CN210595439U - 一种适用于氧化沟生物脱氮的降耗提效的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及污水处理领域，尤其涉及一种适用于氧化沟生物脱氮的降耗提效的系统，其特征是：包括生物反应区，生物反应区分为非曝气区和曝气区；进水口通过进污管与进水泵连通，进污管上设有污水流量计，非曝气区内设有硝氮探头和ORP探头，曝气区内还设有氨氮探头和DO探头；该系统还包括装有碳源的碳源储罐，所述碳源储罐通过碳源投加管与所述非曝气区连通，所述碳源投加管上依次设有流量控制阀和流量计；所述进水泵、污水流量计、硝氮探头、ORP探头、氨氮探头、DO探头、流量调节阀和流量计均分别与PLC控制器通讯连接。通过该系统及方法能够精确控制生物脱氮过程中的曝气量和碳源投加量，控制硝化与反硝化之间平衡以提高污水处理效果。
Description
【技术领域】
本实用新型属于污水处理领域，尤其涉及一种适用于氧化沟生物脱氮的降耗提效的系统。
【背景技术】
随着环境污染的日益增加，国家对环保的重视程度越来越高，近几年各地均开始实施《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准，主要对TN(总氮含量)进行了严格的控制。面对日益提高的出水标准，各地污水厂均采取了污水提标改造的工程措施，以实现出水水质达到新的排放标准，但随着工艺流程的增长，吨水处理成本也随着增加。
在目前的污水处理工艺中，氧化沟生物脱氮是其中必不可少的重要环节。生物脱氮分为两部分：即硝化菌在曝气环境下进行硝化作用，将TKN(总凯氏氮)转化为硝态氮；接着反硝化菌在缺氧条件下进行反硝化作用，利用碳源将硝态氮转换为氮气，从而达到总氮去除的目的。
在传统工艺设计及运行过程当中，人们对曝气量、曝气区域、碳源投加量等均靠经验参数，因此很难将各工艺参数都控制在一个较为合理的区间。尤其是在去除总氮过程中的硝化与反硝化之间的平衡，运行人员很难把控两者之间的关系，导致碳源和曝气风量的过度消耗、运行成本增加，同时出水水质无法达到理想目标。
因此，对现有的生物脱氮环节进行工业改进，对于污水厂的提标改造工程具有重要的意义。
【发明内容】
本实用新型提供一种适用于氧化沟生物脱氮的降耗提效的系统，能够精确控制生物脱氮过程中的曝气量和碳源投加量，控制硝化与反硝化之间平衡以提高污水处理效果。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种适用于氧化沟生物脱氮的降耗提效的系统，其特征在于：包括生物反应区，所述生物反应区分为靠近前端进水口一侧的非曝气区和靠近后端出水口一侧并设置有曝气装置的曝气区；所述进水口通过进污管与用于将污水泵入所述非曝气区的进水泵连通，所述进污管上设有污水流量计，所述非曝气区内设有用于检测污水中硝氮含量的硝氮探头和用于检测污水中ORP含量的ORP探头，所述曝气区内还设有用于检测污水中氨氮含量的氨氮探头和用于检测污水中DO含量的DO探头；该系统还包括装有碳源的碳源储罐，所述碳源储罐通过碳源投加管与所述非曝气区连通，所述碳源投加管上依次设有流量控制阀和流量计；所述进水泵、污水流量计、硝氮探头、ORP探头、氨氮探头、DO探头、流量调节阀和流量计均分别与PLC控制器通讯连接。
优选地，所述曝气区与非曝气区的面积比为1:3。
优选地，所述曝气装置包括曝气盘，所述曝气盘与风机连接，所述风机与所述PLC控制器通讯连接。
优选地，所述碳源为乙酸钠溶液或甲醇溶液。
优选地，所述PLC控制器包括用于分别收集并判断所述硝氮探头、ORP探头、氨氮探头和DO探头检测的污水中硝氮含量、ORP含量、氨氮含量和DO含量是否处于各对应的设定的目标值范围内的AI模块；与AI模块通讯连接并根据AI模块的判断结果控制所述进水泵流量大小、流量调节阀开度大小、风机风量大小的AO模块。
优选地，所述非曝气区内顺着水流流动方向设置有推流器，所述推流器与所述PLC控制器通讯连接，并通过PLC控制器控制所述推流器的开关。
优选地，还包括上端与所述出水口连通的沉淀池，所述沉淀池的底端连通有第一输出管道和第二输出管道，所述第一输出管道通过回流泵与所述非曝气区连通，所述第二输出管道与污泥处理系统连通。
本实用新型的有益效果是：通过将非曝气区设在靠近进水口一侧，使得靠近进水口的一侧为缺氧区，该区域的硝态氮较为充足，故而方便与通入污水中的碳源进行反硝化，有效去除污水中的硝态氮。而且，在进水端一侧进行反硝化，一方面，有利于污水中的碳源参与反硝化，从而降低生化池的COD、去除负荷，节省大量的曝气；另一方面，硝态氮中的氧可以被充分利用起来，为后续去除COD提供需氧量。
通过在非曝气区后端设置较小区域的曝气区，能够将污水中的氨氮转化为硝态氮，同时降解部分COD；设置在曝气区后端的氨氮探头和DO探头，能够精确检测污水中的氨氮值和DO值，再通过PLC控制器对风机的控制，能够将氨氮值控制在合理的范围之内，避免过度曝气；此外，通过对氨氮和DO的检测数值的分析，能够及时判别出生物反应区内是否有异常现象，比如当检测的氨氮值和DO值都偏高时，说明活性污泥浓度偏低。而且，通过对检测的氨氮值与DO值作对比，能够更加及时准确的反应出曝气区真实的需氧量，从而达到及时调整曝气量和节约曝气的目的。
总之，本实用新型与传统氧化沟的曝气方式相比，其非曝气区的布局更加有利于污水中碳源进行反硝化；相比于传统人工粗略的对碳源投加控制，本实用新型通过PLC控制器与硝氮探头、控制碳源投加量的流量控制阀联动作业，能够精确快速地控制碳源的投加量，防止碳源投加不足导致无法有效降解硝态氮和过度投加碳源造成不必要的消耗；相较于传统DO控制曝气，本实用新型的氨氮检测与DO检测相结合，更能及时的反映出氧化沟内污染物的浓度变化，通过PLC控制器与各设备之间实现联动控制，进而实现对碳源投加量、曝气量的精准控制，自动化程度高，不但运行能耗能大大降低，而且在一定程度上提高了工作效率。
【附图说明】
图1为本实用新型实施例的整体结构示意图。
图2为本实用新型实施例的生物反应区的平面布置图。
图3为本实用新型实施例的流程图。
标注说明：1.进水口；2.出水口；3.非曝气区；4.曝气区；5.进水泵；6.硝氮探头；7.ORP探头；8.氨氮探头；9.DO探头；10.碳源储罐；11.碳源投加管；12.流量控制阀；13.曝气盘；14.风机；15.推流器；16.沉淀池；17.第一输出管道；18.第二输出管道；19.回流泵；20-流量计；21.进污管；22.污水流量计；101.PLC控制器。
【具体实施方式】
下面通过具体实施例并结合附图，对本实用新型做进一步详细说明，但本实用新型不仅局限于以下具体实施例。
以下所提供的实施例并非用以限制本实用新型所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序，所描述的方向仅限于附图。本领域技术人员结合现有公知常识对本实用新型做显而易见的改进，亦落入本实用新型要求的保护范围之内。
一种适用于氧化沟生物脱氮的降耗提效的系统，如图1至图3所示，包括生物反应区，所述生物反应区分为靠近前端进水口1一侧的非曝气区3和靠近后端出水口2一侧并设置有曝气装置的曝气区4；所述进水口1通过进污管21与用于将污水泵入所述非曝气区3的进水泵5连通，所述进污管21上设有污水流量计22，所述非曝气区3内设有用于检测污水中硝氮含量的硝氮探头6和用于检测污水中ORP含量的ORP探头7，为了能够精确检测污水中的硝氮值和ORP值，硝氮探头6和ORP探头7均设置在非曝气区3靠近进水口1的一侧，所述曝气区4内设有曝气装置、用于检测污水中氨氮含量的氨氮探头8和用于检测污水中DO含量的DO探头9，为了能够精确检测污水中的氨氮值和DO值，氨氮探头8和DO探头9均设置在曝气区4靠近出水口2的一侧；该系统还包括装有碳源的碳源储罐10，所述碳源储罐10通过碳源投加管11与所述非曝气区3连通，所述碳源投加管11上依次设有流量控制阀12和流量计20，具体地，所述碳源投加管11上设有流量计20，碳源储罐10与流量计20之间的碳源投加管11上设有流量控制阀12；所述进水泵5、污水流量计22、硝氮探头6、ORP探头7、氨氮探头8、DO探头9、流量调节阀12、流量计20均分别与PLC控制器101通讯连接。进水泵5为变频水泵，其工作频率受PLC控制器101控制。
进一步地，为了使生物反应区内污水的硝化反应和反硝化反应进行的更加彻底，所述曝气区4与非曝气区3的面积比为1:3。
进一步地，所述曝气装置包括曝气盘13，所述曝气盘与风机14连接，所述风机14与PLC控制器101通讯连接，所述风机14为变频风机，其工作频率受PLC控制器101控制。
进一步地，所述碳源为乙酸钠溶液或甲醇溶液。
进一步地，所述PLC控制器101包括AI模块和与AI模块通讯连接的AO模块，AI模块内分别设定有硝氮含量目标值范围、ORP含量目标值范围、氨氮含量目标值范围和DO含量目标值范围，AI模块一方面用来收集流量控制阀12的流量数据、以及硝氮探头6、ORP探头7、氨氮探头8和DO探头9检测到的污水中硝氮含量、ORP含量、氨氮含量和DO含量的数据，另一方面用来判断硝氮探头6、ORP探头7、氨氮探头8和DO探头9检测到的污水中硝氮含量、ORP含量、氨氮含量和DO含量是否均处于各对应含量目标值范围内；AO模块根据AI模块的判断结果分别对应控制所述进水泵5流量大小、流量调节阀12开度大小和风机14风量大小。
进一步地，为了能够增加生物反应区内污水的流速，所述非曝气区内顺着水流流动方向设置有推流器15，所述推流器15与所述PLC控制器101通讯连接，并通过PLC控制器101控制所述推流器15的开关。具体地，推流器15的叶轮是通过变频电机来带动的，PLC控制器101通过控制变频电机的工作频率来控制推流器15叶轮的转速，从而达到调节生物反应区内污水流速的目的。
进一步地，还包括上端与所述出水口2连通的沉淀池16，经生物反应区处理后的污水进入到沉淀池16中沉淀，所述沉淀池16的底端连通有第一输出管道17和第二输出管道18，所述第一输出管道17通过回流泵19与所述非曝气区3连通，所述第二输出管道18与污泥处理系统连通。通过第一输出管道17将沉淀池中的一部分污泥回流到非曝气区3，通过第二输出管道18将另一部分污泥打入到污泥处理系统进行处理。
本实用新型还提供一种利用上述系统的适用于氧化沟生物脱氮的降耗提效的方法，能够精确控制生物脱氮过程中的曝气量和碳源投加量，其特点是：所述的方法包括以下步骤：
(1)碳源投加段：
(a)所述硝氮探头6和ORP探头7分别实时获取非曝气区3内污水中硝氮含量和ORP含量后发送至所述PLC控制器101；
(b)所述PLC控制器101判断所述硝氮含量和ORP含量是否分别在设定的硝氮目标值范围和ORP目标值范围内；
(c)如果所述硝氮含量值小于所述硝氮目标值范围，或者所述ORP含量含量值低于所述OPR目标值范围，则所述PLC控制器101控制所述流量调节阀12减小在非曝气区3的碳源投加量，然后继续步骤(a)；
(d)如果所述硝氮含量值大于所述硝氮目标值范围，或者所述ORP含量值高于所述OPR目标值范围，则所述PLC控制器101控制所述流量调节阀12增大在非曝气区3的碳源投加量，然后继续步骤(a)；
(2)曝气控制段：
(e)所述氨氮探头8和DO探头9分别实时获取曝气区4内污水中氨氮含量和DO含量后发送至所述PLC控制器101；
(f)所述PLC控制器101判断所述氨氮含量和DO含量是否分别在设定的氨氮目标值范围和DO目标值范围内；
(g)如果所述氨氮含量值小于所述氨氮目标值范围，同时，所述DO含量值高于所述DO目标值范围，则所述PLC控制器101控制所述风机14减小输出风量，然后继续步骤(e)；
(h)如果所述氨氮含量值大于所述氨氮目标值范围，同时，所述DO含量值低于所述DO目标值范围，则所述PLC控制器101控制所述风机14增大输出风量，然后继续步骤(5)；
(i)如果所述风机14的输出风量达到最大后，检测到的所述氨氮含量值仍然继续增大，同时，所述DO含量值仍然继续降低，则所述PLC控制器101控制所述进水泵5逐渐降低进水量，然后继续步骤(e)；
(j)如果所述风机14的输出风量降到最小后，检测到的所述氨氮含量值仍然继续减小，同时，所述DO含量值仍然继续升高，则所述PLC控制器101控制所述进水泵5逐渐增大进水量，然后继续步骤(e)。
进一步地，所述硝氮目标值范围包括下限值、目标值和上限值，所述硝氮探头6检测的所述硝氮含量值处于所述下限值与上限值之间时，则继续保持所述碳源的投加速率。
进一步地，所述PLC控制器101设置有包含如下公式的碳源投加量程序：
N＝C1—C2(2)
Qm—投加碳源溶液的量，m3/h
Cm—投加外部碳源溶液的浓度，mg/L
N—需要用外部碳源反硝化去除的氮浓度，mg/L
5—反硝化1kg硝酸氮需要外加碳源量(以COD计)，kgCOD/kgNO3
a—单位外加碳源对应的COD值，g/g。
b—碳源溶液的配比浓度
Q—处理水量，m3/h
C1—生物反应区硝酸氮浓度测定值，mg/L
C2—生物反应区硝酸氮浓度通过控制所要达到的目标值，mg/L
通过上述公式来判断所述碳源的投加量。其中，Q可通过污水流量计测得；C1可通过硝氮探头测得；C2为提前设定的生物反应区硝酸氮浓度通过控制所要达到的目标值。
为了更加清楚的描述本实用新型的实施方案，现提供如下实验案例：
使用本实用新型的技术方案对某城镇成活污水处理厂进行实验，需要说明的是该厂执行的标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准，实验取其中一条氧化沟进行试验，其中相关的实验数据如下：
通过进水泵5泵入到氧化沟(即生物反应区)的原污水的PH在6.5～7.5之间，温度在25～30℃之间，氨氮值在20～40mg/L之间，总氮值在23～45mg/L之间，COD值在160～380mg/L之间，生物反应区有效体积为8000m3。
该厂现有氧化沟底部设有的曝气区4域占整条沟的75％左右，共由8个阀门分别控制曝气区4，因此可通过调节阀门的开关即可实现本实用新型对曝气区4的技术要求，其他的工艺条件，如沉淀池16回流污泥位置、回流量等也符合本实用新型的技术要求。
设定生物反应区出水氨氮值为1.5～2.5mg/L，氨氮纠偏值为2mg/L，正负偏差0.2mg/L；硝氮下限值为5mg/L、上限值为7mg/L、目标值为6mg/L，结合理论与实践经验，当出水氨氮低于5mg/L时，该厂的出水COD是低于60mg/L的，因此无需考虑COD是否会超标，只需保证氨氮不超标即可。风机的有效调节范围为35～55HZ。
运行期间，氨氮探头8及DO探头9对曝气区4内污水的氨氮值及DO值进行采集，若采集的氨氮值持续10分钟内均低于1.5mg/L，且没有上升的趋势，PLC控制器101则会给风机14一个减少风量的指令，频率在现有基础上下降2个赫兹，若调整后1小时内氨氮值仍低于2mg/L时，则继续调解风机14输出频率，直至氨氮值在2mg/L左右；反之若检测到的氨氮值持续高于2.5mg/L时，风机14则增加频率，每次增加2个赫兹，每次调整完之后稳定1小时，目标将氨氮值控制在2mg/L左右。
运行期间，硝氮探头6对非曝气区3内污水的硝氮值进行采集，当采集的数据为7.3mg/L时，且此时超过7mg/L的时间已在10分钟以上，则需要对碳源投加量进行调整，此时的处理水量为836m3/h，在本实验中将乙酸钠溶液作为外加碳源，具体计算方式如下
N＝C1—C2＝7.3-6＝1.3mg/L (1)
Qm—投加乙酸钠溶液的量，m3/h
Cm—必须投加的外部乙酸钠，mg/L
N—需要用外部碳源反硝化去除的氮浓度，mg/L
5—反硝化1kg硝态氮需要外加碳源量(以COD计)，kgCOD/kgNO3
0.68—单位乙酸钠溶液对应COD值，g/g
30％—乙酸钠溶液的配比浓度
Q—处理水量，m3/h
C1—生化池硝氮浓度测定值，mg/L
C2—生化池硝氮浓度控制值，mg/L
通过计算，此时碳源乙酸钠溶液的投加量需要增加0.27m3/h。
运行期间，倘若当风机14满负荷运行时，氧化沟内检测到的氨氮值仍高于2.5mg/L，且有上升趋势，同时DO值低于0.8mg/L，PLC控制器101会发出减少进水量的指令，同时控制进水泵5流量减小，及时的防止生化处理系统受到水质冲击的危害；反之，若当曝气量处于最低值时，出水氨氮仍低于1.5mg/L，PLC控制器101则会发出增加水量的指令，同时控制进水泵5流量增大，以便尽量控制出水水质在预期的范围之内。
运行期间，若检测到氨氮值高于4mg/L，且DO高于2mg/L，系统会给出报警，提示生化处理系统出现问题，很有可能是生物反应区内的污泥量过少，不足以处理对应的有机污染物。
本实用新型稳定运行6个月内的检测数据一览表：
对比其他氧化沟同时期处理同样的污水时，采用本实用新型的技术方案比传统工艺的氧化沟节约曝气量约28％，节约碳源投加量约30％，同时出水水质更优。
Claims (7)
1.一种适用于氧化沟生物脱氮的降耗提效的系统，其特征在于：包括生物反应区，所述生物反应区分为靠近前端进水口一侧的非曝气区和靠近后端出水口一侧并设置有曝气装置的曝气区；所述进水口通过进污管与用于将污水泵入所述非曝气区的进水泵连通，所述进污管上设有污水流量计，所述非曝气区内设有用于检测污水中硝氮含量的硝氮探头和用于检测污水中ORP含量的ORP探头，所述曝气区内还设有用于检测污水中氨氮含量的氨氮探头和用于检测污水中DO含量的DO探头；该系统还包括装有碳源的碳源储罐，所述碳源储罐通过碳源投加管与所述非曝气区连通，所述碳源投加管上依次设有流量控制阀和流量计；所述进水泵、污水流量计、硝氮探头、ORP探头、氨氮探头、DO探头、流量调节阀和流量计均分别与PLC控制器通讯连接。
2.根据权利要求1所述的适用于氧化沟生物脱氮的降耗提效的系统，其特征在于：所述曝气区与非曝气区的面积比为1:3。
3.根据权利要求1所述的适用于氧化沟生物脱氮的降耗提效的系统，其特征在于：所述曝气装置包括曝气盘，所述曝气盘与风机连接，所述风机与所述PLC控制器通讯连接。
4.根据权利要求1所述的适用于氧化沟生物脱氮的降耗提效的系统，其特征在于：所述碳源为乙酸钠溶液或甲醇溶液。
5.根据权利要求1所述的适用于氧化沟生物脱氮的降耗提效的系统，其特征在于：所述PLC控制器包括用于分别收集并判断所述硝氮探头、ORP探头、氨氮探头和DO探头检测的污水中硝氮含量、ORP含量、氨氮含量和DO含量是否处于各对应的设定的目标值范围内的AI模块；与AI模块通讯连接并根据AI模块的判断结果控制所述进水泵流量大小、流量调节阀开度大小、风机风量大小的AO模块。
6.根据权利要求1所述的适用于氧化沟生物脱氮的降耗提效的系统，其特征在于：所述非曝气区内顺着水流流动方向设置有推流器，所述推流器与所述PLC控制器通讯连接，并通过PLC控制器控制所述推流器的开关。
7.根据权利要求1所述的适用于氧化沟生物脱氮的降耗提效的系统，其特征在于：还包括上端与所述出水口连通的沉淀池，所述沉淀池的底端连通有第一输出管道和第二输出管道，所述第一输出管道通过回流泵与所述非曝气区连通，所述第二输出管道与污泥处理系统连通。
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