CN202671310U

CN202671310U - 污水处理精确曝气系统

Info

Publication number: CN202671310U
Application number: CN2012203021203U
Authority: CN
Inventors: 余平
Original assignee: JIANGSU CONTROL-BEST ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: Chuang Bo (China) Engineering Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2022-06-26

Abstract

本实用新型公开一种污水处理精确曝气系统，包括顺序连接的厌氧池、缺氧池以及好氧池，空气源通过流量控制模块输入好氧池内；好氧池内安装有溶解氧分析仪，好氧池末端安装有第一氨氮硝氮分析仪，氧池前端安装有第二氨氮硝氮分析仪；溶解氧分析仪、第一氨氮硝氮分析仪、第二氨氮硝氮分析仪的输出连接至中央处理模块，中央处理模块的输出控制流量控制模块。本实用新型能够根据进水负荷调整曝气量，使曝气量与进水负荷相适应，在保证稳定出水水质的基础上节省曝气，达到节能降耗。精确曝气控制在优化硝化功能的同时，保障了反硝化功能，能够用最小的能量消耗实现氨氮和总氮排放稳定达标。

Description

污水处理精确曝气系统

技术领域

本实用新型属于环境工程领域，具体涉及一种用于污水处理的精确曝气系统。

背景技术

随着经济的不断发展以及环保要求的逐步提高，我国建设了越来越多的污水处理厂，而污水处理厂的优化运行显得尤其重要。一方面，污水处理厂的正常运行需要优化来节能减排；另一方面，污水处理厂的排放标准也日益严格，需要优化来提高处理能力。众所周知，曝气是整个污水处理工艺的核心，且能量消耗占了整个污水处理厂的50％～70％，所以优化曝气具有实际意义且节能潜力巨大。目前大部分污水处理厂采用“粗犷”型曝气方式。只要出水达到排放标准，曝气量基本不会改变。只有当出水水质（氨氮、总氮等）超标时，才会改变曝气量。

进水负荷变化时，出水水质就会产生波动。进水负荷偏高时，出水会超标；进水负荷偏低时，又会造成浪费。在污水处理厂应用在线水质分析仪器，可以实时监测进水负荷，通过生物处理模型优化处理从而实现精确曝气优化控制。

污水处理厂生化降解处理脱氮过程中，除了溶解氧外，还有两个重要的分析参数不容忽视，那就是氨氮和硝酸氮（硝氮），这些参数对于污水处理厂在低能耗状态下，实现高处理效率和效果起着至关重要的作用。这三个参数互相关联，它们之间的浓度对应关系调整的好坏直接关系到污水处理的效果和风机的电力消耗。

一个完整的脱氮过程包含硝化和反硝化过程。在硝化过程中，风机引入足量的空气，溶氧浓度升高并维持在约2mg/l的平均水平，在好氧环境下把氨氮转化为硝酸氮。此时，氨氮浓度会逐步减小，硝酸氮浓度相应增大。在反硝化过程中，风机停止工作，在缺氧环境下硝酸氮逐步被还原成氮气，除氮过程成功完成，同时污水中的氨氮浓度逐渐增高。在此反应过程中，实时检测水体的氨NH4+、硝酸氮NO3-、溶解氧的浓度，可以进行准确的工艺模型构建。同时污水处理厂要想让出水的氨氮和总氮都达标，且具有较高的处理效率，就需要通过精确工艺模型构建基础上对曝气进行精确控制。

污水处理厂传统典型的曝气控制类型主要有两大类：

第一类是直接控制风机，如图1所示。系统采集安装在好氧池中的溶解氧分析仪测得的溶解氧值，与系统的设定值（此设定值可以由用户设定）进行比较。如果实际溶解氧值比设定值大，则减小风机转速，从而减少曝气量，逐渐使好氧池的溶解氧下降，最终与设定值一致。如果实际溶解氧值比设定值小，则增大风机转速，从而增大曝气量，逐渐使好氧池的溶解氧上升，最终与设定值一致。对于这种控制方式，曝气管道的空气压力会有一定波动，不利于曝气的控制，一般用于小型污水处理厂的曝气控制。

第二类是直接控制阀门，如图2所示。系统采集安装在好氧池中的溶解氧分析仪测得的溶解氧值，与系统的设定值进行比较，按照上述第一类的控制方式去控制阀门开度。同时，系统采集曝气管道的压力，并与压力设定值比较。如果实际压力比设定值大，则减小风机转速；如果实际压力比设定值小，则增大风机转速；最终使曝气管道的压力保持恒定。对于这种控制方式，在曝气管道压力恒定的情况下，阀门开度与曝气量的线性关系比较好，能够较好的控制曝气量，一般用于大、中型污水处理厂的曝气控制。

以上两种传统控制方法的缺点在于：

一是由于时间延迟，即从开始曝气到池内DO（dissolved oxygen，溶解氧）变化需要一段时间，造成溶解氧的控制波动很大；

二是传统方法能耗高，为了保证安全运行，系统的DO设定值只能保持在较高的数值上，保持了过大的余度而造成浪费；

三是过大的波动会使得池内的生物环境不稳定，干扰生物系统的工作。

实用新型内容

针对现有曝气控制方式的上述缺点，本实用新型提供一种污水处理精确曝气系统，通过实时在线溶解氧、氨氮、硝酸氮参数变化率检测和趋势分析，得出最佳曝气量的控制参数，从而驱动曝气流量控制模块的输出，得到最佳需氧量控制效果。

本实用新型的技术方案如下：

一种污水处理精确曝气系统，包括顺序连接的厌氧池、缺氧池以及好氧池，空气源通过流量控制模块输入好氧池内；所述好氧池内安装有溶解氧分析仪，所述好氧池末端安装有第一氨氮硝氮分析仪，所述溶解氧分析仪和第一氨氮硝氮分析仪的输出连接至中央处理模块，所述中央处理模块的输出控制所述流量控制模块。

其进一步的技术方案为：所述厌氧池前端安装有第二氨氮硝氮分析仪，所述第二氨氮硝氮分析仪的输出连接至中央处理模块。

以及，其进一步的技术方案为：所述第一氨氮硝氮分析仪、第二氨氮硝氮分析仪采集氨氮和硝酸氮两个参数。

以及，其进一步的技术方案为：所述流量控制模块为流量调节阀。

本实用新型的有益技术效果是：

本实用新型能够根据进水负荷调整曝气量，使曝气量与进水负荷相适应，在保证稳定出水水质的基础上节省曝气，达到节能降耗。同时，由于好氧池的曝气量刚好够用，不会有多余的氧随着内回流流到缺氧池，也就不会破坏缺氧池的反硝化功能。所以，精确曝气控制在优化硝化功能的同时，保障了反硝化功能，能够用最小的能量消耗实现氨氮和总氮排放稳定达标。无需COD/BOD数值，而是基于氨氮降解速率。根据氨氮降解速率分析，实现水量控制。通过时间限制以实现过程安全（当发生传感器故障、通讯问题、高有机物负荷或者有毒进水时，通过时间限制来实现过程安全化）。可通过手动/自动开关切换，简单转变控制模式，操控、调节简单。

附图说明

图1是现有小型污水处理厂的曝气控制系统。

图2是现有大、中型污水处理厂的曝气控制系统。

图3是本实用新型的第一个实施例：精确曝气控制系统。

图4是本实用新型的第二个实施例：精确曝气复合控制系统。

图5是现有基于时间控制后的浓度时间曲线。

图6是经本实用新型智能生化控制后的浓度时间曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

如图3所示，本实用新型是建立在现有典型的曝气控制基础上的。第一个实施例，系统通过安装在好氧池内的在线溶解氧分析仪和安装在好氧池末端的在线氨氮硝氮分析仪，采集相关参数。系统采集好氧池末端的氨氮硝氮分析仪测得的氨氮浓度值，并利用生物处理活性污泥模型以及自动控制理论，计算得到好氧池的溶解氧设定值。好氧池的氨氮浓度值升高，则好氧池的溶解氧设定值相应增大；好氧池的氨氮浓度值降低，则好氧池的溶解氧设定值也相应减少。

中央处理模块将氨氮硝氮分析仪测得的溶解氧设定值与溶解氧分析仪测得的溶解氧当前值进行比较。如果溶解氧的当前值比设定值低，说明好氧池的硝化能力不足以把进水的氨氮负荷转化为硝氮，要么硝化能力不足，要么进水氨氮偏高，可以增加好氧池的溶解氧输入量值来提高好氧池的硝化能力。如果溶解氧的当前值比设定值高，说明好氧池的硝化能力相对于进水的氨氮负荷有所富余，可以减少好氧池的溶解氧输入量来减少好氧池的硝化能力，以节约能量消耗。

由于第一个实施例是闭环控制系统，是在好氧池后测量氨氮浓度值，属于后反馈控制，虽能够保证出水符合排放标准，但不能及时响应负荷的变化，具有一定的滞后性。

如图4所示，第二个实施例，在上述闭环控制系统基础上增加前反馈控制，以提前得知进水负荷的变化，解决后反馈控制的滞后问题。系统采集厌氧池前端的在线氨氮硝氮分析仪测得的氨氮浓度值，并利用生物处理活性污泥模型以及自动控制理论，同时考虑厌氧池到好氧池的迟滞效应，计算得到好氧池的溶解氧设定值。生物反应池（厌氧池、缺氧池、好氧池）的进水氨氮浓度值升高，则好氧池的溶解氧设定值相应增大；进水氨氮浓度值降低，则好氧池的溶解氧设定值也相应减少。

当然，第一个实施例所述的精确曝气闭环控制，在第二个实施例的复合控制系统中还是起主导作用的。当前馈控制要求溶解氧设定值减少，而闭环控制要求溶解氧设定值增大时，要以闭环控制为主，让溶解氧设定值增大；反之，当前馈控制要求溶解氧设定值增大，而闭环控制要求溶解氧设定值减少时，也要以闭环控制为主，让溶解氧设定值减少。第二个实施例的复合控制系统具有一定的提前量，又能够保证出水氨氮符合排放标准，是更为理想精确曝气控制方式。

本实用新型的曝气流量控制回路为基本闭环控制回路，由流量调节模块（流量调节阀）、气体流量计和生物处理模型给定的设定流量组成回路，可快速、准确地根据实际的负荷波动调节空气供给量，使生物反应池的每一部分都能达到高效。从而减少生物反应池中DO值波动，达到精确曝气的控制目标。

本实用新型对系统中的曝气流量调节性能和空气压力损失的关系进行了平衡处理。流量调节阀在全开情况下压力损失比较小，但随着开度的减小压力损失会逐步上升。出于优化运行和节能的考虑，需尽量使流量调节阀在大开度工况条件下工作，减少因压力损失造成的能源损耗，寻找最优阀门开度组合（最小的压力损失），并在此条件下给出风机允许的最小输出压力。曝气控制系统的整体流量控制精确度达5％，振荡小。生物反应池的空气总管处安装压力变送器，为检测管道漏损、阀门泄漏、曝气头堵塞等异常现象提供了分析工具。

以下为本实用新型的一个污水测试案例：

德国南部某污水处理厂，该厂废水处理能力有11000人口当量

=>660kg BOD/d

=>1320kg COD/d

原先曝气为基于时间的控制模式。该污水厂有：初沉池、反硝化应池、间歇性硝化池、二沉池。日进水量～40l/sec=>3456m³/day。曝气设备有4台空压机（3用1备）功率每台19.5千瓦。

不同控制模式下的对比实验结果如图5、图6所示。图5为原先的基于时间的控制后的浓度时间曲线图。图6为经本实用新型智能生化控制后的浓度时间曲线图。

通过对DO的相关调控以实现节能。例如：将池平均溶氧值自2.2mg/l向下调控至1.8mg/l，可实现的节约能耗量约占整个污水厂总能耗的6％。总能耗的升降与池平均溶氧值成一定的相关性，公式为：ΔW(in％)=100·0，15·ΔCO2

能耗与成本节约对比表：

从上表可知，采用本实用新型，可使得能耗与成本节约21.7％。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种污水处理精确曝气系统，其特征在于：包括顺序连接的厌氧池、缺氧池以及好氧池，空气源通过流量控制模块输入好氧池内；所述好氧池内安装有溶解氧分析仪，所述好氧池末端安装有第一氨氮硝氮分析仪，所述溶解氧分析仪和第一氨氮硝氮分析仪的输出连接至中央处理模块，所述中央处理模块的输出控制所述流量控制模块。

2.根据权利要求1所述污水处理精确曝气系统，其特征在于：所述厌氧池前端安装有第二氨氮硝氮分析仪，所述第二氨氮硝氮分析仪的输出连接至中央处理模块。

3.根据权利要求1或2所述污水处理精确曝气系统，其特征在于：所述第一氨氮硝氮分析仪、第二氨氮硝氮分析仪采集氨氮和硝酸氮两个参数。

4.根据权利要求1或2所述污水处理精确曝气系统，其特征在于：所述流量控制模块为流量调节阀。