CN113248034A - 一种aao工艺连续流间歇曝气控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种AAO工艺连续流间歇曝气控制方法，通过控制鼓风机的周期性启停来形成AAO池连续流间歇曝气方式运行，实现好氧池按好氧/缺氧/厌氧交替运行，通过在线氨氮自动分析仪、在线硝酸盐氮自动分析仪和在线溶解氧自动分析仪和控制单元来根据出水溶解氧浓度、氨氮浓度和硝酸盐浓度等参数控制鼓风单元的启停周期及调整风量大小，实现连续流间歇曝气，改造难度小，节能减排效果显著，总氮、总磷的去除率可提高10%以上，曝气系统电耗可节省50%以上；可以减少外部碳源的投加量，减少除磷药剂的投加量，节能减排效果明显，具有广泛的应用前景。

Description

一种AAO工艺连续流间歇曝气控制方法
技术领域
本发明涉及污水处理节能技术领域，具体为一种AAO工艺连续流间歇曝气控制方法。
背景技术
城镇污水处理是高能耗行业，其能耗主要包括电耗、药剂和污泥处理处置等多方面，其中电耗约占总能耗的70-80%，其中曝气系统的电耗占污水处理厂总电耗的50-70%，所以污水处理厂的节能降耗应优先从曝气系统的优化运行开始。
AAO工艺是我国使用范围最广泛的污水处理工艺，AAO工艺可以同时脱氮除磷，但由于聚磷菌、硝化菌反硝化菌对生存环境要求不同，对碳源的需求竞争存在矛盾，所以AAO工艺的生物脱氮除磷总体效率不高，且容易发生过量曝气，加剧碳源不足的矛盾，导致污水处理厂能耗虚高。如何优化改良AAO工艺曝气系统的运行，高效利用污水中的内部碳源，提高脱氮除磷效果，降低污水处理厂的电耗和药耗，减少碳排放，成为当前研究的热点和难点。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种AAO工艺连续流间歇曝气控制方法，在好氧池内实现好氧/缺氧/厌氧交替运行，以实现节能降耗，可以高效利用污水中的内部碳源，提高脱氮除磷效果，降低污水处理厂的电耗和药耗，减少碳排放。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种AAO工艺连续流间歇曝气控制方法，包括如下步骤：
S1：预先设定AAO池的出水水质的范围；
S2：预先设定AAO池的鼓风机进行间歇曝气的初始启停周期：
S21：所述鼓风机不变频运行第一固定时间，命名为T0，所述T0为30min；
S22：所述鼓风机变频运行第二固定时间，命名为T1，所述T1为30-150min；
S23：所述鼓风机停止运行第三固定时间，命名为T2，所述T2为60-180min；
S3：对AAO池的出水水质中的溶解氧浓度、氨氮浓度和硝酸盐氮浓度进行检测分析；
S4：根据分析结果实时动态调整鼓风机的启停周期：
S41：当分析结果高于出水水质的范围时，控制鼓风机按初始启停周期运行进行曝气，否则控制鼓风机停止运行。
优选的，所述S1中，所述AAO池的出水水质的范围为：氨氮浓度为0-7mg/L或氨氮浓度+硝酸盐氮浓度为0-18mg/L。
优选的，当分析结果中，氨氮浓度或氨氮浓度+硝酸盐氮浓度超出预设的出水水质的范围时，启动鼓风机按初始启停周期运行进行曝气。
优选的，通过在线氨氮自动分析仪检测AAO池出水的氨氮浓度值；
通过在线硝酸盐氮自动分析仪检测AAO池出水的硝酸盐氮浓度；
通过在线溶解氧自动分析仪检测AAO池出水的溶解氧浓度。
优选的，所述S41中，在鼓风机进行曝气时，当溶解氧浓度高于3.0mg/L或氨氮浓度低于1mg/L或硝酸盐氮浓度高于12mg/L时，控制鼓风机停止运行；
在鼓风机停止运行时，当氨氮浓度高于出水水质的范围或氨氮浓度+硝酸盐氮浓度高于出水水质的范围时，启动鼓风机按初始启停周期运行进行曝气。
（三）有益效果
本发明提供了一种AAO工艺连续流间歇曝气控制方法。具备以下益效果：
本发明采用连续流间歇曝气方式运行，在AAO池的好氧池内实现好氧/缺氧/厌氧交替运行，可以提高AAO池的生物脱氮除磷效果，总氮和总磷的去除率均可提高10%以上；
本发明采用间歇曝气，可避免AAO池过量曝气，可以在好氧池内交替形成好氧/缺氧/厌氧状态，有利于反硝化聚磷菌和聚磷菌的优势生长，可以满足同步硝化反硝化条件，提高同步硝化和反硝化除磷的效果，提高总氮和总磷去除效果，可以降低AAO池出水硝酸盐氮浓度，减少回流污泥中溶解氧浓度和硝酸盐氮浓度，避免厌氧池发生反硝化反应过多地消耗内源碳源，提高厌氧池聚磷菌的释磷效果，从而提高AAO系统的总氮和总磷去除效果；
本发明采用间歇曝气，可以实行节能减碳，曝气系统电耗节省50%以上，可以减少外部碳源投加量，减少除磷药剂的投加量，碳排放减量效果显著。
附图说明
图1为本发明的控制流程示意图一；
图2为本发明的控制流程示意图二；
图3为本发明的俯视结构示意图。
图中，1、在线氨氮自动分析仪；2、在线硝酸盐氮自动分析仪；3、在线溶解氧自动分析仪；4、好氧池；5、风管；6、预缺氧池；7、鼓风机；8、潜水搅拌机；9、潜水推流器；10、硝化回流泵；11、PLC控制系统；12、污水进水管二；13、污水进水管一；14、回流污泥管；15、缺氧池；16、厌氧池。
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做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。
请参阅图1和图3，本发明实施例提供一种技术方案：一种AAO工艺连续流间歇曝气控制方法，包括如下步骤：
S1：预先设定AAO池的出水水质的范围，所述AAO池的出水水质的范围为一级A标准时，氨氮浓度为0-4mg/L或氨氮浓度+硝酸盐氮浓度为0-13mg/L；所述AAO池的出水标准为一级B标准时，氨氮浓度为0-7mg/L或氨氮浓度+硝酸盐氮浓度为0-18mg/L；一级A标准和一级B标准为《城镇城镇污水处理厂污染物排放标准》所规定的范围；
S2：预先设定AAO池的鼓风机7进行间歇曝气的初始启停周期，所述鼓风机7进行间歇曝气的初始启停周期如下：
S21：所述鼓风机7不变频运行第一固定时间，命名为T0，所述T0为30min；
S22：所述鼓风机7变频运行第二固定时间，即鼓风机7变频运行持续时间，命名为T1，所述T1为30-150min；
S23：所述鼓风机7停止运行第三固定时间，即鼓风机7持续关闭时间，命名为T2，所述T2为60-180min；
S3：对AAO池的出水水质中的溶解氧浓度、氨氮浓度和硝酸盐氮浓度进行检测分析，包括，通过在线氨氮自动分析仪1检测AAO池出水的氨氮浓度值；
通过在线硝酸盐氮自动分析仪2检测AAO池出水的硝酸盐氮浓度；
通过在线溶解氧自动分析仪3检测AAO池出水的溶解氧浓度；
S4：根据分析结果实时动态调整鼓风机7的启停周期：
S41：当分析结果高于出水水质的范围时，控制鼓风机按初始启停周期运行进行曝气，否则控制鼓风机停止运行。当分析结果中，氨氮浓度或氨氮浓度+硝酸盐氮浓度超出预设的出水水质的范围时，启动鼓风机按初始启停周期运行进行曝气。在鼓风机7进行曝气时，当溶解氧浓度高于3.0mg/L或氨氮浓度低于1mg/L或硝酸盐氮浓度高于12mg/L时，控制鼓风机7停止运行；
在鼓风机7停止运行时，当氨氮浓度高于出水标准或氨氮浓度+硝酸盐氮浓度高于出水标准时，启动鼓风机7按初始启停周期运行进行曝气。
AAO池包括好氧池4、缺氧池15、预缺氧池6、厌氧池16、鼓风机7，AAO池出水口外设置有出水井，在线氨氮自动分析仪1和在线硝酸盐氮自动分析仪2的探头均设置于出水井内，在线溶解氧自动分析仪3的探头设置于出水口前端，AAO池外设有控制单元，控制单元与在线氨氮自动分析仪1、在线硝酸盐氮自动分析仪2、在线溶解氧自动分析仪3和鼓风机7均按电控信号连接。
污水从预缺氧池6、厌氧池16进入，经缺氧池15到好氧池4再从好氧池4的出水口流出，好氧池4的出水口即AAO池的出水口。
预缺氧池6内设置有潜水搅拌机8，预缺氧池6一侧连通有污水进水管一13和回流污泥管14，厌氧池16内设置有潜水搅拌机8，厌氧池16为廊道型池体，厌氧池16内一侧连通有污水进水管二12，缺氧池15为跑道型池体，缺氧池15内设置有潜水推流器9，潜水推流器9的推进方向为水流方向，好氧池4内还设置有硝化回流泵10，硝化回流泵10的出口端与缺氧池15相连通；
在线氨氮自动分析仪1测量值记为
Figure 731259DEST_PATH_IMAGE001
、在线硝酸盐氮自动分析仪2测量 值记为
Figure 913978DEST_PATH_IMAGE002
、在线溶解氧自动分析仪3测量值记为DO，氨氮和硝酸盐氮总量记为
Figure 959295DEST_PATH_IMAGE001
+
Figure 620083DEST_PATH_IMAGE002
。
鼓风机7的出风口设置有多根风管5，多根风管5远离鼓风机7一端的管口均插设于好氧池4内，并与好氧池4内的曝气器连接；鼓风机7通过风管5向好氧池4内的曝气器吹入空气进行曝气。外设的控制单元可对在线氨氮自动分析仪1、在线硝酸盐氮自动分析仪2和在线溶解氧自动分析仪3返回的数据值与出水标准进行对比判断，并根据分析结果来控制鼓风机7的启停。控制单元为PLC控制系统11。
AAO池的总曝气时间为T1+30min。曝气/停止曝气周期可按实验经验和实际水质情况进行设置：曝气(1~3h)/停(1~3h)。典型的曝气/停止曝气周期设置有如下十几种工况：曝1h/停1h、曝1h/停1.5h、曝1.5h/停1.5h、曝1.5h/停2h、曝2h/停2h、曝2h/停1.5h、曝2h/停1h、曝2.5h/停1.5h、曝2.5h/停2.0h、曝2.5h/停2.5h、曝3h/停1.5h、曝3h/停2h、曝3h/停2.5h、曝3h/停3h等。具体采用哪种曝气/停止曝气周期的工况运行，需根据进出水水质情况确定。
在曝气阶段，当溶解氧浓度高于3.0mg/L或氨氮浓度低于1mg/L或硝酸盐氮浓度高于12mg/L时，说明曝气过量，鼓风机7停止运行，缩短曝气时间。
在停止曝气阶段，当污水处理厂执行一级A排放标准时，AAO池氨氮浓度高于4mg/L或氨氮浓度与硝酸盐氮浓度之和高于13mg/L时，说明整个系统的硝化反应不足，曝气不足，总氮有超标风险，启动鼓风机7进行不变频运行（按初始启停周期运行），缩短停止曝气时间；当污水处理厂执行一级B排放标准时，AAO池氨氮浓度高于7mg/L或氨氮浓度与硝酸盐氮浓度之和高于18mg/L时，说明整个系统的硝化反应不足，曝气不足，总氮有超标风险，启动鼓风机7进行不变频运行（按初始启停周期运行），缩短停止曝气时间。
鼓风机7不变频运行30min后，控制单元控制鼓风机7变频减小风量至预定风量。
本发明的工作原理为：经预处理的污水分成两路分别经通过污水进水管一13和污水进水管二12分别进入预缺氧池6和厌氧池16中，回流污泥经回流污泥管14进入预缺氧池6内，污水与回流污泥充分混合后依次通过预缺氧池6、厌氧池16、缺氧池15和好氧池4，然后流入外设的二沉池进行固液分流，好氧池4的硝化液通过硝化回流泵10回流至缺氧池15。按照传统的运行方法，按照连续曝气方式运行，在预缺氧池6进行预脱氮，在厌氧池16进行聚磷菌释磷，在缺氧池15进行前置反硝化脱氮，在好氧池4进行硝化去除氨氮和有机物。
通过间歇曝气，形成曝气与停止曝气的交替过程，好氧池4中必须形成好氧/缺氧/厌氧状态的交替。并且依据实验经验给出了十几种典型的曝气/停止曝气周期的工况。AAO池的溶解氧浓度是在0～3.0mg/L之间，而且有约50%以上的时间内好氧池4的溶解氧为0。
研究表明，连续流间歇曝气可以实现降低能耗，提高脱氮除磷效果。
AAO池的溶解氧的高低不仅关系到电耗，还影响脱氮除磷效果。AAO池出水的溶解氧浓度过高不仅会造成电耗的浪费，还会导致回流至缺氧池15的硝化液溶解氧浓度过高，破坏缺氧池15的缺氧状态，影响反硝化脱氮效果；也会导致回流至厌氧池16的回流污泥中溶解氧浓度和硝酸盐氮浓度过高，破坏厌氧池16的厌氧状态，消耗污水中的碳源，影响聚磷菌的释磷反应，从而降低AAO工艺的脱氮除磷效果。所以必须控制AAO池出水的溶解氧浓度。
研究表明，在出水达标的情况下，AAO工艺污水处理厂出水中的氮素有如下等式关系：总氮≈硝酸盐氮+亚硝酸盐氮+氨氮，其中亚硝酸盐氮浓度很低，一般在1mg/L以下。所以，可以根据硝酸盐氮+氨氮浓度判断总氮的浓度，如：在一级B排放标准下，当硝酸盐氮+氨氮浓度接近19mg/L时，总氮就可能超标；在一级A排放标准下，当硝酸盐氮+氨氮浓度接近14mg/L时，总氮就可能超标。所以，可以把硝酸盐氮+氨氮浓度作为连续流间歇曝气控制的参数，为预留鼓风机7启/停的调节时间，在污水处理厂出水执行一级A标准时，把氨氮浓度与硝酸盐氮浓度之和≤18mg/L作为自动控制依据；在污水处理厂出水执行一级B标准时，把氨氮浓度与硝酸盐氮浓度之和≤13mg/L作为自动控制依据。
AAO工艺的污泥回流比一般为50%-100%。研究表明，AAO工艺的回流污泥中的硝酸盐氮含量对脱氮除磷效果有较大影响，当厌氧池16内的硝酸盐氮浓度高于5mg/L时，会发生显著的反硝化作用，过多地消耗污水中的碳源，使后续工艺的反硝化碳源不足；还会阻碍厌氧池16聚磷菌释磷反应，降低AAO工艺的除磷效果。要控制回流污泥中的硝酸盐氮浓度，必须控制AAO池出水硝酸盐氮浓度。如果污泥回流比为100%，要控制厌氧池16内的硝酸盐浓度5mg/L以下，则AAO池出水的硝酸盐氮浓度应控制在12mg/L以下。同时，AAO池出水硝酸盐氮过高，也反映了AAO池可能存在曝气过量，造成电耗浪费，反硝化效果脱氮变差。所以可以把硝酸盐氮作为作为连续流间歇曝气控制的参数。
参阅图2和图3，国内某城镇污水处理厂，规模为4万m3/d，出水要求达到《城镇城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，核心工艺为2组AAO生化池，每组2万m3/d，安装有2台鼓风机7（1备1用）。
基于该厂进水水质条件，曝气/停止曝气周期设置为：曝气2h/停止曝气2h。启动曝气时，鼓风机7启动，30min后鼓风机7变频减小风量至一预定风量，直至连续曝气运行至2h；2h后鼓风机7停止运行，进入停止曝气的缺氧状态。一般情况下，按照曝气/停止曝气的初始启停周期循环运行。
整个循环过程按照图2的流程运行。
由于污水处理厂进水水量和水质波动，出水水质也会随之波动。因此，通过在线氨氮自动分析仪1、在线硝酸盐氮自动分析仪2和在线溶解氧自动分析仪3和控制单元来控制鼓风机7的启停及变频调整风量大小。
在曝气阶段，当检测到好氧池4出水口溶解氧浓度高于3.0mg/L时，控制单元关停鼓风机7，停止曝气，缩短曝气时间。
在曝气阶段，当检测到好氧池4出水口出水氨氮浓度低于1mg/L时，关停鼓风机7，停止曝气，缩短曝气时间。在停止曝气阶段，出水氨氮浓度高于4mg/L时，开启鼓风机7，缩短停止曝气时间。
在曝气阶段，当出水硝酸盐氮高于12mg/L时，说明整个系统的反硝化效果变差，关停鼓风机7，停止曝气，缩短曝气时间。
在停止曝气阶段，当出水硝酸盐氮+氨氮高于13mg/L时，说明整个系统的硝化反应不足，总氮有超标风险，开启鼓风机7，缩短停止曝气时间。
通过2个月的连续流间歇曝气实施，对比实施前2个月（按连续曝气方式运行）的吨水能耗，污水处理厂曝气系统电耗降低了约50%，污水处理厂总电耗从0.34kWh/m3水降低到0.27kWh/m3水，降低了21%。总氮去除率提高了12%，总磷去除率提高了15%。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种AAO工艺连续流间歇曝气控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：预先设定AAO池的出水水质的范围；
S2：预先设定AAO池的鼓风机进行间歇曝气的初始启停周期：
S21：所述鼓风机不变频运行第一固定时间，命名为T0，所述T0为30min；
S22：所述鼓风机变频运行第二固定时间，命名为T1，所述T1为30-150min；
S23：所述鼓风机停止运行第三固定时间，命名为T2，所述T2为60-180min；
S3：对AAO池的出水水质中的溶解氧浓度、氨氮浓度和硝酸盐氮浓度进行检测分析；
S4：根据分析结果实时动态调整鼓风机的启停周期：
S41：当分析结果高于出水水质的范围时，控制鼓风机按初始启停周期运行进行曝气，否则控制鼓风机停止运行。
2.根据权利要求1所述的一种AAO工艺连续流间歇曝气控制方法，其特征在于，所述S1中，所述AAO池的出水水质的范围为：氨氮浓度为0-7mg/L或氨氮浓度+硝酸盐氮浓度为0-18mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种AAO工艺连续流间歇曝气控制方法，其特征在于，当分析结果中，氨氮浓度或氨氮浓度+硝酸盐氮浓度超出预设的出水水质的范围时，启动鼓风机按初始启停周期运行进行曝气。
4.根据权利要求1所述的一种AAO工艺连续流间歇曝气控制方法，其特征在于，通过在线氨氮自动分析仪检测AAO池出水的氨氮浓度值；
通过在线硝酸盐氮自动分析仪检测AAO池出水的硝酸盐氮浓度；
通过在线溶解氧自动分析仪检测AAO池出水的溶解氧浓度。
5.根据权利要求1所述的一种AAO工艺连续流间歇曝气控制方法，其特征在于，所述S41中，在鼓风机进行曝气时，当溶解氧浓度高于3.0mg/L或氨氮浓度低于1mg/L或硝酸盐氮浓度高于12mg/L时，控制鼓风机停止运行；
在鼓风机停止运行时，当氨氮浓度高于出水水质的范围或氨氮浓度+硝酸盐氮浓度高于出水水质的范围时，启动鼓风机按初始启停周期运行进行曝气。
CN202110787218.6A 2021-07-13 2021-07-13 一种aao工艺连续流间歇曝气控制方法 Pending CN113248034A (zh)

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