公布日：2022.12.27
申请日：2022.10.28
分类号：C02F3/30(2006.01)I
摘要
本发明提出了一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统和控制方法，其中，控制系统包括曝气模块、剩余污泥模块和酸洗模块，所述剩余污泥模块和酸洗模块均与曝气模块连接，所述曝气模块、剩余污泥模块和酸洗模块均受AES辅助控制模块控制；所述曝气模块包括反应器和1#曝气单元和2#曝气单元，所述1#曝气单元和2#曝气单元均有多个，且均水平并列设置于反应器内部；所述AES辅助控制模块控制1#曝气单元和2#曝气单元同时运行或交替运行，提供好氧和缺氧轮换交替的宏观溶解氧环境。本发明通过在时序上形成的好氧、缺氧轮换交替的宏观溶解氧环境耦合在过水断面上形成的好氧、缺氧和厌氧轮换交替的区域溶解氧环境，达到平衡硝化和反硝化效率的目的。
权利要求书
1.一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统，其特征在于：包括曝气模块(1)、剩余污泥模块(2)和酸洗模块(3)和AES辅助控制模块(4)，所述剩余污泥模块(2)和酸洗模块(3)均与曝气模块(1)连接，所述曝气模块(1)、剩余污泥模块(2)和酸洗模块(3)均与AES辅助控制模块(4)连接，并受AES辅助控制模块(4)控制；所述曝气模块(1)包括反应器(11)和1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)，所述1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)均有多个，且均水平并列设置于反应器(11)内部；多个所述1#曝气单元(12)和多个所述2#曝气单元(13)各自分为一组并列设置或分为多组间隔设置，所述AES辅助控制模块(4)控制1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)同时运行或交替运行，为反应器(11)提供好氧和缺氧轮换交替的宏观溶解氧环境，实现硝化反应和反硝化反应的同时发生。
2.如权利要求1所述的一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统，其特征在于：所述曝气模块(1)还包括风机(14)和供气母管(15)，所述供气母管(15)的一端连接多个1#曝气单元(12)，对立端连接多个2#曝气单元(13)，所述风机(14)的出风口与供气母管(15)连接，所述供气母管(15)靠近1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)处均设有第一电动阀门(151)，所述风机(14)和第一电动阀门(151)均与AES辅助控制模块(4)电性连接，所述AES辅助控制模块(4)通过风机(14)和第一电动阀门(151)控制1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)同时运行或交替运行；所述风机(14)与供气母管(15)的连接处设有压力传感器(152)和空气流量计(153)，所述压力传感器(152)和空气流量计(153)均与AES辅助控制模块(4)电性连接。
3.如权利要求2所述的一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统，其特征在于：所述风机(14)包括1#风机(141)和2#风机(142)，所述1#风机(141)和2#风机(142)并联，并与供气母管(15)连接，所述1#风机(141)的额定风量为2#风机(142)的额定风量的1.3-3倍。
4.如权利要求3所述的一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统，其特征在于：所述曝气模块(1)还包括DO在线监测设备(16)、ORP在线监测设备(17)和MLSS在线监测设备(18)，所述DO在线监测设备(16)、ORP在线监测设备(17)和MLSS在线监测设备(18)均与AES辅助控制模块(4)电性连接，三者的监测部均设于反应器(11)内混合液水平流程70％-90％处，且靠近反应器(11)内壁。
5.如权利要求4所述的一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统，其特征在于：所述剩余污泥模块(2)包括剩余污泥排放管道(21)，所述剩余污泥排放管道(21)与反应器(11)连接，所述剩余污泥排放管道(21)上设有剩余污泥排放电动阀门(211)和电磁流量计(212)，所述剩余污泥排放电动阀门(211)和电磁流量计(212)均与AES辅助控制模块(4)电性连接。
6.如权利要求5所述的一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统，其特征在于：所述酸洗模块(3)包括加药桶(31)，所述加药桶(31)通过连接管与进气母管(121)连通，所述加药桶(31)与进气母管(121)之间的连接管设有计量泵(32)，所述计量泵(32)与AES辅助控制模块(4)电性连接。
7.权利要求6所述一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统的控制方法，其特征在于：所述曝气模块(1)的控制方法包括如下步骤：在反应器(11)连续进水条件下，当DO在线监测设备(16)监测到反应器(11)内溶解氧浓度值低于下限阈值0.2mg/L-0.3mg/L时，由AES辅助控制模块(4)控制1#风机(141)运行，同时开启1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)，进入升氧曝气过程；当反应器(11)内溶解氧浓度升高至上限阈值1.0-1.5mg/L时，由AES辅助控制模块(4)控制1#风机(141)关停，2#风机(142)运行，同时控制1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)交替运行，进入降氧曝气过程，交替运行周期时间为1-5min，当反应器(11)内溶解氧浓度降至下限阈值0.2mg/L-0.3mg/L时，由AES辅助控制模块(4)控制1#风机(141)运行，2#风机(142)关停，同时开启1#曝气单元(12)和2#曝气单元(13)，进入升氧曝气过程，往复循环。
8.权利要求7所述一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统的控制方法，其特征在于：当DO在线监测设备(16)监测的DO值小于下限阈值0.2mg/L-0.3mg/L，ORP在线监测设备(17)监测的ORP值并未小于缺氧环境指示值ORP＝50-100mV时，AES辅助控制模块(4)不做升氧曝气过程控制，而是持续降氧曝气过程控制，直至ORP在线监测设备(18)监测值小于缺氧环境指示值ORP＝50-100mV时，AES辅助控制模块(4)开始升氧曝气过程控制；当DO在线监测设备(16)监测的DO值大于上限阈值1.0mg/L-1.5mg/L，ORP在线监测设备(17)监测的ORP值并未大于好氧环境指示值ORP＝150-200mV时，AES辅助控制模块(4)不做降氧曝气过程控制，而是持续升氧曝气过程控制，直至ORP在线监测设备(18)监测值大于好氧环境指示值ORP＝150-200mV时，AES辅助控制模块(4)开始降氧曝气过程控制。
9.权利要求6所述一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统的控制方法，其特征在于：所述酸洗模块(3)的控制方法包括如下步骤：当压力传感器(152)的监测值大于等于上限阈值时，由AES辅助控制模块(4)控制加药计量泵(32)启动，当压力传感器(152)的监测值小于上限阈值时，由AES辅助控制模块(4)控制加药计量泵(32)停止。
10.权利要求6所述一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统的控制方法，其特征在于：所述剩余污泥模块(2)的控制方法包括如下步骤：人为设定污泥龄，由AES辅助控制模块(4)计算反应器(11)中混合液每小时排放量；AES辅助控制模块(4)再以时控的方式间歇控制剩余污泥排放电动阀门(211)开启，当电磁流量计(212)监测到完成混合液排放量时，经AES辅助控制模块(4)关闭剩余污泥排放电动阀门(211)；反应器(11)混合液小时排放量Q的计算公式为：Q＝V/(SRT×24)，其中，V为反应器(11)的有效容积，SRT为污泥龄。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种可以平衡硝化和反硝化效率的基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统和控制方法。
本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统，包括曝气模块、剩余污泥模块和酸洗模块和AES辅助控制模块，所述剩余污泥模块和酸洗模块均与曝气模块连接，所述曝气模块、剩余污泥模块和酸洗模块均与AES辅助控制模块连接，并受AES辅助控制模块控制；
所述曝气模块包括反应器和1#曝气单元和2#曝气单元，所述1#曝气单元和2#曝气单元均有多个，且均水平并列设置于反应器内部；多个所述1#曝气单元和多个所述2#曝气单元各自分为一组并列设置或分为多组间隔设置，所述AES辅助控制模块控制1#曝气单元和2#曝气单元同时运行或交替运行，为反应器提供好氧和缺氧轮换交替的宏观溶解氧环境，实现硝化反应和反硝化反应的同时发生。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述曝气模块还包括风机和供气母管，所述供气母管的一端连接多个1#曝气单元，对立端连接多个2#曝气单元，所述风机的出风口与供气母管连接，所述供气母管靠近1#曝气单元和2#曝气单元处均设有第一电动阀门，所述风机和第一电动阀门均与AES辅助控制模块电性连接，所述AES辅助控制模块通过风机和第一电动阀门控制1#曝气单元和2#曝气单元同时运行或交替运行。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述风机与供气母管的连接处设有压力传感器和空气流量计，所述压力传感器和空气流量计均与AES辅助控制模块电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述风机包括1#风机和2#风机，所述1#风机和2#风机并联，并与供气母管连接，所述1#风机的额定风量为2#风机的额定风量的1.3-3倍。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述曝气模块还包括DO在线监测设备、ORP在线监测设备和MLSS在线监测设备，所述DO在线监测设备、ORP在线监测设备和MLSS在线监测设备均与AES辅助控制模块电性连接，且三者的监测部均设于反应器内混合液水平流程70％-90％处，且靠近反应器内壁。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述剩余污泥模块包括剩余污泥排放管道，所述剩余污泥排放管道与反应器连接，所述剩余污泥排放管道上设有剩余污泥排放电动阀门和电磁流量计，所述剩余污泥排放电动阀门和电磁流量计均与AES辅助控制模块电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述酸洗模块包括加药桶，所述加药桶通过连接管与进气母管连通，所述加药桶与进气母管之间的连接管设有计量泵，所述计量泵与AES辅助控制模块电性连接。
另一方面，本发明提供了一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统的控制方法，所述曝气模块的控制方法包括如下步骤：
在反应器连续进水条件下，当DO在线监测设备监测到反应器内溶解氧浓度值低于下限阈值0.2mg/L-0.3mg/L时，由AES辅助控制模块控制1#风机运行，同时开启1#曝气单元和2#曝气单元，进入升氧曝气过程；当反应器内溶解氧浓度升高至上限阈值1.0-1.5mg/L时，由AES辅助控制模块控制1#风机关停，2#风机运行，同时控制1#曝气单元和2#曝气单元交替运行，进入降氧曝气过程，交替运行周期时间为1-5min，当反应器内溶解氧浓度降至下限阈值0.2mg/L-0.3mg/L时，由AES辅助控制模块控制1#风机运行，2#风机关停，同时开启1#曝气单元和2#曝气单元，进入升氧曝气阶段，往复循环。
在以上技术方案的基础上，优选的，当DO在线监测设备监测的DO值小于下限阈值0.2mg/L-0.3mg/L，ORP在线监测设备监测的ORP值并未小于缺氧环境指示值ORP＝50-100mV时，AES辅助控制模块不做升氧曝气过程控制，而是持续降氧曝气过程控制，直至ORP在线监测设备监测值小于缺氧环境指示值ORP＝50-100mV时，AES辅助控制模块开始升氧曝气过程控制；
当DO在线监测设备监测的DO值大于上限阈值1.0mg/L-1.5mg/L，ORP在线监测设备监测的ORP值并未大于好氧环境指示值ORP＝150-200mV时，AES辅助控制模块不做降氧曝气过程控制，而是持续升氧曝气过程控制，直至ORP在线监测设备监测值大于好氧环境指示值ORP＝150-200mV时，AES辅助控制模块开始降氧曝气过程控制。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述酸洗模块的控制方法包括如下步骤：
当压力传感器的监测值大于等于上限阈值时，由AES辅助控制模块控制加药计量泵启动，当压力传感器的监测值小于上限阈值时，由AES辅助控制模块控制加药计量泵停止。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述剩余污泥模块的控制方法包括如下步骤：
人为设定污泥龄，由AES辅助控制模块计算反应器中混合液每小时排放量；AES辅助控制模块再以时控的方式间歇控制剩余污泥排放电动阀门开启，当电磁流量计监测到完成混合液排放量时，经AES辅助控制模块关闭剩余污泥排放电动阀门；
反应器混合液小时排放量Q的计算公式为：
Q＝V/(SRT×24)，
其中，V为反应器的有效容积，SRT为污泥龄。
本发明的一种基于同时硝化反硝化工艺的交互式曝气控制系统和控制方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明提出的基于同时硝化反硝化工艺的交互曝气控制系统和控制方法是一种工艺控制手段的底层技术革新，核心是悬浮生长体系下，在污泥絮体内存在溶解氧的浓度梯度，在微观环境实现同时硝化和反硝化的基础上，结合交互曝气机制在时序上形成的好氧、缺氧轮换交替的宏观溶解氧环境耦合在过水断面上形成的好氧、缺氧和厌氧轮换交替的区域溶解氧环境，并调配环境时间，运用流体力学和生物反应动力学理论来达到平衡硝化速率和反硝化速率和效率的目的。该控制方法不仅能规避常规SND控制方法中仅采用空间分区或时序上环境交替过程必然出现的液-固二相分离的缺陷，避免传质效率的降低或停止，而且还能提高硝化反硝化反应进程控制的可操作性和灵活性，有利于观测反应器内工作程序进程，以及硝化和反硝化反应的环境状态，灵活控制硝化和反硝化有效反应时间。
(2)剩余污泥模块是基于后馈控制单参数控制模式，污泥龄控制理念是以同时硝化反硝化的实现过程为基础，控制电动阀门的启闭，以排出活性污泥为控制目标，排泥流量为控制手段，能够实现剩余污泥排放量和SRT的精确控制，对F/M进行稳定支配。
(3)交互式曝气系统为了控制硝化和反硝化反应的进程，通过调节曝气强度来控制DO和调配环境时间，并采用ORP在线检测溶液中的氧化还原电位来对DO阈值进行计算和自动设定，然后通过风机变频调控或风量跃迁(以风机切换方式实现)来自动调节反应器的供气量和曝气单元曝气速率，同时降低能耗。该方法形成ORP串级DO控制策略，优化控制调节极其灵活，而且具有极佳的反应进程可观测性，能够保证SND进程的稳定性和安全性，将会使得SND工艺的优势更加突出，应用前景更为广阔。
(4)酸洗模块通过可提升式曝气器自主物理维护和药液清洗系统耦合与联动程序化操作，并与压力传感器配合诊断异常，可及时发现管道漏损、阀门泄漏、曝气头堵塞等异常现象，减少可提升式曝气器的故障频率，降低清空检修与停水的运行风险，在确保反应器运行稳定大前提下，还能实现节能降耗，提高曝气模块设备资产的增值保值效率。
（发明人：危杏）