專利名稱：Cast分段進(jìn)水深度脫氮的過程控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CAST (循環(huán)式活性污泥法)分段進(jìn)水深度脫氮的過程控制裝 置及方法，適用于含氮工業(yè)廢水處理和城鎮(zhèn)污水深度處理，屬于SBR(序批式 活性污泥法)及其變型工藝污水生物脫氮技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
富營養(yǎng)化問題是當(dāng)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(yán)重的趨勢。我國的大型淡水湖泊 和近岸海域均達(dá)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(biāo)準(zhǔn)》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(yán)格的要求，可見污水處理的主要矛盾已逐漸由有機(jī)污 染物的去除轉(zhuǎn)變?yōu)榈孜廴疚锏娜コ?。污水中的磷通常可以通過投加混凝劑 去除，但由于氮化合物(如MV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(shù)來去除氮化合物，僅反滲透膜技術(shù)是最有效的， 但該方法成本過于昂貴，難以推廣應(yīng)用；而其它的膜處理技術(shù)，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(shù)才能徹底去除。
生物脫氮過程主要分為兩部分，即通過硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮， 再通過反硝化作用將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮氣從水中逸出。傳統(tǒng)的污水生物脫氮 技術(shù)如A/0、 AVO工藝，其運行過程的可控性較差，且氮的去除率很難達(dá)到 80%以上。
CAST是SBR法的一種變形工藝，在SBR的基礎(chǔ)上增設(shè)一個生物選擇器， 以期取得抑制絲狀菌污泥膨脹發(fā)生和良好脫氮除磷效果，然而在實踐中該工 藝的脫氮除磷效果多不理想。在現(xiàn)有的CAST工藝中，進(jìn)水-反應(yīng)、沉淀、排水各階段的時間是固定不 變的，例如一個典型的運行周期包括4個小時，其中2小時為進(jìn)水-曝氣階段， 1小時為沉淀階段，另外1小時為排水階段，這樣的運行方式是針對原水的平 均水質(zhì)而確定的。而原水水質(zhì)是波動變化并不是固定不變的，顯然這種固定 的運行方式不是一種優(yōu)化的方式。例如，當(dāng)進(jìn)水中污染物濃度比平均濃度增 高時，如果2個小時的進(jìn)水時間不變，同時曝氣量也不變，那么2個小時的 曝氣反應(yīng)時間就不足；同樣，當(dāng)進(jìn)水中污染物濃度降低時，那么2個小時的 曝氣反應(yīng)時間就過多而浪費。而且，2個小時的曝氣反應(yīng)時間盡管可能滿足硝 化反應(yīng)的需要，但由于沒有足夠的缺氧反硝化時間，總氮的去除效率會受到 影響。因此，為了實現(xiàn)節(jié)能降耗，并保證工藝出水水質(zhì)，需要一種可根據(jù)原 水水質(zhì)調(diào)節(jié)各階段時間的優(yōu)化運行方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種CAST分段進(jìn)水深度脫氮的過程控制裝置及方法， 該方法不僅能夠提高處理效率、降低了運行成本，而且在進(jìn)水污染物濃度發(fā) 生較大變化時，由于采用了在線實時過程控制仍能準(zhǔn)確地控制交替好氧/缺氧 時間，使整個系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力大大提高。
本發(fā)明采用分多次進(jìn)水的運行方式與實時控制系統(tǒng)的集成，并充分利用 了原污水中的有機(jī)碳源，最大程度上節(jié)省了外投碳源量，同時科學(xué)合理的分 配每一階段硝化、反硝化的時間。增加缺氧攪拌階段，并采用變時長好氧/缺 氧的方式運行，而控制好氧曝氣和缺氧攪拌的時間由實時過程控制策略來實 現(xiàn)。
本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。本發(fā)明包括有選擇器l、主反應(yīng)區(qū)2、連接 在選擇器1上的進(jìn)水閥3和進(jìn)水泵4、選擇器內(nèi)的攪拌器5、主反應(yīng)區(qū)2內(nèi)的 潷水器6和底部所設(shè)曝氣器7、連接在曝氣器7上的進(jìn)氣閥8和空氣壓縮機(jī)9、 連接在潷水器6上的排水閥10、用于將污泥從主反應(yīng)區(qū)2回流至選擇器1的 回流污泥泵12和回流污泥閥11、用于排放主反應(yīng)區(qū)2內(nèi)剩余污泥的排泥閥13、設(shè)置在主反應(yīng)區(qū)2內(nèi)的潛水?dāng)嚢杵?4、與選擇器1相連接的碳源投加計 量泵17、實時控制系統(tǒng)15，與實時控制系統(tǒng)15相連接的DO (溶解氧)、ORP (氧化還原電位)、pH傳感器16。所述的實時控制系統(tǒng)15包括連接在進(jìn)水泵 4、攪拌器5、潷水器6、空氣壓縮機(jī)9、潛水?dāng)嚢杵?4、碳源投加計量泵17 的時間繼電器、計算機(jī)以及連接在計算機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡。 采用上述裝置對污水進(jìn)行脫氮處理時，包括以下步驟.-
1) 進(jìn)水打開進(jìn)水閥3和進(jìn)水泵4并開啟選擇器1內(nèi)攪拌器5，由預(yù)先 設(shè)定的時間控制廢水處理量，當(dāng)達(dá)到預(yù)定時間后停止進(jìn)水；進(jìn)水的同時開啟 回流污泥閥11和污泥回流泵12，在預(yù)先設(shè)定的回流量下，污泥由主反應(yīng)區(qū)2 末端回流至選擇器l;
2) 進(jìn)水/曝氣開始進(jìn)水的同時，實時控制系統(tǒng)15開啟進(jìn)氣閥8和空氣 壓縮機(jī)9，由空氣壓縮機(jī)9提供的壓縮空氣進(jìn)入曝氣器7，向主反應(yīng)區(qū)2混合 液中供氧，進(jìn)行有機(jī)物的降解和含氮化合物的硝化作用。整個過程由0RP、 pH 傳感器16監(jiān)控，并通過數(shù)據(jù)采集卡實時將所獲得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)實施曝 氣時間的實時控制，當(dāng)pH值曲線上出現(xiàn)極小值，同時0RP曲線上出現(xiàn)平臺， 表明硝化過程結(jié)束，此時關(guān)閉進(jìn)氣閥3和空氣壓縮機(jī)9，停止曝氣；
3) 加原污水?dāng)嚢柙趯崟r控制系統(tǒng)15的調(diào)節(jié)下打開進(jìn)水閥3和進(jìn)水泵4， 同時邊進(jìn)水邊開啟主反應(yīng)區(qū)2內(nèi)潛水?dāng)嚢杵?4，系統(tǒng)進(jìn)行缺氧反硝化脫氮過 程，反硝化進(jìn)程由ORP、 pH在線傳感器16監(jiān)控，并通過數(shù)據(jù)采集卡實時將所 獲得的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接嬎銠C(jī)進(jìn)行處理，最終達(dá)到對進(jìn)水和攪拌時間的控制， 當(dāng)pH值曲線上出現(xiàn)極大值，同時0RP曲線上出現(xiàn)拐點，表明反硝化過程結(jié)束， 此時關(guān)閉進(jìn)水閥3、進(jìn)水泵4及潛水?dāng)嚢杵?4，停止進(jìn)水?dāng)嚢瑁?br> 4) 再曝氣在實時控制系統(tǒng)15的調(diào)節(jié)下開啟進(jìn)氣閥8和空氣壓縮機(jī)9， 對反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，使步驟3中因加入原污水而帶入系統(tǒng)的氨氮轉(zhuǎn)化為硝 態(tài)氮，曝氣時間由實時控制系統(tǒng)控制，當(dāng)pH值曲線上出現(xiàn)極小值，同時0RP 曲線上出現(xiàn)平臺，關(guān)閉進(jìn)氣閥8和空氣壓縮機(jī)9，停止曝氣；5) 重復(fù)加原污水反硝化及后曝氣重復(fù)步驟3)、步驟4)兩步，重復(fù)的 次數(shù)隨原污水水質(zhì)、處理水量及出水要求變化；
6) 投加外碳源反硝化根據(jù)實時控制系統(tǒng)所預(yù)測的最終硝態(tài)氮產(chǎn)生量， 計算得出外加碳源的投量，在實時控制系統(tǒng)15的調(diào)節(jié)下開啟碳源投加計量泵 17，投加的碳源至剛好滿足反硝化要求，投加碳源的同時開啟潛水?dāng)嚢杵?4， 反硝化進(jìn)程由0RP、 pH在線傳感器監(jiān)控，當(dāng)pH值曲線上出現(xiàn)極大值，同時0RP 曲線上出現(xiàn)拐點時，反硝化結(jié)束后，關(guān)閉回流污泥閥ll、回流污泥泵12及選 擇器內(nèi)攪拌器5和主反應(yīng)區(qū)攪拌器14;
7) 沉淀投加外碳源反硝化工序結(jié)束時，由實時控制系統(tǒng)15中的時間 繼電器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時間控制沉淀時間，此時進(jìn)水閥3、進(jìn)氣閥8、排水閥 10和排泥閥13均處于關(guān)閉狀態(tài)；
8) 排水沉淀階段結(jié)束后，停止污泥回流，在實時控制系統(tǒng)15調(diào)節(jié)下， 無動力式潷水器6開始工作，將處理后水經(jīng)排水閥10排出，排水時間由無動 力式潷水器6控制；
9) 閑置在實時控制系統(tǒng)15調(diào)節(jié)下，整個反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的所有閥門、繼 電器和計量泵均關(guān)閉，反應(yīng)器既不進(jìn)水也不排水，處于待機(jī)狀態(tài)；
10) 系統(tǒng)依次重復(fù)l)、 2)、 3)、 4)、 5)、 6)、 7)、 8)、 9)各步驟，根據(jù) 原水水質(zhì)或水量變化自動調(diào)節(jié)各步驟時長，整個系統(tǒng)交替經(jīng)歷好氧、缺氧、 厭氧狀態(tài)，分段進(jìn)水和間歇出水，并在每個周期結(jié)束時經(jīng)由排泥閥13定期排 放剩余的活性污泥。
本發(fā)明設(shè)計的裝置主要包括長方體反應(yīng)池(池體分為兩部分，前端為選 擇器l，后端為主反應(yīng)區(qū)2)，放置在反應(yīng)池主反應(yīng)區(qū)2內(nèi)的曝氣器7、選擇器 1及主反應(yīng)區(qū)2的攪拌器5和14以及D0、 0RP、 pH傳感器16,進(jìn)水閥3,進(jìn) 氣閥8，出水閥IO，回流污泥閥ll，排泥閥13，進(jìn)水泵4，回流污泥泵12， 碳源投加計量泵17，空氣壓縮機(jī)9，潷水器6，實時控制系統(tǒng)15。本發(fā)明中 所用潷水器為無動力式潷水器，由液面的收水裝置和與之相連的排水裝置及傳動裝置組成。
本發(fā)明的工作原理及過程
(1) 根據(jù)設(shè)計的水量第一批原污水迸入CAST反應(yīng)器，啟動空氣壓縮機(jī) 進(jìn)行曝氣，好氧去除水中有機(jī)物，然后將水中氨氮氧化為硝態(tài)氮，即進(jìn)行硝 化反應(yīng)。曝氣過程中產(chǎn)生的氣泡使得污水和活性污泥充分接觸，起到了攪拌 混合的作用?；钚晕勰嘌趸杏袡C(jī)物及氨氮是好氧過程，因此當(dāng)有機(jī)物降 解完全、硝化反應(yīng)結(jié)束時，水中溶解氧將不再被微生物利用，因此DO值會出
現(xiàn)躍升，水中氧化態(tài)物質(zhì)也不再增加，ORP值出現(xiàn)平臺。同時硝化反應(yīng)是一個 產(chǎn)酸的反應(yīng)，因此當(dāng)硝化反應(yīng)結(jié)束時，pH值會由下降變?yōu)樯仙?。根?jù)以上特
征點，我們可以精確了解系統(tǒng)中的反應(yīng)進(jìn)程，當(dāng)硝化反應(yīng)結(jié)束時，停止曝氣， 避免了過度曝氣而浪費的能源。
(2) 投加適量原污水，使其中含有的可被反硝化菌利用的有機(jī)碳源的量 剛好滿足反硝化的要求。反硝化過程硝態(tài)氮不斷被還原為氮氣，使得反應(yīng)系 統(tǒng)內(nèi)氧化態(tài)物質(zhì)不斷減少，因此ORP值不斷下降，當(dāng)反硝化完全結(jié)束后，由 于進(jìn)入了厭氧狀態(tài)，ORP下降速率加快，ORP曲線出現(xiàn)拐點。同時反硝化過程 由于不斷產(chǎn)生堿度，所以pH值會持續(xù)上升，當(dāng)反硝化結(jié)束時，由于進(jìn)入?yún)捬?發(fā)酵產(chǎn)酸階段，所以pH值會由上升變?yōu)橄陆?，出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點。根據(jù)以上特征點， 我們可以精確判斷反硝化反應(yīng)的進(jìn)程，反硝化結(jié)束時，停止攪拌。
(3) 再進(jìn)行曝氣，使投加原污水而帶入系統(tǒng)的氨氮全部轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮， 反應(yīng)進(jìn)程仍然依據(jù)DO、 0RP、 pH值的變化點來進(jìn)行控制。
(4) 重復(fù)投加適量原污水進(jìn)行反硝化和后曝氣的過程(n次)，最后精確 投加適量外碳源，將水中剩余少量硝態(tài)氮經(jīng)反硝化過程還原為氮氣，達(dá)到深 度脫氮的目的。反應(yīng)的全部過程均在線檢測D0、 0RP、 pH值，根據(jù)實時控制 系統(tǒng)的控制策略來識別在線參數(shù)的特征點，對反應(yīng)的每一步進(jìn)程進(jìn)行過程控 制。
(5) 反應(yīng)過程結(jié)束后，下面的過程與傳統(tǒng)CAST法類似，依次進(jìn)入沉淀、排水、閑置階段，并以一定的周期依次重復(fù)以上步驟，.并根據(jù)污泥齡定期排 放污泥。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點
(1) 脫氮效果好，出水氨氮小于l mg/L、總氮小于5 mg/L， 2002年國 家頒布的排污標(biāo)準(zhǔn)中，對城鎮(zhèn)污水最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)為出水氨氮小于5mg/L、 總氮小于15 mg/L，這是其他工藝所不能比擬的，也是本工藝最突出的優(yōu)點。
(2) 本工藝與傳統(tǒng)CAST法相比，由于充分的利用了原污水中的有機(jī)碳 源，從而節(jié)省了外投碳源的費用，同時由于污水中的有機(jī)物被作為反硝化碳 源，這就節(jié)約了氧化這些有機(jī)物所需要的氧氣，既節(jié)約了空氣壓縮機(jī)的能耗， 也減輕了有機(jī)物對硝化過程的影響。
(3) 采用實時控制策略控制生物脫氮過程中的好氧曝氣和缺氧攪拌時 間，從根本上解決了曝氣或攪拌時間不足所引起的硝化或反硝化不完全和曝 氣或攪拌時間過長所帶來的運行成本的提高和能源的浪費。并且能夠根據(jù)原 水水質(zhì)水量的變化實時控制各個生化反應(yīng)所需投加的藥劑量、反應(yīng)時間，實 現(xiàn)具有智能化的控制，保證出水水質(zhì)的前提下優(yōu)化節(jié)能。
(4) 主體裝置采用的是CAST工藝，使有機(jī)物和含氮化合物在一個反應(yīng) 池內(nèi)得到去除，減少了缺氧池和沉淀池等處理構(gòu)筑物，從而降低了基建投資 和整個工藝的占地面積。
(5) 整個工藝由實時控制系統(tǒng)完成，具有管理操作方便，費用低、耐沖 擊負(fù)荷強和不易發(fā)生污泥膨脹。
本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于中小城鎮(zhèn)城市污水或有機(jī)物、氮素含量變化較大的 工業(yè)廢水的處理，特別適用于已采用CAST工藝的污水處理廠或準(zhǔn)備采用CAST 工藝的污水處理廠。


圖1是本發(fā)明操作的工序示意圖
圖2是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明實時控制策略示意圖
圖中1.選擇器；2.主反應(yīng)區(qū)；3.進(jìn)水閥；4.進(jìn)水泵；5.攪拌器； 6.潷水器；7.曝氣器；8.進(jìn)氣閥；9.空氣壓縮機(jī)；10.排水閥；11.回 流污泥閥；12.回流污泥泵；13.排泥閥；14.潛水?dāng)嚢杵鳎?5.實時控制
系統(tǒng)；16. DO、 ORP、 pH傳感器；17.碳源投加計量泵。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例詳細(xì)說明本發(fā)明-
本發(fā)明提供的裝置如圖2所示包括選擇器l、主反應(yīng)區(qū)2、連接在選擇
器1的進(jìn)水閥3和進(jìn)水泵4、選擇器內(nèi)攪拌器5、主反應(yīng)區(qū)2內(nèi)的潷水器6和 底部所設(shè)曝氣器7、連接在曝氣器7上的進(jìn)氣閥8和空氣壓縮機(jī)9、連接在潷 水器6上的排水閥10、打開回流污泥閥11將污泥由主反應(yīng)區(qū)2回流至選擇器 1的回流污泥泵12以及排放剩余污泥的排泥閥13，其特征在于，還在主反應(yīng) 區(qū)2設(shè)有主反應(yīng)區(qū)內(nèi)攪拌器14、實時控制系統(tǒng)15，連接實時控制系統(tǒng)15的 D0、 0RP、 pH傳感器16;碳源投加計量泵17;所述的實時控制系統(tǒng)15包括連 接在進(jìn)水泵4、攪拌器5、潷水器6、空氣壓縮機(jī)9、潛水?dāng)嚢杵?4、碳源投 加計量泵17的時間繼電器、計算機(jī)以及連接在計算機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡。
本實施例中的CAST分段進(jìn)水深度脫氮的過程控制步驟如圖1、圖3所示， 包括以下工序
I進(jìn)水本發(fā)明所提供的CAST分段進(jìn)水生物脫氮工藝的運行操作工序如 圖1所示，首先打開進(jìn)水閥3及回流污泥閥11，啟動進(jìn)水泵4及回流污泥泵 12將待處理的廢水注入CAST反應(yīng)器的選擇器1并將主反應(yīng)區(qū)2混合液回流至 選擇器1，開啟選擇器1內(nèi)攪拌器5使污泥與原污水充分混合可以采用液位計 控制水位，當(dāng)達(dá)到指定液位時，液位計將信號傳送至實時控制系統(tǒng)，停止進(jìn) 水泵4。也可以通過實時控制系統(tǒng)15設(shè)定進(jìn)水時間，滿足時間條件后關(guān)閉進(jìn) 水泵4和進(jìn)水閥3，進(jìn)入第II道工序。
11進(jìn)水/曝氣進(jìn)水同時，打開進(jìn)氣閥8，啟動空氣壓縮機(jī)9，調(diào)節(jié)至適量的曝氣量對反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，由空氣壓縮機(jī)9提供的壓縮空氣由進(jìn)氣管進(jìn) 入曝氣器7，以微小氣泡的形式向活性污泥混合液高效供氧，并且使污水和活 性污泥充分接觸，整個過程由實時控制系統(tǒng)15實施控制，主要根據(jù)反應(yīng)池內(nèi)
所安置的DO、 ORP、 pH傳感器16在反應(yīng)過程中所表現(xiàn)出的特征點來間接獲取 反應(yīng)進(jìn)程的信息，并再通過數(shù)據(jù)采集卡實時將所獲得的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接嬎?機(jī)進(jìn)行處理，最終達(dá)到對曝氣時間的控制，當(dāng)實時控制系統(tǒng)15得到表征硝化 完成的信號后，關(guān)閉空氣壓縮機(jī)9及進(jìn)氣閥8，停止曝氣然后系統(tǒng)進(jìn)入第III道工序。
III加原污水?dāng)嚢柙趯崟r控制系統(tǒng)15的調(diào)節(jié)下打開進(jìn)水泵4和進(jìn)水閥3， 同時邊進(jìn)水邊開啟主反應(yīng)區(qū)2內(nèi)潛水?dāng)嚢杵?4，系統(tǒng)在攪拌過程中進(jìn)入缺氧 反硝化脫氮過程，反硝化進(jìn)程由D0、 0RP、 pH在線傳感器16監(jiān)控，并通過數(shù) 據(jù)采集卡實時將所獲得的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接嬎銠C(jī)進(jìn)行處理，最終達(dá)到對進(jìn)水 和攪拌時間的控制，當(dāng)實時控制系統(tǒng)15得到表征反硝化完成的信號后，關(guān)閉 進(jìn)水閥3、進(jìn)水泵4及潛水?dāng)嚢杵?4，系統(tǒng)進(jìn)入第IV道工序。
IV再曝氣啟動空氣壓縮機(jī)9，開啟進(jìn)氣閥8，對反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，使
工序in中因加入原污水而帶入系統(tǒng)的氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，與工序n相同，曝 氣時間由實時控制系統(tǒng)i5控制，操作步驟同工序n，硝化完成后進(jìn)入第v道工序。
v重復(fù)加原污水反硝化及后曝氣重復(fù)投加適量原污水進(jìn)行反硝化和后
曝氣的過程，重復(fù)的次數(shù)隨原污水水質(zhì)、處理水量及出水要求變化，操作步 驟同ni、 iv。
VI投加外碳源反硝化根據(jù)實時控制系統(tǒng)15所預(yù)測的最終硝態(tài)氮產(chǎn)生 量，計算得出外加碳源的投量，開啟碳源投加計量泵17，投加的碳源至剛好 滿足反硝化要求，投加碳源的同時開啟潛水?dāng)嚢杵?4，反硝化進(jìn)程由D0、0RP、 pH在線傳感器16監(jiān)控，與前面步驟類似，反硝化結(jié)束后，關(guān)閉回流污泥閥 11、回流污泥泵12及選擇器1、主反應(yīng)區(qū)2的攪拌器5和14，進(jìn)入第VII道工序。
vn沉淀當(dāng)攪拌工序結(jié)束時，如圖i所示，靜止沉淀階段開始(第vn道
工序)，由實時控制系統(tǒng)15的時間控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時間控制沉淀時間， 此時進(jìn)水閥3、進(jìn)氣閥8、排水閥IO和排泥閥13均處于關(guān)閉狀態(tài)。
環(huán)排水沉淀工序結(jié)束后，排水工序啟動(第vni道工序)。在實時控制系
統(tǒng)15調(diào)節(jié)下，無動力式潷水器6開始工作，將處理后水經(jīng)出水管排到反應(yīng)器 外，排水時間由無動力式潷水器6控制。
IX閑置排水結(jié)束到下一個周期開始定義為閑置期(第IX道工序)。根據(jù) 需要，設(shè)定閑置時間，在實時控制系統(tǒng)15調(diào)節(jié)下，整個反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的所有閥 門、繼電器和計量泵均關(guān)閉，反應(yīng)池即不進(jìn)水也不排水，處于待機(jī)狀態(tài)。
X整個系統(tǒng)由實時控制系統(tǒng)15控制順次重復(fù)進(jìn)水、曝氣、攪拌、沉淀、 排水和閑置6個工序，使整個系統(tǒng)始終處于好氧、缺氧、厭氧交替的狀態(tài)， 分段進(jìn)水和出水，并在每個周期結(jié)束時經(jīng)由排泥管和排泥閥定期排放剩余的 活性污泥。
本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于中小城鎮(zhèn)城市污水的處理，特別適用于已采用CAST 工藝的污水處理廠或準(zhǔn)備采用CAST工藝的污水處理廠。首先應(yīng)具備DO、 ORP 和pH值在線檢測設(shè)備，待系統(tǒng)穩(wěn)定運行之后，觀測DO、 ORP和pH值在去除 有機(jī)物、硝化與反硝化生化反應(yīng)過程中的變化規(guī)律，根據(jù)參數(shù)變化的特征規(guī) 律，將實時控制的軟件、硬件系統(tǒng)與DO、 ORP、 pH值在線檢測相結(jié)合，并根 據(jù)實際運行情況調(diào)整某些參數(shù)和控制規(guī)則，例如回流比、沉淀時間等，以取 得理想的出水水質(zhì)。
實施例
以某大學(xué)家屬區(qū)排放的實際生活污水作為實驗對象(PH=6. 5 7. 8， C0D=260 350 mg/L， TN=60 85mg/L)。所選擇的CAST反應(yīng)器有效容積18L, 反應(yīng)器內(nèi)初始MLSS在3.5 4.0 g/L，曝氣量恒定在0. 1 m3/h，泥齡維持在 15 d左右，反應(yīng)溫度23。C。利用CAST分段進(jìn)水深度脫氮工藝及過程控制裝置，處理水量8L，分段次數(shù)為2次，最終出水中C0D小于50 mg/L、總氮小 于5 mg/L，遠(yuǎn)低于國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)所要求的總氮濃度。
權(quán)利要求
1、CAST分段進(jìn)水深度脫氮的過程控制裝置，包括有選擇器(1)、主反應(yīng)區(qū)(2)、連接在選擇器(1)上的進(jìn)水閥(3)和進(jìn)水泵(4)、選擇器(1)內(nèi)的攪拌器(5)、設(shè)置在主反應(yīng)區(qū)(2)內(nèi)的潷水器(6)和設(shè)置在主反應(yīng)區(qū)(2)底部的曝氣器(7)、連接在曝氣器(7)上的進(jìn)氣閥(8)和空氣壓縮機(jī)(9)、連接在潷水器(6)上的排水閥(10)、用于將污泥從主反應(yīng)區(qū)(2)回流至選擇器(1)的回流污泥泵(12)和回流污泥閥(11)、用于排放主反應(yīng)區(qū)(2)內(nèi)剩余污泥的排泥閥(13)；其特征在于還包括有設(shè)置在主反應(yīng)區(qū)(2)內(nèi)的潛水?dāng)嚢杵?14)、用于投加碳源至主反應(yīng)區(qū)(2)的碳源投加計量泵(17)、實時控制系統(tǒng)(15)和其輸出端與實時控制系統(tǒng)(15)相連的DO、ORP、pH傳感器(16)；其中所述的實時控制系統(tǒng)(15)包括連接在進(jìn)水泵(4)、攪拌器(5)、潷水器(6)、空氣壓縮機(jī)(9)、潛水?dāng)嚢杵?14)、碳源投加計量泵(17)上的時間繼電器、計算機(jī)以及連接在計算機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡。
2、 利用權(quán)利要求1所述的CAST分段進(jìn)水深度脫氮的過程控制裝置進(jìn)行脫氮 的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟1) 進(jìn)水打開進(jìn)水閥(3)和進(jìn)水泵(4)并開啟選擇器(1)內(nèi)的攪拌 器(5)，由預(yù)先設(shè)定的時間控制廢水處理量，當(dāng)達(dá)到預(yù)定時間后實時控制系 統(tǒng)(15)控制進(jìn)水泵(4)停止進(jìn)水；進(jìn)水的同時開啟回流污泥閥(11)和污 泥回流泵(12)，在預(yù)先設(shè)定的回流量下，污泥由主反應(yīng)區(qū)(2)末端回流至 選擇器(1);2) 進(jìn)水/曝氣開始進(jìn)水的同時，實時控制系統(tǒng)(15)開啟進(jìn)氣閥(8) 和空氣壓縮機(jī)(9)，由空氣壓縮機(jī)(9)提供的壓縮空氣進(jìn)入曝氣器(7)，向 主反應(yīng)區(qū)(2)混合液中供氧，進(jìn)行有機(jī)物的降解和含氮化合物的硝化作用； 整個過程由D0、 0RP、 pH傳感器(16)監(jiān)控，并通過數(shù)據(jù)釆集卡實時將所獲 得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)實施曝氣時間的實時控制，當(dāng)pH值曲殘上出現(xiàn)極小值， 同時ORP曲線上出現(xiàn)平臺時，表明硝化過程結(jié)束，此時關(guān)閉進(jìn)氣閥(8)和空 氣壓縮機(jī)(9)，停止曝氣；3) 加原污水?dāng)嚢柙趯崟r控制系統(tǒng)(15)的控制下打開進(jìn)水閥(3)和進(jìn)水泵(4)，同時邊進(jìn)水邊開啟主反應(yīng)區(qū)(2)內(nèi)潛水?dāng)嚢杵?14)，系統(tǒng)進(jìn) 行缺氧反硝化脫氮過程，反硝化進(jìn)程由D0、 0RP、 pH傳感器(16)監(jiān)控，并 通過數(shù)據(jù)采集卡實時將所獲得的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接嬎銠C(jī)進(jìn)行處理，最終達(dá)到 對進(jìn)水和攪拌時間的控制，當(dāng)pH值曲線上出現(xiàn)極大值，同時ORP曲線上出現(xiàn) 拐點時，表明反硝化過程結(jié)束，此時關(guān)閉進(jìn)水閥(3)、進(jìn)水泵(4)及潛水?dāng)?拌器(14)，停止進(jìn)水?dāng)嚢瑁?) 再曝氣在實時控制系統(tǒng)(15)的調(diào)節(jié)下開啟進(jìn)氣閥(8)和空氣壓 縮機(jī)(9)，對反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，使步驟3)中因加入原污水而帶入系統(tǒng)的氨 氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，曝氣時間由實時控制系統(tǒng)控制，當(dāng)pH值曲線上出現(xiàn)極小值， 同時0RP曲線上出現(xiàn)平臺時，關(guān)閉進(jìn)氣閥(8)和空氣壓縮機(jī)(9)，停止曝氣；5) 重復(fù)加原污水反硝化及后曝氣重復(fù)步驟3)、步驟4)，重復(fù)的次 數(shù)隨原污水水質(zhì)、處理水量及出水要求變化；6) 投加外碳源反硝化根據(jù)實時控制系統(tǒng)所預(yù)測的最終硝態(tài)氮產(chǎn)生量， 計算得出外加碳源的投量，在實時控制系統(tǒng)(15)的控制下開啟碳源投加計 量泵(17)，投加的碳源至剛好滿足反硝化要求，投加碳源的同時開啟潛水?dāng)?拌器(14)，反硝化進(jìn)程由D0、 0RP、 pH傳感器16監(jiān)控，當(dāng)pH值曲線上出現(xiàn) 極大值，同時ORP曲線上出現(xiàn)拐點時，反硝化結(jié)束后，關(guān)閉回流污泥閥(ll)、 回流污泥泵(12)及選擇器(1)內(nèi)的攪拌器(5)和主反應(yīng)區(qū)(2)內(nèi)的潛水 攪拌器(14);7) 沉淀投加外碳源反硝化工序結(jié)束時，由實時控制系統(tǒng)(15)中的時 間繼電器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時間控制沉淀時間，此時進(jìn)水閥(3)、進(jìn)氣閥(8)、 排水閥(10)和排泥閥(13)均處于關(guān)閉狀態(tài)；8) 排水沉淀階段結(jié)束后，停止污泥回流，在實時控制系統(tǒng)(15)調(diào)節(jié) 下，無動力式潷水器(6)開始工作，將處理后水經(jīng)排水閥(10)排出，排水時間由無動力式潷水器(6)控制；9) 閑置在實時控制系統(tǒng)(15)調(diào)節(jié)下，整個反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的所有閥門、 繼電器和計量泵均關(guān)閉，反應(yīng)器既不進(jìn)水也不排水，處于待機(jī)狀態(tài)；10) 系統(tǒng)依次重復(fù)步驟l) 步驟9)，根據(jù)原水水質(zhì)或水量變化自動調(diào) 節(jié)各步驟的時長，整個系統(tǒng)交替經(jīng)歷好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)，分段進(jìn)水和間 歇出水，并在每個周期結(jié)束時經(jīng)由排泥閥(13)定期排放剩余的活性污泥。
全文摘要
本發(fā)明涉及CAST分段進(jìn)水深度脫氮的過程控制裝置及方法，屬于SBR及其變型工藝污水生物脫氮技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用分多次進(jìn)水的運行方式與實時控制系統(tǒng)的集成，并充分利用了原污水中的有機(jī)碳源，最大程度上節(jié)省了外投碳源量，同時科學(xué)合理的分配每一階段硝化、反硝化的時間。增加缺氧攪拌階段，并采用變時長好氧/缺氧的方式運行，而控制好氧曝氣和缺氧攪拌的時間由實時過程控制策略來實現(xiàn)。本發(fā)明不僅能夠提高處理效率、降低了運行成本，而且在進(jìn)水污染物濃度發(fā)生較大變化時，由于采用了在線實時過程控制仍能準(zhǔn)確地控制交替好氧/缺氧時間，使整個系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力大大提高。
文檔編號C02F3/30GK101306878SQ200810114668
公開日2008年11月19日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者江 常, 彭永臻, 麗 王, 王淑瑩, 甘一萍, 娟 馬 申請人:北京工業(yè)大學(xué)