CN112209503B - 一种氧化沟反硝化脱氮控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧化沟反硝化脱氮控制系统，前置反硝化区连通好氧区处增加隔墙阻断水流，并通过池底预埋导流管将前置反硝化区和好氧区连通；进水管路通入前置反硝化区，其旁侧还设置有碳源投加装置，而出水管路从位于好氧区的氧化沟出水口通出，并且在隔墙上增加设置螺旋桨泵；并且通过四个闭环调整氧化沟的溶解氧DO、硝酸盐浓度及碳源浓度这三个因子以便于进行连锁控制。本发明一种氧化沟脱氮控制系统，通过控制氧化沟内回流混合液溶解氧和内回流混合液回流量，在充足的碳源条件下，可有效保证反硝化脱氮处理效果。

Description

一种氧化沟反硝化脱氮控制系统

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种氧化沟反硝化脱氮控制系统。

背景技术

卡鲁塞尔2000氧化沟是在传统卡鲁塞尔氧化沟中增加了一道横向分隔墙，分隔出了独特的前置反硝化区，使其除了具有氧化沟的特点外，还具有典型的A/O工艺的特点，而其特殊的水力设计使其具有很高的断面流量和循环流的特点，具体高到进水流量的30～50倍，并且进水从进入到离开系统，平均要在封闭的流线中循环流动几十次，使其成为一个完全混合的循环流系统，具有很高的运行稳定性和对冲击负荷的承受能力；而且其混合液的回流完全通过沟内水流循环自动完成，既节省了传统A/O所必须的外加回流设备和管线，也最大限度地降低了外加回流设备由于抽吸和跌水作用携带溶解氧到缺氧区的可能。

卡鲁塞尔2000氧化沟工艺具有投资省、耐冲击负荷能力强、处理效率高、可靠性好、管理方便和运行维护费用低等优点，在国内的城镇污水处理厂中得到了广泛应用；但由于设计或运行管理的原因，在实际运行过程中，经常出现反硝化脱氮效果差、出水总氮TN不能达标等情况。

出现反硝化脱氮效果差、出水总氮TN不能达标等情况的原因主要如下：

1)卡鲁塞尔2000氧化沟的工艺特征是采用隔墙分隔出独特的前置反硝化区，隔墙一端是前置反硝化区出水连通好氧区，另一端设有内回流门，好氧区硝化混合液靠水流循环回流进入前置反硝化区。在隔墙右侧设有定速倒伞表曝机满足前反硝化区来水高溶解氧DO需求的同时，为后续水流提供必要的推力和较高的DO需求。然而靠近内回流门的定速倒伞表曝机的采用，使内回流混合液产生较高的溶解氧DO，混合液回流“携带”溶解氧DO进入前置反硝化区不仅会消耗污水中大部分碳源，而且反硝化反应的缺氧环境被破坏，导致总氮TN去除率降低，脱氮效果差。因此，存在硝化与反硝化过程对于溶解氧DO和有机物浓度需求差异的矛盾。

2)卡鲁塞尔2000氧化沟内回流混合液是通过调节内回流门的开启角度来调整内回流量的大小，存在控制范围大，内回流量无法精确控制，直接影响了总氮去除率，这是因为内回流量的大小直接决定了进入前置反硝化区中硝酸盐浓度的量。

3)由于我国城镇污水中有机污染物浓度不高，可利用碳源低，碳源不足也严重制约了卡鲁塞尔2000氧化沟生物脱氮效率，需要投加一定比例的碳源来进行脱氮过程。

研究表明，影响脱氮的主要因素是溶解氧DO、硝酸盐浓度及碳源浓度；前置反硝化区内溶解氧DO达到0-0.5mg/L是发生反硝化反应的前提条件，硝酸盐浓度的大小直接影响了总氮去除率，同时，充足的碳源有利于脱氮的完成。

工程中有资料表明卡鲁塞尔2000氧化沟采用CARCon系统控制表曝机的运行状态和充氧量，其中以溶解氧DO含量为主控参数，以氧化还原电位ORP和进水流量等为辅助参数进行二级调节；通过对溶解氧DO、流量、氧化还原电位ORP等参数，并结合混合液内回流量的调整来获得最佳的总氮TN去除率；但实际上，CARCon系统虽然与传统的仅根据DO浓度进行控制相比，增加了氧化还原电位ORP与内回流门组成闭环控制，通过氧化还原电位ORP检测数值确定内回流门的开启角度控制混合液内回流量，却存在一是内回流量无法精确控制问题，二是影响氧化还原电位ORP的因素太多，其中溶解氧DO、pH、污泥浓度MLSS、水力停留时间HRT、回流比等均是氧化还原电位ORP的关键性或敏感影响因素，这样造成氧化还原电位ORP仅仅起到一种大致的指示作用，不能有效的保证反硝化处理效果。

随着我国污水处理对氮、磷的要求越来越严，为了确保总氮达标，不少污水处理厂都投加外部碳源，但目前碳源投加量要不主要依靠经验，要不操控系统复杂，设置参数太多，计算方法不够简易，实用性不强。

目前大多运行的卡鲁塞尔2000氧化沟均没有根据溶解氧DO、硝酸盐浓度及碳源浓度这三个因子进行脱氮系统连锁控制；因此，寻求一种卡鲁塞尔2000氧化沟基于以上三个因子的脱氮控制系统，强化脱氮效果，对于卡鲁塞尔2000氧化沟的设计及当前要求越来越严的总氮排放指标具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于根据溶解氧DO、硝酸盐浓度及碳源浓度这三个因子进行脱氮系统连锁控制，提供一种氧化沟反硝化脱氮控制系统，其是基于卡鲁塞尔2000氧化沟的改进。

本发明采用的技术方案如下：

一种氧化沟反硝化脱氮控制系统，包括前置反硝化区和好氧区两部分，并且前置反硝化区连通好氧区处增加隔墙阻断水流，并通过池底预埋导流管将前置反硝化区和好氧区连通；其中进水管路通入前置反硝化区，其旁侧还设置有碳源投加装置且其出料管同样通入前置反硝化区，而出水管路从位于好氧区的氧化沟出水口通出，并且在隔墙上增加设置螺旋桨泵；并且通过四个闭环控制调节氧化沟的溶解氧DO、硝酸盐浓度及碳源浓度这三个因子，以便于进行脱氮连锁控制。

具体的，第一闭环是由一号表曝机和氧化沟出水口处设置的第二DO计及出水管路上设置的氨氮检测仪组成，其中一号表曝机位于池底预埋导流管在好氧区的出水端附近，这个闭环控制用于调整氧化沟的溶解氧DO，保证氧化沟出水端DO在1.5mg/L-2mg/L的范围内。

具体的，第二闭环是由二号表曝机及其附近的第一DO计组成，其中二号表曝机靠近内回流隔墙，这个闭环控制用于调整氧化沟的溶解氧DO，以保证第一DO计监测到回流混合液中的溶解氧DO在0.5mg/L-1.0mg/L的范围内。

具体的，第三闭环是由变频的螺旋桨泵和设置在进水管路上的流量计、第一总氮检测仪以及出水管路上的第二总氮检测仪组成；这个闭环控制是为了精准调控内回流量，而内回流量直接决定硝酸盐浓度。

进一步，内回流量Q_内回流量具体是通过检测的进水总氮TN₀的数值、出水总氮TN_e的数值和进水流量Q_进水来调整内回流螺旋桨泵的流量，其中螺旋桨泵调整范围为100％-400％的进水流量，并满足下列关系式：

Q_内回流量＝Q_进水*η_TN/(1-η_TN)，其中η_TN＝(TN₀-TN_e)/TN₀，其中η_TN为总氮去除率。

具体的，第四闭环是由碳源投加装置与进水管路上的流量计及出水管路上的第二总氮检测仪组成，其中碳源投加装置的投加点位于前置反硝化区的进水口处，这个闭环控制是为了确定碳源投加量进而影响碳源浓度。

进一步，碳源投加量是根据检测的出水总氮TN_e的数值、进水流量Q_进水及设定的出水总氮目标值TN_s来精准投加，并且碳源投加量满足下列关系式：

Q_投＝Q_进水*5*(TN_e-TN_s)/(24*10³*Y)，

其中Y为碳源的化学需氧量(COD)当量，5为德国ATV标准中规定的反硝化1kgNO^- ₃-N需投加外部碳源(以COD计)5kg，24*10³为单位换算系数。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明一种氧化沟脱氮控制系统，通过控制氧化沟内回流混合液溶解氧和内回流混合液回流量，在充足的碳源条件下，可有效保证反硝化脱氮处理效果，对于卡鲁塞尔2000氧化沟的设计或运行管理及当前要求越来越严的总氮排放指标具有重要的实际意义。

2、本发明解决了目前设计及运行的卡鲁塞尔2000氧化沟存在混合液回流“携带”DO进入前置反硝化区不仅会消耗污水中大部分碳源，而且导致反硝化反应的缺氧环境被破坏的问题，保证了出水总氮TN去除率提高，脱氮效果好。

3、本发明解决了卡鲁塞尔2000氧化沟内回流混合液通过调节内回流门的开启角度来调整内回流量的大小，内回流量无法精确控制的问题，可控式的调节前置反硝化区中硝酸盐浓度和总氮去除率，使得氧化沟脱氮效果好。

4、本发明还提供了因碳源不足需外加碳源的投加设备，并且通过简易计算，能够精准控制碳源投加量，并且控制参数只涉及进水流量和出水TN的实测值，均为常规分析项目，监测数据获得十分便捷，具有很强的针对性和实操性，控制简单，计算结果更加符合实际，具有广泛的推广性。

附图说明

图1为本发明整体结构的示意图；

图2为本发明中好氧区分区示意图；

图中标记：1-流量计，2-第一总氮检测仪，3-碳源投加装置，4-第一潜水推流器，5-隔墙，6-螺旋桨泵，7-第一DO计，8-二号表曝机，9-氨氮检测仪，10-第二总氮检测仪，11-第二DO计，12-第二潜水推流器，13-池底预埋导流管，14-一号表曝机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，一种氧化沟反硝化脱氮控制系统，基于卡鲁塞尔2000氧化沟进行控制系统设置，本发明中的氧化沟包括前置反硝化区和好氧区两部分，具体是前置反硝化区连通好氧区处增加隔墙5阻断水流，并通过池底预埋导流管13将前置反硝化区和好氧区连通；其中进水管路通入前置反硝化区，而出水管路从位于好氧区的氧化沟出水口通出，所述的前置反硝化区和好氧区中间通过封闭的隔墙5分隔开，并且在隔墙5上增加设置螺旋桨泵6。

进一步说明控制系统之中的设备部件以及他们在前置反硝化区中的位置设置，所述进水管路上设置有流量计1和第一总氮检测仪2，进水管路通入前置反硝化区，另有碳源投加装置3的出料管也通入到前置反硝化区内，在前置反硝化区内还设置有第一潜水推流器4。

进一步说明控制系统之中的设备部件以及他们在好养区中的位置设置，为了方便位置描述，将所述的好养区划分为短区、长区以及弧形区，如图2所示，所述的弧形区将短区和长区连通，并且在长区还设置有第二潜水推流器12，第二潜水推流器12朝向弧形区设置。

所述的出水口在弧形区池壁上开设，并且出水口附近设置第二DO计11，出水口衔接出水管路，在出水管路上设置氨氮检测仪9和第二总氮检测仪10。

另外在好养区的短区远离出水口的位置还设置有二号表曝机8，并且二号表曝机8附近设置第一DO计7，而在好养区的长区远离出水口的位置设置一号表曝机14，并且所述的池底预埋导流管13的出口位于一号表曝机14附近，而池底预埋导流管13的入口位于前置反硝化区靠近隔墙5的位置，如图1所示。

根据上述控制系统之中的设备部件的设置，具体说明本系统通过四个闭环进行控制，及每个闭环的运作方式，进而使得氧化沟在本控制系统的控制下对溶解氧DO、硝酸盐浓度及碳源浓度这三个因子进行连锁控制。

第一闭环是由一号表曝机14和好氧区出水口处设置的第二DO计11及出水管路上设置的氨氮检测仪9组成，其中一号表曝机14采用变频控制。

这个闭环控制是通过氨氮检测仪9测定的氨氮数值，并调整一号表曝机14的转速来调整充氧量，使其有效保证氧化沟出水端的溶解氧DO在1.5mg/L-2mg/L的范围内，确保好氧硝化处理效果，满足出水氨氮指标要求。

第二闭环是由二号表曝机8及其附近的第一DO计7组成，其中二号表曝机8靠近内回流隔墙且采用变频控制。

这个闭环控制是通过改变二号表曝机8的转速来控制充氧量，使第一DO计7监测到回流混合液中的溶解氧DO在0.5mg/L-1.0mg/L的范围内，确保前置反硝化区为缺氧状态，使其达到预期的反硝化处理效果。

第三闭环是由变频的螺旋桨泵6和设置在进水管路上的流量计1、第一总氮检测仪2以及出水管路上的第二总氮检测仪10组成。

这个闭环控制是为了精准调控内回流量Q_内回流量，而内回流量决定了进入前置反硝化区中硝酸盐的浓度，具体是通过第一总氮检测仪2检测的进水总氮TN₀的数值，第二总氮检测仪10检测的出水总氮TN_e的数值，以及流量计1检测的进水流量Q_进水来调整内回流螺旋桨泵的流量，其中螺旋桨泵调整范围为100％-400％的进水流量。

上述内容满足下列关系式：

Q_内回流量＝Q_进水*η_TN/(1-η_TN)，其中η_TN＝(TN₀-TN_e)/TN₀，其中η_TN为总氮去除率。

第四闭环是由碳源投加装置3与进水管路上的流量计1及出水管路上的第二总氮检测仪10组成，其中碳源投加装置3的投加点位于前置反硝化区的进水口处，用于投加的外部碳源可以是甲醇、乙酸、乙酸钠、葡萄糖等。

这个闭环控制是为了确定碳源投加量，单位为kg/h，碳源投加量是根据检测的出水总氮TN_e的数值、进水流量Q_进水及设定的出水总氮目标值TN_s来精准投加，其中出水总氮TN_e通过第二总氮检测仪10检测，进水流量Q_进水通过流量计1检测。

碳源投加量满足下列关系式：Q_投＝Q_进水*5*(TN_e-TN_s)/(24*10³*Y)，其中Y为碳源的化学需氧量(COD)当量，5为德国ATV标准中规定的反硝化1kgNO^- ₃-N需投加外部碳源(以COD计)5kg，24*10³为单位换算系数。

本发明一种氧化沟反硝化脱氮控制系统，通过上述四个闭环，解决了目前设计及运行的卡鲁塞尔2000氧化沟存在混合液回流“携带”DO进入前置反硝化区不仅会消耗污水中大部分碳源，而且反硝化反应的缺氧环境被破坏，导致出水总氮TN去除率降低，脱氮效果差；也解决了卡鲁塞尔2000氧化沟内回流混合液通过调节内回流门的开启角度来调整内回流量的大小，内回流量无法精确控制，直接影响了前置反硝化区中硝酸盐浓度和总氮去除率的问题；本发明提供了因碳源不足需外加碳源的投加简易计算及精准投加控制系统，该碳源投加控制系统控制参数只涉及进水流量和出水TN的实测值，均为常规分析项目，监测数据获得十分便捷，具有很强的针对性和实操性，通过控制卡鲁塞尔2000氧化沟内回流混合液溶解氧和内回流混合液回流量，在充足的碳源条件下，可有效保证反硝化脱氮处理效果，对于卡鲁塞尔2000氧化沟的设计或运行管理及当前要求越来越严的总氮排放指标具有重要的实际意义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种氧化沟反硝化脱氮控制系统，包括前置反硝化区和好氧区两部分，其特征在于，前置反硝化区连通好氧区处增加隔墙(5)阻断水流，在隔墙(5)上增加设置螺旋桨泵(6)，并通过池底预埋导流管(13)将前置反硝化区和好氧区连通；其中进水管路通入前置反硝化区，另有碳源投加装置(3)也通入前置反硝化区，而出水管路从位于好氧区的氧化沟出水口通出；并且通过四个闭环控制调节氧化沟的溶解氧DO、硝酸盐浓度及碳源浓度这三个因子，以便于进行脱氮连锁控制；

第一闭环是由一号表曝机(14)和氧化沟出水口处设置的第二DO计(11)及出水管路上设置的氨氮检测仪(9)组成，其中一号表曝机(14)位于池底预埋导流管(13)在好氧区的出水端附近，这个闭环控制用于调整氧化沟的溶解氧DO，保证氧化沟出水端DO在1.5mg/L-2mg/L的范围内；

第二闭环是由二号表曝机(8)及其附近的第一DO计(7)组成，其中二号表曝机(8)靠近隔墙(5)，这个闭环控制用于调整氧化沟的溶解氧DO，以保证第一DO计(7)监测到回流混合液中的溶解氧DO在0.5mg/L-1.0mg/L的范围内；

第三闭环是由所述的螺旋桨泵(6)和设置在进水管路上的流量计(1)、第一总氮检测仪(2)以及出水管路上的第二总氮检测仪(10)组成；这个闭环控制是为了精准调控内回流量，而内回流量直接决定硝酸盐浓度；

第四闭环是由所述的碳源投加装置(3)与进水管路上的流量计(1)及出水管路上的第二总氮检测仪(10)组成，其中碳源投加装置(3)的投加点位于前置反硝化区的进水口处，这个闭环控制是为了确定碳源投加量进而控制碳源浓度；

所述的内回流量Q_内回流量是通过检测的进水总氮TN₀的数值、出水总氮TN_e的数值和进水流量Q_进水来调整内回流螺旋桨泵的流量，其中螺旋桨泵的调整范围为100％-400％的进水流量，并满足下列关系式：

Q_内回流量＝Q_进水*η_TN/(1-η_TN)，其中η_TN＝(TN₀-TN_e)/TN₀，其中η_TN为总氮去除率；

碳源投加量是根据检测的出水总氮TN_e的数值、进水流量Q_进水及设定的出水总氮目标值TN_s来精准投加，并且碳源投加量满足下列关系式：

Q_投＝Q_进水*5*(TN_e-TN_s)/(24*10³*Y)；其中Y为碳源的化学需氧量COD当量；5为德国ATV标准中规定的反硝化1kgNO^- ₃-N需投加碳源5kg；24*10³为单位换算系数。

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