申请日2020.01.08
公开(公告)日2020.05.08
IPC分类号C02F9/14; C02F3/28
摘要
一种用于季节性菌种保藏恢复的废水厌氧生物处理系统及应用，该废水厌氧生物处理系统，包括进水装置，其输入待处理废水;厌氧生物处理装置，用于对待处理废水厌氧生物处理;后续处理装置，将经过厌氧生物处理装置的废水进一步处理;监测装置，用于监测厌氧生物处理装置中混合液的参数并输出，以及控制装置，基于所述监测装置输出的包含参数值的信号来控制所述厌氧生物处理装置中的伺服部件，从而调节对应的参数。本工艺反应器构造简单便于维护，操作逻辑简洁，运行操作与维护简单，人工要求少，易于实现自动化控制。
权利要求书
1.一种废水厌氧生物处理系统，其特征在于，包括：
进水装置，其输入待处理废水;
厌氧生物处理装置，用于对待处理废水厌氧生物处理;
后续处理装置，将经过厌氧生物处理装置的废水进一步处理;
监测装置，用于监测厌氧生物处理装置中混合液的参数并输出;以及
控制装置，基于所述监测装置输出的包含参数值的信号来控制所述厌氧生物处理装置中的伺服部件，从而调节对应的参数。
2.根据权利要求1所述的废水厌氧生物处理系统，其特征在于，
所述监测装置包括：
产气速率传感器，用于监测厌氧生物处理装置内沼气的产气速率;
pH传感器，用于监测厌氧生物处理装置内混合液的pH;
温度传感器，用于监测厌氧生物处理装置内混合液的温度;以及
液位传感器，用于监测厌氧生物处理装置内混合液的液位。
3.根据权利要求1或2所述的废水厌氧生物处理系统，其特征在于，
所述控制装置执行如下逻辑：
当日累计产气量或产气速率降低到正常运行值或设计值的1/3以下时，判定废水处理系统进入季节性间歇运行阶段;
当监测到所述厌氧生物处理装置的产气速率小于0.5至2.2m3CH4/m3·d或小于监测当天前一天产气速率平均值的1/2至1/5时开始进水;
当监测到所述混合液的pH小于6.9至7.3或ΔpH>0.2至0.7时停止进水，其中，ΔpH为单位时间内pH变化的绝对值;
当监测到所述厌氧生物处理装置的产气速率小于或等于0.05至1.5m3CH4/m3·d时，提高进水量，再次进入厌氧生物处理装置的产气速率的逻辑判定，当监测到所述厌氧生物处理装置的液位值大于液位保护值时，降低水位，进入间歇运行阶段;
当监测到所述厌氧生物处理装置的产气速率>0.05至1.5m3CH4/m3·d2时，循环结束，返回正常运行阶段;
其中，所述降低水位步骤中，降低至厌氧生物处理装置中液位保护值的1/10至1/2。
4.根据权利要求1所述的废水厌氧生物处理系统，其特征在于，
所述厌氧生物处理装置包括用于调节反应器温度的温度调节单元;
其中，所述厌氧生物处理装置的温度为21至39℃。
5.根据权利要求1所述的废水厌氧生物处理系统，其特征在于，
所述的进水装置包括进水池和进水单元，所述控制装置控制进水单元从进水池向厌氧生物处理装置输送待处理废水;
其中，所述进水池有效容积满足2至12小时的最大小时流量。
6.根据权利要求1所述的废水厌氧生物处理系统，其特征在于，
所述厌氧生物处理装置由一个或多个厌氧生物处理单元单独或组合构成。
7.根据权利要求1所述的废水厌氧生物处理系统，其特征在于，
所述厌氧生物处理装置设有减少厌氧污泥流失的三相分离器或膜分离结构。
8.根据权利要求1所述的废水厌氧生物处理系统，其特征在于，
所述控制装置根据厌氧生物处理装置所处的动力学阶段控制进水;
所述废水厌氧生物处理系统处于间歇运行阶段时进水循环周期为2至30天/次。
9.一种逻辑控制单元，其特征在于，所述逻辑控制单元用于执行如下逻辑：
当日累计产气量或产气速率降低到正常运行值或设计值的1/3以下时，判定废水处理系统进入季节性间歇运行阶段;
当监测到所述厌氧生物处理装置的产气速率小于0.5至2.2m3CH4/m3·d或小于监测当天前一天产气速率平均值的1/2至1/5时开始进水;
当监测到所述混合液的pH小于6.9至7.3或ΔpH>0.2至0.7时停止进水，其中，ΔpH为单位时间内pH变化的绝对值;
当监测到所述厌氧生物处理装置的产气速率小于或等于0.05至1.5m3CH4/m3·d时，提高进水量，再次进入厌氧生物处理装置的产气速率的逻辑判定，当监测到所述厌氧生物处理装置的液位值大于液位保护值时，降低水位，进入间歇运行阶段;
当监测到所述厌氧生物处理装置的产气速率>0.05至1.5m3CH4/m3·d2时，循环结束，返回正常运行阶段;
其中，所述降低水位步骤中，降低至厌氧生物处理装置中液位保护值的1/10至1/2;
其中，所述逻辑控制单元是PLC、FPGA、单片机、单板机、电脑或服务器。
10.如权利要求1至8任一项所述废水厌氧生物处理系统在污水处理方面的应用。
说明书
用于季节性菌种保藏恢复的废水厌氧生物处理系统及应用
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，特别涉及一种用于季节性菌种保藏恢复的废水厌氧生物处理系统及应用。
背景技术
厌氧消化能够有效地从高浓度有机废水中实现同步回收能源和污染物去除，是一种绿色的污水资源化技术，在高浓度有机废水处理和资源化领域极具潜力。我国巨大的工业体量形成的工业废水排放，随着污染源在线连续监测能力的迅速提升，日益受到公众广泛关注;农副食品加工业等由于原材料限制形成的季节性间歇污水排放源，近来也加速纳入排放监管和排污许可证管理体系中，对季节性间歇污水稳定达标的要求迅速提高。同时，不断延长和相互依存的产业链、周期性过剩的局部产能等宏观经济发展和产业链升级中的阵痛，也使工业废水间歇排放问题日益突出，直接影响废水处理系统的稳定达标排放和环境法规监管，使季节性间歇排放废水的稳定达标已经不仅是传统农副食品加工业废水的局部问题，甚至成为制约产业发展的全局环境约束问题。环境和产业形势的快速变化，对季节性废水厌氧生物处理装置的菌种保藏形成极大挑战。厌氧消化是一种极具潜力的污水生物处理技术，区别于正常运行阶段，季节性废水间歇排放阶段的厌氧生物处理的重要目标是菌种保藏而不是达标处理和污泥减量，因而能够迅速适应环境和产业形势的变化，是季节性间歇排放废水稳定达标的关键技术。
菌种保存阶段由于不同于达标运行阶段的工艺目标，其运行策略亟需针对菌种保藏目标进行优化。以稳定达标和高效污染物去除为目标的达标运行技术在污水处理中已经有明确的运行策略和经验值，但是在菌种保藏阶段中仍不清楚，影响季节性间歇排水污水处理系统的持续运行，造成系统崩溃、重新接种和达标率降低等问题。污水降解过程中的污泥增殖曲线分为四个时期：停滞期(适应期)、对数增殖期、减数增殖期(稳定期)和内源呼吸期(衰亡期)，表现为对应的动力学阶段：滞后期、零级反应阶段、一级反应阶段和难降解底物限速阶段。通常季节性废水采用长期低负荷策略维持系统运行，导致厌氧污泥长期处于内源呼吸期，不可避免的使大量厌氧菌休眠和衰亡，导致菌种无法保藏。根据厌氧微生物总量变化的四阶段特征，如果能够适当地控制系统的进水负荷，通过间歇进水给予冲击负荷，间歇使菌种保藏在增殖期-内源呼吸期交替、避免厌氧污泥长期处于内源呼吸期而不断衰亡，那么季节性废水厌氧生物处理装置的菌种就能够得到有效的保藏，实现季节性废水厌氧生物处理装置的持续稳定运行。
进水负荷可以有效地控制厌氧消化的动力学阶段。季节性间歇废水负荷调控较为突出的难点是总的负荷受到进水量的制约，难以保持在厌氧微生物增殖期。例如，正常运行处于厌氧污泥增殖期的厌氧反应器运行负荷应稳定在(1～8kg COD m-3d-1)，但间歇排放时负荷不足导致厌氧菌种处于内源呼吸期而衰亡。现有研究表明该动力学过程受到进水负荷的影响，包括：进水量、进水COD和进水策略等。其中，进水COD取决于来水情况调节难度和成本较高;进水量受来水情况影响较大，在调节池运行范围内可以进行一定的调节;如果与进水策略相结合，调节范围及其对运行负荷和动力学阶段的调控能力可以进一步有效扩大。因此，有必要对间歇废水厌氧处理进水策略的负荷控制系统进行研究和提出专利方法。
根据常规在线监测指标判断厌氧消化所处的动力学阶段，是厌氧消化过程中，把季节性间歇废水厌氧消化动力学过程间歇地提高到增殖期的核心技术之一。季节性间歇废水厌氧处理低负荷的关键原因包括①进水水质波动大，②生物量较低。由于负荷不足，季节性间歇废水在停产阶段的污泥浓度往往远低于正常运行阶段，导致保持足够量的厌氧污泥成为厌氧处理菌种保藏的关键挑战：足够的负荷受到进水量的限制难以达到，过低负荷导致厌氧系统的污泥进入内源呼吸阶段而衰亡。菌种衰亡导致厌氧处理重新启动困难、COD去除率降低，必须进行进一步处理才能达标，阻碍了厌氧处理的持续运行。因此，根据季节性废水厌氧处理菌种保藏的要求，适宜菌种保藏的进水控制策略具有如下特点：监测系统简单、动力学阶段判断准确、负荷控制精准。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种用于季节性菌种保藏恢复的废水厌氧生物处理系统及应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种用于季节性菌种保藏恢复的废水厌氧生物处理系统，包括：
进水装置，其输入待处理废水;
厌氧生物处理装置，用于对待处理废水厌氧生物处理;
后续处理装置，将经过厌氧生物处理装置的废水进一步处理;
监测装置，用于监测厌氧生物处理装置中混合液的参数并输出，以及
控制装置，基于所述监测装置输出的包含参数值的信号来控制所述厌氧生物处理装置中的伺服部件，从而调节对应的参数。
作为本发明的另一个方面，还提供了一种逻辑控制单元，所述逻辑控制单元用于执行如下逻辑：
当日累计产气量或产气速率降低到正常运行值或设计值的1/3以下时，判定废水处理系统进入季节性间歇运行阶段;
当监测到所述厌氧生物处理装置的产气速率小于0.5至2.2m3CH4/m3·d或小于监测当天前一天产气速率平均值的1/2至1/5时开始进水;
当监测到所述混合液的pH小于6.9至7.3或ΔpH>0.2至0.7时停止进水，其中，ΔpH为单位时间内pH变化的绝对值;
当监测到所述厌氧生物处理装置的产气速率小于或等于0.05至1.5m3CH4/m3·d时，提高进水量，再次进入厌氧生物处理装置的产气速率的逻辑判定，当监测到所述厌氧生物处理装置的液位值大于液位保护值时，降低水位，进入间歇运行阶段;
当监测到所述厌氧生物处理装置的产气速率>0.05至1.5m3CH4/m3·d2时，循环结束，返回正常运行阶段。
作为本发明的又一个方面，还提供了一种如上所述废水厌氧生物处理系统在污水处理方面的应用。
基于上述技术方案可知，本发明的用于季节性菌种保藏恢复的废水厌氧生物处理系统及应用相对于现有技术至少具有以下优势之一：
1、本工艺反应器构造简单便于维护，操作逻辑简洁，运行操作与维护简单，人工要求少，易于实现自动化控制;
2、基于产气速率及其变化率的动力学阶段监测便于实施，无需额外仪表用户成本低，简便易行、便于推广;
3、产气速率-pH控制模式可将间歇阶段厌氧污泥保持在增殖期，维持较高的生物量和生物活性，易于实现快速恢复运行;
4、本发明可用于农副食品加工废水等季节性废水、间歇生产的工业废水等的厌氧处理系统菌种保藏恢复。（发明人郁达伟;王拓;魏源送;陈梅雪;梁玉帅;张青青）