申请日2011.03.24
公开(公告)日2012.09.26
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明涉及一种动态多级缺氧/好氧污水处理方法，步骤为：在污水处理厂的曝气池底部安装曝气装置;建立动态多级缺氧/好氧污水处理过程模型;确定动态多级缺氧/好氧污水处理过程的供氧能耗性能函数和约束条件;在上述动态多级缺氧/好氧污水处理过程模型和供氧能耗性能函数的基础上，动态确定两个工艺参数：一是缺氧区和好氧区面积分配，二是动态多级缺氧/好氧工艺的运行周期;通过调节曝气装置的曝气量大小，在曝气池内形成多个缺氧区和好氧区的配置。本发明提高了污水处理过程氨氮的去除能力，在保证出水稳定达标的前提下，降低污水处理过程能耗。
权利要求书 [支持框选翻译]
1.一种动态多级缺氧/好氧污水处理方法，其特征在于包括以下步骤：
在污水处理厂的曝气池底部安装曝气装置;
建立动态多级缺氧/好氧污水处理过程模型;
在上述污水处理过程模型的基础上，确定动态多级缺氧/好氧污水处理过程的供氧能耗性能函数和约束条件;
在上述动态多级缺氧/好氧污水处理过程模型和供氧能耗性能函数的基础上，通过优化计算方法动态确定两个工艺参数：一是缺氧区和好氧区面积分配，即曝气池中缺氧区和好氧区各占多大的面积;二是动态多级缺氧/好氧工艺的运行周期，即经过多长时间缺氧区和好氧区的区域互换;
通过调节曝气装置的曝气量大小，在曝气池内形成多个缺氧区和好氧区的配置，实现动态多级缺氧/好氧处理工艺。
2.按权利要求1所述的动态多级缺氧/好氧污水处理方法，其特征在于：所述的曝气装置为微孔曝气器或盘式曝气器，在曝气池底部按列排放，每列曝气装置由一个电动阀控制曝气量的大小。
3.按权利要求1所述的动态多级缺氧/好氧污水处理方法，其特征在于：所述建立动态多级缺氧/好氧污水处理过程模型的步骤包括：
提出污水处理过程模型建立的假设条件;
根据物料平衡关系，分别对曝气池内的底物和微生物建模，得到底物和微生物的物料平衡关系式;
考虑到溶解氧浓度对底物最大比降解速率和微生物衰减速率的影响，调整底物和微生物物料平衡关系式中底物最大比降解速率和微生物衰减速率。
4.按权利要求3所述的动态多级缺氧/好氧污水处理方法，其特征在于：所述污水处理过程模型建立的假设条件包括：微生物为非自养微生物，其生长速率大于死亡速率，并满足Monod方程;入水的溶解氧浓度为0;入水中的微生物浓度为0;曝气池完全混合;二沉池中无生化反应发生;二沉池沉淀彻底，出水的微生物浓度为0;回流污泥影响污泥龄和生长系数;污泥泥龄远大于水力停留时间。
5.按权利要求3所述的动态多级缺氧/好氧污水处理方法，其特征在于：所述底物和微生物的物料平衡关系式为：
物料的累积量=物料的输入量-物料的输出量+物料的反应生成量。
6.按权利要求5所述的动态多级缺氧/好氧污水处理方法，其特征在于：曝气池中底物的物料平衡关系为：
微生物的平衡关系为：
7.按权利要求3所述的动态多级缺氧/好氧污水处理方法，其特征在于：所述考虑溶解氧浓度对底物最大比降解速率和微生物衰减速率的影响，调整底物和微生物物料平衡关系式中的底物最大比降解速率和微生物衰减速率为：
用溶解氧的开关函数来表示溶解氧对底物最大比降解速率和对微生物衰减速率的影响，开关函数中氧的开关常数(氧的饱和常数)的取值定量的反映了溶解氧对底物最大比降解速率和对微生物衰减速率的影响大小。
8.按权利要求3所述的动态多级缺氧/好氧污水处理方法，其特征在于：所述的曝气池内底物用生物需氧量来表征，对不具备BOD在线测量的场合通过化学需氧量换算得到BOD。
9.按权利要求1所述的动态多级缺氧/好氧污水处理方法，其特征在于：所述的供氧能耗性能函数通过耗氧速率得到，关系式为：
式中M为转移单位质量的溶解氧所需的能耗，HRT为生化池水力停留时间，TAO为A/O处理单元的运行周期，Q为入水流量，DO为溶解氧浓度，a为利用单位底物的需氧系数，n为缺氧/好氧区单元数，V0表示供气作用体积，X为曝气池污泥浓度，k为底物最大比降解速率常数，S为出水底物浓度，KS为饱和常数，b为微生物内源呼吸需氧速率，Kd为微生物衰减速率，KO为氧的开关常数或称氧的饱和常数。
10.按权利要求1所述的动态多级缺氧/好氧污水处理方法，其特征在于：所述约束条件为通过动态多级缺氧/好氧污水处理过程模型计算得到的系统出水化学需氧量COD预测值低于限值。
11.按权利要求1所述的动态多级缺氧/好氧污水处理方法，其特征在于：所述优化计算方法包括梯度下降法、单纯性法、遗传算法、粒子群算法、模拟退火、蚁群算法。
说明书 [支持框选翻译]
动态多级缺氧/好氧污水处理方法
技术领域
本发明涉及一种污水处理技术，具体的说是一种动态多级缺氧/好氧污水处理方法。
背景技术
随着人们对环境问题的关注，国家对污水排放的标准越来越严格，特别是对于污水处理厂氨氮去除能力提出了更高的要求。
目前世界上许多国家和地区的水体都出现了严重的富营养化现象，引起水体富营养化的主要物质是氮和磷，脱氮除磷已成为世界各国普遍关注的问题。近年来我国太湖等多个流域爆发了蓝藻水华事件，其原因就是大量含氨氮和磷的城镇生活污水、工业废水以及农业生产生活带来的污染物不断排入这些流域的水体，造成氨氮和磷含量急剧上升，导致“营养过剩”。
另一方面，目前我国污水处理厂运行状况不佳，能耗过高是制约污水处理行业发展的重要瓶颈。根据清华大学环境科学与工程系系统分析研究所2006年对我国559座城镇污水处理厂能耗状况的统计分析，目前我国城市污水处理厂的吨水耗电量约为0.29千瓦时/吨，约为发达国家城市污水处理厂的吨水耗电量的2倍，造成了污水处理运行成本过高。
发明内容
针对现有污水处理技术中存在的能耗高和氨氮去除效率低的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种提高污水处理过程氨氮的去除能力、降低污水处理过程能耗的动态多级缺氧/好氧污水处理方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种动态多级缺氧/好氧污水处理方法包括以下步骤：
在污水处理厂的曝气池底部安装曝气装置;
建立动态多级缺氧/好氧污水处理过程模型;
在上述污水处理过程模型的基础上，确定动态多级缺氧/好氧污水处理过程的供氧能耗性能函数和约束条件;
在上述动态多级缺氧/好氧污水处理过程模型和供氧能耗性能函数的基础上，通过优化计算方法动态确定两个工艺参数：一是缺氧区和好氧区面积分配，即曝气池中缺氧区和好氧区各占多大的面积;二是动态多级缺氧/好氧工艺的运行周期，即经过多长时间缺氧区和好氧区的区域互换;
通过调节曝气装置的曝气量大小，在曝气池内形成多个缺氧区和好氧区的配置，实现动态多级缺氧/好氧处理工艺。
所述的曝气装置为微孔曝气器或盘式曝气器，在曝气池底部按列排放，每列曝气装置由一个电动阀控制曝气量的大小。
所述建立动态多级缺氧/好氧污水处理过程模型的步骤包括：
提出污水处理过程模型建立的假设条件;
根据物料平衡关系，分别对曝气池内的底物和微生物建模，得到底物和微生物的物料平衡关系式;
考虑到溶解氧浓度对底物最大比降解速率和微生物衰减速率的影响，调整底物和微生物物料平衡关系式中底物最大比降解速率和微生物衰减速率。
所述污水处理过程模型建立的假设条件包括：微生物为非自养微生物，其生长速率大于死亡速率，并满足Monod方程;入水的溶解氧浓度为0;入水中的微生物浓度为0;曝气池完全混合;二沉池中无生化反应发生;二沉池沉淀彻底，出水的微生物浓度为0;回流污泥影响污泥龄和生长系数;污泥泥龄远大于水力停留时间。
所述底物和微生物的物料平衡关系式为：
物料的累积量=物料的输入量-物料的输出量+物料的反应生成量
曝气池中底物的物料平衡关系为：
微生物的平衡关系为：
所述考虑溶解氧浓度对底物最大比降解速率和微生物衰减速率的影响，调整底物和微生物物料平衡关系式中的底物最大比降解速率和微生物衰减速率为：
用溶解氧的开关函数来表示溶解氧对底物最大比降解速率和对微生物衰减速率的影响，开关函数中氧的开关常数(氧的饱和常数)的取值定量的反映了溶解氧对底物最大比降解速率和对微生物衰减速率的影响大小。
所述的曝气池内底物用生物需氧量来表征，对不具备BOD在线测量的场合通过化学需氧量换算得到BOD。
所述的供氧能耗性能函数通过耗氧速率得到，关系式为：
式中M为转移单位质量的溶解氧所需的能耗，HRT为生化池水力停留时间，TAO为AO处理单元的运行周期，Q为入水流量，DO为溶解氧浓度，a为利用单位底物的需氧系数，n为缺氧/好氧区单元数，V0表示供气作用体积，X为曝气池污泥浓度，k为底物最大比降解速率常数，S为出水底物浓度，KS为饱和常数，b为微生物内源呼吸需氧速率，Kd为微生物衰减速率，KO为氧的开关常数或称氧的饱和常数。
所述约束条件为通过动态多级缺氧/好氧污水处理过程模型计算得到的系统出水化学需氧量COD预测值低于限值。
所述优化计算方法包括梯度下降法、单纯性法、遗传算法、粒子群算法、模拟退火、蚁群算法。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.提高污水处理过程氨氮的去除能力，提高系统出水水质。本发明在曝气池形成多级动态缺氧/好氧(A/O)配置，充分利用厌氧菌和兼氧菌的作用，在曝气池形成多次硝化与反硝化过程，增强了氨氮去除能力。
2.在保证出水稳定达标的前提下，降低污水处理过程能耗。本发明在曝气池中配置了多个厌氧区域，充分利用厌氧菌的反硝化作用，降低了污水处理过程能耗。
3.提高了污水处理能力。本发明应用后可提高系统抗负荷冲击能力，提高了污水处理量。
4.本发明的工艺参数是基于污水处理过程模型和优化计算技术自动生成并由控制系统执行，从而工艺及其模型与优化技术成为不可分割的整体。
