申请日2004.03.26
公开(公告)日2005.01.12
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明涉及的是一种豆制品废水生物脱氮工艺及模糊控制装置和方法，本发明应用溶解氧DO、氧化还原电位ORP和pH值作为模糊控制参数对已实现的短程硝化脱氮工艺进行维持，不仅避免了因长时间曝气造成短程硝化向全程硝化转化现象的发生，而且具有硝化、反硝化完全和节约运行成本等优点。本发明另一个特点是将短程硝化脱氮工艺与SBR法相结合，使得设计出的豆制品废水短程硝化生物脱氮工艺和方法具有脱氮效率高、工艺简单、运行成本低、均化水质、运行管理灵活、耐冲击负荷强、占地面积少和不易发生污泥膨胀等优点。
权利要求书
1、一种豆制品废水生物脱氮工艺，其特征在于在反应池内进行以下步骤：
I、进水：将与进水管相连的进水阀门打开，当达到预定处理量后关闭进水阀门;
II、好氧曝气：开启曝气器的进气阀门，将压缩空气输入曝气器，向废水中供氧，进 行有机物降解和含氮化合物的硝化，当短程硝化结束时，关闭曝气器的进气阀门;
III、缺氧搅拌：开启计量泵，打开进水阀门至满足短程反硝化要求即关闭，同时马上 开始搅拌，进入反硝化脱氮阶段，当短程反硝化结束时，停止搅拌;
IV、沉淀：此时进水阀门、进气阀门、排水阀门和排泥阀门均关闭;
V、排水：将处理后水经出水管排到反应池外;
VI、闲置：所有阀门和计量泵均关闭，反应池即不进水也不排水，处于待机状态;
依次重复以上各步骤，交替经历好氧、缺氧、厌氧状态，间歇进水和出水，并定期排 放剩余的活性污泥。
2、一种豆制品废水生物脱氮工艺的模糊控制装置，由SBR反应池连接进水管、出水 管和排泥管，其特征在于：在SBR反应池内置有溶解氧浓度DO、氧化还原电位ORP传感器 和pH值传感器，上述传感器经导线与DO测定仪、ORP测定仪和pH测量计连接后与计算机 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 的进水继电器、出水继电器、曝气继电器、投药计量泵继电器、投加碳源计量泵继电器、 搅拌机继电器经接口分别与进水阀门、出水阀门、曝气器进气阀门、投药计量泵、投加碳 源计量泵和搅拌机电连接。
3、一种豆制品废水生物脱氮工艺的模糊控制方法，其特征在于：在污水处理系统中 放置三种传感器，采集氧化还原电位ORP，溶解氧浓度DO和pH值的信号;将采集的ORP、 DO和pH值信号输入模拟数字转换元件A/D，转换成数字信号;将数字信号输入计算机， 经过控制量偏差的计算、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;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;控制信号输入执行机构，实时模糊控制反应池 的进水、曝气、搅拌、沉淀、排水和闲置六个步骤的曝气量和时间。
4、根据权利要求3所述的豆制品废水生物脱氮工艺的模糊控制方法，其特征在于： 所述曝气时间的模糊控制是当碱度充足时，当pH的一阶导数由负转变为正，且曝气时间t >2h时，推断硝化已经终止，停止曝气;
当碱度不足时，当DO大于5mg/L，且曝气时间t>2h时，同时pH的一阶导数绝对值 小于0.002min-1时，推断硝化已经终止，停止曝气。
5、根据权利要求3所述的豆制品废水生物脱氮工艺的模糊控制方法，其特征在于： 所述搅拌时间的模糊控制是当pH的一阶导数由正转变为负或ORP的一阶导数由-25~-20 mV/min突然变为小于-30mV/min时，且搅拌时间t‘>0.5h时，推断反硝化已经结束，停 止搅拌。
说明书
豆制品废水生物脱氮工艺及模糊控制装置和方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理工艺及控制装置和方法，特别是间歇式活性污泥废水生物脱 氮工艺及控制装置和方法。
背景技术
污水生物脱氮技术是当今水污染控制领域中的一个重要研究方向，已引起世界各国的 普遍关注。由于常规的活性污泥工艺硝化作用不完全，反硝化作用则几乎不发生，总氮的 去除率仅在10%～30%之间。因此，对于城市污水、含氮工业废水，若采用常规的活性污泥 法处理，出水中还含有大量的氮和磷，随着地表水体“富营养化”现象的日益突出，促使 人们对常规活性污泥工艺进行改造，以提高氮、磷的去除率。最具有代表性的就是A/O法、 A2/O法等工艺，这些工艺在废水脱氮除磷方面起到了一定作用，但同时也暴露出一些问题。 如系统为维持较高的硝化细菌的浓度，必须进行污泥回流和硝化液回流，增加了运行成本 和能源消耗，另一方面，工艺中增加了厌氧和缺氧段的处理构筑物，使得整个工艺的基建 投资和占地面积增加。因此，研究开发高效、低能耗的生物脱氮工艺和装置已成为当前水 处理界重要的研究课题。
现有的生物脱氮工艺过程主要由两段工艺共同完成，即通过硝化作用将氨氮转化为硝 酸盐氮，再通过反硝化作用将硝酸盐氮转化为氮气从水中逸出。在硝化阶段，氨氮被转化 成硝酸盐是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应，首先由亚硝化菌(Nitrosomonas) 将氨氮转化为亚硝酸盐(NO2 -)，然后由硝化菌(Nitrobacter)将亚硝酸盐转化为硝酸盐 (NO3 -)。传统生物脱氮过程中硝化作用的最终产物是硝酸盐，反硝化作用以NO3 -为电子受 体。
模糊控制(Fuzzy Control)是智能控制的重要组成部分与支柱。自zadeh提出模糊 集合理论和Mamdani(1975)发表了第一篇关于模糊控制的论文以来，模糊控制在工程 中的应用日益广泛与深入。由于污水水质、水量变化很大，在水处理中的研究与应用仍处 于探索状态。
技术内容
本发明的目的是提供一种豆制品废水生物脱氮工艺及模糊控制装置和方法，解决曝气 或搅拌时间不足所引起的硝化或反硝化不完全和曝气或搅拌时间过长所带来的运行成本 提高和能源浪费的问题。解决过度曝气，抑制硝酸菌的生长、使运行不稳定的问题。
本发明的技术方案：其特征在于在反应池内进行以下步骤：
I、进水：将与进水管相连的进水阀门打开，当达到预定处理量后关闭进水阀门;
II、好氧曝气：开启曝气器的进气阀门，将压缩空气输入曝气器，向废水中供氧，进 行有机物降解和含氮化合物的硝化，当短程硝化结束时，关闭曝气器的进气阀门;
III、缺氧搅拌：开启计量泵，打开进水阀门至满足短程反硝化要求即关闭，同时马上 开始搅拌，进入反硝化脱氮阶段，当短程反硝化结束时，停止搅拌;
IV、沉淀：此时进水阀门、进气阀门、排水阀门和排泥阀门均关闭;
V、排水：将处理后水经出水管排到反应池外;
VI、闲置：所有阀门和计量泵均关闭，反应池即不进水也不排水，处于待机状态;
依次重复以上各步骤，交替经历好氧、缺氧、厌氧状态，间歇进水和出水，并定期排 放剩余的活性污泥。
这种豆制品废水生物脱氮工艺的模糊控制装置，由SBR反应池连接进水管、出水管和 排泥管，其特征在于：在SBR反应池内置有溶解氧浓度DO、氧化还原电位ORP传感器和 pH值传感器，上述传感器经导线与DO测定仪、ORP测定仪和pH测量计连接后与计算机的 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 进水继电器、出水继电器、曝气继电器、投药计量泵继电器、投加碳源计量泵继电器、搅 拌机继电器经接口分别与进水阀门、出水阀门、曝气器进气阀门、投药计量泵、投加碳源 计量泵和搅拌机电连接。
这种豆制品废水生物脱氮工艺的模糊控制方法，其特征在于：
在污水处理系统中放置三种传感器，采集氧化还原电位ORP，溶解氧浓度DO和pH值 的信号;将采集的ORP、DO和pH值信号输入模拟数字转换元件A/D，转换成数字信号;将 数字信号输入计算机，经过控制量偏差的计算、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;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;控制信号输入执行机构， 实时模糊控制反应池的进水、曝气、搅拌、沉淀、排水和闲置六个步骤的曝气量和时间。
上述曝气时间的模糊控制是当碱度充足时，当pH的一阶导数由负转变为正，且曝气 时间t>2h时，推断硝化已经终止，停止曝气;
当碱度不足时，当DO大于5mg/L，且曝气时间t>2h时，同时pH的一阶导数绝对值 小于0.002min-1时，推断硝化已经终止，停止曝气。
上述搅拌时间的模糊控制是当pH的一阶导数由正转变为负或ORP的一阶导数由-25~ -20mV/min突然变为小于-30mV/min时，且搅拌时间t‘>0.5h时，推断反硝化已经结束， 停止搅拌。
有益效果：本发明实时控制生物脱氮工艺的曝气和搅拌时间，实现对硝化和反硝化时 间的控制，控制反应体系内稳定的亚硝酸盐积累，从而使硝化类型持久稳定在短程硝化上。 在氮的微生物转化过程中，氨被氧化为硝酸盐是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反 应。对于反硝化菌，无论是亚硝酸盐还是硝酸盐均可以作为最终受氢体，因而整个生物脱 氮过程也可以经NH4 +→NO2 -→N2这样的途径完成，实现短程硝化反硝化生物脱氮处理污水。 从反应历程来看，短程硝化—反硝化比全程硝化—反硝化减少两步，因而它节省了好氧阶 段供氧量25%左右;节约反硝化所需碳源40%左右;减少污泥生成量;减少硝化过程的投 碱量;缩短反应时间，相应地减少了反应池容积30%～40%左右。因此，该工艺对于实际工 程应用具有工艺简单、均化水质、费用低、运行管理灵活、耐冲击负荷强、占地面积少和 不易发生污泥膨胀等优点。本发明的工艺方法与现有技术相比，具有下列优点：
(1)、采用模糊控制装置控制生物脱氮过程中的好氧曝气和缺氧搅拌时间，从根本上 解决了曝气或搅拌时间不足所引起的硝化或反硝化不完全和曝气或搅拌时间过长所带来 的运行成本提高和能源浪费的问题。并且能够根据原水水质水量的变化，实时控制各个生 化反应所需投加的药剂量、反应时间，实现智能化的控制，保证出水水质的前提下优化节 能。
(2)、适时控制曝气和搅拌时间，避免了短程硝化已完成，仍继续曝气的过度曝气现 象的发生，不为硝酸盐菌在亚硝酸盐积累条件下提供充足的溶解氧，使反应池内硝化产生 的亚硝酸盐氮及时经缺氧搅拌还原为氮气，不为硝酸菌提供生长所需的底物，从根本上抑 制硝酸菌的生长。因此，从根本上减小了短程硝化向传统全程硝化转化的可能性，使短程 硝化类型更稳定、持久。
(3)、本发明采用的是SBR工艺，使有机物和含氮化合物在一个反应池内得到去除， 减少了缺氧池和沉淀池等处理构筑物，从而降低了基建投资和整个工艺的占地面积。
(4)、采用短程硝化生物脱氮工艺，因而它节省了好氧阶段供氧量25%左右;节约反 硝化所需碳源40%左右;减少污泥生成量;减少硝化过程的投碱量;缩短反应时间，相应 地减少了反应池容积30%～40%左右。
(5)、整个工艺由模糊控制系统完成，管理操作方便，费用低、耐冲击负荷强，不易 发生污泥膨胀。
本发明可广泛应用于中小城镇城市污水或有机物、氮素含量变化较大的工业废水的处 理，特别适用于已采用SBR工艺的污水处理厂或准备采用SBR工艺的污水处理厂。SBR工 艺是间歇式活性污泥水处理法的简称，是一种常规的活性污泥法废水处理工艺。