專利名稱：改良型四段進水a/o深度脫氮及過程控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種含氮廢水的改良型分段進水A/O生物脫氮和過程控制裝置，所屬的技術領域為活性污泥法污水處理系統(tǒng)自動控制的理論、方 法與技術。適用于大、中、小型城鎮(zhèn)生活污水及含氮工業(yè)廢水的深度脫氮。
技術背景富營養(yǎng)化問題是當今世界各國面臨的最主要的水污染問題之一，近年來盡 管我國城市污水的處理率不斷提高，但是由氮、磷污染引起的水體富營養(yǎng)化 問題沒有得到根本的解決，甚至有日益嚴重的趨勢。我國的大型淡水湖泊和近岸海域均達中度或重度的富營養(yǎng)污染。我國在2002年新頒布的《城鎮(zhèn)污水 處理廠污染物排放標準》中增加了總氮、總磷最高允許排放濃度，同時也對 出水氨氮提出了更嚴格的要求，可見污水處理的主要矛盾已逐漸由有機污染 物的去除轉變?yōu)榈孜廴疚锏娜コ?。污水中的磷通?？梢酝ㄟ^投加混凝劑去 除，但由于氮化合物(如NH4+及N(V)的分子量比較小，無法通過投加藥劑 去除；另外，如果利用膜技術來去除氮化合物，僅反滲透膜技術是最有效的， 但該方法成本過于昂貴，難以推廣應用；而其它的膜處理技術，如納濾、微 濾等方法均無法有效去除污水中的氮化合物，因此氮的去除是污水深度處理 的難點和重點，只有利用生物脫氮技術才能徹底去除。分段進水A/O工藝是基于A/0工藝發(fā)展起來的一種脫氮新工藝。該工藝 通常由2 5段缺氧/好氧順序組成，原水分別從各段的缺氧區(qū)進入反應器，為 反硝化提供碳源。但是，由于最后一段的污水只進行硝化反應沒有反硝化條 件，出水必然含有一定的硝酸鹽氮。提高分段進水A/O工藝脫氮效率的一個 方法是提高系統(tǒng)污泥回流比，但污泥回流比必需有一定的限制，加大回流會 對系統(tǒng)的水力停留時間造成影響，增加二沉池的水力負荷和固體負荷，還會 將最后一段好氧區(qū)的溶解氧攜帶到第一段的缺氧區(qū)，給缺氧反硝化造成不利 影響。此外，對于低C/N比生活污水，需大量的外投加碳源來提高總氮去除 率。碳源通常投加在系統(tǒng)最后一段的缺氧區(qū)，后面再接接曝氣區(qū)以去除剩余 碳源，以保證出水COD滿足排放標準。這樣， 一方面不能保證碳源投加量最 少，另一方面，增加了曝氣運行費用。使得四段進水A/0事實上相當于三段運行，使多點進水的意義大打折扣，且不能從根本上提高去除效果，運行費 用也比較高。實用新型內容本實用新型的目的是針對現有的四段進水A/0工藝本身的局限性，對工 藝結構進行改造，并通過實時過程控制，控制系統(tǒng)的硝化效果、反硝化效果 和出水COD濃度，使系統(tǒng)在節(jié)省運行費用的前提下，達到深度脫氮的目的。 解決①分段進水A/0工藝結構限制導致總氮去除率受限的問題。②深度脫 氮藥劑用量大，運行費用高且難以達到處理要求的問題③深度脫氮控制要求 高、控制結構復雜的問題。本實用新型的技術原理改良型四段進水A/O深度脫氮裝置及過程控制方法，其特征在于在傳統(tǒng) 四段進水A/O工藝的末端設置后缺氧區(qū)進行碳源投加，并采用碳源投加和曝 氣過程控制裝置，避免出水COD、硝酸鹽氮和氨氮超標，達到深度脫氮目的。 具體原理如下(1 )本實用新型的改良型四段進水A/O工藝，原污水分四段進入反應器， 在第四段的好氧區(qū)的末端，設置后缺氧區(qū)兼脫氧區(qū)，只進行攪拌，不進行曝 氣，后缺氧區(qū)不進污水，只投加碳源。此外，在第四段的好氧區(qū)設置硝酸鹽 氮內回流設施，將第四段產生的硝酸鹽氮一部分回流到系統(tǒng)第一段的缺氧區(qū)， 一方面可以充分利用第一段缺氧區(qū)進水的碳源進行反硝化，另一方面可以減 少后缺氧區(qū)的碳源投加量，降低運行費用。(2)為避免后缺氧區(qū)碳源投加過量出水COD超標，以及碳源投加不足， 出水硝酸鹽超標，在最后好氧區(qū)設置硝酸鹽在線傳感器在線監(jiān)測出水硝酸鹽 濃度，并配以氧化還原電位(ORP)傳感器，避免硝酸鹽傳感器控制失靈，在線 采集的數據經過程控制器，輸出結果作用于碳源投加計量泵，控制碳源投加 量。此外，，在第四段的好氧區(qū)設置氨氮在線儀，實時監(jiān)測出水氨氮濃度，并 將在線采集的氨氮濃度數值輸入到過程控制器，控制器的輸出作用于空壓機， 控制系統(tǒng)曝氣量，以保證硝化效果，避免硝化不徹底出水含有大量的氨氮的 情況發(fā)生:，降低TN去除率。以上結構上的改進和過程控制裝置的使用，可以保證系統(tǒng)在較低的運行 費用下，達到深度脫氮的目的。本實用新型提供的改良型分段進水A/O深度脫氮工藝及過程控制裝置，污水貯水箱l由進水管和反應器2連接，反應器2經出水管和和沉淀池3 連接，沉淀池污泥經污泥回流泵4回流到反應器進口端。反應器2由第一段 缺氧格室5、第一段好氧格室6、第二段缺氧格室7、第二段好氧格室8、第 三段缺氧格室9、第三段好氧格室IO、第四段缺氧格室ll、第四段好氧格室 12組成，其特征在于，在好氧格室12后設置后缺氧區(qū)兼脫氧區(qū)13，在好氧格室12設置硝化液 內循環(huán)管路14，連接內循環(huán)泵15將硝化液回流到第一段缺氧格室5，在第四 段好氧格室12安裝氨氮在線傳感器16，在后缺氧區(qū)13安裝在線硝酸鹽傳感 器17和ORP傳感器18，在線采集的數字信號經導線與計算機19的氨氮信號 輸入接口20，硝酸鹽信號輸入接口21， ORP信號輸入接口22連接，計算機 的輸出接口 23經導線連接過程控制器24的數字輸入接口 25，過程控制器25 的輸出接口 26將控制信號輸出并作用于空壓機的變頻調速器27,控制空壓機 28曝氣量，過程控制器24的輸出接口 29將控制信號輸出并作用于碳源投加 計量泵30的變頻調速器31 ，控制碳源投加量。應用改良型分段進水A/0深度脫氮工藝及過程控制裝置的方法，包括以 下步驟在傳統(tǒng)四段進水A/0工藝系統(tǒng)的末端設置一個后缺氧區(qū)兼脫氧區(qū)，不曝 氣，只進行缺氧攪拌，在第四段好氧區(qū)12設置硝酸鹽氮內循環(huán)回流管14，通 過內循環(huán)回流泵15將硝酸鹽氮混合液回流到系統(tǒng)首段缺氧區(qū)5。在第四段好氧區(qū)12內設置氨氮在線傳感器16，在線采集氨氮數據，通過 導線將數字信號輸入過程控制器，濾波處理，計算，得到過程實時控制變量， 經過程控制器輸出接口26輸出，作用于空壓機的變頻調速器27，控制空壓機 28的出風量。當氨氮濃度2l.5mg/L時，加大曝氣量；當氨氮濃度^).5mg/L時， 減小曝氣量。在后好氧區(qū)13內設置硝酸鹽氮在線傳感器17， ORP在線傳感器18，在 線采集硝酸鹽氮和ORP的數字信號，信號通過導線輸入到過程控制器，經濾 波處理，計算，得到過程控制變量，經過程控制器輸出接口29輸出，作用于 碳源投加計量泵30的變頻調速器31，控制外碳源投加計量泵的投藥量，控制 系統(tǒng)硝酸鹽氮的去除。在上述硝酸鹽氮去除的控制過程中，為避免控制失效，控制過程必須滿足下列條件當在線硝酸鹽氮濃度^).5mg/L或絕對ORP值 ^-100mV，停止投加碳源；當在線硝酸鹽氮濃度22mg/L或在線ORP的絕對值 2-80mV，開始投加碳源。這種改良型四段進水A/O深度脫氮工藝實時控制方法，其特征在于， 在改良型四段進水A/0反應器第四段好氧區(qū)12安裝氨氮在線傳感器，采 集氨氮數字信號，作為改良型四段A/O工藝硝化過程曝氣量控制的實時控制 參數。將采集氨氮值數字信號經變送器輸入模擬數字轉換器A/D，轉換成數 字信號，在上位機上顯示在線參數的具體數值；再將數字信號輸入過程實時 控制器，首先經過濾波處理，與控制策略進行比較，得到過程實時控制變量。 再將輸出信號經數字模擬轉換器D/A轉換成電流信號，直接作用于空壓機的 變頻調速器，調整空壓機的出風量。反硝化過程的控制是以在線硝酸鹽氮和ORP作為控制變量。在后缺氧區(qū) 13安裝硝酸鹽氮和ORP在線傳感器，在線采集硝酸鹽氮和ORP數值。通常， ORP的變化范圍為-300 300mV，硝酸鹽氮的變化范圍是0 100mg/L?？紤]到 準確性，設置ORP的范圍為-400 400mV，硝酸鹽氮的變化范圍是 0 100mg/L，此范圍內信號均作為正確信號處理。在線采集的硝酸鹽氮和ORP 數字信號經變送器輸入模擬數字轉換器A/D，轉換成數字信號，在上位機上 顯示在線參數的具體數值；再將數字信號輸入過程實時控制器，首先經過濾 波處理，與控制策略進行比較，得到過程實時控制變量。再將輸出信號經數 字模擬轉換器D/A轉換成電流信號，直接作用于碳源投加計量泵的變頻調速 器，調整碳源投加量。本實用新型的有益效果本實用新型對傳統(tǒng)四段進水A/0工藝結構改進，通過增設后缺氧區(qū)兼脫 氧區(qū)，在第四段好氧區(qū)增設硝酸鹽氮內循環(huán)設施，可以避免工藝結構本身給 脫氮效率帶來的限制。此外，通過在線過程控制裝置，可以保證系統(tǒng)硝化、 反硝化效果，且降低系統(tǒng)運行費用。本實用新型同現有技術相比，具有下列優(yōu)點(1) 在系統(tǒng)末端設置后缺氧區(qū)兼脫氧區(qū)，可以針對系統(tǒng)前面產生的 硝酸鹽氮進行碳源投加，降低出水硝酸鹽氮濃度，提高TN去除率。且可以避 免大量的溶解氧隨回流污泥回流到系統(tǒng)第一段的缺氧區(qū)，給缺氧反硝化造成不利影響。(2) 在系統(tǒng)第四段好氧區(qū)增設硝酸鹽氮內循環(huán)設施，可以將部分硝酸鹽氮回流到系統(tǒng)首段， 一方面可以充分利用第一段的反硝化容量，另一方 面可以減少進入到后好氧區(qū)的硝酸鹽氮的量，減少碳源投加量，降低運行費用。(3) 在第四段好氧區(qū)設置氨氮在線傳感器在線采集氨氮數值， 一方 面可以保證硝化效果，使得出水氨氮濃度滿足要求，另一方面可以針對系統(tǒng) 運行情況實時調整曝氣量，節(jié)省曝氣運行費用。(4) 在后缺氧區(qū)設置硝酸鹽氮在線傳感器和ORP在線傳感器，可以 根據硝酸鹽氮的在線數值，實時調整碳源投加量，保證出水硝酸鹽氮達到一 個很低的水平。在線采集的ORP數值作為另一過程控制參數，其可以避免硝 酸鹽氮傳感器出現誤差導致的系統(tǒng)誤控制。系統(tǒng)設置出水硝酸鹽氮為一個較 低且非零的水平，可以避免出水COD濃度超出出水標準，且使系統(tǒng)投加的碳源量最少，運行費用最省。(5) 整個控制系統(tǒng)結構簡單，在線測量裝置較少，運行操作簡單。 本實用新型可廣泛應用于中小城鎮(zhèn)城市污水、工業(yè)廢水的深度脫氮處理。

圖1是改良型四段進水A/0深度脫氮工藝及過程控制裝置示意圖 圖2是實施改良型四段進水A/0和過程控制后1天內進水氨氮和出水氨 氮濃度變化圖圖1中，1-污水貯水箱，2-反應器，3-沉淀池，4-污泥回流泵，5-第一段 缺氧格室，6-第一段好氧格室，7-第二段缺氧格室，8-第二段好氧格室，9-第 三段缺氧格室，10-第三段好氧格室，11-第四段缺氧格室，12-第四段好氧格 室，13-后缺氧區(qū)兼脫氧區(qū)，14-硝化液內循環(huán)管路，15-連接內循環(huán)泵，16-氨 氮在線傳感器，17-在線硝酸鹽傳感器，18-ORP傳感器，19-計算機，20-氨氮 信號輸入接口， 21-硝酸鹽信號輸入接口， 22-ORP信號輸入接口， 23-計算機 的輸出接口， 24-過程控制器，25-過程控制器輸入接口， 26-過程控制器輸出 接口27-空壓機的變頻調速器，28-空壓機，29-過程控制器的輸出接口， 30-碳源投加計量泵，31-變頻調速器。
具體實施方式
以某大學家屬區(qū)排放的實際生活污水作為實驗對象(COD=220 350mg/L，TN=44 75mg/L)。所采用的多段進水A/0生物脫氮反應器溶解 320L，采用四段改良型A/O工藝，每段容積80L，第一、二、三段各段缺氧 區(qū)溶解30L，好氧區(qū)溶積50L;第四段缺氧區(qū)30L，好氧區(qū)40L，后缺氧區(qū)體 積IOL。在第四段好氧區(qū)設置硝酸鹽氮內循環(huán)設施。系統(tǒng)設置1臺空壓機，最 大出風量為8mVh,最小出風量為0。反應器首先進行污泥培養(yǎng)馴化，馴化結束 后各段的污泥濃度為第I段為5 5.5g/L,第II段為4 4.5g/L，第III段位2.8 3.2g/L。反應器日處理水量960L，各段進水量均為240L/d，反應溫度為20°C。系統(tǒng)運行初，將空壓機的出口曝氣量調整為3mVh，進水COD濃度為 180 200mg/L,氨氮濃度為50 55mg/L。第III段后好氧區(qū)采集的DO濃度信號均 在2.5 3.5mg/L范圍內，在此穩(wěn)定濃度的進水條件下，讓系統(tǒng)穩(wěn)定運行7d， 然后開始實時改變進水負荷，并開啟過程控制系統(tǒng)，對曝氣量和外碳源投加 量進行過程控制。模擬生活污水的水質變化規(guī)律，以1天內水質變化和相應的出水來說明 改良型四段A/O深度脫氮工藝及過程控制裝置的工作情況傳統(tǒng)四段A/O工藝系統(tǒng)總體積320L，每段容積80L。每段缺氧區(qū)容積30L， 好氧區(qū)容積50L。改造后第一、二、三段各段缺氧區(qū)溶解30L，好氧區(qū)溶積 50L;第四段缺氧區(qū)30L，好氧區(qū)40L，后缺氧區(qū)體積IOL。在第四段好氧區(qū) 設置硝酸鹽氮內循環(huán)設施，并設內循環(huán)回流量等于總進水流量，即960L/d。在第四段好氧區(qū)12內設置氨氮在線傳感器，在線采集氨氮數據，通過導 線將數字信號輸入過程控制器，濾波處理，計算，得到過程實時控制變量， 經過程控制器輸出接口輸出，作用于空壓機的變頻調速器，控制空壓機的出 風量。當氨氮濃度2l.5mg/L時，加大曝氣量；當氨氮濃度S0.5mg/L時，減小 曝氣量。在后好氧區(qū)內設置硝酸鹽氮在線傳感器，ORP在線傳感器，在線采集硝 酸鹽氮和ORP的數字信號，信號通過導線輸入到過程控制器，經濾波處理， 計算，得到過程控制變量，經過程控制器輸出接口輸出，作用于碳源投加計 量泵的變頻調速器，控制外碳源投加計量泵的投藥量，控制系統(tǒng)硝酸鹽氮的 去除。在上述硝酸鹽氮去除的控制過程中，滿足下列條件當在線硝酸鹽氮濃度S0.5mg/L或絕對ORP值S-100mV，停止投加碳源；當在線硝酸鹽氮濃度 22mg/L或在線ORP的絕對值2-80mV，開始投加碳源。圖2為采用改良四段進水A/O深度脫氮工藝及過程控制裝置與方法后， 系統(tǒng)對氨氮的去除效果圖。圖中可以看出，進水氨氮變化較大，而出水氨氮 最大1.5mg/L，平均值小于lmg/L。本實用新型的改良型四段進水A/0深度脫氮工藝及過程控制裝置實施例 參見圖1，污水貯水箱l由進水管和反應器2連接，反應器2經出水管和和沉 淀池3連接，沉淀池污泥經污泥回流泵4回流到反應器進口端。反應器2由 第一段缺氧格室5、第一段好氧格室6、第二段缺氧格室7、第二段好氧格室 8、第三段缺氧格室9、第三段好氧格室IO、第四段缺氧格室ll、第四段好氧 格室12組成，其特征在于，在好氧格室12后設置后缺氧區(qū)兼脫氧區(qū)13，在好氧格室12設置硝化液 內循環(huán)管路14，連接內循環(huán)泵15將硝化液回流到缺氧格室5，在好氧格室12 安裝氨氮在線傳感器16，在后缺氧區(qū)13安裝在線硝酸鹽傳感器17和ORP傳 感器18，在線采集的數字信號經導線與計算機19的氨氮信號輸入接口 20， 硝酸鹽信號輸入接口21， ORP信號輸入接口22連接，計算機的輸出接口23 經導線連接過程控制器24的數字輸入接口 25，過程控制器25的輸出接口 26 將控制信號輸出并作用于空壓機的變頻調速器27，控制空壓機28曝氣量，過 程控制器24的輸出接口 29將控制信號輸出并作用于碳源投加計量泵30的變 頻調速器31，控制碳源投加量。采用改良型四段進水A/0深度脫氮及過程控制裝置和方法后，最終出水 氨氮小于2mg/L，總氮小于3mg/L，遠低于國家一級排放標準所要求的氨氮濃 度(《mg/L )和總氮濃度(25mg/L)。
權利要求1. 改良型四段進水A/O深度脫氮及過程控制裝置，污水貯水箱(1)由進水管和反應器(2)連接，反應器(2)經出水管和和沉淀池(3)連接，沉淀池污泥經污泥回流泵(4)回流到反應器進口端；反應器(2)依次由第一段缺氧格室(5)、第一段好氧格室(6)、第二段缺氧格室(7)、第二段好氧格室(8)、第三段缺氧格室(9)、第三段好氧格室(10)、第四段缺氧格室(11)、第四段好氧格室(12)組成，其特征在于在好氧格室(12)后設置后缺氧區(qū)兼脫氧區(qū)(13)，在好氧格室(12)設置硝化液內循環(huán)管路(14)，內循環(huán)泵(15)連接到缺氧格室(5)，在好氧格室(12)安裝氨氮在線傳感器(16)，在后缺氧區(qū)(13)安裝在線硝酸鹽傳感器(17)和氧化還原電位傳感器(18)，各在線傳感器的數字信號分別與計算機(19)的氨氮信號輸入接口(20)，硝酸鹽信號輸入接口(21)，氧化還原電位信號輸入接口(22)連接，計算機的輸出接口(23)經導線連接過程控制器(24)的數字輸入接口(25)，過程控制器(24)的輸出接口(26)將控制信號輸出并作用于空壓機的變頻調速器(27)，空壓機的變頻調速器(27)與空壓機(28)連接，過程控制器(24)的輸出接口(29)將控制信號輸出并作用于碳源投加計量泵(30)的變頻調速器(31)。
專利摘要改良型四段進水A/O深度脫氮及過程控制裝置屬于活性污泥法污水處理領域?，F有裝置不能達到深度脫氮，且運行費用高，操作較復雜。本實用新型在第四段好氧區(qū)末端設置一個后缺氧區(qū)兼脫氧區(qū)，此區(qū)域針對前面各段累積的硝酸鹽氮進行碳源投加，在第四段好氧區(qū)增設硝酸鹽氮內循環(huán)設施，將一部分硝酸鹽氮回流到系統(tǒng)第一段的缺氧區(qū)，以充分利用第一段缺氧區(qū)的反硝化容量并降低后缺氧區(qū)的硝酸鹽氮負荷，減少碳源投量。此外，在第四段好氧區(qū)設置氨氮在線傳感器，在后缺氧區(qū)設置硝酸鹽氮和ORP在線傳感器，采集的在線信號來控制系統(tǒng)的曝氣量和外碳源投加量。本實用新型可提高四段進水A/O工藝的硝化反硝化效果，碳源投量省，運行費用低，控制結構簡單。
文檔編號C02F3/30GK201125195SQ20072016946
公開日2008年10月1日 申請日期2007年6月28日 優(yōu)先權日2007年6月28日
發(fā)明者孫亞男, 彭永臻, 偉 王, 王淑瑩 申請人:北京工業(yè)大學