申请日2014.01.14
公开(公告)日2014.04.09
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种寒区村镇污水多段强化脱氮的装置及过程控制方法，它涉及一种脱氮装置及过程控制系统。本发明为了解决现有的村镇污水处理装置和设施占地大、投资高、处理效果差和运行费用高的问题。本发明的流量调节池和主体构筑物由左至右依次设置，好氧Ⅰ区、好氧Ⅱ区和好氧Ⅲ区内均设有填料，承托层和固定板由下至上依次水平设置在出水池的内壁上，多个斜板倾斜设置在承托层和固定板之间，缺氧Ⅲ区设置在线ORP传感器，好氧Ⅲ区设置在线DO传感器，分别采集ORP和DO信号，并将信号经PC机处理后送入PLC控制器，PLC控制器的输出信号直接作用于变频鼓风机和碳源投加泵。本发明适用于北方寒冷地区村镇生活污水的深度处理。
权利要求书
1.一种寒区村镇污水多段强化脱氮的装置，它包括脱氮装置，所述脱氮装置包括流量 调节池(1)、主体构筑物(2)、第一段进水泵(3)、第二段进水泵(4)、第三段进水泵(5)、 第一段好氧区鼓风机(10)、第二段好氧区鼓风机(11)、第三段好氧区鼓风机(12)、多个 机械搅拌装置(6)和多个曝气管(9)，流量调节池(1)和主体构筑物(2)由左至右依次 设置，所述主体构筑物(2)内通过多个隔墙将其分成七个区域，所述主体构筑物(2)内 的七个区域由左至右依次为缺氧Ⅰ区(A1)、好氧Ⅰ区(N1)、缺氧Ⅱ区(A2)、好氧Ⅱ区(N2)、 缺氧Ⅲ区(A3)、好氧Ⅲ区(N3)和出水池(E)，第一段进水泵(3)、第二段进水泵(4) 和第三段进水泵(5)的一端均与流量调节池(1)连接，第一段进水泵(3)、第二段进水 泵(4)和第三段进水泵(5)的另一端分别与缺氧Ⅰ区(A1)、缺氧Ⅱ区(A2)和缺氧Ⅲ区 (A3)连接，缺氧Ⅰ区(A1)、缺氧Ⅱ区(A2)和缺氧Ⅲ区(A3)中分别设有一个机械搅拌 装置(6)，好氧Ⅰ区(N1)、好氧Ⅱ区(N2)和好氧Ⅲ区(N3)的下部分别设有一个曝气管 (9)，第一段好氧区鼓风机(10)、第二段好氧区鼓风机(11)和第三段好氧区鼓风机(12) 的一端分别与一个曝气管(9)连接，其特征在于：所述多段强化脱氮的装置还包括过程控 制系统，所述脱氮装置还包括填料(7)、集泥槽(13)、多个集泥管(14)、承托层(15)、 多个斜板(16)、固定板(17)、出水堰(18)、出水槽(19)、出水管(20)、紫外线 消毒装置(21)、污泥回流泵(22)和排泥泵(23)，好氧Ⅰ区(N1)、好氧Ⅱ区(N2)和 好氧Ⅲ区(N3)内均设有填料(7)，集泥槽(13)设置在出水池(E)的下端，集泥槽(13) 内设有多个集泥管(14)，承托层(15)和固定板(17)由下至上依次水平设置在出水池 (E)的内壁上，多个斜板(16)倾斜设置在承托层(15)和固定板(17)之间，承托层(15) 和固定板(17)将出水池(E)由上至下依次分隔成出水Ⅲ区、沉淀Ⅱ区和布水Ⅰ区，出水 槽(19)设置在出水区的上部，出水管(20)的一端穿过主体构筑物(2)的外壁与出水槽 (19)的下端连接，出水管(20)的另一端延伸至主体构筑物(2)外，紫外线消毒装置(21) 设置在主体构筑物(2)外的出水管(20)上，出水堰(18)设置在出水区的上部，且出水 堰(18)的上沿低于主体构筑物(2)的外壁，缺氧Ⅰ区(A1)与出水池(E)之间设有污 泥回流泵(22)，排泥泵(23)与集泥槽(13)的下端连接，所述过程控制系统包括在线 ORP测定仪传感器(24)、在线ORP测定仪主机(25)、在线DO测定仪传感器(26)、在 线DO测定仪主机(27)、PC机(28)、PLC控制器(29)和碳源投加泵(30)，在线ORP 测定仪传感器(24)和在线DO测定仪传感器(26)分别设置在缺氧Ⅲ区(A3)和好氧Ⅲ区 (N3)内，在线ORP测定仪传感器(24)和在线DO测定仪传感器(26)分别通过在线ORP 测定仪主机(25)和在线DO测定仪主机(27)与PC机(28)连接，碳源投加泵(30)的 一端与缺氧Ⅲ区(A3)连接，PLC控制器(29)分别与PC机(28)、碳源投加泵(30)的 碳源投加泵(30)的另一端、第一段好氧区鼓风机(10)、第二段好氧区鼓风机(11)和第 三段好氧区鼓风机(12)的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种寒区村镇污水多段强化脱氮的装置，其特征在于：所述 集泥槽(13)由多个V字形槽依次设置而成，每个V字形槽内设有一个集泥管(14)。
3.根据权利要求1或2所述的一种寒区村镇污水多段强化脱氮的装置，其特征在于： 所述填料(7)为聚氨酯泡沫填料。
4.根据权利要求3所述的一种寒区村镇污水多段强化脱氮的装置，其特征在于：所述 聚氨酯泡沫填料为正方形填料，所述填料的长度为2.5-4mm，填料上布满孔隙，所述孔隙 的开孔率为99%-100%，填料的密度为18-40kg/m3;填料的孔隙孔径：5-120ppi。
5.根据权利要求4所述的一种寒区村镇污水多段强化脱氮的装置，其特征在于：所述 缺氧Ⅰ区(A1)和好氧Ⅰ区(N1)之间的隔墙上部设有正方形过水口，好氧Ⅰ区(N1)和 缺氧Ⅱ区(A2)之间的隔墙下部设有正方形过水口，缺氧Ⅱ区(A2)与好氧Ⅱ区(N2)之 间的隔墙上部设有正方形过水口，好氧Ⅱ区(N2)与缺氧Ⅲ区(A3)之间的隔墙下部设有 正方形过水口，缺氧Ⅲ区(A3)与好氧Ⅲ区(N3)之间的隔墙上部设有正方形过水口，好 氧Ⅲ区(N3)与出水池(E)之间的隔墙下部设有正方形过水口，所述过水口大小，按日最 大流量和最小流量，满足过水流速0.8～2.5m/s。
6.根据权利要求1或5所述的一种寒区村镇污水多段强化脱氮的装置，其特征在于： 所述脱氮装置还包括多个防护网(8)，好氧Ⅰ区(N1)和缺氧Ⅱ区(A2)、好氧Ⅱ区(N2) 与缺氧Ⅲ区(A3)和好氧Ⅲ区(N3)与出水池(E)之间的隔墙下部的过水口处设有一个防 护网(8)，防护网(8)的网孔为正方形，边长小于4mm。
7.根据权利要求6所述的一种寒区村镇污水多段强化脱氮的装置，其特征在于：所述 多个斜板(16)以60°的倾斜角度设置在承托层(15)和固定板(17)之间。
8.根据权利要求7所述的一种寒区村镇污水多段强化脱氮的装置，其特征在于：所述 多个斜板(16)以向左倾斜60°的角度设置在承托层(15)和固定板(17)之间。
9.一种采用权利要求7所述的一种寒区村镇污水多段强化脱氮的装置的过程控制方 法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：启动阶段;
主体构筑物接种污泥后，首先对污泥进行为期60天的培养驯化，驯化结束后开始正常 运行;
步骤二：正常连续运行;
将第一段好氧区鼓风机(10)、第二段好氧区鼓风机(11)和第三段好氧区鼓风机(12) 与曝气管连接，每台空压机的最大出风量根据系统处理水量确定，污泥回流量为进水流量 的0.5～1.0倍，原污水经过流量调节池(1)由第一段进水泵(3)、第二段进水泵(4)和第 三段进水泵(5)注入主体构筑物(2)内;污水在主体构筑物(2)内的平均水力停留时间 8h≤HRT≤12h;
缺氧Ⅰ区(A1)与好氧Ⅰ区(N1)的体积比为VA1/VN1=1/(2-3)，缺氧Ⅱ区(A2)与好 氧Ⅱ区(N2)的体积比为VA2/VN2=1/(2～3)，缺氧Ⅲ区(A3)和好氧Ⅲ区(N3)的体积比为 VA3/VN3=1/(2～3)，出水池(E)的体积为保证水力停留时间为40min-150min;
污水由各段缺氧区进入各段好氧区，利用好氧Ⅲ区(N3)末端的在线DO测定仪传感器 (26)上显示的DO值，并根据其与氨氮的对应关系，显示进水氨氮的去除效果;当好氧Ⅲ 区(N3)末端实测DO值≥2.0mg/L时，调低变频鼓风机(10)、变频鼓风机(11)、变频鼓 风机(12)的转速;当监测值达到0.8mg/L时，调高变频鼓风机(10)、变频鼓风机(11)、 变频鼓风机(12)的转速;具体调整方式为：当DO值≥3.0mg/L时，变频鼓风机(10)、变 频鼓风机(11)、变频鼓风机(12)调整后的转数为原转数的40%～60%;当 2.0mg/L≤DO≤3.0mg/L时，变频鼓风机(10)、变频鼓风机(11)、变频鼓风机(12)调整后 的转数为原转数的60%～80%;当0.5mg/L≤DO≤0.8mg/L时，变频鼓风机(10)、变频鼓风 机(11)、变频鼓风机(12)调整后的转数为原转数140%～160%;当DO≤0.5mg/L时，变 频鼓风机(10)、变频鼓风机(11)、变频鼓风机(12)调整后的转数为原转数160%～200%;
在缺氧Ⅲ区(A3)，利用在线ORP测定仪传感器(24)上显示的ORP竖直及其与硝酸盐 氮的对应关系，反映系统的反硝化性能;当缺氧Ⅲ区(A3)末端实测的ORP值≥-100mV时， 调高碳源投加泵(30)的转速;当缺氧Ⅲ区(A3)末端实测的ORP值≤-120mV时，调低碳 源投加泵(30)的转速;具体调整方式为：当ORP值≥-40mV，碳源投加泵(30)调整后的 转速为原转数的200%;当-100mV≤ORP≤-40mV时，碳源投加泵(30)调整后的转速为原转 数的120%～200%;当ORP≤-200mV，碳源投加泵(30)调整后的转速为原转数的40%～60%; 当-200mV≤ORP≤-120mV时，碳源投加泵(30)调整后的转速为原转数的60%～80%;
若好氧Ⅲ区(N3)末端实测DO值0.8mg/L≤DO值≤2.0mg/L;缺氧Ⅲ区(A3)末端实 测的ORP值-120mV≤ORP≤-100mV，即认为达到了预定的控制目标，完成了污水深度脱氮。
说明书
一种寒区村镇污水多段强化脱氮的装置及过程控制方法
技术领域
本发明涉及一种脱氮的装置及使用该装置的过程控制方法，所属技术领域为污水深度 处理的理论、技术与方法。适用于北方寒冷地区村镇生活污水的深度处理。
背景技术
富营养化问题是当今世界各国面临的最主要的水污染问题之一，近年来尽管我国城市 污水的处理率不断提高，但是由氮、磷污染引起的水体富营养化问题没有得到根本的解决， 甚至有日益严重的趋势。我国在2002年新颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》中增 加了总氮、总磷最高允许排放浓度，同时也对出水氨氮提出了更严格的要求，可见污水处 理的主要矛盾已逐渐由有机污染物的去除转变为氮磷污染物的去除。污水中的磷通常可以 通过投加混凝剂去除，但由于氮化合物(如NH4+及NO3-)的分子量比较小，无法通过投加 药剂去除，氮的去除是污水深度处理的难点和重点，一般只有利用生物脱氮技术才能彻底 去除，且生物脱氮成本较低。
近年来，随着农村地区经济的发展和人口的增长，村镇污水的处理率也逐年上升。村 镇污水的特点是水量小、水量变化大，处理规模普遍较小，采用大型污水处理厂普遍应用 的污水处理工艺和设施，单位水量的投资和运行费用偏高。而目前的村镇污水处理装置大 多采用简单的曝气工艺，仅仅停留在有机物和氨氮的去除上，基本达不到国家相关的污染 物排放标准。因此，急需一种占地面积小、基建投资省、效果稳定、维护简单且运行费用 低的污水处理工艺技术与方法。此外，对于寒冷地区，由于冬季漫长，低温对污水的生物 脱氮的硝化过程造成非常不利的影响，因此，开发适用于寒冷地区的生物脱氮工艺和技术 一直是污水处理技术领域的难题。
综上所述，现有的村镇污水处理装置和设施占地大、投资高、处理效果差和运行费用 高的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的村镇污水处理装置和设施占地大、投资高、处理效果 差和运行费用高的问题。进而提供一种寒区村镇污水多段强化脱氮的装置及过程控制方法。
本发明的技术方案是：一种寒区村镇污水多段强化脱氮的装置，它包括脱氮装置，所 述脱氮装置包括流量调节池、主体构筑物、第一段进水泵、第二段进水泵、第三段进水泵、 第一段好氧区鼓风机、第二段好氧区鼓风机、第三段好氧区鼓风机、多个机械搅拌装置和 多个曝气管，流量调节池和主体构筑物由左至右依次设置，所述主体构筑物内通过多个隔 墙将其分成七个区域，所述主体构筑物内的七个区域由左至右依次为缺氧Ⅰ区A1、好氧Ⅰ 区N1、缺氧Ⅱ区A2、好氧Ⅱ区N2、缺氧Ⅲ区A3、好氧Ⅲ区N3和出水池E，第一段进水泵、 第二段进水泵和第三段进水泵的一端均与流量调节池连接，第一段进水泵、第二段进水泵 和第三段进水泵的另一端分别与缺氧Ⅰ区A1、缺氧Ⅱ区A2和缺氧Ⅲ区A3连接，缺氧Ⅰ区 A1、缺氧Ⅱ区A2和缺氧Ⅲ区A3中分别设有一个机械搅拌装置，好氧Ⅰ区N1、好氧Ⅱ区N2 和好氧Ⅲ区N3的下部分别设有一个曝气管，第一段好氧区鼓风机、第二段好氧区鼓风机和 第三段好氧区鼓风机的一端分别与一个曝气管连接，所述多段强化脱氮的装置还包括过程 控制系统，所述脱氮装置还包括填料、集泥槽、多个集泥管、承托层、多个斜板、固定板、 出水堰、出水槽、出水管、紫外线消毒装置、污泥回流泵和排泥泵，好氧Ⅰ区N1、好氧Ⅱ 区N2和好氧Ⅲ区N3内均设有填料，集泥槽设置在出水池E的下端，集泥槽内设有多个集 泥管，承托层和固定板由下至上依次水平设置在出水池E的内壁上，多个斜板倾斜设置在 承托层和固定板之间，承托层和固定板将出水池E由上至下依次分隔成出水Ⅲ区、沉淀Ⅱ 区和布水Ⅰ区，出水槽设置在出水区的上部，出水管的一端穿过主体构筑物的外壁与出水 槽的下端连接，出水管的另一端延伸至主体构筑物外，紫外线消毒装置设置在主体构筑物 外的出水管上，出水堰设置在出水区的上部，且出水堰的上沿低于主体构筑物的外壁，缺 氧Ⅰ区A1与出水池E之间设有污泥回流泵，排泥泵与集泥槽的下端连接，所述过程控制系 统包括在线ORP测定仪传感器、在线ORP测定仪主机、在线DO测定仪传感器、在线DO测 定仪主机、PC机、PLC控制器和碳源投加泵，在线ORP测定仪传感器和在线DO测定仪传感 器分别设置在缺氧Ⅲ区A3和好氧Ⅲ区N3内，在线ORP测定仪传感器和在线DO测定仪传感 器分别通过在线ORP测定仪主机和在线DO测定仪主机与PC机连接，碳源投加泵的一端与 缺氧Ⅲ区A3连接，PLC控制器分别与PC机、碳源投加泵的另一端、第一段好氧区鼓风机、 第二段好氧区鼓风机和第三段好氧区鼓风机的另一端连接。
本发明还提供了一种采用寒区村镇污水多段强化脱氮的装置的过程控制方法，具体步 骤如下：
步骤一：启动阶段;
主体构筑物接种污泥后，首先对污泥进行为期60天的培养驯化，驯化结束后开始正常 运行;
步骤二：正常连续运行;
将第一段好氧区鼓风机、第二段好氧区鼓风机和第三段好氧区鼓风机与曝气管连接， 每台空压机的最大出风量根据系统处理水量确定，污泥回流量为进水流量的0.5～1.0倍，原 污水经过流量调节池由第一段进水泵、第二段进水泵和第三段进水泵注入主体构筑物内; 污水在主体构筑物内的平均水力停留时间8h≤HRT≤12h;
缺氧Ⅰ区A1与好氧Ⅰ区N1的体积比为VA1/VN1=1/(2-3)，缺氧Ⅱ区A2与好氧Ⅱ区N2 的体积比为VA2/VN2=1/(2～3)，缺氧Ⅲ区A3和好氧Ⅲ区N3的体积比为VA3/VN3=1/(2～3)，出 水池E的体积为保证水力停留时间为40min-150min;
污水由各段缺氧区进入各段好氧区，利用好氧Ⅲ区N3末端的在线DO测定仪传感器上 显示的DO值，并根据其与氨氮的对应关系，显示进水氨氮的去除效果;当好氧Ⅲ区N3末 端实测DO值≥2.0mg/L时，调低变频鼓风机、变频鼓风机、变频鼓风机的转速;当监测值 达到0.8mg/L时，调高变频鼓风机、变频鼓风机、变频鼓风机的转速;具体调整方式为： 当DO值≥3.0mg/L时，变频鼓风机、变频鼓风机、变频鼓风机调整后的转数为原转数的 40%～60%;当2.0mg/L≤DO≤3.0mg/L时，变频鼓风机、变频鼓风机、变频鼓风机调整后的 转数为原转数的60%～80%;当0.5mg/L≤DO≤0.8mg/L时，变频鼓风机、变频鼓风机、变频 鼓风机调整后的转数为原转数140%～160%;当DO≤0.5mg/L时，变频鼓风机、变频鼓风机、 变频鼓风机调整后的转数为原转数160%～200%;
在缺氧Ⅲ区A3，利用在线ORP测定仪传感器上显示的ORP竖直及其与硝酸盐氮的对应 关系，反映系统的反硝化性能;当缺氧Ⅲ区A3末端实测的ORP值≥-100mV时，调高碳源 投加泵的转速;当缺氧Ⅲ区A3末端实测的ORP值≤-120mV时，调低碳源投加泵的转速; 具体调整方式为：当ORP值≥-40mV，碳源投加泵调整后的转速为原转数的200%;当 -100mV≤ORP≤-40mV时，碳源投加泵调整后的转速为原转数的120%～200%;当ORP≤-200mV， 碳源投加泵调整后的转速为原转数的40%～60%;当-200mV≤ORP≤-120mV时，碳源投加泵调 整后的转速为原转数的60%～80%;
若好氧Ⅲ区N3末端实测DO值0.8mg/L≤DO值≤2.0mg/L;缺氧Ⅲ区A3末端实测的 ORP值-120mV≤ORP≤-100mV，即认为达到了预定的控制目标，完成了污水深度脱氮。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1.本发明采用多点进水的方式，能够有效的提高对原水碳源的利用，不仅提高脱氮效 果，还能够节省外碳源的投加量;脱氮效率提高60-80%，节省了30-35%的外碳源。
2.寒冷地区冬季气温较低时，硝化反应速率会降低，从而影响出水水质。而好氧区填 加软质聚氨酯泡沫填料，能够增加反应池的污泥储量，从而有效的提高好氧硝化反应的速 率，速率提高46%，降低温度对硝化反应的影响，提高出水水质。
3.一体化的装置构造，省去了传统工艺的二次沉淀池，不仅节省了三分之一的占地面 积，还节省了28%的基建投资。
4.本发明PLC控制系统的设置，能够实时根据系统的出水水质，调整系统的曝气量和 外碳源投加量，不仅能够保证处理效果，还降低了20%的运行费用。
5.本发明尤其适用于北方寒冷地区村镇生活污水的深度处理。
6.本发明的PLC控制系统根据好氧Ⅲ区和缺氧Ⅲ区采集的DO信号和ORP信号，在线 调整鼓风机转数和碳源投加泵转数，经过24h稳定运行之后，最终出水氨氮维持在 0.6～3.2mg/L，总氮维持在5.2～9.7mg/L，远低于国家一级排放标准所要求的氨氮浓度(≤ 5mg/L)和总氮浓度(≤15mg/L)，可达到深度脱氮。
