專利名稱：前置反硝化污水處理裝置、方法及其自動(dòng)控制裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水生物處理工藝及其優(yōu)化控制的方法與裝置。特別是一種連續(xù)流生物脫氮工藝反硝化過程的自動(dòng)控制裝置和方法。
背景技術(shù)：
富營養(yǎng)化問題是當(dāng)今世界面臨的最主要的水污染問題之一。近年來，雖然我國污水處理率不斷提高，但是由氮磷污染引起的水體富營養(yǎng)問題不僅沒有解決，而且有日益嚴(yán)重的趨勢。專家報(bào)道含有硝酸氮與亞硝酸氮的飲水、蔬菜、糧食、魚等經(jīng)人食用后，大量亞硝酸鹽可使人直接中毒，而硝酸鹽在人體內(nèi)可被還原為亞硝酸鹽，亞硝酸鹽與人體血液作用，形成高鐵血紅蛋白，使人患上高鐵血紅蛋白癥，可危及生命。亞硝酸鹽在人體內(nèi)與仲胺類作用形成亞硝胺類，它在人體內(nèi)達(dá)到一定劑量時(shí)是致癌、致畸、致突變的物質(zhì)，可嚴(yán)重危害人體健康。實(shí)踐證明氮的去除是污水處理的難點(diǎn)和重點(diǎn)，只有利用生物脫氮技術(shù)才是最合理可行的。由于城市進(jìn)水水質(zhì)水量的巨大變化、以及季節(jié)性溫度的變化等波動(dòng)性因素的影響，導(dǎo)致生物脫氮效率不高，另外城市污水排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)出水總氮的要求逐漸嚴(yán)格。因此如何提高污水生物脫氮效率、優(yōu)化工藝運(yùn)行條件，解決日益嚴(yán)重的水污染問題，無論從節(jié)省資金、提高污水處理效果都有重大的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。
前置反硝化工藝，也就是A/O生物脫氮工藝，是我國城市污水處理廠應(yīng)用最廣泛的一種脫氮工藝，它最大的優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用進(jìn)水中的可生物降解COD作為反硝化反應(yīng)的碳源，能有效地同時(shí)去除COD和含氮化合物。該工藝需要兩個(gè)步驟(1)硝化反應(yīng)，即在好氧條件下將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮或硝酸氮的過程；(2)反硝化反應(yīng)，即在缺氧環(huán)境下以有機(jī)碳源為電子供體將硝化過程中產(chǎn)生的亞硝酸氮或硝酸氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾倪^程。硝化反應(yīng)只是控制氮的轉(zhuǎn)化形式，并不能實(shí)現(xiàn)氮的去除，反硝化反應(yīng)才真正實(shí)現(xiàn)氮的有效去除，因此有效控制反硝化反應(yīng)才能實(shí)現(xiàn)最大程度的脫氮。
現(xiàn)有前置反硝化工藝只是維持系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，沒有考慮系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化控制，造成我國城市污水處理廠的噸水耗電量是發(fā)達(dá)國家的近兩倍，而運(yùn)行管理人員數(shù)又是其若干倍。由于污水廠進(jìn)水流量及水質(zhì)的巨大波動(dòng)，進(jìn)水碳氮比有時(shí)相差6-10倍，很難確定外碳源的準(zhǔn)確投加量，對(duì)前置反硝化工藝的研究也多以處理效果研究為主，對(duì)于優(yōu)化工藝運(yùn)行過程的諸多工況未給出明確的域值，尤其是未確定反硝化過程內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加量這兩個(gè)參數(shù)的優(yōu)化控制范圍，給前置反硝化工藝獲得良好的脫氮效果帶來了實(shí)際困難，從而也就阻礙了該工藝的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種前置反硝化污水處理裝置、方法及其自動(dòng)控制裝置與方法，解決前置反硝化工藝反硝化過程優(yōu)化控制的問題；并解決優(yōu)化控制內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加量的問題；還解決前置反硝化過程高效、低耗、穩(wěn)定運(yùn)行的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案這種前置反硝化污水處理裝置，由缺氧池、好氧池和二沉池組成，其特征在于其缺氧池至少有一個(gè)格室，好氧池至少有兩個(gè)串聯(lián)的格室，缺氧區(qū)連通進(jìn)水管，缺氧池內(nèi)有攪拌器，好氧池內(nèi)設(shè)有曝氣器，二沉池與出水管連通，進(jìn)水口連續(xù)進(jìn)水，出水口連續(xù)出水，二沉池底部連接剩余污泥排泥管和污泥回流管，污泥回流管與進(jìn)水管連通，其間連接污泥回流泵，好氧池出口與缺氧池入口之間連接內(nèi)循環(huán)回流管和內(nèi)循環(huán)回流泵，向缺氧池內(nèi)還連通有外碳源投加管道和外碳源投加計(jì)量泵。
這種前置反硝化污水處理方法，其特征在于其運(yùn)行步驟是(1)、待處理污水經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入缺氧池；(2)、由缺氧池內(nèi)的攪拌器把活性污泥攪拌起來，并和好氧池回流來的硝化液，以硝酸氮為電子受體、有機(jī)碳源為電子供體，通過反硝化菌的作用，進(jìn)行反硝化除氮，通過調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)回流泵的開閉，維持缺氧池出水的硝酸氮處于1-3mg/L范圍內(nèi)；當(dāng)缺氧池出水的硝酸氮濃度不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)或出水硝酸氮濃度超出維持范圍時(shí)，啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)回流泵，當(dāng)出水硝酸氮濃度可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)后，關(guān)閉內(nèi)循環(huán)回流泵；(3)、缺氧池的出水進(jìn)入好氧池，由鼓風(fēng)機(jī)提供的壓縮空氣進(jìn)入曝氣器，以微小氣泡的形式向活性污泥混合液高效供氧，使污水和活性污泥充分接觸，利用活性污泥中的微生物對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)一步降解和完成含氮化合物的硝化作用；(4)、耗氧池出水最后進(jìn)入二沉池，在此進(jìn)行泥水分離，上清液通過出水管進(jìn)行排放，而污泥在二沉池內(nèi)進(jìn)行濃縮，其中一部分從剩余污泥管排放，另一部分通過污泥回流管回流到缺氧池內(nèi)。
在步驟(2)中，當(dāng)缺氧池出水的硝酸氮濃度不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)或出水硝酸氮濃度超出維持范圍時(shí)，啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)回流泵和外碳源投加計(jì)量泵，向缺氧池進(jìn)水處投加外碳源，當(dāng)出水硝酸氮濃度可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)后，關(guān)閉外碳源投加計(jì)量泵和內(nèi)循環(huán)回流泵，并以出水硝酸氮濃度測定值和其設(shè)定值的偏差是否超過1mg/L來決定是否打開外碳源投加計(jì)量泵。
這種前置反硝化過程自動(dòng)控制裝置，其特征在于在缺氧池首端設(shè)置有呼吸計(jì)傳感器，在缺氧池和好氧池內(nèi)分別置有硝酸氮傳感器；上述傳感器經(jīng)導(dǎo)線與呼吸測定儀和硝酸氮測定儀連接后與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)的輸入接口連接，計(jì)算機(jī)中設(shè)置有PID控制器，計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出接口，經(jīng)導(dǎo)線連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的內(nèi)循環(huán)回流泵繼電器和外碳源投加計(jì)量泵繼電器經(jīng)接口分別與內(nèi)循環(huán)回流泵的閥門、外碳源投加計(jì)量泵的閥門連接。
上述硝酸氮傳感器設(shè)置在缺氧池出水或缺氧池最后格室；上述硝酸氮傳感器設(shè)置在好氧池出水處或好氧池最后格室。
上述PID控制器是內(nèi)循環(huán)PID控制器A、外碳源PID控制器B或內(nèi)循環(huán)+外碳源聯(lián)合PID控制器A+B。
上述的前置反硝化過程自動(dòng)控制裝置，其特征在于內(nèi)循環(huán)PID控制器AQR(t)＝KP(SNO，AN(t)-SNO，AN，ref(t))+K1∫t2t1(SNO，AN(t)-SNO，An，ref(t))dt(1)6式中QR(t)代表內(nèi)循環(huán)回流量，Kp代表內(nèi)循環(huán)單獨(dú)控制時(shí)的比例增益，值為15000，KI代表內(nèi)循環(huán)單獨(dú)控制時(shí)的比例增益，值為3×106。SNO，AN(t)代表缺氧區(qū)末端出水硝酸氮濃度測定值；SNO，AN，ref(t)代表缺氧區(qū)末端出水硝酸氮濃度設(shè)定值；外碳源PID控制器Bu(t)＝Q(t)-1/β[(SNO，In(t)-SNO，ref(t)-(Ss，in(t)-10)]+KP(SNO，measure(t)-SNO，ref(t))(2)式中t代表某一運(yùn)行時(shí)間，u(t)為碳源投加量；β為常數(shù)0.12；Q(t)為進(jìn)水量、內(nèi)循環(huán)回流量和回流污泥量之和；SNO，in(t)為進(jìn)水硝酸氮濃度；SNO，ref(t)為好氧區(qū)出水硝酸氮濃度設(shè)定值；Ss，in(t)為進(jìn)水易于生物降解碳源濃度(可由呼吸計(jì)在線測定)；SNO，measure(t)為好氧區(qū)出水硝酸氮濃度的測定值；內(nèi)循環(huán)-外碳源聯(lián)合PID控制器(A+B)
其中內(nèi)循環(huán)回流量由內(nèi)循環(huán)PID控制器A控制，公式為(1)；外碳源投加量由外碳源PID控制器B控制，公式為(2)。
上述PID控制器的各參數(shù)值見下表
這種前置反硝化過程自動(dòng)控制裝置的前置反硝化過程自動(dòng)控制方法，其特征在于[1]、用在線呼吸計(jì)傳感器和硝酸氮傳感器測定進(jìn)水中可生物降解COD濃度、缺氧池末端和好氧池末端的硝酸氮濃度；比較測定值和實(shí)際設(shè)定值的偏差，使缺氧區(qū)末端硝酸氮濃度維持在設(shè)定值；[2]、內(nèi)循環(huán)回流泵隨時(shí)保持開啟狀態(tài)，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)的要求動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)回流泵閥門開啟度，從而調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)回流量；[3]、在低氨氮或高進(jìn)水COD負(fù)荷下，此時(shí)外碳源投加計(jì)量泵處于關(guān)閉狀態(tài)，只進(jìn)行內(nèi)循環(huán)回流量的控制，以缺氧區(qū)末端的出水硝酸氮濃度處于設(shè)定值1-3mg/L，內(nèi)循環(huán)回流量最大值設(shè)定為進(jìn)水量的5倍；[4]、當(dāng)對(duì)出水水質(zhì)要求較高，且進(jìn)水氨氮負(fù)荷較高時(shí)，維持一個(gè)相對(duì)較高的內(nèi)循環(huán)回流量，內(nèi)循環(huán)回流比恒定取2.5-3.5之間的一個(gè)值或內(nèi)循環(huán)回流量恒定，以維持缺氧區(qū)的出水硝酸氮濃度處于設(shè)定范圍0.5-1.5mg/L，由內(nèi)循環(huán)流量泵的開閉來單獨(dú)控制外碳源投加量；[5]、回流污泥泵保持開啟狀態(tài)，以維持連續(xù)流運(yùn)行工藝反應(yīng)池所需要的污泥濃度；[6]、剩余污泥排泥管定期打開，控制污泥齡SRT為12-15天。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的前置反硝化過程自動(dòng)控制方法，其特征在于上述步驟[4]中，當(dāng)對(duì)出水水質(zhì)要求較高，且進(jìn)水氨氮負(fù)荷較高時(shí)，采用內(nèi)循環(huán)回流量泵和外碳源投加計(jì)量泵共同控制外碳源投加量，出水硝酸氮仍不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，啟動(dòng)外碳源投加計(jì)量泵；當(dāng)出水硝酸氮濃度低于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉外碳源投加計(jì)量泵，當(dāng)出水硝酸氮濃度測定值和其設(shè)定值的差大于1mg/L時(shí)，啟動(dòng)外碳源投加計(jì)量泵。
有益效果本發(fā)明在處理生活污水時(shí)實(shí)時(shí)控制內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加量，解決原有系統(tǒng)脫氮效率低、出水硝酸氮濃度高、運(yùn)行不合理的問題，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。實(shí)時(shí)控制內(nèi)循環(huán)回流量后硝酸氮去除率可以提高8-12％，內(nèi)循環(huán)回流量可以降低20-40％；實(shí)時(shí)控制外碳源投加量，硝酸氮去除率可以提高25-40％。
本發(fā)明通過對(duì)反硝化反應(yīng)兩個(gè)重要的控制變量-內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加量的研究，獲得反硝化過程的控制裝置與方法，本發(fā)明的應(yīng)用可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)水量的變化實(shí)時(shí)控制內(nèi)循環(huán)回流量、外碳源投加量大小，不僅能提高處理系統(tǒng)的可靠性，降低出水硝酸氮濃度、減少系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，而且對(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)其它活性污泥法的在線自動(dòng)控制也有重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)值。通過控制內(nèi)循環(huán)可以充分保證缺氧池的缺氧環(huán)境，避免內(nèi)循環(huán)回流量不足，從而無法充分發(fā)揮缺氧區(qū)的反硝化潛力，導(dǎo)致硝酸氮沒有充分去除；另外也避免較高的內(nèi)循環(huán)回流量導(dǎo)致好氧區(qū)大量DO進(jìn)入缺氧區(qū)，從而影響缺氧池反硝化環(huán)境，并消耗進(jìn)水碳源。本發(fā)明可以提高反硝化效率、提高對(duì)進(jìn)水COD的利用率，從而強(qiáng)化硝酸氮的去除。另外本發(fā)明可以準(zhǔn)確獲得外碳源投加量，補(bǔ)充進(jìn)水C/N比不足，通過對(duì)外碳源投加量的控制，可以避免外碳源投加過量，增加藥劑消耗費(fèi)用，增加污泥產(chǎn)量和耗氧量的情況，同時(shí)也避免外碳源投加量不足，不能實(shí)現(xiàn)出水硝酸氮濃度滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。
提高前置反硝化工藝反硝化效果最有效的控制變量是內(nèi)循環(huán)回流量、外碳源投加量。為了提高工藝反硝化效率，需要把好氧區(qū)生成的硝酸氮回流到缺氧區(qū)，維持缺氧區(qū)硝酸氮充足，反硝化反應(yīng)才會(huì)順利進(jìn)行，因此需控制硝酸氮回流量，保證最大程度的利用缺氧區(qū)反硝化潛力。另外當(dāng)排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)出水總氮要求嚴(yán)格時(shí)，為了保證反硝化的順利進(jìn)行，需滿足反硝化對(duì)電子供體的需求。當(dāng)進(jìn)水中的碳源不足時(shí)需外加碳源。由于污水廠進(jìn)水流量及水質(zhì)的巨大波動(dòng)，進(jìn)水碳氮比有時(shí)相差6-10倍，很難確定外碳源的準(zhǔn)確投加量，為了解決這個(gè)問題，需要開發(fā)有效的控制策略，保證出水硝酸氮濃度滿足出水水質(zhì)要求，同時(shí)優(yōu)化外碳源使用量，降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。因此，研究開發(fā)高效、低能耗的生物脫氮控制裝置及其運(yùn)行策略，可進(jìn)一步推廣前置反硝化工藝在實(shí)際中的應(yīng)用。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)(1)、可以從根本上解決恒定內(nèi)循環(huán)回流量等傳統(tǒng)控制技術(shù)所存在的內(nèi)循環(huán)回流量不足和過量的問題，最大程度的提高系統(tǒng)反硝化潛力，提高對(duì)進(jìn)水COD的利用效率，降低溢流到好氧區(qū)COD的量。
(2)、可以根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)水量的變化準(zhǔn)確確定外碳源投加量，保證在出水總氮濃度達(dá)標(biāo)的前提下節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。
(3)、內(nèi)循環(huán)回流和外碳源投加控制系統(tǒng)，可保證在低負(fù)荷情況下，充分利用進(jìn)水COD進(jìn)行反硝化，而不需外投碳源，即可實(shí)現(xiàn)出水硝酸氮濃度達(dá)標(biāo)；而在進(jìn)水負(fù)荷高的情況下，通過外碳源投加的控制，也能實(shí)現(xiàn)以相對(duì)較少的外碳源投量，實(shí)現(xiàn)出水總氮達(dá)標(biāo)。不但增加了系統(tǒng)運(yùn)行靈活性，也可維持較穩(wěn)定的出水水質(zhì)。
(4)、整個(gè)工藝由自動(dòng)控制系統(tǒng)完成，僅需兩個(gè)控制回路，管理操作方便，費(fèi)用低、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)，很容易在生物脫氮工藝中應(yīng)用。
本發(fā)明針對(duì)不同進(jìn)水水質(zhì)，對(duì)內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加量做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)與控制，應(yīng)用在線呼吸計(jì)和硝酸氮濃度測定儀作為自動(dòng)控制參數(shù)對(duì)外碳源投加量和內(nèi)循環(huán)回流量進(jìn)行控制。不僅避免了內(nèi)循環(huán)回流量過大或內(nèi)循環(huán)回流量過低存在的缺陷；也可解決外碳源投加量確定困難的問題，應(yīng)用外碳源投加前饋-反饋控制器可獲得準(zhǔn)確的外碳源投加量，解決A/O工藝由于進(jìn)水碳源不足，反硝化效率不高的問題；以及外碳源投加過量，增加運(yùn)行費(fèi)用的問題。本發(fā)明可提高進(jìn)水COD的利用效率、降低溢流到好氧區(qū)的COD，節(jié)約外碳源投加量、提高系統(tǒng)脫氮效率，這無論對(duì)于確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，還是盡可能節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，都具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
本發(fā)明可用于已采用A/O法的污水處理廠或準(zhǔn)備采用該工藝的處理廠，也可應(yīng)用在對(duì)出水硝酸氮濃度要求嚴(yán)格的地區(qū)或者處理出水需要回用的場所，本發(fā)明的應(yīng)用可高效、快捷的降低出水硝酸氮濃度。
以某大學(xué)家屬區(qū)的實(shí)際生活污水為原水(pH＝7-7.8，COD＝180-450mg/L，TN＝68-120mg/L，進(jìn)水C/N比僅為3)為原水。所選擇的前置反硝化工藝反應(yīng)池有效容積300L，反應(yīng)池內(nèi)MLSS在3000-4000mg/L，曝氣量為1-1.5m3/h，SRT維持在15d左右，反應(yīng)溫度20-23℃。沒有采用控制前，由于進(jìn)水碳源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，反硝化不充分，總氮去除率僅僅60％，出水硝酸氮濃度超過20mg/L。應(yīng)用自動(dòng)控制后，出水硝酸氮濃度大大降低，基本維持在12mg/L處。當(dāng)外進(jìn)水氨氮負(fù)荷較低時(shí)，不投加外碳源，只實(shí)施內(nèi)循環(huán)控制后，即可滿足出水硝酸氮濃度12mg/L的標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)COD、氨氮和總氮的去除率始終保持在90％、95％和85％以上。
如圖9為恒定內(nèi)循環(huán)回流比(內(nèi)循環(huán)回流比為3)和內(nèi)循環(huán)回流量實(shí)時(shí)控制后出水硝酸氮濃度的變化情況，采用內(nèi)循環(huán)回流實(shí)時(shí)控制策略后出水硝酸氮濃度降低了，采用恒定內(nèi)循環(huán)回流比時(shí)平均出水硝酸氮濃度為11.88mg/L，采用內(nèi)循環(huán)回流量實(shí)時(shí)控制后平均出水硝酸氮濃度為10.73mg/L，硝酸氮去除效率提高了9.7％。另外計(jì)算表明內(nèi)循環(huán)回流泵運(yùn)行費(fèi)用可以節(jié)省45％。
圖10和圖9是單獨(dú)實(shí)時(shí)控制外碳源后出水硝酸氮濃度和總氮濃度的變化情況示意圖，由圖10-13可知投加碳源后，出水硝酸氮濃度大大降低(平均值為8.00mg/L)，而不投加碳源出水硝酸氮濃度的平均值為11.84mg/L，投加碳源后硝酸氮去除效率提高了32.43％。由圖9可知不投加碳源時(shí)，出水總氮濃度平均值為18.7mg/L，大部分時(shí)間內(nèi)出水總氮濃度都高于18mg/L，投加碳源后，出水總氮濃度大大降低(平均值為13.54mg/L)，盡管進(jìn)水總氮波動(dòng)很大，出水總氮濃度都低于18mg/L，采用控制后總氮去除效率提高了27.6％。
圖10-13是一個(gè)采用內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加量綜合控制的實(shí)例。圖10為缺氧區(qū)出水和好氧區(qū)出水硝酸氮濃度，基本維持在各自的設(shè)定值2mg/L和7mg/L；圖11為出水硝酸氮和總氮濃度；圖12為外碳源投加量，圖13為內(nèi)循環(huán)回流量。
由圖10-13可知，不采用綜合控制時(shí)，出水硝酸氮和總氮濃度分別為12.44mg/L和16.93mg/L；采用內(nèi)循環(huán)回流和外碳源投加綜合控制后，出水硝酸氮和總氮濃度分別為7.06mg/L和11.94mg/L。因此采用綜合控制后出水硝酸和總氮濃度去除率分別提高了43.3％和29.5％，另外出水硝酸氮濃度很穩(wěn)定，基本維持在設(shè)定值7mg/L附近。
本發(fā)明選擇能夠在線檢測且精確度較高的硝酸氮濃度在線測定儀和在線呼吸計(jì)，作為反硝化反應(yīng)的被控制變量使反硝化過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制后，能根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)水量的變化以及出水水質(zhì)的要求，及時(shí)動(dòng)態(tài)地改變與調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)回流量、外碳源投加量；能通過缺氧區(qū)硝酸氮濃度和出水硝酸氮濃度的實(shí)時(shí)變化，準(zhǔn)確地把握反硝化反應(yīng)進(jìn)行的程度；及時(shí)的了解缺氧區(qū)反硝化潛力是否被充分利用以及進(jìn)水碳源是否充分，解決傳統(tǒng)恒定內(nèi)循環(huán)回流量或恒定內(nèi)循環(huán)回流比控制所存在的內(nèi)循環(huán)回流量過大或過低的現(xiàn)象；本發(fā)明可解決A/O工藝由于進(jìn)水碳源不足，反硝化效率不高，以及外碳源投加過量，運(yùn)行費(fèi)用增加的問題。本發(fā)明將大大提高城市污水和工業(yè)廢水生物脫氮反硝化過程的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制水平，無論對(duì)于確保出水硝酸氮濃度達(dá)標(biāo)，充分利用缺氧區(qū)已有潛力，還是盡可能節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，都具有重要的應(yīng)用價(jià)值。


圖1是前置反硝化污水處理裝置的示意圖；圖3是前置反硝化自動(dòng)控制裝置的示意圖；圖2是前置反硝化污水處理方法的示意圖；反硝化過程自動(dòng)控制方法示意圖，QR代表內(nèi)循環(huán)回流，Qcarbon代表外碳源投加量；
圖4是前置反硝化自動(dòng)控制方法實(shí)施例一的示意圖，進(jìn)水低負(fù)荷時(shí)，內(nèi)循環(huán)回流單獨(dú)控制；圖5是前置反硝化自動(dòng)控制方法實(shí)施例二的示意圖，進(jìn)水高負(fù)荷時(shí)，內(nèi)循環(huán)回流+外碳源投加聯(lián)合控制；圖6是本發(fā)明前置反硝化工藝反硝化反應(yīng)自動(dòng)控制方法示意圖；圖7是恒定內(nèi)循環(huán)比和內(nèi)循環(huán)回流量實(shí)時(shí)控制出水硝酸氮濃度對(duì)比示意圖；圖8是未投加外碳源和采用前饋-反饋控制外碳源時(shí)出水硝酸氮濃度對(duì)比示意圖；圖9是未投加外碳源和采用前饋-反饋控制外碳源時(shí)出水總氮濃度對(duì)比示意圖；圖10-13是內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加綜合控制結(jié)果對(duì)比示意圖，圖10為缺氧區(qū)出水和好氧區(qū)出水硝酸氮濃度；圖11是為出水硝酸氮和總氮濃度；圖12是為外碳源投加量，圖13是為內(nèi)循環(huán)回流量。
圖中，1-進(jìn)水管、2-進(jìn)水泵、3-缺氧池、4-攪拌器、5-曝氣器、6-好氧池、7-二沉池、8-出水管、9-剩余污泥排泥管、10-污泥回流泵、11-污泥回流管、12-呼吸計(jì)傳感器、13-硝酸氮傳感器、14-呼吸計(jì)測定儀、15-硝酸氮測定儀、16-計(jì)算機(jī)、17-信號(hào)輸入接口、18-信號(hào)輸出接口、19-執(zhí)行機(jī)構(gòu)、20-外碳源投加繼電器、21-內(nèi)循環(huán)回流繼電器、22-外碳源投加計(jì)量泵、23-內(nèi)循環(huán)回流泵、24-內(nèi)循環(huán)回流管、25-鼓風(fēng)機(jī)。
具體實(shí)施方式
參見圖1，這種前置反硝化污水處理裝置由缺氧池3、好氧池6和二沉池7組成，其缺氧池有兩個(gè)串聯(lián)的格室，好氧池有三個(gè)串聯(lián)的格室，缺氧區(qū)連通進(jìn)水管1，缺氧池內(nèi)有攪拌器4，好氧池內(nèi)設(shè)有曝氣器5，二沉池與出水管8連通，進(jìn)水管連續(xù)進(jìn)水，出水管連續(xù)出水，二沉池底部連接剩余污泥排泥管9和污泥回流管11，污泥回流管11與進(jìn)水管1連通，其間連接污泥回流泵10，好氧池出口與缺氧池入口之間連接內(nèi)循環(huán)回流管24和內(nèi)循環(huán)回流泵23。
向缺氧池內(nèi)還通有外碳源投加管道和外碳源投加計(jì)量泵22。
參見圖2，這種前置反硝化污水處理方法(1)、待處理污水經(jīng)進(jìn)水管在蠕動(dòng)泵的作用下進(jìn)入缺氧池；(2)、由缺氧池內(nèi)的攪拌器把活性污泥攪拌起來，并和好氧池回流來的硝化液，以硝酸氮為電子受體、有機(jī)碳源為電子供體，通過反硝化菌的作用，進(jìn)行反硝化除氮，通過調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)回流泵的開閉，維持缺氧池出水的硝酸氮處于1-3mg/L范圍內(nèi)。
實(shí)施例一當(dāng)缺氧池出水的硝酸氮濃度不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)或出水硝酸氮濃度超出維持范圍時(shí)，啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)回流泵，當(dāng)出水硝酸氮濃度可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)后，關(guān)閉內(nèi)循環(huán)回流泵；實(shí)施例二當(dāng)缺氧池出水的硝酸氮濃度不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)或出水硝酸氮濃度超出維持范圍時(shí)，啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)回流泵和外碳源投加計(jì)量泵，向缺氧池進(jìn)水處投加外碳源，當(dāng)出水硝酸氮濃度可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)后，關(guān)閉外碳源投加計(jì)量泵和內(nèi)循環(huán)回流泵，并以出水硝酸氮濃度測定值和其設(shè)定值的偏差是否超過1mg/L來決定是否打開外碳源投加計(jì)量泵。
(3)、缺氧池的出水進(jìn)入好氧池，由鼓風(fēng)機(jī)提供的壓縮空氣進(jìn)入曝氣器，以微小氣泡的形式向活性污泥混合液高效供氧，使污水和活性污泥充分接觸，利用活性污泥中的微生物對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)一步降解和完成含氮化合物的硝化作用；(4)、耗氧池出水最后進(jìn)入二沉池，在此進(jìn)行泥水分離，上清液通過出水管進(jìn)行排放，而污泥在二沉池內(nèi)進(jìn)行濃縮，其中一部分從剩余污泥管排放，另一部分通過污泥回流管回流到缺氧池內(nèi)。
參見圖4、5，本發(fā)明的控制裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)水由進(jìn)水管1經(jīng)進(jìn)水泵2，進(jìn)入前置反硝化工藝缺氧池3首端，并通過攪拌機(jī)4進(jìn)行攪拌維持泥水混合效果，缺氧池出水進(jìn)入好氧池6，通過曝氣器5維持好氧池6的好氧條件，好氧池出水進(jìn)入二沉池7，出水通過出水管8排放。剩余污泥經(jīng)過排泥管9排放，而回流污泥由回流泵10通過污泥回流管11回流到缺氧池3首端。在缺氧池首端設(shè)置有呼吸計(jì)傳感器12，在缺氧池出水或缺氧池最后格室和好氧池出水或好氧池最后格室內(nèi)置有硝酸氮傳感器13。上述傳感器經(jīng)導(dǎo)線與呼吸測定儀14和硝酸氮測定儀15連接后與計(jì)算機(jī)16的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入接口17連接。計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出接口18，經(jīng)導(dǎo)線連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)19。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的外碳源投加繼電器20和內(nèi)循環(huán)回流繼電器21經(jīng)接口分別與外碳源投加計(jì)量泵22、硝化液回流泵23連接。
上述硝酸氮傳感器設(shè)置在缺氧池出水或缺氧池最后格室。上述硝酸氮傳感器設(shè)置在好氧池出水處或好氧池最后格室。
參見圖3，這種前置反硝化過程自動(dòng)控制方法，其特征在于[1]、用在線呼吸計(jì)傳感器和硝酸氮傳感器測定進(jìn)水中可生物降解COD濃度、缺氧池末端和好氧池末端的硝酸氮濃度；比較測定值和實(shí)際設(shè)定值的偏差，使缺氧區(qū)末端硝酸氮濃度維持在設(shè)定值；[2]、內(nèi)循環(huán)回流泵隨時(shí)保持開啟狀態(tài)，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)的要求動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)回流泵閥門開啟度，從而調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)回流量；、在低氨氮或高進(jìn)水COD負(fù)荷下，此時(shí)外碳源投加計(jì)量泵處于關(guān)閉狀態(tài)，只進(jìn)行內(nèi)循環(huán)回流量的控制，以缺氧區(qū)末端的出水硝酸氮濃度處于設(shè)定值1-3mg/L，內(nèi)循環(huán)回流量最大值設(shè)定為進(jìn)水量的5倍；[4]、實(shí)施例一參見圖4，當(dāng)對(duì)出水水質(zhì)要求較高，且進(jìn)水氨氮負(fù)荷較高時(shí)，維持一個(gè)相對(duì)較高的內(nèi)循環(huán)回流量，內(nèi)循環(huán)回流比恒定取2.5-3.5之間的一個(gè)值或內(nèi)循環(huán)回流量恒定，以維持缺氧區(qū)的出水硝酸氮濃度處于設(shè)定范圍0.5-1.5mg/L，由內(nèi)循環(huán)流量泵的開閉來單獨(dú)控制外碳源投加量；實(shí)施例二參見圖5，在上述步驟[4]中，當(dāng)對(duì)出水水質(zhì)要求較高，且進(jìn)水氨氮負(fù)荷較高時(shí)，采用內(nèi)循環(huán)回流量泵和外碳源投加計(jì)量泵共同控制外碳源投加量，出水硝酸氮仍不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，啟動(dòng)外碳源投加計(jì)量泵；當(dāng)出水硝酸氮濃度低于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉外碳源投加計(jì)量泵，當(dāng)出水硝酸氮濃度測定值和其設(shè)定值的差大于1mg/L時(shí)，啟動(dòng)外碳源投加計(jì)量泵。、回流污泥泵保持開啟狀態(tài)，以維持連續(xù)流運(yùn)行工藝反應(yīng)池所需要的污泥濃度；[6]、剩余污泥排泥管定期打開，控制SRT為12-15d。
內(nèi)循環(huán)控制的主要目的是為了降低出水總氮濃度，也即在缺氧區(qū)最大程度地去除硝酸氮，提高反硝化速率；而內(nèi)循環(huán)控制策略的實(shí)質(zhì)就是控制內(nèi)循環(huán)回流量以維持缺氧區(qū)末端硝酸氮濃度處于設(shè)定值SNO，ref，以充分利用進(jìn)水中可生物降解COD，提高缺氧區(qū)反硝化潛力，降低溢流到好氧區(qū)溶解性可生物降解COD的量。通過大量試驗(yàn)獲得當(dāng)設(shè)定值在1-3mg/L范圍之間時(shí)，可以獲得較好的效果。由于內(nèi)循環(huán)回流所需運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于外碳源投加所需費(fèi)用，因此本發(fā)明首先啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)回流PID控制器，控制缺氧區(qū)最后格室硝酸氮濃度為1-3mg/L，當(dāng)出水硝酸氮濃度不達(dá)標(biāo)時(shí)，再啟動(dòng)外碳源投加PID控制器。
本發(fā)明控制方法參見圖6，反硝化過程控制策略或方法由2個(gè)控制環(huán)路組成，無論高負(fù)荷還是低負(fù)荷PID控制器A(內(nèi)循環(huán)控制)都開啟，通過控制內(nèi)循環(huán)回流量，維持缺氧區(qū)出水硝酸氮濃度(SNO，AN)處于設(shè)定值(SNO，AN，sp)。它能保證在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下最大程度的利用進(jìn)水COD進(jìn)行反硝化。在低負(fù)荷條件下好氧區(qū)出水硝酸氮濃度(SNO，AE)低于好氧區(qū)出水硝酸氮濃度設(shè)定值(SNO，AE，sp)，所以關(guān)閉PID控制器B；而在高負(fù)荷時(shí)，當(dāng)SNO，AE超過設(shè)定值SNO，AE，sp時(shí)打開PID控制器B。PID控制器B控制外碳源投加量，維持SNO，AE處于設(shè)定值SNO，AE，sp，控制器B的開/關(guān)由SNO，AE，sp和SNO，AE之間的偏差e是否超過繼電器relay的設(shè)定值來調(diào)整。好氧區(qū)出水硝酸氮濃度設(shè)定值SNO，AE，ref可以根據(jù)不同的排放要求根據(jù)自己的需要靈活確定，也可根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保局的要求來確定設(shè)定值，因此具有運(yùn)行控制靈活的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)大量試驗(yàn)確定了內(nèi)循環(huán)回流和外碳源投加PID控制器的各參數(shù)值，見表1。
表1各PI控制器參數(shù)值
當(dāng)啟動(dòng)外碳源PID控制器時(shí)，外碳源投加可以單獨(dú)控制也可和內(nèi)循環(huán)回流綜合控制。這兩種控制方式各有優(yōu)勢外碳源投加單獨(dú)控制時(shí)，具有控制相對(duì)簡單、精度高的優(yōu)勢，但由于內(nèi)循環(huán)回流量沒有控制可能導(dǎo)致系統(tǒng)出水水質(zhì)波動(dòng)較大。而外碳源投加和內(nèi)循環(huán)回流聯(lián)合PID控制器可克服上述缺點(diǎn)，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜一些。實(shí)際上相對(duì)其它行業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，本發(fā)明控制很簡單，只需兩個(gè)控制回路，就可有效控制上述兩個(gè)控制變量。所以單獨(dú)控制內(nèi)循環(huán)回流量出水水質(zhì)不滿足要求時(shí)，一般情況下啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)回流和外碳源投加綜合控制系統(tǒng)，只有當(dāng)進(jìn)水COD濃度很低時(shí)，且對(duì)出水水質(zhì)較小的波動(dòng)不要求時(shí)，可以采用外碳源投加單獨(dú)控制。
為了準(zhǔn)確控制外碳源投加量，通過對(duì)活性污泥數(shù)學(xué)模型ASM1的分析，對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了簡化，建立了外碳源投加前饋-反饋控制器。
u(t)＝Q(t)[1/β(SNO，In(t)-SNO，ref(t)-(Ss，in(t)-10)]+KP(SNO，measure(t)-SNO，ref(t))+K1∫tto(SNO，measure(τ)-SNO，ref(τ))dτ式中t代表某一運(yùn)行時(shí)間，u(t)為碳源投加量；β為常數(shù)0.12；Q(t)為進(jìn)水量、內(nèi)循環(huán)回流量和回流污泥量之和；SNO，in(t)為進(jìn)水硝酸氮濃度；SNO，ref(t)為缺氧區(qū)末端或好氧區(qū)出水硝酸氮濃度設(shè)定值；Ss，in(t)為進(jìn)水易于生物降解碳源濃度(可由呼吸計(jì)在線測定)；SNO，measure(t)為缺氧區(qū)末端或好氧區(qū)出水硝酸氮濃度的測定值。外碳源投加控制器反饋控制部分，其PID控制器參數(shù)如表1。
大量試驗(yàn)確定外碳源投加單獨(dú)控制時(shí)，SNO，ref設(shè)定值控制在0.5-1.5mg/L之間是相對(duì)最優(yōu)的，一方面可避免外碳源的過量投加，另外可高效利用外投碳源，最大程度的去除硝酸氮。當(dāng)內(nèi)循環(huán)和外碳源投加綜合控制時(shí)，SNO，ref設(shè)定值由出水硝酸氮濃度排放標(biāo)準(zhǔn)確定。
參見圖2，前置反硝化污水處理方法的運(yùn)行步驟首先待處理污水由進(jìn)水蠕動(dòng)泵作用下進(jìn)入前置反硝化工藝的缺氧池，在缺氧池通過攪拌裝置把活性污泥攪拌起來，并和好氧池回流來的硝化液，以硝酸氮為電子受體、有機(jī)碳源為電子供體，通過反硝化菌的作用，進(jìn)行反硝化反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)氮的去除。通過內(nèi)循環(huán)回流PID控制器維持缺氧池出水(或缺氧池最后格室)硝酸氮處于1-3mg/L范圍內(nèi)來調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)回流量。當(dāng)出水硝酸氮濃度不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)或出水硝酸氮濃度較高時(shí)，打開外碳源投加PID控制器，啟動(dòng)外碳源投加和內(nèi)循環(huán)回流綜合控制系統(tǒng)，并向缺氧池進(jìn)水處投加外碳源，當(dāng)出水硝酸氮濃度可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)后，停止外碳源投加，單獨(dú)控制內(nèi)循環(huán)回流量，并以出水硝酸氮濃度測定值和其設(shè)定值的偏差是否超過1mg/L來決定是否打開外碳源投加計(jì)量泵。缺氧池的出水進(jìn)入好氧池，由鼓風(fēng)機(jī)提供的壓縮空氣由進(jìn)氣管進(jìn)入曝氣器，以微小氣泡的形式向活性污泥混合液高效供氧，使污水和活性污泥充分接觸，目的在于利用活性污泥中的微生物對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)一步降解和完成含氮化合物的硝化作用。出水最后進(jìn)入二沉池，在此進(jìn)行泥水分離，上清夜通過出水管進(jìn)行排放，而污泥在污泥斗內(nèi)進(jìn)行濃縮，其中一部分以剩余污泥的形式進(jìn)行排放，一部分通過污泥回流泵回流到反應(yīng)池內(nèi)，以維持反應(yīng)池內(nèi)一定的污泥濃度。
本發(fā)明的自動(dòng)控制方法(1)前置反硝化工藝反應(yīng)池中放置兩種傳感器，采集呼吸速率(測定進(jìn)水易于降解物質(zhì))和硝酸氮濃度的信號(hào)，作為反硝化過程的被控制變量；(2)將采集的呼吸速率和硝酸氮濃度信號(hào)經(jīng)變送器輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)過被控制量偏差的計(jì)算，由PID控制器獲得控制變量的數(shù)值；(3)再將控制變量經(jīng)變送器輸入執(zhí)行結(jié)構(gòu)，獲得控制信號(hào)；(4)控制信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直接控制內(nèi)循環(huán)回流量或/和外碳源投加量。
PID控制器是比例積分微分控制器的簡稱，其中內(nèi)循環(huán)PID控制器A(比例-積分-微分控制器A)QR(t)＝KP(SNO，AN(t)-SNO，AN，ref(t))+K1∫t2t1(SNO，AN(t)-SNO，An，ref(t))dt(1)式中QR(t)代表內(nèi)循環(huán)回流量，KP代表內(nèi)循環(huán)單獨(dú)控制時(shí)的比例增益，值為15000，KI代表內(nèi)循環(huán)單獨(dú)控制時(shí)的比例增益，值為3×106。SNO，AN(t)代表缺氧區(qū)末端出水硝酸氮濃度測定值；SNO，AN，ref(t)代表缺氧區(qū)末端出水硝酸氮濃度設(shè)定值。
外碳源PID控制器B(比例-積分-微分控制器B)
u(t)＝Q(t)-1/β[(SNO，In(t)-SNO，ref(t)-(Ss，in(t)-10)]+KP(SNO，measure(t)-SNO，ref(t))(2)式中t代表某一運(yùn)行時(shí)間，u(t)為碳源投加量；β為常數(shù)0.12；Q(t)為進(jìn)水量、內(nèi)循環(huán)回流量和回流污泥量之和；SNO，in(t)為進(jìn)水硝酸氮濃度；SNO，ref(t)為好氧區(qū)出水硝酸氮濃度設(shè)定值；Ss，in(t)為進(jìn)水易于生物降解碳源濃度(可由呼吸計(jì)在線測定)；SNO，measure(t)為好氧區(qū)出水硝酸氮濃度的測定值。
內(nèi)循環(huán)-外碳源聯(lián)合PID控制器(A+B)其中內(nèi)循環(huán)回流量由內(nèi)循環(huán)PID控制器A控制，公式為(1)。
外碳源投加量由外碳源PID控制器B控制，公式為(2)。
權(quán)利要求
1.一種前置反硝化污水處理裝置，由缺氧池、好氧池和二沉池組成，其特征在于其缺氧池至少有一個(gè)格室，好氧池至少有兩個(gè)串聯(lián)的格室，缺氧區(qū)連通進(jìn)水管，缺氧池內(nèi)有攪拌器，好氧池內(nèi)設(shè)有曝氣器，二沉池與出水管連通，進(jìn)水口連續(xù)進(jìn)水，出水口連續(xù)出水，二沉池底部連接剩余污泥排泥管和污泥回流管，污泥回流管與進(jìn)水管連通，其間連接污泥回流泵，好氧池出口與缺氧池入口之間連接內(nèi)循環(huán)回流管和內(nèi)循環(huán)回流泵，向缺氧池內(nèi)還連通有外碳源投加管道和外碳源投加計(jì)量泵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種前置反硝化污水處理方法，其特征在于其運(yùn)行步驟是(1)、待處理污水經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入缺氧池；(2)、由缺氧池內(nèi)的攪拌器把活性污泥攪拌起來，并和好氧池回流來的硝化液，以硝酸氮為電子受體、有機(jī)碳源為電子供體，通過反硝化菌的作用，進(jìn)行反硝化除氮，通過調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)回流泵的開閉，維持缺氧池出水的硝酸氮處于1~3mg/L范圍內(nèi)；當(dāng)缺氧池出水的硝酸氮濃度不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)或出水硝酸氮濃度超出維持范圍時(shí)，啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)回流泵，當(dāng)出水硝酸氮濃度可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)后，關(guān)閉內(nèi)循環(huán)回流泵；(3)、缺氧池的出水進(jìn)入好氧池，由鼓風(fēng)機(jī)提供的壓縮空氣進(jìn)入曝氣器，以微小氣泡的形式向活性污泥混合液高效供氧，使污水和活性污泥充分接觸，利用活性污泥中的微生物對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)一步降解和完成含氮化合物的硝化作用；(4)、耗氧池出水最后進(jìn)入二沉池，在此進(jìn)行泥水分離，上清液通過出水管進(jìn)行排放，而污泥在二沉池內(nèi)進(jìn)行濃縮，其中一部分從剩余污泥管排放，另一部分通過污泥回流管回流到缺氧池內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的前置反硝化污水處理方法，其特征在于在步驟(2)中，當(dāng)缺氧池出水的硝酸氮濃度不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)或出水硝酸氮濃度超出維持范圍時(shí)，啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)回流泵和外碳源投加計(jì)量泵，向缺氧池進(jìn)水處投加外碳源，當(dāng)出水硝酸氮濃度可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)后，關(guān)閉外碳源投加計(jì)量泵和內(nèi)循環(huán)回流泵，并以出水硝酸氮濃度測定值和其設(shè)定值的偏差是否超過1mg/L來決定是否打開外碳源投加計(jì)量泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種前置反硝化過程自動(dòng)控制裝置，其特征在于在缺氧池首端設(shè)置有呼吸計(jì)傳感器，在缺氧池和好氧池內(nèi)分別置有硝酸氮傳感器；上述傳感器經(jīng)導(dǎo)線與呼吸測定儀和硝酸氮測定儀連接后與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)的輸入接口連接，計(jì)算機(jī)中設(shè)置有PID控制器，計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出接口，經(jīng)導(dǎo)線連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的內(nèi)循環(huán)回流泵繼電器和外碳源投加計(jì)量泵繼電器經(jīng)接口分別與內(nèi)循環(huán)回流泵的閥門、外碳源投加計(jì)量泵的閥門連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的前置反硝化過程自動(dòng)控制裝置，其特征在于上述硝酸氮傳感器設(shè)置在缺氧池出水或缺氧池最后格室；上述硝酸氮傳感器設(shè)置在好氧池出水處或好氧池最后格室。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的前置反硝化過程自動(dòng)控制裝置，其特征在于上述PID控制器是內(nèi)循環(huán)PID控制器A、外碳源PID控制器B或內(nèi)循環(huán)+外碳源聯(lián)合PID控制器A+B。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的前置反硝化過程自動(dòng)控制裝置，其特征在于內(nèi)循環(huán)PID控制器AQR(t)＝KP(SNO，AN(t)-SNO，AN，ref(t))+K1∫t2t1(SNO，AN(t)-SNO，Anref(t))dt(1)式中QR(t)代表內(nèi)循環(huán)回流量，Kp代表內(nèi)循環(huán)單獨(dú)控制時(shí)的比例增益，值為15000，KI代表內(nèi)循環(huán)單獨(dú)控制時(shí)的比例增益，值為3×106，SNO，AN(t)代表缺氧區(qū)末端出水硝酸氮濃度測定值；SNO，AN，ref(t)代表缺氧區(qū)末端出水硝酸氮濃度設(shè)定值；外碳源PID控制器Bu(t)＝Q(t)-1/β[(SNO，In(t)-SNO，ref(t)-(Ss，in(t)-10)]+KP(SNO，measure(t)-SNO，ref(2)式中t代表某一運(yùn)行時(shí)間，u(t)為碳源投加量；β為常數(shù)0.12；Q(t)為進(jìn)水量、內(nèi)循環(huán)回流量和回流污泥量之和；SNO，in(t)為進(jìn)水硝酸氮濃度；SNO，ref(t)為好氧區(qū)出水硝酸氮濃度設(shè)定值；Ss，in(t)為進(jìn)水易于生物降解碳源濃度(可由呼吸計(jì)在線測定)；SNO，measure(t)為好氧區(qū)出水硝酸氮濃度的測定值；內(nèi)循環(huán)—外碳源聯(lián)合PID控制器(A+B)其中內(nèi)循環(huán)回流量由內(nèi)循環(huán)PID控制器A控制，公式為(1)；外碳源投加量由外碳源PID控制器B控制，公式為(2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的前置反硝化過程自動(dòng)控制裝置，其特征在于上述PID控制器的各參數(shù)值見下表
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種前置反硝化過程自動(dòng)控制裝置的前置反硝化過程自動(dòng)控制方法，其特征在于[1]、用在線呼吸計(jì)傳感器和硝酸氮傳感器測定進(jìn)水中可生物降解COD濃度、缺氧池末端和好氧池末端的硝酸氮濃度；比較測定值和實(shí)際設(shè)定值的偏差，使缺氧區(qū)末端硝酸氮濃度維持在設(shè)定值；[2]、內(nèi)循環(huán)回流泵隨時(shí)保持開啟狀態(tài)，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)的要求動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)回流泵閥門開啟度，從而調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)回流量；[3]、在低氨氮或高進(jìn)水COD負(fù)荷下，此時(shí)外碳源投加計(jì)量泵處于關(guān)閉狀態(tài)，只進(jìn)行內(nèi)循環(huán)回流量的控制，以缺氧區(qū)末端的出水硝酸氮濃度處于設(shè)定值1-3mg/L，內(nèi)循環(huán)回流量最大值設(shè)定為進(jìn)水量的5倍；[4]、當(dāng)對(duì)出水水質(zhì)要求較高，且進(jìn)水氨氮負(fù)荷較高時(shí)，維持一個(gè)相對(duì)較高的內(nèi)循環(huán)回流量，內(nèi)循環(huán)回流比恒定取2.5-3.5之間的一個(gè)值或內(nèi)循環(huán)回流量恒定，以維持缺氧區(qū)的出水硝酸氮濃度處于設(shè)定范圍0.5-1.5mg/L，由內(nèi)循環(huán)流量泵的開閉來單獨(dú)控制外碳源投加量；[5]、回流污泥泵保持開啟狀態(tài)，以維持連續(xù)流運(yùn)行工藝反應(yīng)池所需要的污泥濃度；[6]、剩余污泥排泥管定期打開，控制污泥齡SRT為12-15天。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的前置反硝化過程自動(dòng)控制方法，其特征在于上述步驟[4]中，當(dāng)對(duì)出水水質(zhì)要求較高，且進(jìn)水氨氮負(fù)荷較高時(shí)，采用內(nèi)循環(huán)回流量泵和外碳源投加計(jì)量泵共同控制外碳源投加量，出水硝酸氮仍不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，啟動(dòng)外碳源投加計(jì)量泵；當(dāng)出水硝酸氮濃度低于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉外碳源投加計(jì)量泵，當(dāng)出水硝酸氮濃度測定值和其設(shè)定值的差大于1mg/L時(shí)，啟動(dòng)外碳源投加計(jì)量泵。
全文摘要
一種前置反硝化污水處理裝置、方法及其自動(dòng)控制裝置與方法，針對(duì)不同進(jìn)水水質(zhì)，對(duì)內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加量做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)與控制，應(yīng)用在線呼吸計(jì)和硝酸氮濃度測定儀作為自動(dòng)控制參數(shù)對(duì)外碳源投加量和內(nèi)循環(huán)回流量進(jìn)行控制。不僅避免了內(nèi)循環(huán)回流量過大或內(nèi)循環(huán)回流量過低存在的缺陷；也可解決外碳源投加量確定困難的問題，本發(fā)明可解決由于進(jìn)水碳源不足，反硝化效率不高的問題、以及外碳源投加過量，增加運(yùn)行費(fèi)用的問題。確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，盡可能節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。
文檔編號(hào)C02F3/30GK1778715SQ200510200628
公開日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月20日
發(fā)明者彭永臻, 馬勇, 王淑瑩 申請(qǐng)人:彭永臻