申请日2019.07.03
公开(公告)日2019.08.30
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明是一种用于市政污水厂AAO工艺的复合碳源投加量自动反馈及调节装置，包括污水处理装置和控制系统，所述污水处理装置包括通过管道依次连接的厌氧处理池、缺氧处理池、好氧处理池。本发明通过多点投加装置可以解决碳源的投加不均匀的问题，通过复合碳源存储罐和中转罐双重校准系统可以解决碳源的计量难问题，通过复合碳源存储罐的液位控制组件的报警装置解决供应不及时的问题，通过多层次的控制工艺解决什么时间点投加最佳以及加多少量为最佳的问题，从而四位一体的综合解决了复合碳源的投加难题，达到精准投加到各个应用单元，有助于污水厂控制生产成本。
权利要求书
1.一种用于市政污水厂AAO工艺的复合碳源投加量自动反馈及调节装置，其特征在于，包括污水处理装置和控制系统，所述污水处理装置包括通过管道依次连接的厌氧处理池、缺氧处理池、好氧处理池，所述厌氧处理池设置有污水入口，污水入口前端管道设有电磁流量计和在线溶解氧仪，所述好氧处理池设置有污水出口，所述厌氧处理池上部与复合碳源存储罐连接，所述好氧处理池与曝气装置连接，所述厌氧处理池与所述污水入口之间设置有进口总氮在线检测仪，所述缺氧处理池与好氧处理池通过回流管道连接，所述回流管道上设置有回流控制阀，所述好氧处理池之间设置有缺氧硝氮检测仪，所述好氧处理池与所述污水出口设置有出口总氮在线检测仪，所述污水入口设置有在线溶解氧检测仪，所述控制系统包括PLC控制器，所述PLC控制器控制进口总氮在线检测仪、缺氧池硝氮检测仪、出口总氮在线检测仪、回流控制阀的监测运行;
污水厂生化池的复合碳源采用多点投加装置,所述多点投加装置包括圆环形的上管和下管，所述上管和所述下管大小相同并通过连接管连接，所述上管和所述下管通过进口管输入复合碳源，所述进口管与复合碳源存储罐连接，所述上管和所述下管通过出口管输出复合碳源，上管和下管的底部设置有一系列的出液口，且所述上管的出液口和下管的出液口位于同一垂直位置，所述上管和下管内部复合碳源流动方向相反。
2.据权利要求1所述的调节装置，其特征在于，所述复合碳源存储罐与中转罐通过连接管连接，所述连接管设置有连通阀，所述复合碳源存储罐与所述中转罐的尺寸一致，管壁上设置有刻度，所述复合碳源存储罐与所述中转罐的初始复合碳源储量一致，所述中转罐的复合碳源储量固定。
3.据权利要求2所述的调节装置，其特征在于，所述复合碳源存储罐设置有液位控制组件，所述液位控制组件包括液位计、加药计量泵、电磁阀，所述液位计位于复合碳源存储罐内，实时监测液位高度，所述加药计量泵进水管与存储罐出口连接，所述加药计量泵进水管上设置有电磁阀，所述加药计量泵出水管与所述多点投加装置的进口管连接，所述液位控制组件与所述控制系统连接。
4.据权利要求3所述的调节装置，其特征在于，所述液位控制组件包括高位传感器、低位传感器，所述高位传感器设置在复合碳源存储罐的上部内壁，低位传感器设置在复合碳源存储罐的下部内壁，所述高位传感器和所述低位传感器设置有预警装置。
5.据权利要求3所述的调节装置，所述复合碳源为可溶性碳源，所述可溶性碳源包括葡萄糖、糖蜜、乙酸钠中的一种或多种成分的碳源组合。
6.据权利要求1-5任一项所述的调节装置，其特征在于，所述复合碳源的投加量Q投与污水的处理量Q水满足下列关系式：Q投/每小时=(Y3-Y0)*C/N*Q水/(COD值)*24小时;
其中Q投为复合碳源的投加量;
Q水为污水的处理量
Y0为所述出口总氮在线检测仪的测量值，
Y3为所述进口总氮在线检测仪的测量值;
C/N为固定值;
COD值为外加碳源的COD值。
7.据权利要求6所述的调节装置，其特征在于，所述复合碳源为C/N值为6。
8.据权利要求7所述的调节装置，其特征在于，所述复合碳源的投加量Q投与污水的处理量Q水满足下列关系式：
Q投=1.2*(4.51Y+3.57X)*Q水/(24*ρ*103)，
其中，Y=Y2-Y0——需要去除的硝酸盐氮浓度，mg/L;
ρ复合碳源的密度;
X——起始在线溶解氧仪的DO浓度，mg/L;
Y2是所述缺氧池的硝氮检测仪测量的硝态氮值。
9.据权利要求8所述的调节装置，其特征在于，所述Y2的测量值20分钟修正一次。
10.据权利要求8所述的调节装置，其特征在于，所述复合碳源的投加量Q投与污水的处理量Q水满足下列关系式：
Y2=(24*Q投/4.51ρ*Q水-0.79X)+Y0。
说明书
一种用于市政污水厂AAO工艺的复合碳源投加量自动反馈及调节装置
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种用于市政污水厂AAO工艺的复合碳源投加量自动反馈及调节装置。
背景技术
随着经济的迅速发展以及城市化进程的加快，水体的富营养化问题(氮、磷过量)日益突出，在我国南方城市的污水中有机物含量很低，污水进水营养比例失调。典型的南方现有市政污水厂的进水COD多在100mg/L左右，并且BOD低于30%，雨季可能更低，总氮值多在30mg/L左右，由于BOD低，可生化性差，难以达到日益严格的一级A排放标准中总氮低于15mg/L的要求。
目前市政污水厂中大多采用AAO工艺通过污水中含氮化合物在微生物的作用下，通过氨化、硝化与反硝化的三步反应，达到脱氮的目的。在有机氮化合物在氨化菌的作用下，分解转化为氨态氮，在硝化菌的作用下，氨态氮进一步分解氧化，首先利用好氧段经硝化作用，由硝化细菌和亚硝化细菌的协同作用，将氨氮通过硝化作用转化为亚硝态氮、硝态氮，在缺氧条件下通过反硝化作用将硝氮转化为氮气，溢出水面释放到大气，参与自然界氮的循环，大量减少水中含氮物质，降低出水的潜在危险性，达到从废水中脱氮的目的。
因污水管网建设不完善、分流制污水管网较少、时有工业废水进厂，地下水渗入等原因，导致水中的有机污染物浓度不高，可利用碳源更低，氮和磷的含量较高，BOD5/TN<3或BOD5/TP<20(有可能同时存在),使得生物脱氮除磷效果不理想。对于这种情况，添加碳源是最简单有效的方法。在这样的进水条件下为了实现氮磷达标排放需要在生物池内保持一定的活性污泥中的微生物数量，对氮和磷进行降解，这就产生了较低的有机负荷-食微比F/M非常低，极低的食微比F/M会造成活性污泥老化解体，如下图所示，造成出水水质超标。因此在这样的进水环境下，需要补充一定的碳源以满足微生物的生长需求。特别是在生物池的缺氧环境下的反硝化过程中，需要一定比例的碳源来进行脱氮过程。例如，沈晓铃在《中国给水排水》发表的论文《深床反硝化滤池在污水厂提标扩建工程中的应用》，指出在外加碳源的情况下，运行效果稳定，其出水各项指标均低于一级A标准，尤其是TN，可稳定低于5mg/L。钱静在《净水技术》上发表论文《城市污水Leopold反硝化滤池的深度处理中试试验》，实现了同步脱氮除磷的效果，滤池出水总氮去除率为88.7%，总磷去除率为79.2%。
而目前大多的碳源投加的方式通常为经验数据加简单的人工理论计算，不能适应目前市政污水厂进水水量大及水质波动大而造成出水数据超标的问题;且目前这种恒量投加的数据来源于出水口的在线数据，使得数据反馈严重滞后，不但容易出水总氮超标，而且会由于碳源超量投加导致出水COD存在超标风险，以及了增加运行成本。
发明内容
本发明目的是在现有技术的基础之上，提供一种用于市政污水厂AAO工艺的复合碳源投加量自动反馈及调节装置，能够对有粘度或高浓度(一般情况下，浓度越大，粘度越大)的复合碳源，实现直接对碳源精准投加，确保污水出水达到预期的处理效果和减少运行成本。本发明的技术方案如下所述。
一种用于市政污水厂AAO工艺的复合碳源投加量自动反馈及调节装置，其特征在于，包括污水处理装置和控制系统，所述污水处理装置包括通过管道依次连接的厌氧处理池、缺氧处理池、好氧处理池，所述厌氧处理池设置有污水入口，污水入口前端管道设有电磁流量计和在线溶解氧仪，所述好氧处理池设置有污水出口，所述厌氧处理池上部与复合碳源存储罐连接，所述好氧处理池与曝气装置连接，所述厌氧处理池与所述污水入口之间设置有进口总氮在线检测仪，所述缺氧处理池与好氧处理池通过回流管道连接，所述回流管道上设置有回流控制阀，所述好氧处理池之间设置有缺氧硝氮检测仪，所述好氧处理池与所述污水出口设置有出口总氮在线检测仪，所述污水入口设置有在线溶解氧检测仪，所述控制系统包括PLC控制器，所述PLC控制器可控制进口总氮在线检测仪、缺氧池硝氮检测仪、出口总氮在线检测仪、回流控制阀的监测运行;
污水厂生化池的复合碳源采用多点投加装置,包括圆环形的上管和下管，所述上管和所述下管大小相同并通过连接管连接，所述上管和所述下管通过进口管输入复合碳源，所述进口管与复合碳源存储罐连接，所述上管和所述下管通过出口管输出复合碳源，上管和下管的底部设置有一系列的出液口，且所述上管的出液口和下管的出液口位于同一垂直位置，所述上管和下管内部复合碳源流动方向相反。
本发明的第一个发明点是在多点投加上采用逆向双回路的管道，解决输送过程中前面管点量大后面管点量小的问题。使得添加更均匀。
作为优选，所述复合碳源存储罐与中转罐通过连接管连接，所述连接管设置有连通阀，所述复合碳源存储罐与所述中转罐的尺寸一致，管壁上设置有刻度，所述复合碳源存储罐与所述中转罐的初始复合碳源储量一致，所述中转罐的复合碳源储量固定。
本发明的第二个核心发明点是复合碳源存储罐和中转罐双重校准系统可以解决碳源的计量难问题，可以解决碳源的计量难问题。复合碳源浓度越高，粘性越大，越容易粘附电极，导电性变差，所以用了一段时间后就会出现误差，特别是因有浓度高导致粘度大，对管道有阻力大及粘住流量计探头而产生误差。通过连通阀可以实现所述复合碳源存储罐与所述中转罐的初始复合碳源储量一致。因此，复合碳源存储罐使用一段时间后，可以通过计算中转罐和复合碳源存储罐的液位高度差，即可计算复合碳源存储罐的投加量。
作为优选，所述复合碳源存储罐设置有液位控制组件，所述液位控制组件包括液位计、加药计量泵、电磁阀，所述液位计位于复合碳源存储罐内，实时监测液位高度，所述加药计量泵进水管与存储罐出口连接，所述加药计量泵进水管上设置有电磁阀，所述加药计量泵出水管与所述多点投加装置的进口管连接，所述液位控制组件与所述控制系统连接。
为了运输的经济性，一般情况下复合碳源浓度越高，运输成本越低;但是碳源浓度越高，越容易粘附电极，因此经常会导致液位控制组件的传感器导电性变差，所以用了一段时间后就会出现误差。通过前面的中转罐和复合碳源存储罐的液位高度差，计算出复合碳源存储罐的投加量，可以精确反馈衡量液位控制组件的精确性，进而可以定期(如每四小时)来校准流量计。双重校准系统来校正流量后，反馈给控制系统，控制系统再通过电磁阀来调节流量计，从而加药计量泵达到对复合碳源的流速控制，达到精准投加到各个应用单元。
作为优选，所述液位控制组件包括高位传感器、低位传感器，所述高位传感器设置在复合碳源存储罐的上部内壁，低位传感器设置在复合碳源存储罐的下部内壁，所述高位传感器和所述低位传感器设置有预警装置。
本发明的第三个发明点，是高位传感器和低位传感器可以实现复合碳源的远程监控，当复合碳源存储罐的液位高于高位传感器，停止加入复合碳源;当液位低于低位传感器时，即可添加复合碳源;确保复合碳源处于一个安全的库存状态。
作为优选，所述复合碳源为可溶性碳源，所述可溶性碳源为含有葡萄糖、糖蜜、乙酸钠、其他可溶性碳源中的2种或多种成分的碳源组合。
作为优选，所述复合碳源的投加量Q投与污水的处理量Q水满足下列关系式：Q投/每小时=(Y3-Y0)*C/N*Q水/(COD值)*24小时;
其中Q投为复合碳源的投加量，
Q水为污水的处理量
Y0为所述出口总氮在线检测仪的测量值，
Y3为所述进口总氮在线检测仪的测量值;
C/N为固定值;
COD值为外加碳源的COD值。
该关系式命名为关系式1。关系式1为刚刚开始处理污水碳源投加时的投加量计算公式，因为刚刚开始处理，水还没有流出，出口总氮在线检测仪的测量值也就是Y0是没有的，所以取国家环保标准的排放值作为初始值。
作为优选，所述复合碳源，C/N值为6;以确保除氮效果。
作为优选，所述复合碳源的投加量Q投与污水的处理量Q水满足下列关系式：
Q投=1.2*(4.51Y+3.57X)*Q水/(24*ρ*103)，
其中，Y=Y2-Y0——需要去除的硝酸盐氮浓度，mg/L;
ρ复合碳源的密度
X——起始在线溶解氧仪的DO浓度，mg/L;
Y2是所述缺氧池的硝氮检测仪测量的硝态氮值。
该关系式命名为关系式2。依据关系式1投加一段时间后，可以获得Y0值，此时可以修正投加量。由于关系式1是初始阶段，较为粗糙，可以引入Y2这一中间阶段的值进行修正。
作为优选，所述Y2的测量值20分钟修正一次。
作为优选，所述复合碳源的投加量Q投与污水的处理量Q水满足下列关系式：
Y2=(24*Q投/4.51ρ*Q水-0.79X)+Y0。
该关系式命名为关系式3。通过缺氧池的硝氮在线监测仪器与出口总氮在线检测仪、起始在线溶解氧仪的组合，特别是起始溶解氧的实时监控数据，实时来修正关系式2的缺氧池的硝氮检测仪测量的硝态氮值，已达到更精确的投加目的。
本发明的第四个核心发明点是通过关系式1-3，解决了解决什么时间点投加最佳以及加多少量为最佳的问题。进出水的COD监测仪、进出水的氨氮在线检测仪及硝氮在线监测仪、起始在线溶解氧仪的组合，特别是硝氮在线监测仪、起始在线溶解氧仪的实时监控，特别是硝氮数据及起始在线溶解氧的数据实时将结果反馈到控制系统，变量主要含有入池的硝酸盐氮(亚硝酸盐氮较小，可忽略)、起始在线溶解氧DO、进水数量总量、进出水的总氮含量，根据之前的经验数据设置PLC的控制参数。程序根据各变量数据用公式直接计算出碳源输出流量，若某一参数变化则随时可以调整。来调整电磁阀的大小，从而实现电磁流量计对复合碳源的流速控制。达到精准投加到各个应用单元。
本发明的有益效果有：
(1)本发明通过多点投加装置可以解决碳源的投加不均匀的问题，通过复合碳源存储罐和中转罐双重校准系统可以解决碳源的计量难问题，通过复合碳源存储罐的液位控制组件的报警装置解决供应不及时的问题，通过多层次的控制工艺解决什么时间点投加最佳以及加多少量为最佳的问题，从而四位一体的综合解决了复合碳源的投加难题，达到精准投加到各个应用单元，有助于污水厂控制生产成本;
(2)通过硝氮数据及起始在线溶解氧的数据实时将结果反馈到控制系统，变量根据之前的经验数据设置PLC的控制参数。程序根据各变量数据用公式直接计算出碳源输出流量，若某一参数变化则随时可以调整。来调整电磁阀的大小，从而实现电磁流量计对复合碳源的流速控制。达到精准投加到各个应用单元。
(3)本发明复合碳源投加系统安全系数高、使用方便，环保安全，能够大规模推广应用。
