本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種一體化分點(diǎn)進(jìn)水式多級(jí)A/O強(qiáng)化脫氮裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，城鎮(zhèn)污水已廣泛得到有效處理，農(nóng)村生活污水、高速公路服務(wù)站污水、邊遠(yuǎn)部隊(duì)營(yíng)區(qū)生活污水等分散點(diǎn)源生活污水處理已成為水污染防治的重點(diǎn)。一體化污水處理裝置是處理分散點(diǎn)源生活污水的有效途徑。然而，生物脫氮除磷效果差與難以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守兩大問(wèn)題是長(zhǎng)期困擾一體化污水處理裝置運(yùn)行管理的難點(diǎn)。在生物除磷效果有限的條件下，輔以化學(xué)除磷能使出水磷濃度滿足穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的要求，因此有效去除污水中的氮(TN-N)是分散點(diǎn)源生活污水處理中的關(guān)鍵問(wèn)題。前置反硝化A/O脫氮活性污泥法利用生活污水的碳源進(jìn)行反硝化，是生活污水生物脫氮的主要方法。但是，小型污水處理系統(tǒng)的水質(zhì)水量變化大，活性污泥系統(tǒng)易發(fā)生污泥膨脹，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。因此，前置反硝化A/O脫氮活性污泥法不適于分散點(diǎn)源生活污水的處理。

以接觸氧化、生物轉(zhuǎn)盤和曝氣生物濾池等為代表的生物膜法，已在分散點(diǎn)源生活污水處理領(lǐng)域得到較好的應(yīng)用，采用前置反硝化A/O脫氮的二級(jí)處理流程亦能實(shí)現(xiàn)生物脫氮，但需混合液回流、污泥回流以及反沖洗等操作過(guò)程，所需設(shè)備多，泵、管道和計(jì)量?jī)x表等易發(fā)生故障，運(yùn)行管理較為復(fù)雜，仍難以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。因此，開發(fā)生物脫氮效果好、能實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的一體化污水處理裝置，在分散點(diǎn)源生活污水處理領(lǐng)域，有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決分散點(diǎn)源生活污水處理領(lǐng)域一體化污水處理裝置生物脫氮效果差、難以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守兩大問(wèn)題，提供了連接管道少、設(shè)施設(shè)備少、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單的一體化分點(diǎn)進(jìn)水式多級(jí)A/O強(qiáng)化脫氮裝置。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供的一體化分點(diǎn)進(jìn)水式多級(jí)A/O強(qiáng)化脫氮裝置，所述一體化分點(diǎn)進(jìn)水式多級(jí)A/O強(qiáng)化脫氮裝置設(shè)置有內(nèi)層室、中層室、外層室，外層室包括O1好氧區(qū)、O2好氧區(qū)、A1缺氧區(qū)、O3好氧區(qū)、A2缺氧區(qū)、O4好氧區(qū)、A3缺氧區(qū)、O5好氧區(qū)；

所述內(nèi)層室、中層室、O1好氧區(qū)、O2好氧區(qū)、A1缺氧區(qū)、O3好氧區(qū)、A2缺氧區(qū)、O4好氧區(qū)、A3缺氧區(qū)、O5好氧區(qū)依次連接，中層室、O2好氧區(qū)、O3好氧區(qū)、O4好氧區(qū)、O5好氧區(qū)的底部安裝有放空管；

內(nèi)層室的頂端設(shè)置有進(jìn)水管，中層室的頂端設(shè)置水解酸化出水管，O1好氧區(qū)、A1缺氧區(qū)、A2缺氧區(qū)、A3缺氧區(qū)的頂端安裝有重力進(jìn)水管；

O1好氧區(qū)、O2好氧區(qū)、O3好氧區(qū)、O4好氧區(qū)、O5好氧區(qū)的空氣管與氣泵相連；

O5好氧區(qū)的外側(cè)設(shè)置有出水槽，出水槽的底部安裝有出水管；中層室的外部設(shè)置有外層室，外層室的O1好氧區(qū)、O2好氧區(qū)、A1缺氧區(qū)、O3好氧區(qū)、A2缺氧區(qū)、O4好氧區(qū)、A3缺氧區(qū)、O5好氧區(qū)均放置若干懸浮流離球。

進(jìn)一步，所述懸浮流離球直徑為10cm，球殼為PVC注塑而成，球面呈網(wǎng)格狀，球殼內(nèi)填有立體海綿填料體。

進(jìn)一步，所述內(nèi)層室、中層室、外層室管均采用普通鋼或不銹鋼或UPVC板焊接而成，或采用混凝土澆筑制成。

進(jìn)一步，所述內(nèi)層室、中層室和外層室的有效體積比為1：3～9：10～18。

進(jìn)一步，所述內(nèi)層室和中層室具備厭氧接觸氧化特征，安裝的填料類型包括硬性、軟性、半軟性和立體彈性有機(jī)填料。

進(jìn)一步，所述中層室出水中的有機(jī)物以小分子揮發(fā)性有機(jī)酸的形態(tài)存在，總氮以氨氮的形態(tài)存在；中層室上端沿同一水平高度開設(shè)多個(gè)出水口，中層室的水解酸化出水分別流入外層室的O1好氧區(qū)、A1缺氧區(qū)、A2缺氧區(qū)和A3缺氧區(qū)，實(shí)現(xiàn)分點(diǎn)進(jìn)水；出水口設(shè)置閥門調(diào)節(jié)流量。

進(jìn)一步，所述外層室分隔成6～8個(gè)小室，O1好氧區(qū)、O2好氧區(qū)、A1缺氧區(qū)、O3好氧區(qū)、A2缺氧區(qū)、O4好氧區(qū)、A3缺氧區(qū)和O5好氧區(qū)的有效容積之比為1：1～3：1：1～3：1：1～3：1：1～3。

進(jìn)一步，所述O5好氧區(qū)內(nèi)安裝有TN總氮在線檢測(cè)器；所述氣泵上設(shè)置有信號(hào)控制模塊；

所述TN總氮在線檢測(cè)器用于檢測(cè)O5好氧區(qū)內(nèi)污水的TN總氮濃度，并將檢測(cè)信號(hào)傳輸給信號(hào)控制模塊；

所述信號(hào)控制模塊用于接收TN總氮在線檢測(cè)器的信號(hào)，并對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)處理后的信號(hào)指令，對(duì)氣泵進(jìn)行控制。

進(jìn)一步，所述信號(hào)控制模塊的信號(hào)接收方法包括：

獲取信號(hào)：獲取TN總氮在線檢測(cè)器采集數(shù)據(jù)信號(hào)后對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理；

信號(hào)進(jìn)行分段處理：即從每段信號(hào)里提取出均值、方差、信號(hào)的累積值和峰值4個(gè)基本時(shí)域參數(shù)，通過(guò)相鄰段信號(hào)的4個(gè)參數(shù)值的差值判斷是否有疑似泄漏的情況發(fā)生的第一層決策判斷：若有則往下執(zhí)行步驟小波包去噪，否者，跳到執(zhí)行獲取信號(hào)；

小波包去噪：即利用改進(jìn)小波包算法對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行去噪；

小波包分解與重構(gòu)：即利用改進(jìn)小波包算法對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行小波包分解與重構(gòu)，得到單子帶重構(gòu)信號(hào)；

提取信號(hào)特征參數(shù)：即從重構(gòu)的單子帶信號(hào)里提?。簳r(shí)域能量、時(shí)域峰值、頻域能量、頻域峰值、峰態(tài)系數(shù)、方差、頻譜和偏斜系數(shù)8個(gè)表示信號(hào)特征的參數(shù)；

組成特征向量：即利用主成分分析方法，從上述參數(shù)中選擇3到8個(gè)能明顯表示聲發(fā)射信號(hào)特征的參數(shù)組成特征向量，并對(duì)這些特征向量進(jìn)行決策判斷，判斷是否有泄漏發(fā)生。

進(jìn)一步，所述小波包去噪和小波包分解與重構(gòu)包括：

信號(hào)延拓：對(duì)小波包分解的各層信號(hào)進(jìn)行拋物線延拓；

設(shè)信號(hào)數(shù)據(jù)為x(a),x(a+1),x(a+2)，則延拓算子E的表達(dá)式為：

消去單子帶多余頻率成分；

將延拓后的信號(hào)與分解低通濾波器h₀卷積，得到低頻系數(shù)，然后經(jīng)過(guò)HF-cut-IF算子處理，去掉多余的頻率成分，再進(jìn)行下采樣，得到下一層的低頻系數(shù)；將延拓后的信號(hào)與分解高通濾波器g₀卷積，得到高頻系數(shù)，然后經(jīng)過(guò)LF-cut-IF算子處理，去掉多余的頻率成分，再進(jìn)行下采樣，得到下一層高頻系數(shù)，HF-cut-IF算子如式(2)所示，LF-cut-IF算子如式(3)所示；

在(2)、(3)式中，x(n)為在2^j尺度上小波包的系數(shù)，N_j表示在2^j尺度上數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，k＝0，1，…，N_j-1；n＝0，1，…，N_j-1；

單子帶信號(hào)重構(gòu)：將得到的高、低頻系數(shù)進(jìn)行上采樣，然后分別與高通重建濾波器g₁和低通重建濾波器h₁卷積，將得到的信號(hào)分別用HF-cut-IF、LF-cut-IF算子處理，得到單子帶重構(gòu)信號(hào)。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：污水C/N比大于6時(shí)該裝置對(duì)污水總氮的去除率大于85％，污水C/N比大于4時(shí)該裝置對(duì)污水總氮的去除率大于65％，該裝置處理生活污水時(shí)能滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)對(duì)出水總氮的要求；裝置運(yùn)行過(guò)程僅需風(fēng)機(jī)和簡(jiǎn)單儀器儀表，無(wú)沉淀分離、混合液回流、污泥回流與剩余污泥排放等操作過(guò)程，僅需技術(shù)人員定期維護(hù)，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低，能實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守；裝置運(yùn)行過(guò)程的電耗主要用于曝氣，1噸水處理電耗為0.9度左右，處理成本低；裝置結(jié)構(gòu)緊湊，水力停留時(shí)間為6～24h，占地面積小，主要用于處理日均水量小于100m³/d的分散點(diǎn)源生活污水。

本發(fā)明TN總氮在線檢測(cè)器、信號(hào)控制模塊的設(shè)置，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)處理后的污水TN濃度，有效控制氣泵的進(jìn)氣量進(jìn)行曝氣，達(dá)到理想的脫氮效果。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一體化分點(diǎn)進(jìn)水式多級(jí)A/O強(qiáng)化脫氮裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一體化分點(diǎn)進(jìn)水式多級(jí)A/O強(qiáng)化脫氮裝置的剖面圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一體化分點(diǎn)進(jìn)水式多級(jí)A/O強(qiáng)化脫氮裝置的平面圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的信號(hào)控制模塊信號(hào)連接框圖。

圖中：1、內(nèi)層室；2、中層室；3、放水管；4、O1好氧區(qū)；5、O2好氧區(qū)；6、A1缺氧區(qū)；7、O3好氧區(qū)；8、A2缺氧區(qū)；9、O4好氧區(qū)；10、A3缺氧區(qū)；11、O5好氧區(qū)；12、進(jìn)水管1；13、水解酸化出水管；14、空氣管；15、氣泵；16、出水槽；17、出水管；18、外層室；19、流離球；20、TN在線檢測(cè)器。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的描述。

如圖1-圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一體化分點(diǎn)進(jìn)水式多級(jí)A/O強(qiáng)化脫氮裝置包括：內(nèi)層室1、中層室2、放水管3、O1好氧區(qū)4、O2好氧區(qū)5、A1缺氧區(qū)6、O3好氧區(qū)7、A2缺氧區(qū)8、O4好氧區(qū)9、A3缺氧區(qū)10、O5好氧區(qū)11、進(jìn)水管12、水解酸化出水管13、空氣管14、氣泵15、出水槽16、出水管17、外層室18、流離球19。

采用三層同軸長(zhǎng)方體，由內(nèi)至外三個(gè)正方形的邊長(zhǎng)之比為1:3:5。內(nèi)層室1、中層室2、O1好氧區(qū)4、O2好氧區(qū)5、A1缺氧區(qū)6、O3好氧區(qū)7、A2缺氧區(qū)8、O4好氧區(qū)9、A3缺氧區(qū)10、O5好氧區(qū)11依次連接，中層室2、O2好氧區(qū)5、O3好氧區(qū)7、O4好氧區(qū)9、O5好氧區(qū)11的底部均安裝有放空管3；內(nèi)層室1的頂端設(shè)置有進(jìn)水管12，中層室2、O1好氧區(qū)4、A1缺氧區(qū)6、A2缺氧區(qū)8、A3缺氧區(qū)10的頂端安裝有分點(diǎn)進(jìn)水管，分點(diǎn)進(jìn)水管與水解酸化出水管13相連，分別流入外層室的O1好氧區(qū)、A1缺氧區(qū)、A2缺氧區(qū)和A3缺氧區(qū)。O1好氧區(qū)4、O2好氧區(qū)5、O3好氧區(qū)7、O4好氧區(qū)9、O5好氧區(qū)11通過(guò)空氣管14與氣泵15聯(lián)通；O5好氧區(qū)11的右側(cè)設(shè)置有出水槽16，出水槽16的底部安裝有出水管17；中層室2的外部設(shè)置有外層室18，外層室18內(nèi)部放置若干懸浮流離球19。

處理過(guò)程的水流方向?yàn)槲鬯鷥?nèi)層室→中層室→O1好氧區(qū)→O2好氧區(qū)→A1缺氧區(qū)→O3好氧區(qū)→A2缺氧區(qū)→O4好氧區(qū)→A3缺氧區(qū)→O5好氧區(qū)，同時(shí)水解酸化后的出水從中層室分別進(jìn)入O1好氧區(qū)、A1缺氧區(qū)、A2缺氧區(qū)、A3缺氧區(qū)，實(shí)現(xiàn)分點(diǎn)進(jìn)水。各區(qū)室的液位高度為內(nèi)層室≥中層室＞O1好氧區(qū)≥O2好氧區(qū)＞A1缺氧區(qū)≥O3好氧區(qū)＞A2缺氧區(qū)≥O4好氧區(qū)＞A3缺氧區(qū)≥O5好氧區(qū)。內(nèi)層室和中層室組成水解酸化室，污水下向流流入裝置的內(nèi)層室，上向流流出中層室，內(nèi)層室和中層室底部連通，且四壁均開設(shè)有相同大小的矩形“孔洞”，以折流的方式完成水解酸化過(guò)程。外層室的O1好氧區(qū)、O2好氧區(qū)、A1缺氧區(qū)、O3好氧區(qū)、A2缺氧區(qū)、O4好氧區(qū)、A3缺氧區(qū)、O5好氧區(qū)之間設(shè)置折板，水流方向?yàn)橄孪蛄鳌⑸舷蛄鹘惶?；氣泵或鼓風(fēng)機(jī)將空氣壓入O1好氧區(qū)、O2好氧區(qū)、O3好氧區(qū)、O4好氧區(qū)、O5好氧區(qū)，曝氣區(qū)采用“穿孔管”曝氣。

所述的懸浮流離球直徑為10cm，其球殼為PVC注塑而成，球面呈網(wǎng)格狀,球殼內(nèi)填有立體海綿填料，立體海綿填料體邊長(zhǎng)平均1.5cm，立體海綿空隙率大于0.9；內(nèi)部填充物占流離球內(nèi)部體積的70％～80％之間。所述內(nèi)層室、中層室共同構(gòu)成水解調(diào)節(jié)室。所述內(nèi)層、中層、外層均采用普通鋼或不銹鋼或UPVC板焊接而成，或采用混凝土澆筑制成。

如圖4所示：所述O5好氧區(qū)內(nèi)安裝有TN總氮在線檢測(cè)器；所述氣泵上設(shè)置有信號(hào)控制模塊；

所述TN總氮在線檢測(cè)器用于檢測(cè)O5好氧區(qū)內(nèi)污水的TN總氮濃度，并將檢測(cè)信號(hào)傳輸給信號(hào)控制模塊；

所述信號(hào)控制模塊用于接收TN總氮在線檢測(cè)器的信號(hào)，并對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)處理后的信號(hào)指令，對(duì)氣泵進(jìn)行控制。

所述信號(hào)控制模塊的信號(hào)接收方法包括：

獲取信號(hào)：獲取TN總氮在線檢測(cè)器采集數(shù)據(jù)信號(hào)后對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理；所述O5好氧區(qū)內(nèi)安裝有TN總氮在線檢測(cè)器20；所述氣泵上設(shè)置有信號(hào)控制模塊；

所述信號(hào)控制模塊用于接收TN總氮在線檢測(cè)器傳輸?shù)男盘?hào)，并對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)處理后的信號(hào)指令，對(duì)氣泵進(jìn)行控制。

所述信號(hào)控制模塊的信號(hào)接收方法包括：

獲取信號(hào)：獲取TN總氮在線檢測(cè)器采集數(shù)據(jù)信號(hào)后對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理；

信號(hào)進(jìn)行分段處理：即從每段信號(hào)里提取出均值、方差、信號(hào)的累積值和峰值4個(gè)基本時(shí)域參數(shù)，通過(guò)相鄰段信號(hào)的4個(gè)參數(shù)值的差值判斷是否有疑似泄漏的情況發(fā)生的第一層決策判斷：若有則往下執(zhí)行步驟小波包去噪，否者，跳到執(zhí)行獲取信號(hào)；

小波包去噪：即利用改進(jìn)小波包算法對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行去噪；

小波包分解與重構(gòu)：即利用改進(jìn)小波包算法對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行小波包分解與重構(gòu)，得到單子帶重構(gòu)信號(hào)；

提取信號(hào)特征參數(shù)：即從重構(gòu)的單子帶信號(hào)里提?。簳r(shí)域能量、時(shí)域峰值、頻域能量、頻域峰值、峰態(tài)系數(shù)、方差、頻譜和偏斜系數(shù)8個(gè)表示信號(hào)特征的參數(shù)；

組成特征向量：即利用主成分分析方法，從上述參數(shù)中選擇3到8個(gè)能明顯表示聲發(fā)射信號(hào)特征的參數(shù)組成特征向量，并對(duì)這些特征向量進(jìn)行決策判斷，判斷是否有泄漏發(fā)生。

所述小波包去噪和小波包分解與重構(gòu)包括：

信號(hào)延拓：對(duì)小波包分解的各層信號(hào)進(jìn)行拋物線延拓；

設(shè)信號(hào)數(shù)據(jù)為x(a),x(a+1),x(a+2)，則延拓算子E的表達(dá)式為：

消去單子帶多余頻率成分；

將延拓后的信號(hào)與分解低通濾波器h₀卷積，得到低頻系數(shù)，然后經(jīng)過(guò)HF-cut-IF算子處理，去掉多余的頻率成分，再進(jìn)行下采樣，得到下一層的低頻系數(shù)；將延拓后的信號(hào)與分解高通濾波器g₀卷積，得到高頻系數(shù)，然后經(jīng)過(guò)LF-cut-IF算子處理，去掉多余的頻率成分，再進(jìn)行下采樣，得到下一層高頻系數(shù)，HF-cut-IF算子如式(2)所示，LF-cut-IF算子如式(3)所示；

在(2)、(3)式中，x(n)為在2^j尺度上小波包的系數(shù)，N_j表示在2^j尺度上數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，k＝0，1，…，N_j-1；n＝0，1，…，N_j-1；

單子帶信號(hào)重構(gòu)：將得到的高、低頻系數(shù)進(jìn)行上采樣，然后分別與高通重建濾波器g₁和低通重建濾波器h₁卷積，將得到的信號(hào)分別用HF-cut-IF、LF-cut-IF算子處理，得到單子帶重構(gòu)信號(hào)。

本發(fā)明的工作原理：

污水通過(guò)進(jìn)水管進(jìn)入內(nèi)層室，通過(guò)內(nèi)層室底部設(shè)置的孔洞，流入中層室，內(nèi)層室與中層室均填充立體彈性有機(jī)填料，構(gòu)成水解調(diào)節(jié)室；水解酸化后的污水以重力自流的方式分別進(jìn)入O1好氧區(qū)、A1缺氧區(qū)、A2缺氧區(qū)、A3缺氧區(qū)，并調(diào)節(jié)同一水平高度的4個(gè)閥門，控制進(jìn)水量依次為O1好氧區(qū)≥A1缺氧區(qū)＞A2缺氧區(qū)＞A3缺氧區(qū)；O1好氧區(qū)、O2好氧區(qū)、A1缺氧區(qū)、O3好氧區(qū)、A2缺氧區(qū)、O4好氧區(qū)、A3缺氧區(qū)、O5好氧區(qū)均填充流離球，構(gòu)成多級(jí)折流流離生化A/O脫氮系統(tǒng)，完成碳化、硝化、反硝化和同步硝化反硝化等生化反應(yīng)；處理后的出水流入O5好氧區(qū)外側(cè)的出水槽，通過(guò)外層室底部設(shè)置的排水管排出。

本發(fā)明設(shè)置的TN在線檢測(cè)器和信號(hào)控制模塊，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)處理后的污水TN濃度，有效控制氣泵的曝氣量，達(dá)到理想的脫氮效果。

以上所述僅是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。