(20)投入碳源药剂：

D＝(a/A)×α×d+(b/B)×β×d+(c’/C’)×γ’×d+(e/E)×θ×d (II)

式中,

D-碳源药剂投加动态需求量

d-碳源药剂投加量基值

A-进水水量基值

B-前置反馈硝氮浓度基值

C’-后置反馈滤池进水硝氮浓度基值

E-后置反馈滤池出水总氮浓度基值

a-进水水量动态监测值

b-前置反馈硝氮浓度监测值

c’-后置反馈滤池进水硝氮浓度监测值

e-后置反馈滤池出水总氮浓度监测值

α-进水水量与碳源投加量的波动关联影响系数

β-前置反馈硝氮浓度与碳源投加量的波动关联影响系数

γ’-后置反馈滤池进水硝氮监测浓度与碳源投加量的波动关联影响系数

θ-后置反馈滤池出水总氮监测浓度与碳源投加量的波动关联影响系数，要求α+β+γ’+θ＝1。

本发明的计算控制模块(10)根据式(II)的处理逻辑如下。首先，根据碳源投加量基值d、进水水量基值A、前置反馈硝氮浓度基值B、后置反馈总氮基C’、后置反馈滤池出水总氮浓度基值E这5个数据基值，将碳源药剂投加动态需求量D“分解”为4个影响因素。其次，通过本发明的碳源药剂投加设备(1)的各个模块，获得进水水量动态监测值a、前置反馈硝氮浓度监测值b、后置反馈总氮浓度监测值c’、后置反馈滤池出水总氮监测值e这四个动态变量的实时数据。然后，利用四个数据基值的波动变量和与碳源投加量的波动关联影响系数，准确计算出碳源投加需求量。最终，由计算控制模块(10)发出指令，控制加药控制模块(20)这一动态变频加药系统实现精准加药。前述波动关系影响系数只要能够满足+β+γ’+θ＝1即可，各系数本身的数值则可由本领域技术人员根据实际情况自行调节和控制，并输入到计算控制模块(10)之中。在一种情况下，波动关系影响系数可以根据污水处理系统设计时的冗余量为基础来确定，在另一种情况下则可以根据经验值或者教科书中记载的建议值来确定，在进一步的情况下则可根据实际的污水处理设备的相同时间段内各变量积分的比值来确定。

对于采用前述式(II)进行计算的场合，在一种情况下，该波动关联影响系数α、β、γ、θ通过以下步骤计算得出：

S41、获得碳源加药量随时间变化曲线、进水水量随时间变化曲线、前置反馈硝氮浓度随时间变化曲线、后置反馈总氮浓度随时间变化曲线；

S42、确定碳源加药量随时间变化曲线和进水水量随时间变化曲线两者之间的同向数据曲线拟合程度和/或对应性基本匹配的区间，分别对两条曲线中对应时间阶段变量数值进行积分，并将结果相除，得到进水水量与碳源投加量的波动关联影响系数进水水量与碳源投加量的波动关联影响系数

S43、确定碳源加药量随时间变化曲线和前置反馈硝氮浓度随时间变化曲线两者之间的同向数据曲线拟合程度和/或对应性基本匹配的区间，分别对两条曲线中对应时间阶段变量数值进行积分，并将结果相除，得到前置反馈硝氮浓度与碳源投加量的波动关联影响系数

S44、确定碳源加药量随时间变化曲线和后置反馈滤池进水硝氮监测浓度随时间变化曲线两者之间的同向数据曲线拟合程度和/或对应性基本匹配的区间，分别对两条曲线中对应时间阶段变量数值进行积分，并将结果相除，得到后置反馈滤池进水硝氮监测浓度与碳源投加量的波动关联影响系数

S45、确定碳源加药量随时间变化曲线和后后置反馈滤池出水硝氮监测浓度两者之间的同向数据曲线拟合程度和/或对应性基本匹配的区间，分别对两条曲线中对应时间阶段变量数值进行积分，并将结果相除，得到后置反馈滤池出水总氮监测浓度与碳源投加量的波动关联影响系数

根据算法中的设计，所有反馈监测变量与碳源投加量的波动的关联影响系数之和为1，即α+β+γ’+θ＝1。

在本发明的再一个实施方式中，该碳源药剂投加设备(1)具有双碳源加药点位的结构，该第一加药管路(51)和该第二加药管路(52)投入碳源药剂的质量比为1.5～2:1。

本发明所使用碳源没有特别限定，可以选择市售常用碳源品类，具体可以列举乙酸钠、葡萄糖、甲醇、复合碳源等。

本发明的有益效果如下：

①实现了污水处理厂碳源药剂的自动投加、自动控制，系统根据进水水量和指标浓度的变化，自行调控加药；

②实现了污水处理厂碳源药剂投加的动态精准控制，避免人工依靠经验判定碳源投量造成的恒定过量投加、延时过量投加、波动冲量投加等过量投加；

③智能化的碳源精准投加，节约了药剂投加量及成本；

④合理、精确的智能化算法，提高了系统对进水水量和指标浓度波动的抗冲击性，提高了出水指标的稳定性；

⑤实现水处理过程远程可视化管理，在线监测、智能药剂利用效率分析、实时管控出水指标等措施，提高了污水处理厂的水处理技术和智能化管理水平。

附图说明

图1是本发明一个实施例中碳源药剂投加设备(1)的结构示意图。

图2是本发明另一个实施例中碳源药剂投加设备(1)的结构示意图。

图3是本发明另一个实施例中碳源投加点位示意图。

图4是本发明另一个实施例中计算波动关联影响系数所用曲线，其中：

图4a是加药量波动曲线，横轴为时间，纵轴为加药量；

图4b是水量波动曲线，横轴为时间，纵轴为水量。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

实施例1：单碳源投加点位的碳源药剂投加设备1

参见图1。本实施例的碳源药剂投加设备1包括计算控制模块10，加药控制模块20、进进水水量监测模块30、前置硝氮监测模块41和后置硝氮反馈模块42。其中各个模块通过其输出接口分别与计算控制模块10的输入接口电连接，从而将检测信号数据发送至计算控制模块10。

本实施例的碳源药剂投加设备1采用双向反馈模式，通过对进水水量、碳源投加量、生化工艺系统前段和后段硝氮/总氮浓度的动态变化，得出整个系统总氮去除出水达标所需的实际碳源投加量。

前置硝氮监测模块41安装于生化池7中，用于获得并输出前置反馈硝氮浓度监测值b。后置硝氮反馈模块42安装于反硝化滤池8的进水口和/或出水口处，或者安装于反硝化滤池8的某一处理单元内，目的在于获得并输出后置反馈总氮浓度监测值c；在一种优选的情况下，后置硝氮反馈模块42安装于反硝化滤池8的出水口处，作为对总氮去除的效果的结果反馈，与前置硝氮监测模块41对于过程的反馈相配合，构成双反馈体系

另外，一个安装于整套污水处理设备进水口的进水监测模块30用于获得并输出进水6的进水水量动态检测值a，使得计算控制模块10获得计算碳源药剂投加动态需求量D。随后，在计算控制模块10的控制下，碳源药剂投加动态需求量D被发送至药控制模块20，从而将指定量的碳源药剂沿通过第一加药管路51投入生化池7内。在一种优选的实施方案中，生化池7具有如图3所示的AOAAO的厌氧/好氧单元结构，此时第一加药管路51将碳源药剂投入生化池7的第三厌氧单元中。

实施例2：双碳源投加点位的碳源药剂投加设备1

为了提高双向反馈模式的反馈精度，本实施例的碳源药剂投加设备1在实施例1所示结构的基础上，进一步具有双后置硝氮反馈模块。如图2所示，后置硝氮反馈模块42包括后置硝氮监测模块421和总氮出水监测模块422两个部分，其中后置硝氮监测模块421安装于反硝化滤池8进水口处，用于获得并输出后置反馈滤池进水硝氮监测值c’，总氮出水监测模块422安装于反硝化滤池8的出水口处，用于获得并输出后置反馈滤池出水总氮监测值e。通过在反硝化滤池8的进水口和出水口分别设置后置硝氮监测模块421和总氮出水监测模块422，从而与前置硝氮监测模块41对于过程的反馈相配合，构成三反馈体系。如此，可以实现对反硝化处理过程中的氮硝氮、总氮含量进行更为精细的检测，从而提高碳源药剂投加动态需求量D的计算精度。

作为一种改进方案，在前述具有双后置硝氮反馈模块的碳源药剂投加设备1进一步具有双碳源加药点位的结构。具体而言，参见图2，加药控制模块20分别具有独立的第一加药管路51和第二加药管路52，以便通过这两条管路分别独立地投入碳源药剂。在优选的情况下，如图3所示，第一加药管路51同样是将碳源药剂投入生化池7的第三厌氧单元中，而第二加药管路52则向反硝化滤池8的厌氧初段位置投入碳源药剂。通过在不同污水处理位点分别加入不同量的碳源药剂，既能满足反硝化细菌对碳源的需求，也不会导致碳源投放量过多、造成原料成本提升或者处理后水体COD上升。

实施例3：单碳源投加点位的投加方法

本实施例进一步展示利用实施例1所示的双碳源投加点位的碳源药剂投加设备1进行碳源药剂精确投加的操作方法。

某市政污水处理厂初建成，设计处理水量5万方/天，采用AAO处理工艺和二级沉淀池深度处理工艺，出水水质均稳定达到准Ⅳ类地方标准。总磷、总氮、氨氮、COD、BOD5主要指标浓度分别不高于0.3、5、1.5、30、6毫升/升。工艺流程图如图3所示。进水水质情况列于表3-1。

表3-1进水水质

根据该污水处理设备的工艺设计值，相关因素的基值数据列于表3-2。

表3-2碳源药剂精确投加方法的基值数据

首先，启动进进水水量监测模块30、前置硝氮监测模块41和后置硝氮反馈模块42，分别采集进水水量动态检测值a、前置反馈硝氮浓度监测值b和后置反馈总氮浓度监测值c，并发送至计算控制模块10。在某一时间点上，各监测值的列于表3-3。

表3-3某一时间点的各监测值具体数值

对该污水处理设备进行试运行，得到如图4所示的碳源加药量随时间变化曲线(图4a)和进水水量随时间变化曲线(图4b)，从中确定在其他影响因素相对稳定/固定的条件下，碳源加药量和进水水量两条曲线间的同向数据曲线拟合程度和/或对应性较好的区间。分别对两条曲线中对应时间阶段变量数值进行积分，得到对应的以时间为横轴/基线的对应变量值，即∫碳源加药量(t)dt和∫进水水量(t)dt，两者相除，即为进水水量与碳源投加量的波动关联影响系数

与之类似地，分别计算得出前置反馈硝氮浓度与碳源投加量的波动关联影响系数

以及后置反馈总氮浓度与碳源投加量的波动关联影响系数

本实施例中，各个变量之间的关系，即为每个因素对于碳源加药量的影响所占权重；根据本发明的数学模型，碳源加药量受到进水水量、前置反馈硝氮浓度、后置反馈总氮浓度三个因素的共同影响，显然所有的波动的关联影响系数之和应当为1，即α+β+γ＝1。过程和结果列于表3-4。

表3-4波动的关联影响系数计算过程

随后，计算控制模块10根据式(I)计算碳源药剂投加动态需求量D：

D＝(a/A)×α×d+(b/B)×β×d+(c/C)×γ’d

＝(4.72/4.8)×0.45×5.0+(17.8/18.2)×0.43×5.0+(9.3/9.6)×0.12×5.0

＝4.90(吨/天)

计算控制模块10将碳源药剂投加动态需求量D的值发送加药控制模块20，从而将指定量的碳源药剂沿通过第一加药管路51投入生化池7的第三厌氧单元内。

实施例4：双碳源投加点位的投加方法

本实施例进一步展示利用实施例2所示的双碳源投加点位的碳源药剂投加设备1进行碳源药剂精确投加的操作方法。

某市政污水处理厂三期工艺，实际处理水量10万方/天，采用多段AAO处理工艺和沉淀池及STS深床反硝化滤池深度处理工艺，出水水质均稳定达到准Ⅳ类地方标准。总磷、总氮、氨氮、COD、BOD5主要指标浓度分别不高于0.3、5、1.5、30、6毫升/升。工艺流程图如图3所示。进水水质情况列于表4-1。

表4-1进水水质

根据该污水处理设备的对应参数的历史数据曲线取90％有效波动数据，过滤异常波动值后的剩余数据，取平均值，得到相关因素的基值数据列于表4-2。

表4-2碳源药剂精确投加方法的基值数据

首先，启动进进水水量监测模块30、前置硝氮监测模块41、后置硝氮监测模块421和总氮出水监测模块422，分别采集进水水量动态检测值a、前置反馈硝氮浓度监测值b、后置反馈总氮浓度监测值c’、后置反馈滤池出水总氮监测值e，并发送至计算控制模块10。在某一时间点上，各监测值的列于表3。

表4-3某一时间点的各监测值具体数值

如图4所示，从运行历史数据中，获得碳源加药量随时间变化曲线和进水水量随时间变化曲线，并找出在其他影响因素相对稳定/固定的条件下，碳源加药量和进水水量两条曲线间的同向数据曲线拟合程度和/或对应性较好的区间。分别对两条曲线中对应时间阶段变量数值进行积分，得到对应的以时间为横轴/基线的对应变量值，即∫碳源加药量(t)dt和∫进水水量(t)dt，两者相除，即为进水水量与碳源投加量的波动关联影响系数

后置反馈滤池进水硝氮监测浓度与碳源投加量的波动关联影响系数

后置反馈滤池出水总氮监测浓度与碳源投加量的波动关联影响系数

如实施例3所分析的，所有的波动的关联影响系数之和应当为1，即α+β+γ’+θ＝1。过程和结果列于表4-4。

表4-4波动的关联影响系数计算过程

随后，计算控制模块10根据式(II)计算碳源药剂投加动态需求量D：

D＝(a/A)×α×d+(b/B)×β×d+(c’/C’)×γ’×d+(e/E)×θ×d

＝(9.73/9.8)×0.3×7.6+(15.2/15.3)×0.43×7.6+(8.3/8.6)×0.22×7.6+(3.5/3.9)×0.05×7.6

＝7.46(吨/天)

计算控制模块10将碳源药剂投加动态需求量D的值发送加药控制模块20。在一种优选的情况下，按照两管路为1.8:1的比例，控制加药控制模块20通过第一加药管路51向生化池7的第三厌氧单元中按照4.80吨/天的量投入碳源，在此之前、同时或随后通过第二加药管路52向反硝化滤池8的厌氧初段位置中按照2.66吨/天的量投入碳源。

碳源投加完毕后，再次采集进水水量动态检测值a、前置反馈硝氮浓度监测值b、后置反馈总氮浓度监测值c’以及后置反馈滤池出水总氮监测值e，发送至计算控制模块(10)，并带入式(II)中计算该时间点的碳源药剂投加动态需求量D的值。当D≠0时，重复前述步骤并根据当时的D值补充投加碳源；当D＝0时过程完成，等待下一检测周期再次重复本方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种碳源药剂投加设备(1)，其特征在于，包括计算控制模块(10)，加药控制模块(20)、进进水水量监测模块(30)、前置硝氮监测模块(41)和后置硝氮反馈模块(42)，所述进水水量监测模块(30)、所述前置硝氮监测模块(41)和所述后置硝氮反馈模块(42)各自的输出接口分别与所述计算控制模块(10)的输入接口电连接，所述计算控制模块(10)的输出接口与所述加药控制模块(20)的输入接口电连接。

2.根据权利要求1所述的碳源药剂投加设备(1)，其特征在于：

所述进水监测模块(30)用于获得并输出进水(6)的进水水量动态检测值a，

所述前置硝氮监测模块(41)用于获得并输出生化池(7)中前置反馈硝氮浓度监测值b，

所述后置硝氮反馈模块(42)用于获得并输出反硝化滤池(8)中后置反馈总氮浓度监测值c，

所述加药控制模块(20)在所述计算控制模块(10)的控制下向待处理和/或处理中的污水内投入碳源药剂。

3.根据权利要求1或2所述的碳源药剂投加设备(1)，其特征在于，所述加药控制模块(20)通过第一加药管路(51)向生化池(7)内投入碳源药剂。

4.根据权利要求3所述的碳源药剂投加设备(1)，其特征在于，所述生化池(7)具有AOAAO的厌氧/好氧单元结构，所述药控制模块(20)向生化池(7)的第三厌氧单元内投入碳源药剂。

5.根据权利要求2-4任一项所述的碳源药剂投加设备(1)，其特征在于，所述后置硝氮反馈模块(42)用于获得并向所述计算控制模块(10)反馈所述反硝化滤池(8)的出水口处的硝氮基值。

6.根据权利要求1-5任一项所述的碳源药剂投加设备(1)，其特征在于，所述后置硝氮反馈模块(42)包括后置硝氮监测模块(421)和总氮出水监测模块(422)，所述后置硝氮监测模块(421)用于获得并输出反硝化滤池(8)进水口处的后置反馈滤池进水硝氮监测值c’，所述总氮出水监测模块(422)用于获得并输出反硝化滤池(8)出水口处的后置反馈滤池出水总氮监测值e。

7.根据权利要求6所述的碳源药剂投加设备(1)，其特征在于，还包括与所述第一加药管路(51)相独立的第二加药管路(52)，所述加药控制模块(20)分别通过所述第一加药管路(51)和所述第二加药管路(52)独立地投入碳源药剂。

8.根据权利要求7所述的碳源药剂投加设备(1)，其特征在于，所述第二加药管路(52)向所述反硝化滤池(8)的厌氧初段位置投入碳源药剂。

9.一种碳源药剂投加控制方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-8任一项所述的碳源药剂投加设备(1)实施，包括以下步骤：

S11、采集所述进水水量动态检测值a、所述前置反馈硝氮浓度监测值b、所述后置反馈总氮浓度监测值c，并发送至所述计算控制模块(10)；

S12、所述计算控制模块(10)计算的出时间区间内的碳源药剂投加动态需求量D，并将所述碳源药剂投加动态需求量D传递至所述加药控制模块(20)；

S13、所述加药控制模块(20)根据所述碳源药剂投加动态需求量D投入碳源药剂；

S14、再次采集所述进水水量动态检测值a、所述前置反馈硝氮浓度监测值b、所述后置反馈总氮浓度监测值c，发送至所述计算控制模块(10)，当碳源药剂投加动态需求量D≠0时，重复步骤S11-S13。

10.根据权利要求9所述的碳源药剂投加控制方法，其特征在于，步骤S02中，所述计算控制模块(10)根据式(I)计算碳源药剂投加动态需求量D：

D＝(a/A)×α×d+(b/B)×β×d+(c/C)×γ×d (I)

式中：

D-碳源药剂投加动态需求量

d-碳源药剂投加量基值

A–进水水量基值

B-前置反馈硝氮浓度基值

C-后置反馈总氮浓度基值

a–进水水量动态监测值

b-前置反馈硝氮浓度监测值

c-后置反馈总氮浓度监测值

α–进水水量与碳源投加量的波动关联影响系数

β-前置反馈硝氮浓度与碳源投加量的波动关联影响系数

γ-后置反馈总氮浓度与碳源投加量的波动关联影响系数，

要求α+β+γ＝1。

11.根据权利要求10所述的碳源药剂投加控制方法，其特征在于，所述波动关联影响系数α、β、γ通过以下步骤计算得出：

12.根据权利要求9所述的碳源药剂投加控制方法，其特征在于，所述方法采用权利要求6-8任一项所述的碳源药剂投加设备(1)实施，包括以下步骤：

S31、采集所述进水水量动态检测值a、所述前置反馈硝氮浓度监测值b、所述后置反馈总氮浓度监测值c’、所述后置反馈滤池出水总氮监测值e，发送至所述计算控制模块(10)；

S32、所述计算控制模块(10)计算的出时间区间内的碳源药剂投加动态需求量D，并将所述碳源药剂投加动态需求量D传递至所述加药控制模块(20)；

S33、所述加药控制模块(20)根据所述碳源药剂投加动态需求量D投入碳源药剂；

S34、再次采集所述进水水量动态检测值a、所述前置反馈硝氮浓度监测值b、所述后置反馈总氮浓度监测值c’、所述后置反馈滤池出水总氮监测值e，发送至所述计算控制模块(10)，当碳源药剂投加动态需求量D≠0时，重复步骤S31-S33。

13.根据权利要求12所述的碳源药剂投加控制方法，其特征在于，所述计算控制模块(10)根据式(II)计算碳源药剂投加动态需求量D，并控制所述加药控制模块(20)投入碳源药剂：

D＝(a/A)×α×d+(b/B)×β×d+(c’/C’)×γ’×d+(e/E)×θ×d (II)

式中,

D-碳源药剂投加动态需求量

d-碳源药剂投加量基值

A-进水水量基值

B-前置反馈硝氮浓度基值

C’-后置反馈滤池进水硝氮浓度基值

E-后置反馈滤池出水总氮浓度基值

a-进水水量动态监测值

b-前置反馈硝氮浓度监测值

c’-后置反馈滤池进水硝氮浓度监测值

e-后置反馈滤池出水总氮浓度监测值

α-进水水量与碳源投加量的波动关联影响系数

β-前置反馈硝氮浓度与碳源投加量的波动关联影响系数

θ-后置反馈滤池出水总氮监测浓度与碳源投加量的波动关联影响系数，

要求α+β+γ’+θ＝1。

14.根据权利要求13所述的碳源药剂投加控制方法，其特征在于，所述波动关联影响系数α、β、γ、θ通过以下步骤计算得出：

15.根据权利要求12所述的碳源药剂投加控制方法，其特征在于，所述方法采用权利要求7所述的碳源药剂投加设备(1)实施，所述第一加药管路(51)和所述第二加药管路(52)投入碳源药剂的质量比为1.5～2:1、优选1.75～1.9:1。