CN115520966A - 一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统和控制方法，其中，控制系统包括曝气模块、剩余污泥模块和酸洗模块，所述剩余污泥模块和酸洗模块均与曝气模块连接，所述曝气模块、剩余污泥模块和酸洗模块均受AES辅助控制模块控制；所述曝气模块包括反应器和1#曝气单元和2#曝气单元，所述1#曝气单元和2#曝气单元均有多个，且均水平并列设置于反应器内部；所述AES辅助控制模块控制1#曝气单元和2#曝气单元同时运行或交替运行，提供好氧和缺氧轮换交替的宏观溶解氧环境。本发明通过在时序上形成的好氧、缺氧轮换交替的宏观溶解氧环境耦合在过水断面上形成的好氧、缺氧和厌氧轮换交替的区域溶解氧环境，达到平衡硝化和反硝化效率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统和控制方法。
背景技术
传统脱氮理论认为，要实现废水生物脱氮必须使氨氮经历典型的硝化和反硝化过程，由于硝化菌和反硝化菌对环境条件的要求不同，一般都认为这两个过程不能同时发生，在这种理论的指导下，传统的生物脱氮工艺都将缺氧区和好氧区分开，在不同的反应器中运行，形成所谓的前置反硝化或后置反硝化工艺，或者采用间歇的好氧和厌氧条件来进行。然而，自20世纪80年代以来，研究人员曾多次观察到氮的非同化损失现象，在曝气系统中亦曾多次观察到氮的损失，也就是存在氧的情况下反硝化反应，低氧情况下的硝化反应。在这些处理系统中，硝化和反硝化反应往往发生在同样的处理条件及同一处理空间，因此，这些现象被称为同步硝化反硝化(或同时硝化反硝化，简称SND)。
实现同时硝化反硝化的关键在于对硝化菌和反硝化菌的控制。因此，优化那些有利于硝化菌和反硝化菌同时存在的因素，就可以比较好的控制同时硝化反硝化实现的途径。目前关于同时硝化反硝化已经有很多成功应用的报道，如专利号为CN2773063Y的实用新型公开的SBR工艺和专利号为CN 107043163 A的发明公开的氧化沟工艺。以上工艺有一个共性的特点，即硝化过程和反硝化过程在同一个曝气池中完成，同时硝化反硝化主要是依靠通过DO探头监测反应器内某一点处的DO值，来对风机的供气量(频率)或启停时间进行控制，达成在同一反应器内硝化反应和反硝化反应在时序上交替发生。但是其局限性在于：硝化和反硝化效率难以平衡，出水NH3-N和TN指标波动较大。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种可以平衡硝化和反硝化效率的基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统和控制方法。
本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统，包括曝气模块、剩余污泥模块和酸洗模块和AES辅助控制模块，所述剩余污泥模块和酸洗模块均与曝气模块连接，所述曝气模块、剩余污泥模块和酸洗模块均与AES辅助控制模块连接，并受AES辅助控制模块控制；
所述曝气模块包括反应器和1#曝气单元和2#曝气单元，所述1#曝气单元和2#曝气单元均有多个，且均水平并列设置于反应器内部；多个所述1#曝气单元和多个所述2#曝气单元各自分为一组并列设置或分为多组间隔设置，所述AES辅助控制模块控制1#曝气单元和2#曝气单元同时运行或交替运行，为反应器提供好氧和缺氧轮换交替的宏观溶解氧环境，实现硝化反应和反硝化反应的同时发生。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述曝气模块还包括风机和供气母管，所述供气母管的一端连接多个1#曝气单元，对立端连接多个2#曝气单元，所述风机的出风口与供气母管连接，所述供气母管靠近1#曝气单元和2#曝气单元处均设有第一电动阀门，所述风机和第一电动阀门均与AES辅助控制模块电性连接，所述AES辅助控制模块通过风机和第一电动阀门控制1#曝气单元和2#曝气单元同时运行或交替运行。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述风机与供气母管的连接处设有压力传感器和空气流量计，所述压力传感器和空气流量计均与AES辅助控制模块电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述风机包括1#风机和2#风机，所述1#风机和2#风机并联，并与供气母管连接，所述1#风机的额定风量为2#风机的额定风量的1.3～3倍。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述曝气模块还包括DO在线监测设备、ORP在线监测设备和MLSS在线监测设备，所述DO在线监测设备、ORP在线监测设备和MLSS在线监测设备均与AES辅助控制模块电性连接，且三者的监测部均设于反应器内混合液水平流程70％-90％处，且靠近反应器内壁。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述剩余污泥模块包括剩余污泥排放管道，所述剩余污泥排放管道与反应器连接，所述剩余污泥排放管道上设有剩余污泥排放电动阀门和电磁流量计，所述剩余污泥排放电动阀门和电磁流量计均与AES辅助控制模块电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述酸洗模块包括加药桶，所述加药桶通过连接管与进气母管连通，所述加药桶与进气母管之间的连接管设有计量泵，所述计量泵与AES辅助控制模块电性连接。
另一方面，本发明提供了一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统的控制方法，所述曝气模块的控制方法包括如下步骤：
在反应器连续进水条件下，当DO在线监测设备监测到反应器内溶解氧浓度值低于下限阈值0.2mg/L～0.3mg/L时，由AES辅助控制模块控制1#风机运行，同时开启1#曝气单元和2#曝气单元，进入升氧曝气过程；当反应器内溶解氧浓度升高至上限阈值1.0～1.5mg/L时，由AES辅助控制模块控制1#风机关停，2#风机运行，同时控制1#曝气单元和2#曝气单元交替运行，进入降氧曝气过程，交替运行周期时间为1～5min，当反应器内溶解氧浓度降至下限阈值0.2mg/L～0.3mg/L时，由AES辅助控制模块控制1#风机运行，2#风机关停，同时开启1#曝气单元和2#曝气单元，进入升氧曝气阶段，往复循环。
在以上技术方案的基础上，优选的，当DO在线监测设备监测的DO值小于下限阈值0.2mg/L～0.3mg/L，ORP在线监测设备监测的ORP值并未小于缺氧环境指示值ORP＝50-100mV时，AES辅助控制模块不做升氧曝气过程控制，而是持续降氧曝气过程控制，直至ORP在线监测设备监测值小于缺氧环境指示值ORP＝50-100mV时，AES辅助控制模块开始升氧曝气过程控制；
当DO在线监测设备监测的DO值大于上限阈值1.0mg/L～1.5mg/L，ORP在线监测设备监测的ORP值并未大于好氧环境指示值ORP＝150-200mV时，AES辅助控制模块不做降氧曝气过程控制，而是持续升氧曝气过程控制，直至ORP在线监测设备监测值大于好氧环境指示值ORP＝150-200mV时，AES辅助控制模块开始降氧曝气过程控制。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述酸洗模块的控制方法包括如下步骤：
当压力传感器的监测值大于等于上限阈值时，由AES辅助控制模块控制加药计量泵启动，当压力传感器的监测值小于上限阈值时，由AES辅助控制模块控制加药计量泵停止。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述剩余污泥模块的控制方法包括如下步骤：
人为设定污泥龄，由AES辅助控制模块计算反应器中混合液每小时排放量；AES辅助控制模块再以时控的方式间歇控制剩余污泥排放电动阀门开启，当电磁流量计监测到完成混合液排放量时，经AES辅助控制模块关闭剩余污泥排放电动阀门；
反应器混合液小时排放量Q的计算公式为：
Q＝V/(SRT×24)，
其中，V为反应器的有效容积，SRT为污泥龄。
本发明的一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统和控制方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明提出的基于同时硝化反硝化工艺的交互曝气控制系统和控制方法是一种工艺控制手段的底层技术革新，核心是悬浮生长体系下，在污泥絮体内存在溶解氧的浓度梯度，在微观环境实现同时硝化和反硝化的基础上，结合交互曝气机制在时序上形成的好氧、缺氧轮换交替的宏观溶解氧环境耦合在过水断面上形成的好氧、缺氧和厌氧轮换交替的区域溶解氧环境，并调配环境时间，运用流体力学和生物反应动力学理论来达到平衡硝化速率和反硝化速率和效率的目的。该控制方法不仅能规避常规SND控制方法中仅采用空间分区或时序上环境交替过程必然出现的液-固二相分离的缺陷，避免传质效率的降低或停止，而且还能提高硝化反硝化反应进程控制的可操作性和灵活性，有利于观测反应器内工作程序进程，以及硝化和反硝化反应的环境状态，灵活控制硝化和反硝化有效反应时间。
(2)剩余污泥模块是基于后馈控制单参数控制模式，污泥龄控制理念是以同时硝化反硝化的实现过程为基础，控制电动阀门的启闭，以排出活性污泥为控制目标，排泥流量为控制手段，能够实现剩余污泥排放量和SRT的精确控制，对F/M进行稳定支配。
(3)交互式曝气系统为了控制硝化和反硝化反应的进程，通过调节曝气强度来控制DO和调配环境时间，并采用ORP在线检测溶液中的氧化还原电位来对DO阈值进行计算和自动设定，然后通过风机变频调控或风量跃迁(以风机切换方式实现)来自动调节反应器的供气量和曝气单元曝气速率，同时降低能耗。该方法形成ORP串级DO控制策略，优化控制调节极其灵活，而且具有极佳的反应进程可观测性，能够保证SND进程的稳定性和安全性，将会使得SND工艺的优势更加突出，应用前景更为广阔。
(4)酸洗模块通过可提升式曝气器自主物理维护和药液清洗系统耦合与联动程序化操作，并与压力传感器配合诊断异常，可及时发现管道漏损、阀门泄漏、曝气头堵塞等异常现象，减少可提升式曝气器的故障频率，降低清空检修与停水的运行风险，在确保反应器运行稳定大前提下，还能实现节能降耗，提高曝气模块设备资产的增值保值效率。
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为本发明交互式曝气控制系统的结构图；
图2为本发明交互式曝气过程示意图；
图3为本发明实施例曝气模块结构图；
图4为本发明交互式曝气控制系统中剩余污泥排放控制策略图；
图5为本发明交互式曝气控制系统中酸洗模块的控制策略图；
图6为本发明ORP串级DO控制策略图。
图中，1-曝气模块、2-剩余污泥模块、3-酸洗模块、4-AES辅助控制模块、11-反应器、12-1#曝气单元、13-2#曝气单元、121-进气支管、122-可提升式曝气器、123-冷凝水排放支管、124-1#-进气母管、125-2#进气母管、126-1#冷凝水排放母管、127-2#冷凝水排放母管、128-第二电动阀门、14-风机、141-1#风机、142-2#风机、15-供气母管、151-第一电动阀门、152-压力传感器、153-空气流量计、16-DO在线监测设备、17-ORP在线监测设备、18-MLSS在线监测设备、21-剩余污泥排放管道、211-剩余污泥排放电动阀门、212-电磁流量计、31-加药桶、32-计量泵、33-溢流阀、34-三位阀、35-止回阀、36-喷嘴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，结合图2-6，本发明的基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统，包括曝气模块1、剩余污泥模块2和酸洗模块3，剩余污泥模块2和酸洗模块3均与曝气模块1连接，曝气模块1、剩余污泥模块2和酸洗模块3均与AES辅助控制模块4连接，并受AES辅助控制模块4控制。
曝气模块1为同时硝化反硝化工艺提供轮换交替的溶解氧环境、轮换交替的过水断面水流流态和轮换交替的硝化反硝化反应动力，剩余污泥模块2为硝化反硝化工艺提供的适宜的污泥浓度和污泥负荷，酸洗模块3可及时发现管道漏损、阀门泄漏、曝气头堵塞等异常现象，降低清空检修与停水的运行风险，确保反应器运行稳定。
具体的实施例中，曝气模块1包括反应器11和1#曝气单元12和2#曝气单元13，1#曝气单元12和2#曝气单元13均有多个，反应器11的过水断面上并列水平设置多个1#曝气单元12和多个2#曝气单元13，AES辅助控制模块4分别控制1#曝气单元12和2#曝气单元13同时运行或交替运行，为反应器11提供好氧和缺氧轮换交替的宏观溶解氧环境，实现同时硝化反应反硝化反应的同时发生。
具体的实施例中，1#曝气单元12和2#曝气单元13排布方式有两种，第一种：多个1#曝气单元12连续并列设置组成第一组，多个2#曝气单元13连续并列设置组成第二组，第一组和第二组并列设置，如图1-2所示。第二种：1#曝气单元12和2#曝气单元13间隔并列排布，如图3所示。无论是第一种还是第二种，在1#曝气单元12和2#曝气单元13同时运行或交替运行时，均可以提供好氧和缺氧轮换交替的宏观溶解环境。
如图1-2所示，具体的实施例中，每个1#曝气单元12和2#曝气单元13均包括进气支管121、可提升式曝气器122和冷凝水排放支管123，多个1#曝气单元12和多个2#曝气单元13的可提升式曝气器122并列水平设置于反应器11内部，且可提升式曝气器122的两端分别与进气支管121和冷凝水排放支管123连接，多个1#曝气单元12的进气支管121通过1#进气母管124连接，多个2#曝气单元12的进气支管121通过2#进气母管125连接。
还包括1#冷凝水排放母管126和2#冷凝水排放母管127，1#冷凝水排放母管126与多个1#曝气单元12的冷凝水排放支管123并联，2#冷凝水排放母管127与多个2#曝气单元12的冷凝水排放支管123并联，1#冷凝水排放母管126和2#冷凝水排放母管127远离冷凝水排放支管123的一端均与反应器11的顶部连接；1#冷凝水排放母管126和2#冷凝水排放母管127与反应器11的连接处均设有第二电动阀门128，第二电动阀门128均与AES辅助控制模块4电性连接。
具体的实施例中，可提升式曝气器122为现有技术，采用专利号为CN214141750U的可提升式曝气器，曝气软管采用为专利号为CN213950755U的曝气软管，具有结构稳定，曝气均匀，曝气时不发生摇晃，氧利用率高的特点。
具体的实施例中，曝气模块1还包括风机14和供气母管15，进气母管15的一端连接1#进气母管124，对立端连接2#进气母管125，风机14的出风口与供气母管15连接，供气母管15靠近1#进气母管124和2#进气母管125处均设有第一电动阀门151，风机14和第一电动阀门151均与AES辅助控制模块4电性连接；AES辅助控制模块4通过风机14和第一电动阀门151控制1#曝气单元12和2#曝气单元13同时运行或交替运行。
具体的，风机14与进气母管15的连接处设有压力传感器152和空气流量计153，压力传感器152和空气流量计153均与AES辅助控制模块4电性连接。
具体的，风机14有两个，分别是1#风机141、2#风机142，为1#曝气单元12和2#曝气单元13提供气源，两个风机14并联，且一端与AES辅助控制模块4电性连接，另一端与供气母管14连接。
具体的，1#风机141、2#风机142的额定风量不同，Q1＝(1.3～3)×Q2，Q1为1#风机141的额定风量，Q2为2#风机142的额定风量。1#风机141与2#风机142的合作是一种交互形式，通过开启和关闭不同的风机，或(且)变频调节，在时序上调控反应器11的供气量，可以达到控制溶解氧浓度的目标。
曝气模块1还包括DO在线监测设备16、ORP在线监测设备17和MLSS在线监测设备18，DO在线监测设备16、ORP在线监测设备17和MLSS在线监测设备18均与AES辅助控制模块4电性连接，三者的监测部均设于反应器11内混合液水平流程70％-90％处，且靠近反应器11内壁；用于检测反应器11内部的溶解氧含量、氧化还原电位、污泥浓度，为曝气模块1提供参数。
在本方法中，为了始终如一地保持稳定达标的出水，采取扩大容积安全系数的做法，即增加10％～30％的附加容积，因此探头设置在混合液水平流程的70％～90％位置处，富裕10％～30％的容积作为保险措施，提高曝气模块抗干扰能力。同时探头靠池壁一侧，ORP和DO值的变化幅度与溶解氧环境的变化程度相匹配，可以对溶解氧环境的转变做出准确的判断。
风机14由AES辅助控制模块4控制，同时搜集DO在线监测设备16、ORP在线监测设备17和MLSS在线监测设备18的数据，并通过程序控制风机14的启停与变频，其作用是在闭环控制逻辑下对曝气系统进行程序化控制。
剩余污泥模块2作用是对反应器内混合液在定时和定量的规则下进行排放，包括剩余污泥排放管道21，剩余污泥排放管道21与反应器11连接，剩余污泥排放管道21上设有剩余污泥排放电动阀门211和电磁流量计212，剩余污泥排放电动阀门211和电磁流量计212均与AES辅助控制模块4电性连接。
酸洗模块3的作用是将清洗药剂以雾化形式注入进气母管121；包括加药桶31、计量泵32、溢流阀33、三位阀34、止回阀35和喷嘴36。加药桶31通过连接管与进气母管121连通，加药桶31与进气母管121之间的连接管设有计量泵32，计量泵32与AES辅助控制模块4电性连接；计量泵32与进气母管121之间的连接管依次设有溢流阀33、三位阀34、止回阀35和喷嘴36，药桶31与三位阀34连接。
曝气模块1、剩余污泥模块2和酸洗模块3作为交互式曝气控制系统的三个组成部分，以AES辅助控制模块4为中枢，AES辅助控制模块4与各模块内执行机构、检测结构之间的连接线缆为中枢神经，承担着三个方面的独立作用。各模块的控制方法如下：
一、曝气模块的控制方法
如图1-2所示，在反应器11连续进水条件下，当DO在线监测设备16监测到反应器11内溶解氧浓度值低于下限阈值0.2mg/L～0.3mg/L时，AES辅助控制模块4控制1#风机141运行，同时1#曝气单元和2#曝气单元的第一电动阀门151均全部开启，第二电动阀门128均全部关闭，1#曝气单元和2#曝气单元同时鼓风曝气，致使反应器11内混合液溶解氧浓度升高(该过程简称为升氧曝气)，直至溶解氧浓度升高到上限阈值(DO＝1.0～1.5mg/L)，升氧曝气过程结束。此时AES辅助控制模块4控制1#曝气单元和2#曝气单元交替运行，进行降氧曝气，具体过程为：1#风机停机，2#风机运行，其中1#曝气单元12的第一电动阀门151关闭，第二电动阀门128打开；2#曝气单元13的第一电动阀门151打开，第二电动阀门128关闭，持续时间为1-5min，随后切换为1#曝气单元12的第一电动阀门151打开，第二电动阀门128关闭；2#曝气单元13的第一电动阀门151关闭，第二电动阀门128打开，持续时间为1～5min，往复循环，对1#曝气单元和2#曝气单元进行轮换使用，这整个过程中混合液溶解氧浓度持续降低，直至溶解氧浓度降低到下限阈值DO＝0.2mg/L～0.3mg/L，降氧曝气过程结束，再次进入升氧曝气过程，周而复始。
在上述升氧过程与降氧过程的持续循环历程中，曝气模块1以AES辅助控制模块4为控制系统中心，支配1#曝气单元和2#曝气单元工作的轮换交替，操纵1#风机141(额定风量为Q1)和2#风机142(额定风量为Q1/(1.3～3))基于DO在线监测设备16监测值的交互切换，除了驾驭反应器11的溶解氧在时序上呈正弦曲线升降以外，还会起到如下作用：在升氧过程中，1#风机141为满频工况，过水断面均匀曝气(可提升式曝气器通气量为18～36m3/h·套)，混合液呈强轴向循环，轴向返混强度高，能使所有微生物絮体都处于悬浮状态，反应器MLSS升高，又因水流阻力减小，导致微生物絮体的剪切力增加，不仅可以减小絮体粒度(Φ＝50～100μm)，而且能减小絮体氧传阻力，提高氧的传递效率，进而提高硝化反应速率；在降氧过程中，2#风机142为满频或低频工况，过水断面仅一侧曝气(可提升式曝气器通气量为9～18m3/h·套)，混合液呈周向循环，轴向返混强度低，微生物絮体在曝气一侧呈悬浮状态，在非曝气一侧为堆积状态和悬浮物状态两者共存，反应器MLSS降低，又因水流阻力增大，导致微生物絮体剪切力减小，不仅有利于微生物絮体再次凝聚，增大絮体粒度(Φ＝100～200μm)，而且能提高絮体氧传阻力，增加絮体缺氧空间占比，进而提高反硝化反应速率。
本发明交互式曝气控制方式本质是一种宏观容积控制理念，以变动有效硝化反应时间和有效反硝化反应时间为基础，曝气流量和过水断面流态为控制手段，支配时间上和空间上溶解氧的规律变化，达到缺氧环境和好氧环境快速轮替的溶解氧环境控制目标，达成宏观环境的变化(好氧/缺氧环境交替)和不均匀分布(是由于区域内供耗氧速率不均衡导致)以及微环境的变化(主要表征是微生物絮体内部和生物膜内部溶解氧浓度)，从而影响微生物群体或类型的活动状态，并在一定程度上表现为“表里不一”(即宏观环境与微观环境不一致)和“前后不一”、“左右不一”(即宏观环境上不同区域溶解氧浓度不一致)的现象。进而引起硝化速率和反硝化速率在环境快速轮替过程中分别交替达到最大值，最终达到提高整体同时硝化反硝化效率和DO精确控制的目标。同时由于过水断面固相颗粒(微生物絮体)存在堆积状态，导致反应器整体MLSS降低，因此可知在溶解氧环境快速轮替的过程中，过水断面会在非曝气一侧的底部存在因微生物絮体堆积而形成一定的厌氧空间环境，有利于提高生物除磷的效果。
二、剩余污泥模块的控制方法
同时硝化反硝化作为生化反应过程，在反应器中通过对营养物质的摄取和新陈代谢作用，污泥浓度(MLSS值)必然会在微生物繁殖与死亡的共同作用下呈增长状态，为了维持活性污泥的活性和沉降性能，保障稳定的单位微生物获得的营养物质数量F/M＝0.05～1.0KgCOD/KgMLVSS·d，则必须要控制污泥浓度，使之维持与F/M相对应的合理范围MLSS＝6000～10000mg/L。本发明通过精准控制污泥龄的方式来对反应器内混合液进行排放，实现剩余污泥排放的精确控制，达到维持F/M稳定的目的。
具体控制策略如图4所示：人为确定一个污泥龄设定值(SRT＝20～60d)，AES辅助控制模块4会自动根据污泥龄设定值计算出混合液小时排放量，并以时控的方式间歇控制剩余污泥排放电动阀门211开启，当电磁流量计212监测到完成混合液排放量时，经AES辅助控制模块4关闭剩余污泥排放电动阀门211。反应器11混合液小时排放量Q的计算公式为：Q＝V/(SRT×24)，其中，V为反应器11的有效容积，SRT为污泥龄。
三、酸洗模块控制方法
如图5所示：人为确定供气母管15上压力传感器152的上限阈值(P1)，当压力传感器152的监测值大于上限阈值时(P2≥P1+2Kpa)时，由AES辅助控制模块4控制加药计量泵32启动，酸洗药剂经溢流阀33、三位阀34溢流后，再经止回阀35和喷嘴36雾化之后，连续进入供气母管15，对可提升式曝气器122内曝气管进行充满和浸泡。同时也伴随着1#曝气单元和2#曝气单元工作的轮换交替，曝气管内的药剂废水会经冷凝水排放支管123排出，进而达到对可提升式曝气器122进行往复药洗、物理(鼓缩)自清洗的目的。当压力传感器152的监测值小于上限阈值时，由AES辅助控制模块4控制加药计量泵停止。
本发明的交互曝气控制系统中的曝气模块1、剩余污泥模块2和酸洗模块3独立发挥着各自的作用，其中酸洗模块3用于化学维护，保障曝气系统的性能稳定；剩余污泥模块2用于污泥龄控制，维持系统微生物的食料负荷；曝气模块1作为核心用于同时硝化反硝化的实现、效率提升以及可提升式曝气器自主高频率物理维护。
在实际控制过程中，曝气模块1需要通过曝气强度的快速跃迁，来控制DO浓度的快速升降波动，观测硝化反硝化环境条件的交替，因此这对于DO的测量和调整提出了较高的要求，同时为了克服DO在下限阈值无法有效地指示环境条件的变化的缺点，本发明提出采用ORP指示性参数串级控制DO的方式，来验证在升氧过程和降氧过程中污泥处于何种状态，用以作为硝化反硝化反应阶段的过程控制参数，并优化曝气控制和调节，有助于实现同时硝化反硝化的节能运行，提高抗冲击负荷能力。
具体控制策略见图6：即当DO在线监测设备16监测DO值小于下限阈值DO＝0.2mg/L～0.3mg/L，但是辅助参数ORP并未小于缺氧环境指示值ORP＝50-100mV时，AES辅助控制模块4不做升氧过程控制，而是持续降氧过程，继续维持1#曝气单元和2#曝气单元轮换交替工作状态，直至ORP在线监测设备17的监测值小于缺氧环境指示值ORP＝50-100mV时；当DO在线监测设备(16)监测的DO值大于上限阈值1.0mg/L～1.5mg/L，ORP在线监测设备(17)监测的ORP值并未大于好氧环境指示值ORP＝150-200mV时，AES辅助控制模块(4)不做降氧曝气过程控制，而是持续升氧曝气过程控制，直至ORP在线监测设备(18)监测值大于好氧环境指示值ORP＝150-200mV时，AES辅助控制模块4开始降氧过程控制。通过该控制策略实现利用预先设置的程序控制，使溶解氧环境自动地按预定规律运行，并根据影响因素随动微调程序参数，达到准确地调整“规律”，促进硝化反硝化进程稳定完成交替的目的，并达成同时提高硝化、反硝化速率的目的，阻遏跷跷板效应。而且AES辅助控制模块4以升氧过程和降氧过程的循环周期中，依序出现的ORP最大值和最小值变化幅度作为逻辑变量进行判断和计算，及时自动调整DO设定值(上限阈值和下限阈值)，并自动执行，使系统达到优化运行，使系统一直保持一个最佳的状态的目的。
交互曝气机制根据溶解氧探头反馈的溶解氧与上下限阈值的偏差来调整风机启停、供气量和曝气单元的运行数量：溶解氧值偏小时，则切换为大风机或满频运行，曝气单元的运行数量增加；溶解氧值偏大时，则切换为小风机或降频运行，曝气单元的运行数量减少，始终保持反应器溶解氧值稳定在上下限阈值内呈正弦曲线变化。过程中溶解氧DO的上限阈值和下限阈值，好氧、缺氧环境指示值ORP，都需根据运行过程中的参数变化及时自动调整系统参数以及运行工况，使系统一直保持一个最佳的状态。
本发明的交互曝气控制系统由曝气模块、剩余污泥模块、酸洗模块和风机模块四者共同组成，发挥独立且相互依赖的作用。单方面强调反应器内可提升曝气模块的高效低耗，是不能达到理想目的的。交互曝气控制系统是通过让曝气模块和酸洗模块和曝气模块的密切结合，使各工况要素达到平衡，才达到最大化发挥反应器的高效低耗的目的，简化工艺操作难度，减少操作人员数量，提高工艺的稳定性及可靠性。
以下面实施例进一步说明本发明的污水处理效果：
广州市某猪场，目前每年生产肉猪50000头，猪场每日排放养殖废水约300t，废水中有机物浓度极高，主要污染物有COD、BOD5、SS、NH3-N等，其中进水COD为15000～20000mg/L，BOD5为5000～6000mg/L，SS为12000～18000mg/L，NH3-N＝1200～2000mg/L，TP＝180～240mg/L。厂区产生的猪粪水经过筛网分离之后采用本发明交互式曝气控制系统的同时硝化反硝化工艺进行生物处理，生化池内通过剩余污泥模块长效稳定控制污泥龄SRT在20～30d之间，污泥负荷F/M在0.12～0.15KgCOD/KgMLVSS·d范围内。过程中DO上限阈值为1.0～1.2mg/L，下限阈值为0.2mg/L，ORP的缺氧环境指示值设定为80mV，好氧环境指示值设定为150mV，在交互曝气机制下，曝气单元在降氧过程的轮换周期时间为2～4min，升氧过程与降氧过程的轮换周期时间为30～60min。长期运行监测结果表明，经处理后出水NH3-N≤20mg/L，TN≤50mg/L的概然率大于85％，同时硝化反硝化效率稳定大于90％以上，经同时硝化反硝化处理后的水，再经过深度处理进一步去除COD和TP即可达到《农田灌溉水质标准》中的旱作物用水排放标准，取得了非常好的技术经济效益。而且在酸洗模块能够持续保障管道压力在初始值状态，曝气模块维护周期得到明显拉长，劳动强度大幅缩减。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统，其特征在于：包括曝气模块(1)、剩余污泥模块(2)和酸洗模块(3)和AES辅助控制模块(4)，所述剩余污泥模块(2)和酸洗模块(3)均与曝气模块(1)连接，所述曝气模块(1)、剩余污泥模块(2)和酸洗模块(3)均与AES辅助控制模块(4)连接，并受AES辅助控制模块(4)控制；
所述曝气模块(1)包括反应器(11)和1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)，所述1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)均有多个，且均水平并列设置于反应器(11)内部；多个所述1#曝气单元(12)和多个所述2#曝气单元(13)各自分为一组并列设置或分为多组间隔设置，所述AES辅助控制模块(4)控制1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)同时运行或交替运行，为反应器(11)提供好氧和缺氧轮换交替的宏观溶解氧环境，实现硝化反应和反硝化反应的同时发生。
2.如权利要求1所述的一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统，其特征在于：
所述曝气模块(1)还包括风机(14)和供气母管(15)，所述供气母管(15)的一端连接多个1#曝气单元(12)，对立端连接多个2#曝气单元(13)，所述风机(14)的出风口与供气母管(15)连接，所述供气母管(15)靠近1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)处均设有第一电动阀门(151)，所述风机(14)和第一电动阀门(151)均与AES辅助控制模块(4)电性连接，所述AES辅助控制模块(4)通过风机(14)和第一电动阀门(151)控制1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)同时运行或交替运行；
所述风机(14)与供气母管(15)的连接处设有压力传感器(152)和空气流量计(153)，所述压力传感器(152)和空气流量计(153)均与AES辅助控制模块(4)电性连接。
3.如权利要求2所述的一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统，其特征在于：所述风机(14)包括1#风机(141)和2#风机(142)，所述1#风机(141)和2#风机(142)并联，并与供气母管(15)连接，所述1#风机(141)的额定风量为2#风机(142)的额定风量的1.3～3倍。
4.如权利要求3所述的一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统，其特征在于：所述曝气模块(1)还包括DO在线监测设备(16)、ORP在线监测设备(17)和MLSS在线监测设备(18)，所述DO在线监测设备(16)、ORP在线监测设备(17)和MLSS在线监测设备(18)均与AES辅助控制模块(4)电性连接，三者的监测部均设于反应器(11)内混合液水平流程70％-90％处，且靠近反应器(11)内壁。
5.如权利要求4所述的一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统，其特征在于：所述剩余污泥模块(2)包括剩余污泥排放管道(21)，所述剩余污泥排放管道(21)与反应器(11)连接，所述剩余污泥排放管道(21)上设有剩余污泥排放电动阀门(211)和电磁流量计(212)，所述剩余污泥排放电动阀门(211)和电磁流量计(212)均与AES辅助控制模块(4)电性连接。
6.如权利要求5所述的一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统，其特征在于：所述酸洗模块(3)包括加药桶(31)，所述加药桶(31)通过连接管与进气母管(121)连通，所述加药桶(31)与进气母管(121)之间的连接管设有计量泵(32)，所述计量泵(32)与AES辅助控制模块(4)电性连接。
7.权利要求6所述一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统的控制方法，其特征在于：所述曝气模块(1)的控制方法包括如下步骤：
在反应器(11)连续进水条件下，当DO在线监测设备(16)监测到反应器(11)内溶解氧浓度值低于下限阈值0.2mg/L～0.3mg/L时，由AES辅助控制模块(4)控制1#风机(141)运行，同时开启1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)，进入升氧曝气过程；当反应器(11)内溶解氧浓度升高至上限阈值1.0～1.5mg/L时，由AES辅助控制模块(4)控制1#风机(141)关停，2#风机(142)运行，同时控制1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)交替运行，进入降氧曝气过程，交替运行周期时间为1～5min，当反应器(11)内溶解氧浓度降至下限阈值0.2mg/L～0.3mg/L时，由AES辅助控制模块(4)控制1#风机(141)运行，2#风机(142)关停，同时开启1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)，进入升氧曝气过程，往复循环。
8.权利要求7所述一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统的控制方法，其特征在于：
当DO在线监测设备(16)监测的DO值小于下限阈值0.2mg/L～0.3mg/L，ORP在线监测设备(17)监测的ORP值并未小于缺氧环境指示值ORP＝50-100mV时，AES辅助控制模块(4)不做升氧曝气过程控制，而是持续降氧曝气过程控制，直至ORP在线监测设备(18)监测值小于缺氧环境指示值ORP＝50-100mV时，AES辅助控制模块(4)开始升氧曝气过程控制；
当DO在线监测设备(16)监测的DO值大于上限阈值1.0mg/L～1.5mg/L，ORP在线监测设备(17)监测的ORP值并未大于好氧环境指示值ORP＝150-200mV时，AES辅助控制模块(4)不做降氧曝气过程控制，而是持续升氧曝气过程控制，直至ORP在线监测设备(18)监测值大于好氧环境指示值ORP＝150-200mV时，AES辅助控制模块(4)开始降氧曝气过程控制。
9.权利要求6所述一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统的控制方法，其特征在于：所述酸洗模块(3)的控制方法包括如下步骤：
当压力传感器(152)的监测值大于等于上限阈值时，由AES辅助控制模块(4)控制加药计量泵(32)启动，当压力传感器(152)的监测值小于上限阈值时，由AES辅助控制模块(4)控制加药计量泵(32)停止。
10.权利要求6所述一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统的控制方法，其特征在于：所述剩余污泥模块(2)的控制方法包括如下步骤：
人为设定污泥龄，由AES辅助控制模块(4)计算反应器(11)中混合液每小时排放量；AES辅助控制模块(4)再以时控的方式间歇控制剩余污泥排放电动阀门(211)开启，当电磁流量计(212)监测到完成混合液排放量时，经AES辅助控制模块(4)关闭剩余污泥排放电动阀门(211)；
反应器(11)混合液小时排放量Q的计算公式为：
Q＝V/(SRT×24)，
其中，V为反应器(11)的有效容积，SRT为污泥龄。
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