CN2883356Y

CN2883356Y - 连续流生物脱氮工艺硝化过程在线控制装置

Info

Publication number: CN2883356Y
Application number: CN 200620200042
Authority: CN
Inventors: 马勇; 彭永臻; 王淑莹
Original assignee: 彭永臻
Current assignee: Beijing Water Rose Co., Ltd.
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2016-01-17

Abstract

一种连续流生物脱氮工艺硝化过程在线控制装置，反应池体部分主要包括缺氧池、好氧池和二沉池，缺氧池内有搅拌器，好氧池内设有曝气器，二沉池底部连接剩余污泥排泥管和回流污泥管，好氧池出口与缺氧池入口之间连接内循环回流管和内循环回流泵，在缺氧池内设置氨氮在线传感器，在好氧池设有DO传感器和污泥浓度计，在好氧池内置有氨氮传感器，上述传感器经导线与DO测定仪、氨氮测定仪和MLSS测定仪连接后与计算机连接，计算机连接执行机构，执行机构分别与曝气器、搅拌机和回流污泥泵连接。可解决生物脱氮工艺硝化效果差、出水氨氮浓度不稳定、运行费用高的问题。

Description

连续流生物脱氮工艺硝化过程在线控制装置

(一)、技术领域

本实用新型涉及一种污水处理装置，特别是一种连续流生物脱氮工艺硝化装置。

(二)、背景技术

随着经济的发展和人类生活水平的提高，用水量急剧增长、污水排放量也相应增加，加剧了水资源的短缺和水体富营养化问题。富营养化问题是当今世界面临的最主要的水污染问题之一。近年来，虽然我国污水处理率不断提高，但是由氮磷污染引起的水体富营养问题不仅没有解决，而且有日益严重的趋势。可见，污水处理的主要矛盾已逐渐由有机污染物的去除转变为氮、磷污染物的去除。这就促使人们对常规活性污泥法进行改造，以提高氮、磷的去除率。氮化合物(如NH₄ ⁺-N和NO₃ ^--N)的分子量比较小，无法通过投加药剂来去除；另外，如果利用膜技术来去除氮化合物，仅有反渗透膜技术是最有效的。因此氮的去除是污水处理的难点和重点，只有利用生物脱氮技术才是最合理可行的。另一方面，污水中的磷化合物利用生物处理方法有时不易去除，但通过投药混凝可实现满意的除磷效果。因此，生物脱氮技术是污水深度处理的关键所在。

当前实现脱氮的工艺很多，最具有代表性的工艺主要有SBR法、A/O法、氧化沟工艺，然而SBR法只能应用在小型污水处理厂、具有池容闲置期长、运行复杂等缺点，在城市污水处理厂的应用很少。而氧化沟工艺属于延时曝气工艺，具有基建费用和运行费用高的缺点。A/O生物脱氮工艺是缺氧/好氧(Anoxic/Oxic)生物脱氮工艺的简称，是我国目前城市污水处理厂应用最多的一种脱氮工艺，反硝化在缺氧条件下运行，含碳有机物的去除和氨氮的硝化在好氧条件下运行，与传统的多级生物脱氮工艺相比具有很多优点。但是，目前我国污水处理厂生物脱氮普遍存在着能耗高、效率低以及运行不稳定的缺点。由于城市进水水质水量的巨大变化、以及季节性温度的变化等波动性因素的影响，导致A/O工艺出水氨氮浓度波动很大，经常出现超标排放现象。出水氨氮浓度的严重超标，将严重加重水体的富营养化。氨氮会消耗水体的溶解氧，使藻类过度繁殖，这种水如果排放到水源水体中会增加制水成本。另外污水排放标准对出水氨氮浓度的要求也越来越高，我国80％以上的污水处理厂存在着硝化效果差，出水氨氮超标排放的现象。目前城市污水处理厂中对曝气量的控制，大部分采取恒定曝气量控制，少部分采用恒定DO浓度控制，没有从系统优化方面来考虑曝气量的控制。然而城市污水处理厂进水水质与水量随时间变化很大、外界干扰因素多，如果按上述方式控制，当进水氨氮浓度高时出水水质不合格；当进水浓度低时，导致曝气过量，既增加系统运行费用同时又易于发生污泥膨胀。由于我国城市污水处理厂广泛地应用A/O工艺处理城市生活污水或部分工业废水，另外城市污水处理厂曝气能耗约占污水厂运行费用的50％或更多，由于污水处理所需运行费用是庞大的、长期的，如果通过有效控制，能将城市污水处理厂的运行费用节省1％，也是个天文数字。因此如何提高工艺硝化效率，优化系统运行，提高运行稳定性，以解决我国日益严重的水污染问题，在我国现阶段无论从节省资金、提高污水处理效果和优化污水脱氮等方面都有重大的理论意义和现实意义。

(三)、实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种连续流生物脱氮工艺硝化过程在线控制装置，解决A/O生物脱氮工艺硝化效果差、出水氨氮浓度不稳定、运行费用高的问题。

本实用新型的技术方案：这种连续流生物脱氮工艺硝化过程在线控制装置，反应池体部分主要包括缺氧池、好氧池和二沉池，其特征在于：其缺氧池至少有一个格室，好氧池至少有两个串联的格室，缺氧区连通进水管，缺氧池内有搅拌器，好氧池内设有曝气器，二沉池与出水管连通，进水口连续进水，出水口连续出水，二沉池底部连接剩余污泥排泥管和回流污泥管，回流污泥管与进水管连通，其间连接回流污泥泵，好氧池出口与缺氧池入口之间连接内循环回流管和内循环回流泵；

在缺氧池首端设置氨氮在线传感器，在好氧池每个格室设有DO传感器和污泥浓度计，在好氧池内置有氨氮传感器，上述传感器经导线与DO测定仪、氨氮测定仪和MLSS测定仪连接后与计算机的数据信号输入接口连接，计算机的数据信号输出接口，经导线连接执行机构，执行机构的曝气继电器、搅拌机继电器和回流污泥泵继电器经接口分别与曝气器进气阀门、搅拌机和回流污泥泵连接。

本实用新型与现有技术相比具有下列优点：结构简单、构筑物少，基建费用和运行费用较低，占地面积小。以原污水中的含碳物质和内源代谢产物作为反硝化碳源物质，可节省外碳源投加费用，从而达到充分的反硝化。好氧池在缺氧池之后，可以进一步去除反硝化残留的有机物，使出水水质得到改善。缺氧池在好氧池之前，由于反硝化消耗了大部分有机碳源，有利于减轻好氧池的有机负荷，减少好氧池的需氧量。反硝化产生的碱度可以补充原水碱度不足以及硝化过程中对碱度的消耗。缺氧池可起到生物选择器的作用，有利于控制污泥膨胀。易于在常规活性污泥法系统上改建，实现以最小的改建投资满足更高的水污染控制需要。本实用新型可根据进水水质与水量的动态变化控制曝气量、好氧池体积和反应池内污泥浓度，准确地把握硝化反应进行的程度，避免传统控制方法好氧池DO浓度过高或过低、好氧区体积不足(硝化差)或过量(总氮去除率低)以及反应池污泥浓度不足等现象。有利于提高连续流生物脱氮工艺硝化过程的反应效率、降低出水氨氮浓度、减少系统运行费用。可广泛应用于已采用A/O工艺的污水处理厂或准备采用A/O工艺的污水处理厂或传统活性污泥法改造或扩建为具有脱氮功能的污水处理厂。

(四)、附图说明

图1是本实用新型反应池体部分的结构示意图；

图2是本实用新型在线控制部分的结构示意图；

图3是本实用新型在线控制方法步骤的示意图。

图中，1-进水管、2-进水泵、3-缺氧池、4-搅拌器、5-曝气器、6-好氧池、7-二沉池、8-出水管、9-剩余污泥排泥管、10-内循环回流泵、11-内循环回流管、12-氨氮传感器、13-MLSS传感器、14-DO传感器、15-氨氮测定仪、16-MLSS测定仪、17-DO测定仪、18-计算机、19-信号输入接口、20-信号输出接口、21-执行机构、22-曝气继电器、23-搅拌机继电器、24-污泥回流继电器、25-曝气阀门、26-回流污泥泵、27-回流污泥管。

(五)、具体实施方式

参见图1，本实用新型的反应池体部分主要包括缺氧池3、好氧池6和二沉池7，其缺氧池至少有一个格室，好氧池至少有两个串联的格室，缺氧区连通进水管1，缺氧池内有搅拌器4，好氧池内设有曝气器5，二沉池与出水管8连通，进水口连续进水，出水口连续出水，二沉池底部连接剩余污泥排泥管9和回流污泥管27，回流污泥管与进水管1连通，其间连接回流污泥泵26，好氧池出口与缺氧池入口之间连接内循环回流管11和内循环回流泵10。

本实用新型的工作过程：待处理污水由进水泵进入缺氧池，同时回流污泥由二沉池通过回流泵也进入缺氧池，在缺氧池通过搅拌装置把活性污泥搅拌起来，并和好氧池回流来的硝化液，以硝酸氮为电子受体、有机碳源为电子供体，通过反硝化菌的作用，进行反硝化反应。然后缺氧池出水进入好氧池，在此进行有机物的继续降解和氨氮的硝化反应，利用DO、氨氮和MLSS在线仪实时监测好氧池DO浓度、进水氨氮(SNHin)和出水氨氮浓度(SNHe)以及反应器内污泥浓度，通过数据接口输入模糊控制装置，模糊控制装置通过模糊控制规则对所获取的数据进行模糊决策，从而输出DO浓度、是否增加好氧区体积或是否增加反应器内MLSS的指示。

其中DO浓度和MLSS浓度分别由DO和MLSS模糊控制器实现，通过PID控制器调节曝气量来控制好氧区的DO浓度(PID控制器的比例增益Kp＝500，积分参数Ki＝5×10⁶)；而好氧池体积由好氧池DO浓度是否达到最高和最低浓度确定，当模糊控制器输出的DO浓度大于3.5mg/L时，则需增大好氧池体积，相反则需减少好氧池体积。如需增加好氧池体积，则需要关闭缺氧池最后格室的搅拌装置，开启曝气装置阀门；如果需要增加反应器内MLSS浓度，则需要根据模糊控制器输出结果，调节回流污泥泵转速，从而获得所需的MLSS浓度。出水最后进入二沉池，在此进行泥水分离，上清夜通过出水管进行排放，而污泥在污泥斗内进行浓缩，其中一部分以剩余污泥的形式进行排放，一部分通过回流污泥泵回流到缺氧池。

为了避免运行设备的频繁启动和关闭，提高系统的稳定性和可靠性，控制装置在运行时采取以下措施：实时在线测定好氧区DO浓度、氨氮浓度，在线测定的进水和出水氨氮浓度数据储存在模糊控制器中，以每20分钟内测定数据的平均值，来确定好氧区DO，避免氨氮在线测定仪的误差导致DO控制的偏差，以及鼓风机频繁的开启和调节，以每20分钟为一个控制周期。另外好氧区体积的控制也不是DO浓度瞬间大于3.5mg/L时就增加好氧区体积，同样以每3个小时内的DO浓度平均值是否大于3.5mg/L或小于0.5mg/L，来增大好氧区体积或降低好氧区体积。避免过渡区运行状态的频繁交替，不但起不到有效的作用，频繁变化将导致污泥性能的恶化，运行设备也将无法承受。污泥浓度控制级别低于DO浓度控制和好氧区体积控制，当采用DO浓度和好氧区体积控制后，仍然无法实现出水氨氮浓度的达标排放时，启动污泥回流模糊控制，控制过程中更要避免回流污泥量的巨大波动，以3小时测定的出水氨氮浓度和污泥浓度的平均值输入模糊控制器，经模糊控制器模糊决策后获得污泥回流量是增加还是降低的决定，每次污泥回流量的增降幅度不超过15％，当不需污泥回流模糊系统且可满足硝化效果时，污泥回流比取0.6。

参见图2，连续流生物脱氮工艺硝化过程在线控制装置的进水由进水管1经进水泵2，进入缺氧池3，并通过搅拌机4进行搅拌维持泥水混合效果，缺氧池出水进入好氧池6，通过曝气器5维持好氧池6的好氧条件，好氧池出水进入二沉池7，出水通过出水管8排放，剩余污泥经过剩余污泥排泥管9排放，而硝化液回流由回流污泥泵10通过回流污泥管11回流到缺氧池3。在缺氧池首端设置氨氮在线传感器12，在好氧池每个格室设有DO传感器13和污泥浓度计14，在好氧池出水(或好氧池最后格室)内置有氨氮传感器12，上述传感器经导线与DO测定仪15、氨氮测定仪16和MLSS测定仪17连接后与计算机18的数据信号输入接口19连接，计算机的数据信号输出接口20，经导线连接执行机构21，执行机构的曝气继电器22、搅拌机继电器23和回流污泥泵继电器24经接口分别与曝气器进气阀门25、搅拌机4和回流污泥泵26连接。

参见图3，A/O工艺硝化过程控制方法如下：

(1)在污水处理系统中放置三种传感器，采集溶解氧浓度(DO)、污泥浓度(MLSS)、进水氨氮(SNHin)和出水氨氮浓度(SNHe)的信号，作为硝化反应的被控制变量；

(2)将采集的DO、MLSS、SNHin和SNHe值信号经变送器输入模拟数字转换元件A/D，转换成数字信号；

(3)将数字信号输入计算机，经过模糊化计算、与事先输入的模糊控制规则比较、采用Mamdani模糊推算法进行模糊控制推理、经非模糊化计算后，得到模糊控制变量；

(4)再将模糊控制变量经数字模拟转换元件D/A转换成控制信号；

(5)控制信号控制执行机构，直接控制硝化反应的控制变量—曝气量、好氧区体积和回流污泥量。

以DO浓度作为曝气量的模糊控制参数，根据进水氨氮浓度和出水氨氮浓度确定DO浓度。氨氮浓度大小和DO浓度大小可用模糊语言变量加以描述，故应用进水氨氮浓度和出水氨氮浓度作为模糊控制器的两个输入变量，应用DO浓度作为模糊控制器的输出变量。

进水氨氮(SNHin)、出水氨氮浓度(SNHe)、DO浓度均为正。输入变量SNHin和SNHe模糊集和论域分别定义为：

SNHin的模糊集为：{S，M，L}

SNHe的模糊集为：{XS，S，MS，M，ML，L，XL}

SNHin的论域为：{1，2，3，4，5，6}

SNHe的论域为：{1，2，3，4，5，6，7}

对控制量U_A即DO浓度而言，其模糊集和论域分别定义为：

DO的模糊集为：{XS，S，MS，M，ML，L，XL}

DO的论域为：{1，2，3，4，5，6，7}

上述语言变量的含义分别为：XS(Very small)：很小；S(Small)：小；MS(Middlesmall)：中小；M：(middle)：中间；ML(Middle large)：中大；L(Large)：大；XL(Verylarge)：很大。

效果实施例：

以某大学家属区排放的实际生活污水为原水(pH＝7-7.8，COD＝180-450mg/L，TN＝68-110mg/L)。所选择的A/O工艺反应池有效容积为300L，反应池内MLSS在3000-4000mg/L，SRT维持在15d左右，反应温度20-23℃，反应器内循环回流比恒定为2.5，污泥回流比为0.5。以进水氨氮和出水氨氮浓度模糊控制好氧区DO浓度，同时对反应器好氧区的DO值进行在线检测，实时监测反应器内有机物降解和硝化情况，此时系统对COD、氨氮和TN的平均去除率可以维持在90％、90％和65％左右。而采用DO和好氧区体积综合后，氨氮去除率可以提高到95％以上，同时由于提高曝气充氧效率，系统运行费用降低5％。

本实用新型基于DO浓度和好氧池体积联合控制，可避免好氧池DO浓度过高、过低以及好氧池体积不足，可实时控制好氧池DO浓度和好氧池体积，保证出水氨氮浓度达标排放的前提下尽可能节约运行费用。

本实用新型规定了DO浓度、好氧池体积占反应池总体积比以及反应池内MLSS的最小值和最大值，避免控制变量变化过大，造成系统运行不稳定、不安全，增加了系统的安全性、稳定性和可靠性。

本实用新型选择能够在线检测、响应时间短、精确度较高的溶解氧(DO)浓度、氨氮浓度和MLSS浓度作为A/O法硝化反应过程的被控制变量。这三个控制变量是硝化反应的最主要的影响因素，因此本系统具有控制精度高、运行效率高的特点。

管理、操作方便，费用低。另外不管外界因素如何变化，都会实现较好的硝化效果，抗冲击负荷能力强，不易发生污泥膨胀。

根据原水水质水量的变化来调节和控制DO浓度、好氧区体积和反应器内污泥浓度三个参数，在保证出水水质的前提下节省能耗，使A/O工艺反应器得以高效、稳定运行。本实用新型针对不同进水水质(不同进水COD浓度、不同的进水氨氮浓度、不同的进水量等)，对DO浓度、好氧区体积和反应器内污泥浓度做出相应的调节与控制，来解决运行过程中出现的出水氨氮浓度难以控制以及运行费用较高的实际问题。基于大量的实验研究数据，为硝化过程提供一种模糊控制的装置和方法，为A/O工艺的更广泛的应用提供可靠的运行，解决了传统恒定曝气量或恒定DO浓度控制A/O工艺所存在的问题，解决了A/O工艺由于曝气量、好氧硝化池体积不足或MLSS不足所引起的硝化反应不完全，造成出水氨氮浓度不达标或较高的问题；同时解决了A/O工艺由于曝气量过高或好氧池体积过大所带来的运行费用提高的问题，从而达到高效率、低消耗的处理水平，增强工艺的优化与控制。

A/O生物脱氮工艺在处理生活污水时，通过模糊控制好氧区DO浓度、好氧区体积和污泥浓度，可以实现90％和95％以上的COD和氨氮去除率，可以节约15％以上的曝气能耗费用，从而解决A/O工艺硝化效果不稳定、运行费用较高的问题。

Claims

一种连续流生物脱氮工艺硝化过程在线控制装置，反应池体部分主要包括缺氧池、好氧池和二沉池，其特征在于：其缺氧池至少有一个格室，好氧池至少有两个串联的格室，缺氧区连通进水管，缺氧池内有搅拌器，好氧池内设有曝气器，二沉池与出水管连通，进水口连续进水，出水口连续出水，二沉池底部连接剩余污泥排泥管和回流污泥管，回流污泥管与进水管连通，其间连接回流污泥泵，好氧池出口与缺氧池入口之间连接内循环回流管和内循环回流泵；

在缺氧池首端设置氨氮在线传感器，在好氧池每个格室设有DO传感器和污泥浓度计，在好氧池内置有氨氮传感器，上述传感器经导线与DO测定仪、氨氮测定仪和MLSS测定仪连接后与计算机的数据信号输入接口连接，计算机的数据信号输出接口，经导线连接执行机构，执行机构的曝气继电器、搅拌机继电器和回流污泥泵继电器经接口分别与曝气器进气阀门、搅拌机和回流污泥泵连接。