專利名稱：高效缺氧/好氧生物脫氮工藝控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種污水生物處理控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氮、磷過量排放引起的水體富營養(yǎng)化是當前國家政府和公眾最為關(guān)注的環(huán)境問題之一，以控制富營養(yǎng)化為目的的氮、磷去除已成為各國主要的奮斗目標。氮化合物(如NH4+-N和NO3--N)的分子量比較小，無法通過投加藥劑來去除；另外，如果利用膜技術(shù)來去除氮化合物，僅有反滲透膜技術(shù)是最有效的，而反滲透膜技術(shù)脫氮極其昂貴。只有利用生物脫氮技術(shù)才是最合理可行的。另一方面，污水中的磷化合物利用生物處理方法有時不易去除，但通過投藥混凝可實現(xiàn)滿意的除磷效果。因此氮的去除是污水處理的難點和重點。
傳統(tǒng)的缺氧/好氧生物脫氮工藝，采用恒定曝氣量、恒定DO濃度，或恒定內(nèi)循環(huán)回流量或恒定內(nèi)循環(huán)回流比控制運行，未能實現(xiàn)動態(tài)在線自動控制。由于城市污水的水質(zhì)水量隨時間變化很大，不但有瞬間變化、日變化、周變化，還有季節(jié)性變化，因此導致系統(tǒng)運行費用較高、運行不穩(wěn)定、出水氨氮和總氮濃度不達標、脫氮效率低等問題。另一方面，城市污水處理廠的排放標準逐漸嚴格，2003年7月1日正式實施的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》，對出水氨氮和總氮濃度排放標準提出了更嚴格的要求。因此，污水處理廠急需解決運行能耗高、出水水質(zhì)不達標、工藝的自動在線控制問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種高效缺氧/好氧生物脫氮工藝控制裝置，要解決缺氧/好氧生物脫氮工藝運行工況的優(yōu)化控制問題。
本實用新型的技術(shù)方案這種高效缺氧/好氧生物脫氮工藝控制裝置，包括首尾相連的缺氧區(qū)、好氧區(qū)和二沉池，其特征在于其缺氧區(qū)分成至少兩個底部相通的格室，好氧區(qū)分成至少五個上下交錯相通的格室，缺氧區(qū)內(nèi)有攪拌器，并與進水管連通，好氧區(qū)內(nèi)設(shè)有曝氣器，由好氧區(qū)出水管連接二沉池，二沉池與出水管連通，二沉池底部連接剩余污泥排泥管和污泥回流管，污泥回流管與缺氧區(qū)入口連通，好氧區(qū)出口與缺氧區(qū)入口之間連接內(nèi)循環(huán)回流管，在缺氧池第一格室設(shè)有外碳源投加裝置，在缺氧區(qū)每個格室內(nèi)設(shè)置pH傳感器，在最后格室設(shè)置氧化還原電位傳感器，即ORP傳感器，在好氧區(qū)內(nèi)每個格室內(nèi)設(shè)置pH傳感器和溶解氧濃度傳感器，即DO傳感器，在好氧區(qū)最后一個格室內(nèi)設(shè)置ORP傳感器；上述各傳感器的信號輸出端與硝化反硝化反應在線控制器連接，硝化反硝化反應在線控制器包括輸入鍵盤和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器；用于存儲上述ORP、DO、pH檢測值和設(shè)定值的存儲器；用于將采集上述ORP、DO、pH測定值與ORP、DO、pH設(shè)定值進行比較的比較器；計算控制量偏差的微處理器；與數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和控制信號輸出裝置相連的內(nèi)循環(huán)回流控制閥門、污泥回流控制閥門和外碳源投加控制閥門。
本實用新型在控制好氧區(qū)第1格室曝氣量恒定的前提下，該格室的DO濃度(DOfirst)和進水氨氮負荷具有較好的相關(guān)性；好氧區(qū)首端和末端的pH差值(ΔpH)也和進水氨氮負荷具有較好的相關(guān)性，聯(lián)合DOfirst和ΔpH可實現(xiàn)進水氨氮負荷的預測以及曝氣量的優(yōu)化控制。
缺氧/好氧生物脫氮工藝的好氧區(qū)進行有機物的氧化、有機氮的氨化以及氨氮的硝化等生化反應。硝化反應需要嚴格的好氧條件，硝化效果的好壞直接決定著系統(tǒng)的總氮去除率，硝化反應不充分或受到抑制，將造成出水氨氮濃度增加，反硝化反應所需硝酸氮濃度不充足。當混合液DO濃度較低時，不但硝化反應將受到抑制，而且曝氣池中絲狀菌將大量繁殖，導致污泥膨脹；當DO濃度較高時，除了增加運行費用外，強烈的空氣攪拌會使污泥絮體打碎從而影響出水水質(zhì)；硝化液回流也會把好氧區(qū)DO帶入缺氧區(qū)對反硝化反應產(chǎn)生影響。
當缺氧區(qū)DO濃度含量高時，氧將與硝酸鹽競爭有限的電子供體，抑制硝酸鹽還原酶的合成及其活性。曝氣能耗約占城市污水處理廠所有運行費用的50％或更多，由于污水處理的運行費用是龐大的、長期的，如果通過有效控制，能將城市污水處理廠的運行費用節(jié)省1％，也是個天文數(shù)字。曝氣量的優(yōu)化控制不但可以實現(xiàn)出水氨氮的達標排放，而且可以節(jié)約運行費用，降低對反硝化的影響。
反硝化反應最有效的兩個控制變量是內(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，通過控制內(nèi)循環(huán)可以充分保證缺氧區(qū)的缺氧環(huán)境，避免內(nèi)循環(huán)回流量不足，從而避免無法充分發(fā)揮缺氧區(qū)的反硝化潛力，導致硝酸氮沒有充分去除的情況；另外也避免較高的內(nèi)循環(huán)回流量導致好氧區(qū)大量DO進入缺氧區(qū)，影響缺氧區(qū)反硝化環(huán)境，并消耗進水碳源。從而提高反硝化效率、提高對進水COD的利用率。另外采用內(nèi)循環(huán)回流量控制后，如果進水碳源不足，仍然滿足不了出水硝酸氮和總氮濃度的排放標準時，為了保證反硝化的順利進行，需外投碳源。然而由于污水廠進水水質(zhì)的巨大波動，很難確定外碳源的準確投加量，采用過程控制后，不但保證出水硝酸氮濃度滿足出水水質(zhì)要求，同時可優(yōu)化外碳源投加量，降低系統(tǒng)運行費用；避免外碳源投加過量，增加藥劑消耗費用、污泥產(chǎn)量和耗氧量的情況，同時也避免外碳源投加量不足，不能實現(xiàn)出水硝酸氮濃度滿足排放標準的要求。
由于缺氧/好氧生物脫氮工藝是我國城市污水廠應用最廣泛的脫氮工藝，因此，缺氧/好氧生物脫氮工藝模糊控制系統(tǒng)的應用，可根據(jù)原水水質(zhì)水量的變化實時控制曝氣量、內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加量；同時可以利用DO、pH和ORP值的在線監(jiān)測，準確地把握硝化、反硝化反應過程進行的程度，及時地調(diào)節(jié)曝氣量、內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加量，從而大大提高系統(tǒng)脫氮的穩(wěn)定性和可控制性，這無論對于確保出水水質(zhì)達標，還是盡可能節(jié)省運行費用，都具有重要的應用價值。而且對進一步實現(xiàn)其它生物脫氮工藝的在線優(yōu)化控制也有重要的理論意義與應用價值。
本實用新型根據(jù)原水水質(zhì)水量的變化來調(diào)節(jié)和控制曝氣量、內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加量的控制。在保證出水水質(zhì)的前提下節(jié)省能耗，使系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行。與已有技術(shù)相比具有的有益效果本實用新型根據(jù)進水水質(zhì)和水量的變化實時控制好氧區(qū)曝氣量、內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加量，保證出水水質(zhì)達標排放的前提下，有效地提高了缺氧/好氧生物脫氮工藝的脫氮效率，降低了運行費用，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本實用新型針對不同進水水質(zhì)，即不同進水C/N比，選擇能夠在線檢測、響應時間短、精確度較高的DO、pH和ORP值，作為缺氧/好氧生物脫氮工藝反應過程的被控制變量。經(jīng)過大量的實驗研究表明，DO、pH和ORP在線傳感器能在線檢測、響應快，具有控制精度高、價格低、維護費用低、便于計算機接口等優(yōu)點。本實用新型確定工藝優(yōu)化運行中上述被控制變量的控制范圍或最優(yōu)設(shè)定值，根據(jù)有機物降解、硝化、反硝化等生物化學反應過程中DO、pH和ORP值變化規(guī)律和DO、pH和ORP值的實時變化信息，準確地把握硝化、反硝化生化反應過程進行的程度，以及在線測定信息和出水水質(zhì)、系統(tǒng)運行狀態(tài)的關(guān)系，最后根據(jù)獲得的相關(guān)關(guān)系，確定控制參數(shù)的設(shè)定值和控制方法，建立基于DO、pH和ORP在線測定信息的綜合控制系統(tǒng)，從而對曝氣量、內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加量做出相應的調(diào)節(jié)與優(yōu)化控制，來解決運行過程中出現(xiàn)的出水氨氮和TN濃度不達標、難以控制的實際問題。為工藝的實際推廣應用提供可靠的運行工況，從而達到高效低耗的處理水平，增強脫氮工藝的運行優(yōu)化水平。
本實用新型在處理淀粉廢水時，通過DO、pH和ORP在線傳感器測定信息，動態(tài)指示系統(tǒng)的運行狀態(tài)和處理效果，從而在線控制曝氣量、內(nèi)循環(huán)回流量或外碳源投加量，缺氧/好氧區(qū)生物脫氮系統(tǒng)對氨氮和TN去除率可達到95％和80％以上。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2好氧區(qū)第1格室DO濃度和進水氨氮的曲線圖表；圖3是好氧區(qū)pH差值(ΔpH)與進水氨氮濃度關(guān)系的曲線圖表；
圖4是各反應區(qū)進水氨氮濃度曲線變化規(guī)律的曲線圖表；圖5是各反應區(qū)pH值變化規(guī)律的曲線圖表；圖6是好氧區(qū)最后格室ORP值與出水氨氮和硝酸氮濃度關(guān)系的曲線圖表；圖7是缺氧區(qū)出水硝酸氮濃度與ORP值相關(guān)性的曲線圖表；圖8是進水、出水氨氮濃度和好氧區(qū)第1格室DO濃度變化趨勢的曲線圖表；圖9是出水硝酸氮濃度、缺氧區(qū)末端和好氧區(qū)出水ORP值變化趨勢的曲線圖表。
圖10是應用本實用新型的控制流程圖。
1-缺氧區(qū)、2-好氧區(qū)、3-ORP傳感器4、-硝化反硝化反應在線控制器、5-DO傳感器、6-pH傳感器、7-好氧區(qū)出水管、8-曝氣器、9-外碳源投加控制閥門、10-外碳源投加裝置、11-進水管、12-剩余污泥管控制閥門、13-攪拌器、14-二沉池、15-出水管、16-剩余污泥排泥管、17-污泥回流管、18-內(nèi)循環(huán)回流管、19-內(nèi)循環(huán)回流控制閥門、20-污泥回流控制閥門。
具體實施方式
本實用新型的高效缺氧/好氧生物脫氮工藝控制裝置包括首尾相連的缺氧區(qū)1、好氧區(qū)2和二沉池14。其缺氧區(qū)1分成至少兩個底部相通的格室，好氧區(qū)2分成至少五個上下交錯相通的格室，缺氧區(qū)1內(nèi)有攪拌器13，并與進水管11連通，好氧區(qū)2內(nèi)設(shè)有曝氣器8，由好氧區(qū)出水管7連接二沉池14，二沉池與出水管15連通，二沉池底部連接剩余污泥排泥管16和污泥回流管17，污泥回流管與缺氧區(qū)入口連通，好氧區(qū)出口與缺氧區(qū)入口之間連接內(nèi)循環(huán)回流管18，在缺氧池第一格室設(shè)有外碳源投加裝置10，在缺氧區(qū)每個格室內(nèi)設(shè)置pH傳感器6，在最后格室設(shè)置氧化還原電位傳感器，即ORP傳感器3，在好氧區(qū)內(nèi)每個格室內(nèi)設(shè)置pH傳感器和溶解氧濃度傳感器，即DO傳感器5，在好氧區(qū)最后一個格室內(nèi)設(shè)置ORP傳感器；上述各傳感器的信號輸出端與硝化反硝化反應在線控制器4連接，硝化反硝化反應在線控制器包括輸入鍵盤和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器；用于存儲上述ORP、DO、pH檢測值和設(shè)定值的存儲器；用于將采集上述ORP、DO、pH測定值與ORP、DO、pH設(shè)定值進行比較的比較器；計算控制量偏差的微處理器；與數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和控制信號輸出裝置相連的內(nèi)循環(huán)回流控制閥門19、污泥回流控制閥門20和外碳源投加控制閥門9。
本實用新型通過控制缺氧區(qū)末端的ORP值，來動態(tài)的控制內(nèi)循環(huán)回流量；由好氧區(qū)首端的DO濃度，動態(tài)推測進水氨氮濃度，同時結(jié)合好氧區(qū)pH值曲線類型，來動態(tài)控制好氧區(qū)曝氣量；而以最后好氧格室的ORP值大小動態(tài)，控制外碳源投加量。本實用新型應用DO、pH和ORP實現(xiàn)缺氧/好氧生物脫氮工藝運行優(yōu)化和在線控制，其運行操作工序如圖1所示首先待處理生活污水從水箱由進水蠕動泵控制進入缺氧區(qū)1，同時回流污泥管17由二沉池14通過蠕動泵回流到缺氧區(qū)1，在缺氧區(qū)由攪拌器13把活性污泥攪拌起來，并和好氧區(qū)2末端回流來的硝化液，以硝酸鹽氮為電子受體、有機碳源為電子供體，通過反硝化菌的作用，進行反硝化反應。然后高氨氮污水進入好氧區(qū)，進行有機物的繼續(xù)降解和氨氮的硝化反應，利用DO傳感器5、pH傳感器6和ORP傳感器3實時監(jiān)測反應池內(nèi)的DO濃度、pH值以及ORP值，通過控制內(nèi)循環(huán)回流控制閥門19、污泥回流控制閥門20和外碳源投加控制閥門9，對系統(tǒng)曝氣量、內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加量進行控制。
本實用新型高效缺氧/好氧生物脫氮工藝控制裝置的在線控制方法有以下三個步驟(1)、在好氧池中設(shè)置DO傳感器、pH傳感器和ORP傳感器，在缺氧池中設(shè)置ORP傳感器、pH傳感器，檢測各階段生物化學反應過程中的DO、pH和ORP變化率，以及與硝化/反硝化反應之間的定量關(guān)系，包括好氧區(qū)第一格室DO濃度和進水氨氮負荷間的關(guān)系、好氧區(qū)pH曲線類型和硝化反應進程的關(guān)系、缺氧區(qū)pH曲線類型和反硝化反應進程的關(guān)系、好氧區(qū)最后格室ORP值和出水水質(zhì)的關(guān)系、缺氧區(qū)最后格室ORP值和反硝化反應進程的關(guān)系；(2)、根據(jù)上述檢測結(jié)果，找出DO濃度控制范圍、pH曲線類型以及內(nèi)循環(huán)回流量控制ORP值和外碳源投加量控制ORP值的控制范圍，確定曝氣量、內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加量的優(yōu)化控制設(shè)定值。好氧區(qū)第一格室的曝氣量維持恒定，控制為0.1m3/h。好氧區(qū)最后格室的DO濃度維持恒定，控制為1.5mg/L。缺氧池出水ORP設(shè)定值維持在-85mV--95mV。好氧池出水ORP設(shè)定值維持在40-60mV之間。
(3)、將上述設(shè)定值輸入到硝化反硝化反應在線控制器中，該控制器根據(jù)設(shè)定值與測定值相比較得出的差值，向內(nèi)循環(huán)回流控制閥門、污泥回流控制閥門和外碳源投加控制閥門輸出控制信號；根據(jù)缺氧區(qū)末端的ORP值，來動態(tài)的控制內(nèi)循環(huán)回流量；由好氧區(qū)首端格室的DO濃度，動態(tài)推測進水氨氮濃度，同時結(jié)合好氧區(qū)pH值曲線類型，來動態(tài)控制好氧區(qū)曝氣量；以最后好氧區(qū)格室的ORP值大小，動態(tài)控制外碳源投加量。
DO、pH和ORP在線傳感器測定信息和硝化反硝化過程的相關(guān)性分析DO濃度和進水氨氮關(guān)系如圖2所示，設(shè)定好氧區(qū)第1格室曝氣量不變(0.1m3/h)，改變進水COD、氨氮濃度或進水量。可見好氧區(qū)第1格室DO濃度和進水氨氮表現(xiàn)為較好的線性相關(guān)性。由DO濃度的變化可動態(tài)反映進水氨氮負荷的高低，從而相應調(diào)整其它格室的曝氣量，降低進水負荷對系統(tǒng)所造成的干擾。實現(xiàn)提高系統(tǒng)硝化效果，降低運行費用的目的。
pH值和進水氨氮的相關(guān)性參見圖3，好氧區(qū)最后格室和第1格室的pH差值(ΔpH)和進水氨氮濃度具有較好的相關(guān)性，應用ΔpH大小可預測進水氨氮負荷，并作為供氣量的反饋控制參數(shù)，也可通過pH差值大小和進水氨氮濃度之間的相關(guān)性，來分析系統(tǒng)硝化反應進行的程度和硝化效果的好壞。
好氧區(qū)進水氨氮濃度和pH值曲線的變化規(guī)律參見圖4、圖5，由好氧區(qū)pH曲線可指示系統(tǒng)硝化反應進行的程度以及運行狀態(tài)信息，從而優(yōu)化工藝運行。圖4是氨氮在反應池各格室的變化情況。如圖5，當進水氨氮濃度等于53mg/L時，pH值從好氧區(qū)第1格室到好氧區(qū)第4格室一直降低，隨后pH值上升。因此在pH曲線上出現(xiàn)一個“氨氮谷點”，該特征點出現(xiàn)意味著硝化反應完成，該情況對應的pH曲線類型稱為好氧“上升型曲線”。當進水氨氮濃度等于75mg/L時，pH值從好氧區(qū)第1格室到好氧區(qū)最后格室一直降低，這種pH曲線定義為好氧區(qū)“下降型pH曲線”，表明硝化沒有完成，為了提高系統(tǒng)硝化效果，應增加曝氣量或補充進水堿度。當進水氨氮濃度等于30mg/L時，pH值從好氧區(qū)第1格室到好氧區(qū)最后格室一直升高，在pH曲線上也沒有出現(xiàn)“氨氮谷點”，在好氧區(qū)2格室硝化就已完成。它不同于第一種情況，其主要原因在于進水氨氮濃度很低，硝化早早完成，出現(xiàn)這種情況可判斷系統(tǒng)低負荷運行，應充分降低曝氣，節(jié)約運行費用。這種情況對應的pH曲線也可稱為“上升型曲線”。
好氧區(qū)末端ORP值和出水水質(zhì)的關(guān)系如圖6所示，控制最后好氧區(qū)DO濃度恒定(1.5mg/L)，可見好氧區(qū)出水ORP值和出水氨氮、硝酸氮濃度具有較好的相關(guān)性，可以間接指示系統(tǒng)出水硝酸氮濃度或系統(tǒng)硝化效果的好壞，出水氨氮濃度和ORP值具有很好的多項式關(guān)系，而出水硝酸氮濃度和ORP值具有很好的指數(shù)關(guān)系。當ORP值控制在40-60mV可以獲得較好的出水水質(zhì)。當ORP相對較低時，ORP值受氨氮濃度的影響較大，而ORP值相對較高時，受硝酸氮濃度的影響較大?？梢酝ㄟ^控制曝氣量或外碳源投加量維持好氧區(qū)末端的ORP值處于設(shè)定范圍40-60mV。
缺氧區(qū)末端硝酸氮濃度和ORP值的關(guān)系如圖7所示，缺氧區(qū)出水硝酸氮濃度和ORP值具有很好的相關(guān)性，當ORP值控制在-90mV時可以獲得硝酸氮的最大去除，實現(xiàn)反硝化反應的最優(yōu)控制，因此當ORP＞-90mV時，降低內(nèi)循環(huán)回流量，而ORP＜-90mV時，增加內(nèi)循環(huán)回流量，維持缺氧區(qū)末端的ORP值處于最優(yōu)設(shè)定值。
缺氧區(qū)pH值曲線它也可一定程度反映反硝化反應是否完成、內(nèi)循環(huán)回流硝酸氮是否充足。當缺氧區(qū)pH值降低時，表示反硝化已完成或回流的硝酸氮嚴重不足，相應需增加回循環(huán)回流量或降低外碳源投加量。而缺氧區(qū)pH值上升時，表明缺氧區(qū)一直在進行反硝化，硝酸氮濃度相對充足，缺氧區(qū)pH曲線也可以定義為下降型曲線和上升型曲線。
應用實施例反應池體積為50L，共有7個格室(每個格室平均為7L)，其中前2個格室缺氧運行，后5個格室好氧運行。當然反應池體積可大可小，反應池格室數(shù)也可根據(jù)需要設(shè)定，在線控制系統(tǒng)同樣可以使用。進水量為150L/d，溫度由自動溫控儀控制在20-21℃，SRT為12-15d，MLSS為2400-2700mg/L，進水pH控制在6.5-7.5之間，好氧區(qū)第1格室的曝氣量恒定，好氧區(qū)最后格室的DO濃度為1.5mg/L，污泥回流比為0.6，內(nèi)循環(huán)回流比為2.5。應用建立的硝化反硝化反應在線控制系統(tǒng)，研究處理淀粉廢水的實際效果。缺氧區(qū)各格室安裝pH傳感器，缺氧區(qū)最后格室安裝有ORP傳感器。后面5個好氧格室都安裝有DO傳感器和pH傳感器，從而獲得好氧區(qū)不同格室的DO和pH值，在好氧區(qū)最后格室也安裝有ORP傳感器?；谝陨蟼鞲衅骺梢杂^察缺氧區(qū)各格室pH值變化規(guī)律以及好氧區(qū)各格室DO濃度和pH值的變化規(guī)律。可以通過缺氧區(qū)末端的ORP值來動態(tài)的控制內(nèi)循環(huán)回流量；由好氧區(qū)首端的DO濃度動態(tài)推測進水氨氮濃度，同時結(jié)合好氧區(qū)pH值曲線類型來動態(tài)控制好氧區(qū)曝氣量；而以最后好氧格室的ORP值大小動態(tài)控制外碳源投加量。
圖8、圖9是硝化反硝化反應控制系統(tǒng)的試驗結(jié)果，由圖可知雖然系統(tǒng)進水負荷動態(tài)變化仍然獲得較好的出水水質(zhì)，出水氨氮和硝酸氮濃度分別小于4mg/L和14mg/L，通過控制曝氣量和外碳源投加量，好氧區(qū)最后格室的ORP值基本小于60mV，通過控制內(nèi)循環(huán)回流量缺氧區(qū)的ORP值基本維持在-90mV。和恒定內(nèi)循環(huán)回流量和曝氣量相比出水氨氮、總氮濃度和曝氣量分別降低了15％、12％和18％。
在線控制系統(tǒng)的建立及其實施控制參見圖10為了實現(xiàn)缺氧/好氧工藝硝化反硝化反應的綜合控制，優(yōu)化工藝運行條件，提高出水水質(zhì)，應用DO、pH和ORP在線測定信息，建立了硝化反應和反硝化反應在線控制系統(tǒng)如圖8。系統(tǒng)的建立需要以下幾個設(shè)定條件(1)好氧區(qū)第1格室的曝氣量維持恒定(本研究中規(guī)定為0.1m3/h)；(2)好氧區(qū)最后格室的DO濃度恒定(規(guī)定為1.5mg/L)；(3)好氧區(qū)最后格室的ORP設(shè)定值范圍為40-60mV；(4)缺氧區(qū)最后格室的最優(yōu)ORP設(shè)定值為-90mV。(5)DO、ORP和pH值在線測定，每30分鐘對在線控制變量-曝氣量、內(nèi)循環(huán)回流量和外碳源投加量調(diào)節(jié)一次，避免執(zhí)行設(shè)備的頻繁開停，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
系統(tǒng)首先在線測定DO、ORP和pH信息包括缺氧區(qū)和好氧區(qū)pH值曲線、缺氧區(qū)和好氧區(qū)末端ORP值、好氧區(qū)DO濃度、好氧區(qū)pH差值和好氧區(qū)1室DO1。首先分析進水pH值，當pH小于6時，投加堿性物質(zhì)；而當pH值大于8時投加酸性物質(zhì)，維持進水保持在中性范圍。
隨后分析好氧區(qū)和缺氧區(qū)pH曲線類型，需要注意好氧區(qū)和缺氧區(qū)的pH曲線類型分析同時進行。首先來看缺氧區(qū)pH曲線類型，如果屬于下降型，表明缺氧區(qū)硝酸氮濃度不充足或回流硝酸氮已完全反硝化，應提高內(nèi)循環(huán)回流量，然后繼續(xù)分析pH曲線類型，直到pH曲線類型變?yōu)樯仙?；如果pH曲線類型為上升型，分析缺氧區(qū)末端ORP設(shè)定值是否處于最優(yōu)設(shè)定值-90mV，如果處于-90mV，說明系統(tǒng)反硝化反應運行在最優(yōu)條件下，維持當前內(nèi)循環(huán)回流量不變。如果ORP值未在最優(yōu)設(shè)定值處，調(diào)整內(nèi)循環(huán)回流量直到ORP最優(yōu)設(shè)定值維持在-90mV。
然后分析好氧區(qū)pH曲線類型，如果屬于上升型，表明硝化反應已完成，為了降低系統(tǒng)運行費用，首先降低曝氣量和好氧區(qū)DO濃度。然后再分析好氧區(qū)pH曲線類型，直到好氧區(qū)pH曲線類型剛好變?yōu)橄陆敌停焕^續(xù)檢測好氧區(qū)最后格室的ORP值，分析它是否小于設(shè)定的上限值60mV，如果小于上限值，說明系統(tǒng)出水水質(zhì)和運行狀態(tài)較好，維持當前運行狀態(tài)不變。如果ORP值大于上限值60mV，說明出水硝酸氮濃度較高，然后分析缺氧區(qū)的ORP值是否處于最優(yōu)設(shè)定值-90mV，如果未處于最優(yōu)設(shè)定值處，調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)回流量，直到它處于最優(yōu)設(shè)定值附近；如果缺氧區(qū)末端ORP值處于最優(yōu)設(shè)定值處。說明進水碳源不足，應外投碳源，直到好氧區(qū)末端的ORP設(shè)定值小于最大設(shè)定值60mV。
如果好氧區(qū)的pH曲線類型屬于下降型，說明系統(tǒng)硝化沒有完成，下面分析系統(tǒng)硝化反應的程度和硝化未完成的原因。首先分析好氧區(qū)出水ORP值，如果ORP值大于其上限值60mV，一方面說明系統(tǒng)的硝化將近完成，另一方面說明出水硝酸氮濃度較高，反硝化不充分；然后和上面一樣首先調(diào)整內(nèi)循環(huán)回流量，如果調(diào)整內(nèi)循環(huán)回流量后仍無效，外投碳源，提高系統(tǒng)反硝化效果。
如果好氧區(qū)出水ORP值小于其下限值40mV，說明系統(tǒng)的硝化效果較差，并分析其原因。首先分析好氧區(qū)DO濃度，如果DO濃度較低(＜1.0mg/L)，表明DO濃度低是硝化效果差的主要因素，并提高好氧區(qū)DO濃度；如果DO濃度正常或較高，則說明DO濃度不是硝化差的主要原因。分析好氧區(qū)第1格室的DO濃度(DO1)，如果DO1較低(＜0.6mg/L)說明進水負荷增加，其中可能是氨氮負荷或COD負荷，增加反應池MLSS濃度或降低進水負荷。如果DO1不低，繼續(xù)分析好氧區(qū)的pH降低幅度(也就是好氧區(qū)末端和首端pH的差值)，如果pH下降幅度較大(＞0.5)，其原因可能是進水堿度不足，導致pH下降到很低程度，嚴重抑制了硝化反應進程，應投加堿性物質(zhì)。如果pH下降幅度不大，然后分析反應池運行溫度，如果溫度較低(＜17℃)，說明低溫抑制了硝化反應的正常進行，導致系統(tǒng)硝化效果變差，應降低污泥排放量、降低系統(tǒng)污泥負荷或進水負荷，來改善系統(tǒng)硝化效果。如果溫度不低，繼續(xù)分析好氧區(qū)體積大小，如果好氧區(qū)體積較小(體積比＜0.6)，則說明參與硝化反應的硝化菌數(shù)量不足，應增大好氧區(qū)體積、降低污泥排放量(減少硝化菌的流失)或降低進水C/N比(維持硝化菌較好的生長環(huán)境)。如果好氧區(qū)體積充足，則系統(tǒng)有可能中毒，硝化菌的生長被抑制，則應分析進水中毒性負荷的來源，補充新鮮污泥或加進水調(diào)節(jié)池，當毒性負荷過后，再把進水引入反應池。
基于上述分析直到改善系統(tǒng)的硝化效果。另外當好氧區(qū)末端的ORP值處于50-60mV之間可以維持當前運行狀態(tài)，不需調(diào)節(jié)反應條件。應用上述在線控制系統(tǒng)處理淀粉廢水和實際生活污水研究了A/O工藝小試和中試試驗裝置的運行效果，研究獲得滿意的試驗結(jié)果，無論從提高出水水質(zhì)和系統(tǒng)穩(wěn)定，還是節(jié)約運行費用上，都優(yōu)于未采用控制的系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.一種高效缺氧/好氧生物脫氮工藝控制裝置，包括首尾相連的缺氧區(qū)、好氧區(qū)和二沉池，其特征在于其缺氧區(qū)分成至少兩個底部相通的格室，好氧區(qū)分成至少五個上下交錯相通的格室，缺氧區(qū)內(nèi)有攪拌器，并與進水管連通，好氧區(qū)內(nèi)設(shè)有曝氣器，由好氧區(qū)出水管連接二沉池，二沉池與出水管連通，二沉池底部連接剩余污泥排泥管和污泥回流管，污泥回流管與缺氧區(qū)入口連通，好氧區(qū)出口與缺氧區(qū)入口之間連接內(nèi)循環(huán)回流管，在缺氧池第一格室設(shè)有外碳源投加裝置，在缺氧區(qū)每個格室內(nèi)設(shè)置pH傳感器，在最后格室設(shè)置氧化還原電位傳感器，即ORP傳感器，在好氧區(qū)內(nèi)每個格室內(nèi)設(shè)置pH傳感器和溶解氧濃度傳感器，即DO傳感器，在好氧區(qū)最后一個格室內(nèi)設(shè)置ORP傳感器；上述各傳感器的信號輸出端與硝化反硝化反應在線控制器連接，硝化反硝化反應在線控制器包括輸入鍵盤和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器；用于存儲上述ORP、DO、pH檢測值和設(shè)定值的存儲器；用于將采集上述ORP、DO、pH測定值與ORP、DO、pH設(shè)定值進行比較的比較器；計算控制量偏差的微處理器；與數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和控制信號輸出裝置相連的內(nèi)循環(huán)回流控制閥門、污泥回流控制閥門和外碳源投加控制閥門。
專利摘要一種高效缺氧/好氧生物脫氮工藝控制裝置，其缺氧區(qū)內(nèi)有攪拌器，好氧區(qū)內(nèi)設(shè)有曝氣器，二沉池底部連接剩余污泥排泥管和污泥回流管，污泥回流管與缺氧區(qū)入口連通，好氧區(qū)出口與缺氧區(qū)入口之間連接內(nèi)循環(huán)回流管，在缺氧池第一格室設(shè)有外碳源投加裝置，在缺氧區(qū)每個格室內(nèi)設(shè)置pH傳感器，在最后格室設(shè)置ORP傳感器，在好氧區(qū)內(nèi)每個格室內(nèi)設(shè)置pH傳感器和DO傳感器，在好氧區(qū)最后一個格室內(nèi)設(shè)置ORP傳感器；各傳感器的信號輸出端與硝化反硝化反應在線控制器連接，由硝化反硝化反應在線控制器向循環(huán)回流控制閥門、污泥回流控制閥門和外碳源投加控制閥門輸出控制信號。可保證出水水質(zhì)達標，節(jié)省運行費用，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
文檔編號C02F3/30GK2928835SQ20062020038
公開日2007年8月1日 申請日期2006年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月17日
發(fā)明者彭永臻, 馬勇, 王淑瑩 申請人:彭永臻