申请日2011.11.29
公开(公告)日2012.06.20
IPC分类号G05B19/04; C02F3/30
摘要
本发明提供了一种早期垃圾渗滤液生物处理工艺的控制方法和装置，属于生化法污水生物处理技术领域，ASBR反应器通过实时pH监测，准确判断厌氧消化终点;中间水箱加入原渗滤液调节COD/NH4+-N为3～4作为脉冲SBR进水，脉冲SBR采用三次等量进水联合间歇搅拌和曝气的运行方式，充分利用原水中碳源和污泥内碳源，好氧硝化通过实时DO、pH和ORP监测，控制曝气时间，反硝化通过实时pH和ORP监测，控制搅拌时间，本发明提供的早期垃圾渗滤液生物处理工艺的控制方法和装置，能够准确控制厌氧消化和缺氧反硝化搅拌时间，好氧硝化曝气时间，具有节省能耗、缩短反应时间、不投加外碳源、TN去除率高和污泥减量等优点。
权利要求书
1.一种早期垃圾渗滤液生物处理工艺的控制方法，包括：
A1，根据ASBR反应器的进水量，确定进水时间，并在计算机中设定 进水时间，由实时控制系统中的时间控制器进行计时，系统启动后，ASBR 进水泵和ASBR进水管阀门自动开启，将原水注入ASBR反应器中，当达到 设定时间后，ASBR进水泵和ASBR进水管阀门自动关闭，进水结束;
A2，进水结束后，搅拌器ASBR自动开启，ASBR反应器在搅拌过程中进 入厌氧消化过程，厌氧消化进程由在线pH传感器SBR监控，并通过数据采 集卡实时将所获得的数据信息传输到计算机，当过程控制器得到表征厌氧消 化完成的信号后，搅拌器ASBR自动关闭;
A3，在计算机中设定沉淀时间，通过实时控制系统中的时间控制器进行 计时，当达到预定的沉淀时间后，根据计算机中设定的排水时间，通过实时 控制系统中的时间控制器进行计时，系统自动开启ASBR出水管阀门，处理 后的水经ASBR出水管进入中间水箱，达到的设定的排水时间后ASBR出水 管阀门自动关闭;
A4，排水结束后，根据计算机中设定的闲置时间，通过实时控制系统中 的时间控制器进行计时，当达到设定的闲置时间后系统自动进入下一个周期 的A1;
B1，调节中间水箱中渗滤液COD/NH4+-N，设定中间水箱的原渗滤液进 水量，在计算机中设定原渗滤液进水时间，通过实时控制系统中的时间控制 器进行计时，ASBR进水管阀门自动关闭，旁通管阀门自动开启，ASBR进 水泵自动开启，原水通过旁通管注入中间水箱，达到设定的进水时间后旁通 管阀门自动关闭，ASBR进水泵自动关闭，此时中间水箱中渗滤液的 COD/NH4+-N在3～4;
B2，脉冲SBR的进水方式为三次等量进水，根据其进水量，确定脉冲 进水时间，并在计算机中设定每次进水时间，通过实时控制系统中的时间控 制器进行计时，系统启动后，脉冲SBR进水泵自动开启，脉冲SBR进水管 阀门自动开启，中间水箱中的渗滤液通过脉冲SBR进水管进入脉冲SBR， 当达到设定时间后脉冲SBR进水泵自动关闭，脉冲SBR进水管阀门自动关 闭，进水结束;
B3，搅拌器SBR自动开启，脉冲SBR在搅拌阶段利用第一次进水中的有 机物将上周期残留的NOx--N还原为N2，设定计算机中搅拌时间为30min， 通过实时控制系统中的时间控制器进行计时，当达到搅拌时间后搅拌器SBR自动关闭;
B4，空气压缩机自动开启，空气经过曝气管和曝气头扩撒到脉冲SBR 中，进入好氧硝化阶段，pH传感器SBR、DO传感器SBR、ORP传感器SBR分 别监测水中的pH值、溶解氧浓度DO和氧化还原电位ORP，通过pH测定 仪SBR、DO测定仪SBR、ORP测定仪SBR将数据通过数据采集卡输入到计算 机当中，数据作为曝气好氧硝化的实时控制参数;将数字信号输入过程控制 器，通过滤波处理及计算，得出过程实时控制变量，并通过控制策略对得出 的实时控制变量进行对比，当满足好氧硝化结束条件时，结束好氧硝化过程， 空气压缩机自动关闭，曝气停止，系统设定脉冲次数为3，未达到脉冲次数 时，执行B5;达到脉冲次数时，执行B6;
B5，进水时间与第一次进水相同，脉冲SBR进水泵自动开启，脉冲SBR 进水管阀门自动开启，中间水箱中的渗滤液通过脉冲SBR进水管进入脉冲 SBR，当达到设定的时间后脉冲SBR进水泵自动关闭，脉冲SBR进水管阀 门自动关闭，搅拌器SBR自动开启，搅拌过程中脉冲SBR进入缺氧反硝化阶 段，反硝化进程有在线ORP、pH传感器监控，并通过pH测定仪SBR、ORP 测定仪SBR将数据通过数据采集卡输入到计算机中，处理后的数据作为缺氧 反硝化的实时控制参数;对缺氧反硝化起到实时控制的目的，当过程控制器 得到表征第一缺氧反硝化结束的信号后，搅拌器SBR自动关闭，并返回B4;
B6，搅拌器SBR自动开启，脉冲SBR进入内源反硝化阶段，反硝化进程 ORP、pH在线传感器监控，并通过pH测定仪SBR、ORP测定仪SBR将数据 通过数据采集卡输入到计算机当中，处理后的数据作为内源反硝化的实时控 制参数;对内源反硝化起到实时控制的目的，当过程控制器得到表征第二缺 氧反硝化结束的信号后，搅拌器SBR自动关闭;
B7，在计算机中设定沉淀时间，通过实时控制系统中的时间控制器进行 计时直到沉淀完成;
B8，在计算机中设定排水时间，通过实时控制系统中的时间控制器进行 计时，系统自动开启脉冲SBR出水管阀门，处理后的水经脉冲SBR出水管 排出反应器外，达到设定的排水时间后脉冲SBR出水管阀门自动关闭;
B9，排水结束后，根据计算机总设定的闲置时间，通过实时控制系统中 的时间控制器进行计时，当达到预定闲置时间后系统自动进入下一个周期的 B1。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
所述表征厌氧消化完成的条件为pH(t+1h)小于等于pH(t)，且搅拌 时间t大于12h。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
所述好氧硝化结束的条件为：pH一阶导数由负变正，且曝气时间t大于 1.5h、ORP一阶导数小于0.4mv/min，且曝气时间t大于2h、和/或DO大于 4mg/L，且曝气时间t大于2h。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
所述第一缺氧反硝化结束的条件为：pH一阶导数由正变负，且搅拌时 间t大于0.5h、和/或ORP的一阶导数由大于-25mv/min突变为小于 -30mv/min，且搅拌时间t大于0.5h。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
所述第二缺氧反硝化结束的条件为：pH一阶导数由正变负，且搅拌时 间t大于4h、和/或ORP的一阶导数由大于-5mv/min突变为小于-30mv/min， 且搅拌时间t大于4h。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
所述ASBR反应器的进水量为ASBR反应器有效体积和排水比的乘积。
7.一种早期垃圾渗滤液生物处理工艺的控制装置，其特征在于：进水 池(1)连接ASBR进水管(4);ASBR反应器(2)连接ASBR进水管(4)、 ASBR出水管(6)和排气管(11);ASBR进水管(4)连接ASBR进水泵(3) 和ASBR进水阀门(5);ASBR出水管(6)连接ASBR出水阀门(8);排 气管(11)连接碱液吸收装置(12)、湿式气体流量计(13)和气体收集装 置(14);中间水箱(15)连接ASBR出水管(6)、旁通管(16)和脉冲SBR 进水管(20);旁通管(16)连接ASBR进水泵(3)和旁通管阀门(17); 脉冲SBR进水管(20)连接脉冲SBR进水泵(19)和脉冲SBR进水管阀门 (21);脉冲SBR(18)连接脉冲SBR进水管(20)、曝气管(26)和脉冲 SBR出水管(29);曝气管(26)连接空气压缩机(25)和曝气头(27);脉 冲SBR出水管(29)连接脉冲SBR出水管阀门(28);
ASBR(2)内部设有搅拌器ASBR(7)和pH传感器ASBR(10);脉冲SBR 内部设有搅拌器SBR(30)、pH传感器SBR(24)、DO传感器SBR(22)和ORP 传感器SBR(23);pH传感器ASBR(10)、pH传感器SBR(24)、DO传感器SBR(22)、ORP传感器SBR(23)经数据线分别与pH测定仪ASBR(9)、pH测定 仪SBR(31)、DO测定仪SBR(32)、ORP测定仪SBR(33)连接后与计算机(34) 的数据信号输入接口(36～39)连接，计算机(34)通过数据信号输出接口 与过程控制器(40)连接，过程控制器的ASBR进水泵继电器(42)、ASBR 进水管阀门继电器(43)、搅拌器ASBR继电器(44)、ASBR出水管阀门继电 器(45)、旁通管阀门继电器(46)、脉冲SBR进水泵继电器(47)、脉冲SBR 进水管阀门继电器(48)、空气压缩机继电器(49)、脉冲SBR出水管阀门 继电器(50)、搅拌器SBR继电器(51)分别与ASBR进水泵(3)、ASBR进 水管阀门(5)、搅拌器ASBR(7)、ASBR出水管阀门(8)、旁通管阀门(17)、 脉冲SBR进水泵(19)、脉冲SBR进水管阀门(21)、空气压缩机(25)、脉 冲SBR出水管阀门(28)、搅拌器SBR(30)连接。
说明书
一种早期垃圾渗滤液生物处理工艺的控制方法和装置
技术领域
本发明涉及生化法污水生物处理技术领域，尤其涉及一种早期垃圾渗 滤液生物处理工艺的控制方法和装置。
背景技术
2009年，我国有654座城市，3.5亿城市人口，城市垃圾清运量有 1.67亿吨，生活垃圾年平均增长率为3%。垃圾处理设施的变化也很大。 09年我国总的垃圾处理量为1.19亿吨，其中填埋占80%，焚烧20%，堆 肥2%。从中可以看出填埋是城市垃圾处理的主要方式，填埋适合我国国 情，是一种有效且低费用的城市垃圾处理方式，但是填埋会产生大量的 垃圾渗滤液。垃圾渗滤液的水质相对于传统的城市生活污水复杂，属于 高浓度有机废水，全国渗滤液污染排放量约占年总排放量的1.6‰，以化 学耗氧量核算却占到5.27%。所以如果对渗滤液处理不当会对填埋场周边 环境带来严重的危害，同时威胁填埋场周边居民的健康。
早期城市垃圾渗滤液成分非常复杂，通常富含有机物和氨氮，同时富 含有毒有害的重金属离子，表观呈黑褐色。相对于城市生活污水来讲， 城市垃圾渗滤液的生物处理一直以来是一个难题。之前有些研究认为， 城市垃圾渗滤液中的高浓度氨氮和重金属离子会抑制微生物的正常代 谢，同时生物脱氮一般都需要投加大量的外碳源，增加了运行费用，但 是使用反渗透的技术同样会带来处理费用高昂的问题。
传统工艺处理早期垃圾渗滤液具有一定的脱氮和去除可降解有机物 的效果，但是其运行过程的可控性差，且无法实现不外加碳源情况下TN 去除率在90%以上，传统ASBR的运行周期趋于固定，搅拌时间过长造 成电力浪费，搅拌时间过短造成反应不完全;传统SBR的运行方式也很 难达到TN的深度去除。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种早期垃圾渗滤液生物处理工艺 的控制方法，包括：
A1，根据ASBR反应器的进水量，确定进水时间，并在计算机中设定 进水时间，由实时控制系统中的时间控制器进行计时，系统启动后，ASBR 进水泵和ASBR进水管阀门自动开启，将原水注入ASBR反应器中，当达到 设定时间后，ASBR进水泵和ASBR进水管阀门自动关闭，进水结束;
A2，进水结束后，搅拌器ASBR自动开启，ASBR反应器在搅拌过程中进 入厌氧消化过程，厌氧消化进程由在线pH传感器SBR监控，并通过数据采 集卡实时将所获得的数据信息传输到计算机，当过程控制器得到表征厌氧消 化完成的信号后，搅拌器ASBR自动关闭;
A3，在计算机中设定沉淀时间，通过实时控制系统中的时间控制器进行 计时，当达到预定的沉淀时间后，根据计算机中设定的排水时间，通过实时 控制系统中的时间控制器进行计时，系统自动开启ASBR出水管阀门，处理 后的水经ASBR出水管进入中间水箱，达到的设定的排水时间后ASBR出水 管阀门自动关闭;
A4，排水结束后，根据计算机中设定的闲置时间，通过实时控制系统中 的时间控制器进行计时，当达到设定的闲置时间后系统自动进入下一个周期 的A1;
B1，调节中间水箱中渗滤液COD/NH4+-N，设定中间水箱的原渗滤液进 水量，在计算机中设定原渗滤液进水时间，通过实时控制系统中的时间控制 器进行计时，ASBR进水管阀门自动关闭，旁通管阀门自动开启，ASBR进 水泵自动开启，原水通过旁通管注入中间水箱，达到设定的进水时间后旁通 管阀门自动关闭，ASBR进水泵自动关闭，此时中间水箱中渗滤液的 COD/NH4+-N在3～4;
B2，脉冲SBR的进水方式为三次等量进水，根据其进水量，确定脉冲 进水时间，并在计算机中设定每次进水时间，通过实时控制系统中的时间控 制器进行计时，系统启动后，脉冲SBR进水泵自动开启，脉冲SBR进水管 阀门自动开启，中间水箱中的渗滤液通过脉冲SBR进水管进入脉冲SBR， 当达到设定时间后脉冲SBR进水泵自动关闭，脉冲SBR进水管阀门自动关 闭，进水结束;
B3，搅拌器SBR自动开启，脉冲SBR在搅拌阶段利用第一次进水中的有 机物将上周期残留的NOx--N还原为N2，设定计算机中搅拌时间为30min， 通过实时控制系统中的时间控制器进行计时，当达到搅拌时间后搅拌器SBR自动关闭;
B4，空气压缩机自动开启，空气经过曝气管和曝气头扩撒到脉冲SBR 中，进入好氧硝化阶段，pH传感器SBR、DO传感器SBR、ORP传感器SBR分 别监测水中的pH值、溶解氧浓度DO和氧化还原电位ORP，通过pH测定 仪SBR、DO测定仪SBR、ORP测定仪SBR将数据通过数据采集卡输入到计算 机当中，数据作为曝气好氧硝化的实时控制参数;将数字信号输入过程控制 器，通过滤波处理及计算，得出过程实时控制变量，并通过控制策略对得出 的实时控制变量进行对比，当满足好氧硝化结束条件时，结束好氧硝化过程， 空气压缩机自动关闭，曝气停止，系统设定脉冲次数为3，未达到脉冲次数 时，执行B5;达到脉冲次数时，执行B6;
B5，进水时间与第一次进水相同，脉冲SBR进水泵自动开启，脉冲SBR 进水管阀门自动开启，中间水箱中的渗滤液通过脉冲SBR进水管进入脉冲 SBR，当达到设定的时间后脉冲SBR进水泵自动关闭，脉冲SBR进水管阀 门自动关闭，搅拌器SBR自动开启，搅拌过程中脉冲SBR进入缺氧反硝化阶 段，反硝化进程有在线ORP、pH传感器监控，并通过pH测定仪SBR、ORP 测定仪SBR将数据通过数据采集卡输入到计算机中，处理后的数据作为缺氧 反硝化的实时控制参数;对缺氧反硝化起到实时控制的目的，当过程控制器 得到表征第一缺氧反硝化结束的信号后，搅拌器SBR自动关闭，并返回B4;
B6，搅拌器SBR自动开启，脉冲SBR进入内源反硝化阶段，反硝化进程 ORP、pH在线传感器监控，并通过pH测定仪SBR、ORP测定仪SBR将数据 通过数据采集卡输入到计算机当中，处理后的数据作为内源反硝化的实时控 制参数;对内源反硝化起到实时控制的目的，当过程控制器得到表征第二缺 氧反硝化结束的信号后，搅拌器SBR自动关闭;
B7，在计算机中设定沉淀时间，通过实时控制系统中的时间控制器进行 计时直到沉淀完成;
B8，在计算机中设定排水时间，通过实时控制系统中的时间控制器进行 计时，系统自动开启脉冲SBR出水管阀门，处理后的水经脉冲SBR出水管 排出反应器外，达到设定的排水时间后脉冲SBR出水管阀门自动关闭;
B9，排水结束后，根据计算机总设定的闲置时间，通过实时控制系统中 的时间控制器进行计时，当达到预定闲置时间后系统自动进入下一个周期的 B1。
进一步地，所述表征厌氧消化完成的条件为pH(t+1h)小于等于pH(t)， 且搅拌时间t大于12h。
进一步地，所述好氧硝化结束的条件为：pH一阶导数由负变正，且曝 气时间t大于1.5h、ORP一阶导数小于0.4mv/min，且曝气时间t大于2h、 和/或DO大于4mg/L，且曝气时间t大于2h。
进一步地，所述第一缺氧反硝化结束的条件为：pH一阶导数由正变负， 且搅拌时间t大于0.5h、和/或ORP的一阶导数由大于-25mv/min突变为小于 -30mv/min，且搅拌时间t大于0.5h。
进一步地，所述第二缺氧反硝化结束的条件为：pH一阶导数由正变负， 且搅拌时间t大于4h、和/或ORP的一阶导数由大于-5mv/min突变为小于 -30mv/min，且搅拌时间t大于4h。
进一步地，所述ASBR反应器的进水量为ASBR反应器有效体积和排水 比的乘积。
本发明还提供了一种早期垃圾渗滤液生物处理工艺的控制装置，具体 的，进水池(1)连接ASBR进水管(4);ASBR反应器(2)连接ASBR进 水管(4)、ASBR出水管(6)和排气管(11);ASBR进水管(4)连接ASBR 进水泵(3)和ASBR进水阀门(5);ASBR出水管(6)连接ASBR出水阀 门(8);排气管(11)连接碱液吸收装置(12)、湿式气体流量计(13)和 气体收集装置(14);中间水箱(15)连接ASBR出水管(6)、旁通管(16) 和脉冲SBR进水管(20);旁通管(16)连接ASBR进水泵(3)和旁通管 阀门(17);脉冲SBR进水管(20)连接脉冲SBR进水泵(19)和脉冲SBR 进水管阀门(21);脉冲SBR(18)连接脉冲SBR进水管(20)、曝气管(26) 和脉冲SBR出水管(29);曝气管(26)连接空气压缩机(25)和曝气头(27); 脉冲SBR出水管(29)连接脉冲SBR出水管阀门(28);
ASBR(2)内部设有搅拌器ASBR(7)和pH传感器ASBR(10);脉冲SBR 内部设有搅拌器SBR(30)、pH传感器SBR(24)、DO传感器SBR(22)和ORP 传感器SBR(23);pH传感器ASBR(10)、pH传感器SBR(24)、DO传感器SBR(22)、ORP传感器SBR(23)经数据线分别与pH测定仪ASBR(9)、pH测定 仪SBR(31)、DO测定仪SBR(32)、ORP测定仪SBR(33)连接后与计算机(34) 的数据信号输入接口(36～39)连接，计算机(34)通过数据信号输出接口 与过程控制器(40)连接，过程控制器的ASBR进水泵继电器(42)、ASBR 进水管阀门继电器(43)、搅拌器ASBR继电器(44)、ASBR出水管阀门继电 器(45)、旁通管阀门继电器(46)、脉冲SBR进水泵继电器(47)、脉冲SBR 进水管阀门继电器(48)、空气压缩机继电器(49)、脉冲SBR出水管阀门 继电器(50)、搅拌器SBR继电器(51)分别与ASBR进水泵(3)、ASBR进 水管阀门(5)、搅拌器ASBR(7)、ASBR出水管阀门(8)、旁通管阀门(17)、 脉冲SBR进水泵(19)、脉冲SBR进水管阀门(21)、空气压缩机(25)、脉 冲SBR出水管阀门(28)、搅拌器SBR(30)连接。
综上，本发明提供的一种早期垃圾渗滤液生物处理工艺的控制方法和装 置，以实际城市垃圾渗滤液为对象，ASBR在处理早期垃圾渗滤液是具有污 泥产量小、负荷高、运行简便、能耗低等优点，同时ASBR能将渗滤液中难 降解大分子有机物转化成为易降解有机物，有助于有机物的深度去除。脉冲 SBR主要的作用是深度脱氮，在脉冲进水和实时控制曝气和搅拌的情况下充 分利用了原水碳源和污泥内碳源，节省费用;ASBR厌氧消化过程通过在线 pH传感器实时控制，准确判断终点，防止过度搅拌造成能源浪费;脉冲SBR 好氧硝化和缺氧反硝化过程通过在线DO、pH和ORP值传感器实时控制， 精确判断各阶段反应终点，节省反应时间和能源。
