污水处理精确加药系统及加药方法

　　申请日2017.12.26

　　公开(公告)日2018.05.11

　　IPC分类号C02F9/14

　　摘要

　　本发明公开了一种污水处理精确加药系统及加药方法，该系统包括处理池组、除磷剂投加组件、碳源投加组件、消毒剂投加组件和控制组件，该方法包括根据出水总磷的监测值来调整铝盐除磷剂投加、铁盐除磷剂投加和碳源投加，根据出水总氮的监测值来调整碳源投加，根据出水余氯监测值来调整消毒剂投加。本发明自动化程度高，能够根据出水在线TP投加化学除磷剂，增加出水稳定性，在最大程度的解决了加药与出水水质达标滞后性的问题，使得系统更加稳定，安全;同时可以根据投加比调节加药泵频率控制加药量，最大限度的节约了药剂的使用量，使得加药除磷、脱氮、消毒更科学，也降低了污水处理成本。

　　权利要求书

　　1.一种污水处理精确加药系统，其特征在于，包括处理池组、除磷剂投加组件、碳源投加组件、消毒剂投加组件和控制组件，

　　所述处理池组包括按照污水处理顺序依次设置的初沉池、生物池、二沉池、高效沉淀池、V型滤池和接触消毒池，所述生物池包括依次设置的预缺氧池、厌氧池、缺氧池和好氧池;

　　在所述生物池中的厌氧池和缺氧池进水口处分别设有碳源投加点，在所述生物池出水井、二沉池出水井以及高效沉淀池进水堰处分别设有除磷剂投加点;在所述接触消毒池的进水口处设有消毒剂投加点;在所述二沉池出水井处以及接触消毒池后部的总出水口处分别设有总磷在线监测仪;在所述接触消毒池的出水口处分别设有总氮在线监测仪和余氯在线监测仪;

　　所述除磷剂投加组件包括铝盐除磷剂储药池和铁盐除磷剂储药池，所述铝盐除磷剂储药池通过铝盐投加管路连接至生物池出水井、二沉池出水井以及高效沉淀池进水堰处的除磷剂投加点;所述铁盐除磷剂储药池通过铁盐投加管路连接至二沉池出水井以及高效沉淀池进水堰处的除磷剂投加点;

　　所述消毒剂投加组件包括消毒剂储药罐，所述消毒剂储药罐通过消毒剂投加管路连接至所述接触消毒池进水口处的消毒剂投加点，在所述消毒剂投加管路上设有电磁阀、加药泵和流量计;

　　所述碳源投加组件包括碳源储药罐，所述碳源储药罐通过碳源投加管路连接至所述生物池中的厌氧池和缺氧池进水口处的碳源投加点;在所述碳源投加管路上设有电磁阀、加药泵和流量计。

　　2.根据权利要求1所述的污水处理精确加药系统，其特征在于，所述铝盐投加管路包括与所述铝盐除磷剂储药池相连接的至少一个出药管、与所述出药管相连通的至少两个并联连接的分流管，每个分流管连接一个或一个以上的支流管至对应投加点，在所述分流管的末端设有连通所有支流管的串联管，在相邻两个支流管之间的串联管上分别设有电磁阀，在每个支流管上均设有流量计和电磁阀;

　　所述铁盐投加管路包括与所述铁盐除磷剂储药池相连接的至少一个出药管、与所述出药管相连通的至少两个并联连接的分流管，每个分流管连接一个或一个以上的支流管至对应投加点，在所述分流管的末端设有连通所有支流管的串联管，在相邻两个支流管之间的串联管上分别设有电磁阀，在每个支流管上均设有流量计和电磁阀;

　　所述控制组件包括主控制器，所述总磷在线监测仪、总氮在线监测仪和余氯在线监测仪分别与所述主控制器对应连接，所述铝盐投加管路、铁盐投加管路、消毒剂投加管路和碳源投加管路上的电磁阀、加药泵和流量计均与所述主控制器对应连接;所述主控制器通过对应数量的变频器控制每个加药泵的流量。

　　3.根据权利要求2所述的污水处理精确加药系统，其特征在于，所述除磷剂投加组件还包括与外部水源对应连接的冲洗管路，所述冲洗管路分别连通至所述铝盐投加管路和铁盐投加管路的出药管，在所述冲洗管路上设有电磁阀;所述碳源投加组件还包括与外部水源对应连接的冲洗管路，所述冲洗管路连通至所述碳源投加管路的出药管，在所述冲洗管路上设有电磁阀。

　　4.根据权利要求2所述的污水处理精确加药系统，其特征在于，所述碳源为乙酸钠;所述铝盐除磷剂为聚合氯化铝;所述铁盐除磷剂为配方型铁盐除磷剂;所述消毒剂为次氯酸钠。

　　5.根据权利要求1所述的污水处理精确加药系统，其特征在于，所述处理池组中，初沉池、生物池、二沉池、高效沉淀池、V型滤池和接触消毒池的数量均为一个或一个以上。

　　6.一种污水处理精确加药方法，其特征在于，包括下列步骤：

　　(1)将待处理的污水引入权利要求1所述污水处理精确加药系统中的处理池组，使污水依次通过初沉池、生物池、二沉池、高效沉淀池、V型滤池和接触消毒池被处理后排出;设置在二沉池出水井处以及接触消毒池后部的总出水口处的总磷在线监测仪，分别将检测到的二沉池出水总磷TP1和接触消毒池后部的总出水口处总磷TP2的值传输至主控制器;设置在接触消毒池出水口处的总氮在线监测仪和余氯在线监测仪分别将检测到的出水总氮TN的值和出水余氯CL的值传输至主控制器;

　　(2)铝盐除磷剂投加

　　当单个二沉池的出水总磷TP1≥0.25mg/L时，主控制器开启相应的铝盐投加管路上的加药泵，向与该二沉池向对应的生物池出水井处的除磷剂投加点投放铝盐除磷剂，所述铝盐除磷剂的投加比按照下列区间进行调整：

　　当TP1在0.25-0.30mg/L之间时，铝盐除磷剂的投加比为10mg/L;在此基础上，当TP1的值每上升0.05mg/L的区间范围，铝盐除磷剂的投加比就在现有的投加比基础上增加增加10mg/L;

　　当TP1下降至0.25mg/L以下，并持续6小时，主控制器关闭加药泵停止铝盐除磷剂的投加，并对铝盐投加管路进行冲洗;

　　(3)铁盐除磷剂投加

　　主控制器计算各二沉池的出水总磷均值TP3，当TP3≥0.20mg/L时，主控制器开启相应的铁盐投加管路上的加药泵，向二沉池出水井处的除磷剂投加点投放铁盐除磷剂，所述铁盐除磷剂的投加比按照下列区间进行调整：

　　当TP3在0.20-0.30mg/L之间时，铁盐除磷剂的投加比为5mg/L;在此基础上，当TP3的值每上升0.1mg/L的区间范围，铁盐除磷剂的投加比就在现有的投加比基础上增加5mg/L;TP3每下降0.1mg/L的区间范围，铁盐除磷剂的投加比就在现有的投加比基础上减少5mg/L;

　　同时，每4个小时对比一下总出水口处总磷TP2的值，当TP2≥0.15mg/L时，铁盐除磷剂的投加比就在现有的投加比基础上增加2.5mg/L;当TP2<0.15mg/L时，铁盐除磷剂的投加比就在现有的投加比基础上减少2.5mg/L;

　　当TP3在0.15-0.20mg/L时，按最低5mg/L的投加比继续投加铁盐除磷剂;当TP3<0.15mg/L，并连续6小时后，主控制器关闭加药泵停止铁盐除磷剂的投加，并对铝盐投加管路进行冲洗;

　　(4)碳源投加

　　当单个二沉池的出水总磷TP1>2.5mg/L，并持续4小时以上时，主控制器控制碳源投加管路上的加药泵，向对应的生物池中的厌氧池进水口处的碳源投加点投放碳源;碳源的投加比为：(TP1-0.5)×20/该碳源的BOD当量，碳源的投加量为：投加比×生物池的进水量;当单个二沉池的出水总磷含量TP1小于0.5mg/L并持续6个小时，停止投加碳源;

　　当出水总氮TN≥12mg/L时，主控制器控制碳源投加管路上的加药泵，向对应的生物池中的缺氧池进水口的碳源投加点投放碳源;碳源的投加比为：(TN-12)×4/该碳源的BOD当量，碳源的投加量为：投加比×生物池的进水量;当出水总氮TN含量小于12mg/L并持续6个小时，停止投加碳源;

　　(5)消毒剂投加

　　主控制器开启相应的消毒剂投加管路上的加药泵，向接触消毒池进水口处的投加点投放消毒剂，所述消毒剂的投加比按照下列区间进行调整：

　　当出水余氯CL<0.05mg/L时，消毒剂的投加比为25mg/L;当出水余氯CL连续四小时<0.05mg/L，消毒剂的投加比就在现有的投加比基础上增加1mg/L;

　　当0.05mg/L≤CL≤0.1mg/L时，消毒剂保持现有的投加比不变;

　　当出水余氯CL>0.1mg/L时，且持续4小时后，消毒剂的投加比就在现有的投加比基础上减小1mg/L;

　　(6)在污水处理过程中，按照对应的条件，进行步骤(2)、(3)、(4)、(5)的加药操作，直至处理工序进行完毕。

　　7.根据权利要求6所述的污水处理精确加药方法，其特征在于，所述铝盐除磷剂为聚合氯化铝;所述铁盐除磷剂为配方型铁盐除磷剂;所述碳源为乙酸钠，且乙酸钠的BOD当量为0.78。

　　8.根据权利要求6所述的污水处理精确加药方法，其特征在于，在步骤(3)中投加铁盐除磷剂的同时，铝盐除磷剂保持继续投加。

　　9.根据权利要求6所述的污水处理精确加药方法，其特征在于，步骤(2)中铝盐除磷剂的投加点为生物池出水井处的除磷剂投加点、二沉池出水井处的除磷剂投加点、或与该二沉池对应的高效沉淀池进水堰处的除磷剂投加点;步骤(3)中铁盐除磷剂的投加点为二沉池出水井处的除磷剂投加点、或高效沉淀池进水堰处的除磷剂投加点。

　　10.根据权利要求6所述的污水处理精确加药方法，其特征在于，所述投加比指的是每处理1L污水所需投加的药剂的质量，单位为mg/L。

　　说明书

　　一种污水处理精确加药系统及加药方法

　　技术领域

　　本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理精确加药系统及加药方法。

　　背景技术

　　氮磷营养盐是造成水体富营养化的主要化合物。随着人类对环境资源开发利用活动的日益增加，使大量含氮、磷营养物质的生活污水、工业废水排入江河湖泊中，增加了水体营养物质的负荷，其直接后果为水体富营养化。污水中的磷可以通过化学和生物两种方法去除。生物除磷是一种相对经济的除磷方法，但由于现阶段生物除磷工艺还无法保证出水总磷稳定达到0.5mg/L标准的要求，所以常需要采用或辅助以化学除磷措施。在保证出水水质的前提下，为实现加药量随着进水水质和水量自动调节，节约加药成本，智能加药系统成为水处理研究人员不断探索的方向。化学除磷投加的药剂主要有铁盐、铝盐和石灰三类，目前国内现有的除磷加药系统，都是投加单一铁盐或者铝盐，无法实现两种药剂同时使用，且加药量无法同出水总磷实现联动。往往需要根据每日一次的化验数据和运行经验进行调整加药量，加药量是否合适，出水水质是否满足，完全靠生产运行人员的主观调整，出水稳定性不强。

　　另外，生活污水中不但存在着大量细菌，并常含有病毒、阿米巴孢囊等。它们通过一般的废水处理过程还不能被灭绝。城市污水处理系统中普通生物滤池只能除去大肠杆菌80-90%，活性污泥法也只能除去90-95%。为了防止疾病的传播，污水(废水)一般经机械、生化二级处理后，仍需要进行消毒处理。目前常用的消毒剂有氯气、二氧化氯、次氯酸钠、臭氧、紫外线消毒等，采用紫外线对污水进行消毒，运行期间电耗较大，灯管容易损坏，出水SS对消毒效果影响较大，整体消毒效果较差。采用二氧化氯消毒，运行管理要求较高，需要现场制备二氧化氯，危险性较大。对比几种消毒工艺，其中次氯酸钠消毒较为安全有效，经济成本较低。

　　目前采用次氯酸钠加药常见的有人工加药和精确加药两种方式。大多数采用次氯酸钠消毒的污水处理厂是通过小试确定次氯酸钠投加比(次氯酸钠投加量与污水进水量的比值)，然后，运行人员根据几个小时的平均进水量算出对应的次氯酸钠投加量，调节次氯酸钠加药泵的流量。由于人工调节，很难准确的控制次氯酸钠的投加量，往往会造成药剂投加量不够影响出水水质，或者投加量过多药剂浪费现象，且次氯酸钠投加量过大的话会造成出水余氯较高，对排放水体环境造成影响。一部分自动化程度比较高的污水处理厂次氯酸钠投加采用精确加药模式，即通过电脑中控系统采集瞬时进水量，根据设定的投加比自动调节次氯酸钠加药泵流量，由于污水处理厂进水水质变化较大，根据固定的投加比确定次氯酸钠投加量缺乏科学性，容易造成出水余氯含量高影响排放水体环境或者消毒效果不佳出水大肠杆菌指标超标等问题。以上两种加药方式均需要以化验数据反馈次氯酸钠投加量是否满足消毒效果，而每次化验需要48小时的时候，反馈具有滞后性，影响出水水质。

　　因此，设计一种能够实现污水处理除磷、消毒精确加药的系统及方法是解决上述问题的关键。

　　发明内容

　　本发明要解决的技术问题是提供一种能够同时投加铁盐和铝盐两种除磷剂、加药精确，并且除磷、脱氮和消毒效果更好的污水处理精确加药系统及加药方法。

　　为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

　　设计一种污水处理精确加药系统，包括处理池组、除磷剂投加组件、碳源投加组件、消毒剂投加组件和控制组件，

　　优选的，所述铝盐投加管路包括与所述铝盐除磷剂储药池相连接的至少一个出药管、与所述出药管相连通的至少两个并联连接的分流管，每个分流管连接一个或一个以上的支流管至对应投加点，在所述分流管的末端设有连通所有支流管的串联管，在相邻两个支流管之间的串联管上分别设有电磁阀，在每个支流管上均设有流量计和电磁阀;

　　优选的，所述除磷剂投加组件还包括与外部水源对应连接的冲洗管路，所述冲洗管路分别连通至所述铝盐投加管路和铁盐投加管路的出药管，在所述冲洗管路上设有电磁阀;所述碳源投加组件还包括与外部水源对应连接的冲洗管路，所述冲洗管路连通至所述碳源投加管路的出药管，在所述冲洗管路上设有电磁阀。

　　优选的，所述加药泵为隔膜泵;所述流量计为电磁流量计。所述主控制器为西门子6ES7系列的PLC控制器。

　　优选的，所述碳源为乙酸钠;所述铝盐除磷剂为聚合氯化铝;所述铁盐除磷剂为配方型铁盐除磷剂;所述消毒剂为次氯酸钠。

　　优选的，所述处理池组中，初沉池、生物池、二沉池、高效沉淀池、V型滤池和接触消毒池的数量均为一个或一个以上。

　　本发明还涉及一种污水处理精确加药方法，包括下列步骤：

　　(1)将待处理的污水引入上述污水处理精确加药系统中的处理池组，使污水依次通过初沉池、生物池、二沉池、高效沉淀池、V型滤池和接触消毒池被处理后排出;设置在二沉池出水井处以及接触消毒池后部的总出水口处的总磷在线监测仪，分别将检测到的二沉池出水总磷TP1和接触消毒池后部的总出水口处总磷TP2的值传输至主控制器;设置在接触消毒池出水口处的总氮在线监测仪和余氯在线监测仪分别将检测到的出水总氮TN的值和出水余氯CL的值传输至主控制器。

　　(2)铝盐除磷剂投加

　　当TP1在0.25-0.30mg/L之间时，铝盐除磷剂的投加比为10mg/L;

　　当TP1在0.30-0.35mg/L之间时，铝盐除磷剂的投加比为20mg/L;

　　当TP1在0.35-0.40mg/L之间时，铝盐除磷剂的投加比为30mg/L;

　　当TP1在0.40-0.45mg/L之间时，铝盐除磷剂的投加比为40mg/L;

　　以此类推，当TP1的值每上升0.05mg/L的区间范围，铝盐除磷剂的投加比就在现有的投加比基础上增加增加10mg/L;

　　当TP1下降至0.25mg/L以下，并持续6小时，主控制器关闭加药泵停止铝盐除磷剂的投加，并对铝盐投加管路进行冲洗。

　　(3)铁盐除磷剂投加

　　当TP3在0.15-0.20mg/L时，按最低5mg/L的投加比继续投加铁盐除磷剂;当TP3<0.15mg/L，并连续6小时后，主控制器关闭加药泵停止铁盐除磷剂的投加，并对铝盐投加管路进行冲洗。

　　(4)碳源投加

　　该碳源投加组件也可用于强化生物反硝化脱氮。当出水总氮TN≥12mg/L时，主控制器控制碳源投加管路上的加药泵，向对应的生物池中的缺氧池进水口的碳源投加点投放碳源;碳源的投加比为：(TN-12)×4/该碳源的BOD当量，碳源的投加量为：投加比×生物池的进水量;其中，TN出水总氮的监测值，出水总氮的目标值时小于12mg/L，每削减1mg/L的出水总氮所需的BOD为4mg/L。当出水总氮TN含量小于12mg/L并持续6个小时，停止投加碳源。

　　(5)消毒剂投加

　　主控制器开启相应的消毒剂投加管路上的加药泵，向接触消毒池进水口处的投加点投放消毒剂，所述消毒剂的投加比按照下列区间进行调整：

　　当出水余氯CL<0.05mg/L时，消毒剂的投加比为25mg/L;当出水余氯CL连续四小时<0.05mg/L，消毒剂的投加比就在现有的投加比基础上增加1mg/L;

　　当0.05mg/L≤CL≤0.1mg/L时，消毒剂保持现有的投加比不变;

　　当出水余氯CL>0.1mg/L时，且持续4小时后，消毒剂的投加比就在现有的投加比基础上减小1mg/L。

　　(6)在污水处理过程中，按照对应的条件，进行步骤(2)、(3)、(4)、(5)的加药操作，直至处理工序进行完毕。

　　优选的，所述碳源为乙酸钠，且乙酸钠的BOD当量为0.78(kg BOD5/kg乙酸钠);所述铝盐除磷剂为聚合氯化铝，且其密度为1.2-1.3t/m3;所述铁盐除磷剂为配方型铁盐除磷剂，具体为石家庄天之蘅助剂有限公司生产的高效除磷剂-T2，其密度为1.48t/m3，固含量≥45%，金属氧化物含量≥12%，三氧化二铁含量≥11.5%，pH值(1%水溶液)为2-3，水不溶物的质量分数<1%;还可以使用其他类型的铁盐除磷剂如聚合硫酸铁;所述消毒剂为次氯酸钠，且所述次氯酸钠中的有效氯大于10%。

　　优选的，在步骤(3)中投加铁盐除磷剂的同时，铝盐除磷剂保持继续投加。

　　优选的，步骤(2)中铝盐除磷剂的投加点为生物池出水井处的除磷剂投加点、二沉池出水井处的除磷剂投加点、或与该二沉池对应的高效沉淀池进水堰处的除磷剂投加点;步骤(3)中铁盐除磷剂的投加点为二沉池出水井处的除磷剂投加点、或高效沉淀池进水堰处的除磷剂投加点。

　　以上所述投加比指的是每处理1L污水所需投加的药剂的质量，单位为mg/L。

　　本发明的有益效果在于：

　　1.本发明污水处理精确加药系统，通过总磷在线监测仪实时监测二沉池出水井处以及接触消毒池后部的总出水口处的总磷值，根据测得的总磷值按照对应的投加比投放除磷剂，除磷剂的投加量可随进水量自动精确调节;当除磷剂无法有效控制出水总磷时，系统自动投加碳源至生物池中的厌氧池进水口中，增加曝气池厌氧区的碳源，强化厌氧区的释磷效果，进而提高聚磷菌的生物活性和菌种数量，有效地保证出水水质的稳定达标;还可根据出水总氮的监测值，向生物池中的缺氧池进水口投加碳源，用于强化缺氧池中的生物反硝化脱氮效果，提高脱氮效率。

　　2.本发明根据两种不同化学除磷药剂的化学性质，设置了两套并行的除磷药剂投加系统，可单独或者同时使用，来合理调节药剂种类和加药量，实现了药剂的有效利用。也可根据实际生产需要选择其他型号的铁盐和铝盐，提高了调整的灵活性。两套独立的加药管线，都设置有两种及两种以上的不同投加路径，最大程度上的实现了功能的多样化和加药管线系统的可靠性。在个别加药管线出现故障的时候，可切换至其他备用管线，保证药剂投加，实现出水总磷稳定达标。

　　3.本发明可根据二沉池出水总磷TP1和总出水口处总磷TP2的变化趋势，选择不同的化学除磷剂，并按照系统设定的投加比例进行自动投加。二沉池出水总磷TP1设置了不同的区间范围，不同的区间范围按照不同的投加比进行投加，同时在设定的反馈时间之后，总出水口处总磷TP2未降低到目标值限制以下时，自动按照每次调整投加比例的一半进行调整，实现精确投加，节约药剂用量。区间范围和出水总磷理论限值的参数可人工设定。

　　4.本发明设计有碳源投加组件，用于对生物池进行碳源补充，强化生物除磷和生物脱氮。可选用不同类型的碳源，可按照计算公式计算出需要的投加比例，根据水量进行自动投加。碳源种类和型号较多，同种碳源纯度不同，其有效成分也不同，因此引入碳源的BOD当量，不同碳源根据使用和实验情况，根据碳源的BOD当量计算碳源的投加比。

　　5.本发明中的消毒剂投加组件，可以根据进水量按照对应的投加比自动调节次氯酸钠加药泵流量，并根据出水余氯值验证投加比是否合适，按照出水余氯含量所在范围调节次氯酸钠投加比;能够根据进水量实时调整加药量，既可以精准的完成加药要求，又用余氯反馈投加比的合适性，保证投加量科学有效，实现智能精确加药。

　　6.本发明中的除磷加药的部分，除了起到精确、高效除磷的作用外，还具有去除总氮和改善污泥沉降性、防止冬季污泥膨胀的功能，冬季北方污泥处理厂易发生污泥膨胀现象，污泥指数和沉降比升高，二沉池污泥不易沉降，处理水量受限制，因此冬季采用该系统在生物池出水井或二沉池出水井按一定的比例投加聚合氯化铝除磷的同时，能够有效地抑制污泥膨胀。

　　7.本发明自动化程度高，能够根据出水在线TP投加化学除磷剂，增加出水稳定性，在最大程度的解决了加药与出水水质达标滞后性的问题，使得系统更加稳定，安全;同时可以根据投加比调节加药泵频率控制加药量，最大限度的节约了药剂的使用量，使得加药除磷、消毒更科学，也降低了污水处理成本;系统稳定的运行也节约了人力劳动强度，让运行人员安心。