申请日2006.01.17
公开(公告)日2007.03.28
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种A/O工艺反硝化过程污水处理控制装置，反应池体部分主要包括缺氧池、好氧池和二沉池，缺氧池内还连通有外碳源投加管道和外碳源投加计量泵。在缺氧池首端设置有呼吸计传感器，在缺氧池和好氧池内分别置有硝酸氮传感器;上述传感器经导线与呼吸测定仪和硝酸氮测定仪连接后与计算机数据信号的输入接口连接，计算机中设置有PID控制器，计算机的数据信号输出接口，经导线连接执行机构，执行机构的内循环回流泵继电器和外碳源投加计量泵继电器经接口分别与内循环回流泵的阀门、外碳源投加计量泵的阀门连接。可解决由于进水碳源不足，反硝化效率不高的问题、以及外碳源投加过量，增加运行费用的问题。确保出水水质达标，尽可能节省运行费用。
権利要求書
1.一种A/O工艺反硝化过程污水处理控制装置，由缺氧池、好氧池和 二沉池组成，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污泥回流管，污泥回流管与进 水管连通，其间连接污泥回流泵，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，缺氧池内还连通有外碳源投加管道和外碳源投加计量泵;
在缺氧池首端设置有呼吸计传感器，在缺氧池和好氧池内分别置有硝酸氮传感器;上 述传感器经导线与呼吸测定仪和硝酸氮测定仪连接后与计算机数据信号的输入接口连接，计 算机中设置有PID控制器，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 内循环回流泵继电器和外碳源投加计量泵继电器经接口分别与内循环回流泵的阀门、外碳源 投加计量泵的阀门连接。
2.根据权利要求1所述的A/O工艺反硝化过程污水处理控制装置，其 特征在于：上述硝酸氮传感器设置在缺氧池出水或缺氧池最后格室;上述硝酸氮传感器设置 在好氧池出水处或好氧池最后格室。
说明书
A/O工艺反硝化过程污水 处理控制装置
(一)技术领域
本实用新型涉及一种污水生物处理装置，特别是一种生物脱氮工艺的自动控制装置。
(二)背景技术
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。专家报道含有硝酸氮与亚硝酸氮的饮水、蔬菜、粮食、鱼等经人食用后，大量亚硝酸盐 可使人直接中毒，而硝酸盐在人体内可被还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐与人体血液作用，形成 高铁血红蛋白，使人患上高铁血红蛋白症，可危及生命。亚硝酸盐在人体内与仲胺类作用形 成亚硝胺类，它在人体内达到一定剂量时是致癌、致畸、致突变的物质，可严重危害人体健 康。实践证明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。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 生物脱氮效率不高，另外城市污水排放标准对出水总氮的要求逐渐严格。因此如何提高污水 生物脱氮效率、优化工艺运行条件，解决日益严重的水污染问题，无论从节省资金、提高污 水处理效果都有重大的理论意义和现实意义。A/O生物脱氮工艺，是我国城市污水处理厂应 用最广泛的一种脱氮工艺，它最大的优点是可以充分利用进水中的可生物降解COD作为反硝 化反应的碳源，能有效地同时去除COD和含氮化合物。该工艺需要两个步骤：(1)硝化反 应，即在好氧条件下将氨氮转化为亚硝酸氮或硝酸氮的过程;(2)反硝化反应，即在缺氧 环境下以有机碳源为电子供体将硝化过程中产生的亚硝酸氮或硝酸氮转化为氮气的过程。硝 化反应只是控制氮的转化形式，并不能实现氮的去除，反硝化反应才真正实现氮的有效去 除，因此有效控制反硝化反应才能实现最大程度的脱氮。现有工艺只是维持系统的正常运 转，没有考虑系统的运行优化控制，造成我国城市污水处理厂的吨水耗电量是发达国家的近 两倍，而运行管理人员数又是其若干倍。由于污水厂进水流量及水质的巨大波动，进水碳氮 比有时相差6-10倍，很难确定外碳源的准确投加量，你能实现反硝化过程内循环回流量 和外碳源投加量这两个参数的优化控制，从而也就限制了A/O生物脱氮工艺的进一步推广应 用。
(三)实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种A/O工艺反硝化过程污水处理控制装置，解决反硝化过程 优化控制的问题;解决优化控制内循环回流量和外碳源投加量的问题;还解决反硝化过程高 效、低耗、稳定运行的问题。
本实用新型的技术方案：这种A/O工艺反硝化过程污水处理控制装置，由缺氧池、好氧 池和二沉池组成，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污泥回流管，污泥回流管 与进水管连通，其间连接污泥回流泵，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，缺氧池内还连通有外碳源投加管道和外碳源投加计量泵;
在缺氧池首端设置有呼吸计传感器，在缺氧池和好氧池内分别置有硝酸氮传感器;上述 传感器经导线与呼吸测定仪和硝酸氮测定仪连接后与计算机数据信号的输入接口连接，计算 机中设置有PID控制器，计算机的数据信号输出接口，经导线连接执行机构，执行机构的内 循环回流泵继电器和外碳源投加计量泵继电器经接口分别与内循环回流泵的阀门、外碳源投 加计量泵的阀门连接。
上述硝酸氮传感器设置在缺氧池出水或缺氧池最后格室;上述硝酸氮传感器设置在好氧 池出水处或好氧池最后格室。
有益效果：本实用新型在处理生活污水时实时控制内循环回流量和外碳源投加量，解决 原有系统脱氮效率低、出水硝酸氮浓度高、运行不合理的问题，从而实现系统的优化运行。 实时控制内循环回流量后硝酸氮去除率可以提高8-12%，内循环回流量可以降低20-40%; 实时控制外碳源投加量，硝酸氮去除率可以提高25-40%。本实用新型可控制反硝化过程内 循环回流量和外碳源投加量，可根据进水水质水量的变化实时控制内循环回流量、外碳源投 加量大小，不仅能提高处理系统的可靠性，降低出水硝酸氮浓度、减少系统运行费用，而且 对进一步实现其它活性污泥法的在线自动控制也有重要的理论意义与应用价值。通过控制内 循环可以充分保证缺氧池的缺氧环境，避免内循环回流量不足，从而无法充分发挥缺氧区的 反硝化潜力，导致硝酸氮没有充分去除;另外也避免较高的内循环回流量导致好氧区大量DO 进入缺氧区，从而影响缺氧池反硝化环境，并消耗进水碳源。本实用新型可以提高反硝化效 率、提高对进水COD的利用率，从而强化硝酸氮的去除。另外本实用新型可以准确获得外碳 源投加量，补充进水C/N比不足，通过对外碳源投加量的控制，可以避免外碳源投加过量， 增加药剂消耗费用，增加污泥产量和耗氧量的情况，同时也避免外碳源投加量不足，不能实 现出水硝酸氮浓度满足排放标准的要求。
本实用新型可控制内循环回流量、外碳源投加量。提高反硝化效率，将好氧区生成的硝 酸氮回流到缺氧区，维持缺氧区硝酸氮充足，反硝化反应才会顺利进行，因此需控制硝酸氮 回流量，保证最大程度的利用缺氧区反硝化潜力。另外当排放标准对出水总氮要求严格时， 为了保证反硝化的顺利进行，需满足反硝化对电子供体的需求。当进水中的碳源不足时需外 加碳源。由于污水厂进水流量及水质的巨大波动，进水碳氮比有时相差6-10倍，很难确定 外碳源的准确投加量，为了解决这个问题，需要开发有效的控制策略，保证出水硝酸氮浓度 满足出水水质要求，同时优化外碳源使用量，降低系统运行费用。因此，研究开发高效、低 能耗的生物脱氮控制装置及其运行策略，可进一步推广前置反硝化工艺在实际中的应用。
本实用新型与现有技术相比，具有下列优点：
(1)、可以从根本上解决恒定内循环回流量等传统控制技术所存在的内循环回流量不 足和过量的问题，最大程度的提高系统反硝化潜力，提高对进水COD的利用效率，降低溢流 到好氧区COD的量。
(2)、可以根据进水水质水量的变化准确确定外碳源投加量，保证在出水总氮浓度达 标的前提下节省运行费用。
(3)、内循环回流和外碳源投加控制系统，可保证在低负荷情况下，充分利用进水COD 进行反硝化，而不需外投碳源，即可实现出水硝酸氮浓度达标;而在进水负荷高的情况下， 通过外碳源投加的控制，也能实现以相对较少的外碳源投量，实现出水总氮达标。不但增加 了系统运行灵活性，也可维持较稳定的出水水质。
(4)、整个工艺由自动控制系统完成，仅需两个控制回路，管理操作方便，费用低、 耐冲击负荷强，很容易在生物脱氮工艺中应用。
本实用新型针对不同进水水质，对内循环回流量和外碳源投加量做出相应的调节与控 制，应用在线呼吸计和硝酸氮浓度测定仪作为自动控制参数对外碳源投加量和内循环回流量 进行控制。不仅避免了内循环回流量过大或内循环回流量过低存在的缺陷;也可解决外碳源 投加量确定困难的问题，应用外碳源投加前馈—反馈控制器可获得准确的外碳源投加量，解 决A/O工艺由于进水碳源不足，反硝化效率不高的问题;以及外碳源投加过量，增加运行费 用的问题。本实用新型可提高进水COD的利用效率、降低溢流到好氧区的COD，节约外碳源投 加量、提高系统脱氮效率，这无论对于确保出水水质达标，还是尽可能节省运行费用，都具 有重要的应用价值。
本实用新型可用于已采用A/O法的污水处理厂或准备采用该工艺的处理厂，也可应用在 对出水硝酸氮浓度要求严格的地区或者处理出水需要回用的场所，本实用新型的应用可高 效、快捷的降低出水硝酸氮浓度。
以某大学家属区的实际生活污水为原水(pH=7-7.8，COD=180-450mg/L，TN=68- 120mg/L，进水C/N比仅为3)为原水。所选择的前置反硝化工艺反应池有效容积300L，反应 池内MLSS在3000-4000mg/L，曝气量为1-1.5m3/h，SRT维持在15d左右，反应温度20-23 ℃。没有采用控制前，由于进水碳源远远不足，反硝化不充分，总氮去除率仅仅60%，出水 硝酸氮浓度超过20mg/L。应用自动控制后，出水硝酸氮浓度大大降低，基本维持在12mg/L 处。当外进水氨氮负荷较低时，不投加外碳源，只实施内循环控制后，即可满足出水硝酸氮 浓度12mg/L的标准。系统COD、氨氮和总氮的去除率始终保持在90%、95%和85%以上。经实 践证明，内循环回流泵运行费用可以节省45%。
本实用新型选择能够在线检测且精确度较高的硝酸氮浓度在线测定仪和在线呼吸计，作 为反硝化反应的被控制变量使反硝化过程实现自动控制后，能根据进水水质水量的变化以及 出水水质的要求，及时动态地改变与调节内循环回流量、外碳源投加量;能通过缺氧区硝酸 氮浓度和出水硝酸氮浓度的实时变化，准确地把握反硝化反应进行的程度;及时的了解缺氧 区反硝化潜力是否被充分利用以及进水碳源是否充分，解决传统恒定内循环回流量或恒定内 循环回流比控制所存在的内循环回流量过大或过低的现象;本实用新型可解决A/O工艺由于 进水碳源不足，反硝化效率不高，以及外碳源投加过量，运行费用增加的问题。本实用新型 将大大提高城市污水和工业废水生物脱氮反硝化过程的自动控制水平，无论对于确保出水硝 酸氮浓度达标，充分利用缺氧区已有潜力，还是尽可能节省运行费用，都具有重要的应用价 值。