CN209815777U

CN209815777U - 一种多点进水多级a/o工艺的碳源精确投加控制装置

Info

Publication number: CN209815777U
Application number: CN201920234465.1U
Authority: CN
Inventors: 郭泓利; 刘伟岩; 张晓红; 姜博; 张文武; 李鑫玮; 张军
Original assignee: Beijing Enterprises Water China Investment Co Ltd
Current assignee: Beijing Enterprises Water China Investment Co Ltd
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2019-12-20
Anticipated expiration: 2029-02-25

Abstract

本实用新型涉及一种多点进水多级A/O工艺的碳源精确投加控制装置，其包括控制装置，出水硝酸盐、溶解氧、ORP在线监测系统，多点进水比例控制单元，末段A/O的好氧区设置有连接首段A/O的缺氧区的内回流控制单元，二沉池设置有连接首段A/O的缺氧区的外回流控制单元，碳源投加控制单元；碳源投加点设置在末段A/O的缺氧区，控制装置包括检测仪表、变频器和工控机。本实用新型可以广泛应用于污水处理过程中，特别适用于深度脱氮，控制精确，效果稳定。

Description

一种多点进水多级A/O工艺的碳源精确投加控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种城市污水处理控制装置，特别是关于一种多点进水 A/O工艺的碳源精确投加控制装置。

背景技术

随着人口的急剧增长，工业化和城市化的进程不断加快，工业废水和生活污水的排放量急剧增加，由此所造成的水环境污染问题己严重影响了生态文明建设，危害公众的身体健康和社会的可持续发展。自水十条公布后，社会及政府对城镇污水处理的水质、药耗和能耗都提出了更高的要求。城镇污水厂存在着大量由一级B升一级A排放标准，一级A升地表四类水排放标准的提标改造需求，其中，TN指标是提标改造的关键制约因素。目前我国大部分城市污水处理厂采用A/O生物脱氮工艺，主要包括硝化及反硝化2个步骤，其中反硝化过程是异养型微生物以碳源为电子供体，利用亚硝态氮或硝态氮作为电子受体，将亚硝态氮或硝态氮还原成氮气，从而达到脱氮和去除有机物的目的。该系统的最大优点就是能够充分利用进水中的可生物降解COD作为反硝化的碳源，可以减少外加碳源的需求量。但要求进水中有足够高的C/N来满足反硝化所需碳源。

碳源不足问题一直困扰着我国现行污水处理厂的稳定达标排放，尤其在冬季，由于低温导致反硝化细菌活性降低，直接导致反硝化反应效率降低，严重影响污水厂的运行与达标。为保证反硝化的高效进行，大部分污水处理厂采用投加碳源的方式来提高反硝化效果，而碳源投加的方式通常为人工恒量投加。恒量投加没有考虑系统进水流量以及成分的巨大波动，容易出现投加量不足和不够等情况。投加量不足将引起出水中硝酸盐浓度超标，投加量太多，会增加外加碳源的需求量、降低耗氧量及剩余污泥的产生，引起系列其他问题。因此，开发A/O工艺的碳源自动投加系统，提高碳源的投加和利用效率，实现污水处理高效、稳定、低碳运行具有重要意义。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提出一种涉及多点进水多级 A/O工艺的碳源精确投加控制装置，提高碳源的投加和利用效率，实现污水处理高效、稳定、低碳运行。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

多点进水多级A/O工艺的碳源精确投加控制装置，其包括控制装置，依次连接多点进水多级A/O反应器、二沉池；贮药池通过加药泵连接碳源投加位点；末段A/O的好氧区设置有连接首段A/O的缺氧区的内回流管，二沉池设置有连接首段A/O的缺氧区的外回流管；其特征在于:碳源投加点设置在末段 A/O的缺氧区，控制装置包括检测仪表、变频器和工控机；检测仪表包括设置在多点进水A/O各段缺氧区入口的进水水量仪表，设置在内回流管道上的内回流流量仪表，设置在外回流管道上的外回流流量仪表，设置在二沉池出水口的在线硝氮仪表；工控机内内回流控制模块、外回流控制模块、进水流量分配模块、加药泵投加量控制模块、硝氮在线数据分析模块、前馈预测控制模块、反馈预测控制模块。

一种多点进水多级AO工艺活性污泥反应器碳源投加控制装置，其特征在于：多级AO多点进水反应器分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段，Ⅰ段和Ⅲ段包括两个缺氧区和一个好氧区，Ⅱ段包括两个缺氧区和两个好氧区，Ⅰ段包括缺氧区1、缺氧区2和好氧区3，Ⅱ段包括缺氧区4、缺氧区5、好氧区6和好氧区7，Ⅲ段包括缺氧区8、缺氧区9和好氧区10；二沉池11出水口设置在线硝氮仪表12.1；在缺氧区8设置投加泵8.1，投加泵8.1连接变频器8.2和储药池8.3；缺氧区1设置进水管，进水管设置第一点进水泵1.1和第一点进水流量计1.2，缺氧区1 内设置第一缺氧ORP仪1.3；缺氧区4设置进水管，进水管上设置第二点进水泵 4.1和第二点进水流量计4.2；好氧区10设置内回流管至缺氧区2，内回流管上设置内回流泵10.1和内回流流量计10.2；二沉池11设置内外流管至缺氧区1，外回流管上设置外回流泵11.1和外回流流量计11.2；集成控制器包括进水流量分配模块13.1、外回流控制模块13.2、内回流控制模块13.3、硝氮在线数据分析模块13.4、前馈预测控制模块13.5、反馈预测控制模块13.6、药剂投加量控制模块13.7；特别要说明的是具体实施方式中的方法只是一种应用的特例并不局限于此应用。

本实用新型的多点进水多级A/O工艺的碳源精确投加控制装置与现有技术相比，具有下列优点：

1、脱氮效果好，出水硝态氮可根据要求灵活控制，安全可靠。

2、因变频器具有结构简单、性能可靠、节能显著的特点，且能实现碳源投加量与硝酸盐浓度的闭环自动控制，使碳源投加量更能适应工艺要求，提高污水处理效果，降低碳源泵能耗，与恒定碳源投加量的控制方式相比，本实用新型提供节省5-10％左右的电耗。以频率作为控制参数建立的实时过程控制策略，可准确的控制生物脱氮过程中有机物投加量，从根本上解决了碳源投加量不足所引起的反硝化不完全，出水硝酸盐浓度过高和碳源投加量过高所所来的运行成本的提高、能源的浪费和出水有机物浓度过高等问题。

该控制系统能够根据原水水质水量的变化实时控制反硝化生化反应所需有机物量，实现具有智能化的控制，保证出水水质的前提下优化节能。本实用新型可广泛应用于适用于城镇污水深度处理和含氮工业废水处理，特别适用于已有污水处理厂为生产高品质再生水而进行的污水厂升级改造工程。

附图说明

图1本实用新型装置示意图

图2控制逻辑

图3控制效果

具体实施方式

按照本实用新型内容，在一个多点进水多级AO装置进行应用，装置运行情况为进水流量变化15-50L/h，内回流可调节范围为0-60L/h，外回流可调整范围为0-30L/h，污泥浓度设置在2000-4000mg/L。工艺设计缺氧水力停留时间为4.28h，好氧区水力停留时间2.85h，工艺启动时，第一点进水流量为15L/h，第二点进水流量为15L/h，总进水流量为30L/h；内回流比例为200％；外回流比例为75％。装置工艺流程及控制系统示意图如附图1所示。

如上所述的控制系统，其控制逻辑顺序为首先依据进水流量变化确定进水流量分配比例、及其内回流和外回流比例，再根据进水调节确定前馈预测补偿控制条件，然后根据出水硝酸盐浓度变化速率确定反馈补偿控制，最后实时确定碳源投加系统药剂投加量。控制逻辑过程如附图2所示。

实施过程在该多点进水多级AO工艺活性污泥反应器碳源投加控制装置与方法，其特征在于：多级AO多点进水反应器分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段，Ⅰ段和Ⅲ段包括两个缺氧区和一个好氧区，Ⅱ段包括两个缺氧区和两个好氧区，Ⅰ段包括缺氧区1、缺氧区2和好氧区3，Ⅱ段包括缺氧区4、缺氧区5、好氧区6和好氧区7，Ⅲ段包括缺氧区8、缺氧区9和好氧区10；二沉池11出水口设置在线硝氮仪表12.1；在缺氧区8设置投加泵8.1，投加泵8.1连接变频器8.2和储药池8.3；缺氧区1设置进水管，进水管设置第一点进水泵1.1和第一点进水流量计1.2，缺氧区1内设置第一缺氧ORP仪1.3；缺氧区4设置进水管，进水管上设置第二点进水泵4.1和第二点进水流量计4.2；好氧区10设置内回流管至缺氧区2，内回流管上设置内回流泵10.1和内回流流量计10.2；二沉池11设置内外流管至缺氧区1，外回流管上设置外回流泵11.1和外回流流量计11.2；集成控制器包括进水流量分配模块13.1、外回流控制模块13.2、内回流控制模块 13.3、硝氮在线数据分析模块13.4、前馈预测控制模块13.5、反馈预测控制模块13.6、药剂投加量控制模块13.7。

多级AO的多点进水流量分配比例可动态调节，由进水流量分配模块控制进水流量分配比例，第一点进水流量分配比R_进水1和第二点进水流量分配比例R _进水2的初值分别为0.5，其中，R_进水1＝Q_进水1/Q_进水总，R_进水2＝Q_进水2/Q_进水总，R_进水1+R_进水2＝1。第一点进水比例R_进水1根据第一缺氧区ORP进行调节，ΔORP＝ORP_t+50mv，ΔORP 的持续时间大于1小时，进水流量分配模块执行控制策略，R_进水1与ΔORP的控制关系如下表：

ΔORP/mv	<0	0-50	51-100	101-150	151-200	201-250
							R<sub>进水1</sub>	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1

外回流控制模块根据进水流量变化进行调节，外回流比例R_外的初值为 75％，外回流比例根据进水流量进行调节，进水波动比例m＝Q_t/Q_设，其中Q_t为4小时平均总进水流量，Q_设为设计平均流量；外回流比例R_外与进水波动比例m之间的控制关系如下表：

m	<0.5	0.5<m<1	1<m<1.5	1.5<m<2	m>2
						R<sub>外</sub>	50％	75％	100％	125％	150％

内回流控制模块根据出水硝氮浓度变化情况进行控制调节，内回流比例 R_内的初值为200％，出水硝氮变化情况ΔNO＝(N_t-N_目标)/2，其中N_t为实时的出水硝氮浓度，N_目标为目标硝氮浓度，取值为8mg/L；内回流比例R_内与出水硝氮变化情况ΔNO之间的控制关系如下表：

ΔNO	<-4	-4<ΔNO<-2	-2<ΔNO<0	0<ΔNO
					R<sub>内</sub>	75％	100％	150％	200％

碳源投加控制系统包含药剂投加量控制模块、硝氮在线数据分析模块、前馈预测控制模块、反馈预测控制模块；其中硝氮在线数据分析模块对硝氮数据在一定时间内变化速率进行计算，计算公式如下：

ΔN＝(NO_t2-NO_t1)/Δt

式中，ΔN为出水硝氮浓度变化速率，NO_t2为当前时刻出水硝氮浓度，NO_t1为前Δt时刻的出水硝氮浓度，Δt取值为15min。

前馈预测控制模块根据进水流量分配比例、内回流比例和外回流比例，预测生物脱氮效果，对碳源投加控制进行前馈补偿；计算当前碳源投加变化速率ΔS1，并输出到加药泵投加量控制模块；其中碳源投加变化量ΔS1计算公式如下：

ΔS1＝k₁(Q_t2-Q_t1)/Q_t1/Δt，

式中，ΔS1＝(S_t2-S_t1)/S_t1，Q_t为不同时刻进水量变化，k₁为药剂投加速率常数，k₁取值范围为0.5，Δt取值1h。

反馈预测控制模块根据出水硝酸盐的变化速率来确定药剂投加泵开启频率的变化方向，同时依据出水硝氮浓度与目标硝氮浓度的差值，计算当前碳源投加变化速率ΔS2，并输出到加药泵投加量控制模块；其中碳源投加变化速率ΔS2计算公式如下：

当NO_t>NO_t0时，ΔS2>0，ΔS2＝k₂(NO_t2-NO_t1)/Δt；

当NO_t<NO_t0，ΔS2<0，ΔS2＝k₂(NO_t2-NO_t1)/Δt；

式中，ΔS2＝(S_t2-S_t1)/S_t1，NO_t0为出水硝酸盐目标控制浓度，NO_t为不同时刻出水硝酸盐浓度，t₁与t₂的时间间隔为10min，k₂为药剂投加速率常数，取值范围为1.0；

其控制逻辑顺序为首先依据第一缺氧区ORP调整进水流量分配比例，并进一步根据进水流量变化调整外回流比例，根据出水硝氮浓度变化调整内回流比例；再根据进水流量分配比例、内回流比例和外回流比例确定碳源投加的前馈预测补偿控制条件，然后根据出水硝氮浓度变化速率确定反馈补偿控制，最后实时确定碳源投加控制单元药剂投加量。

控制系统实施运行效果如附图3所示效果，通过系统实施可以有效提高动态智能控制水平，减少碳源投加量，提高出水硝氮的稳定水平。

Claims

1.一种多点进水多级A/O工艺的碳源精确投加控制装置，其特征在于：多级AO多点进水反应器分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段，Ⅰ段和Ⅲ段包括两个缺氧区和一个好氧区，Ⅱ段包括两个缺氧区和两个好氧区，Ⅰ段包括第一缺氧区、第二缺氧区和第三好氧区，Ⅱ段包括第四缺氧区、第五缺氧区、第六好氧区和第七好氧区，Ⅲ段包括第八缺氧区、第九缺氧区和第十好氧区；二沉池出水口设置在线硝氮仪表；在第八缺氧区设置投加泵，投加泵连接变频器和储药池；第一缺氧区设置进水管，进水管设置第一点进水泵和第一点进水流量计，第一缺氧区内设置第一缺氧ORP仪；第四缺氧区设置进水管，进水管上设置第二点进水泵和第二点进水流量计；第十好氧区设置内回流管至第二缺氧区，内回流管上设置内回流泵和内回流流量计；二沉池设置内外流管至第一缺氧区，外回流管上设置外回流泵和外回流流量计；还包括控制器。