公布日：2024.02.02
申请日：2023.12.20
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F3/28(2023.01)I;C02F1/00(2023.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N
摘要
本发明属于污水处理技术领域，公开了一种污水处理负荷均衡配水系统和方法。所述系统包括：至少一个抽升泵、至少一个配水井、分期除砂池、分系列处理模块、分单元生物池、分系列二沉池、以及控制子系统。本发明实现了在时间和空间上均衡水力负荷分配，实现系统总进水‑各期‑各系列‑各生物池单元多级联动和污水污泥分层调节配水协同控制，从污泥浓度、生物池进水负荷、好氧池DO三方面保障系统微生物活性均衡，强化生物反应效率，确保生物脱氮除磷系统整体处于高效稳定状态，对污水处理单元的稳定运行具有重要意义。
权利要求书
1.一种污水处理负荷均衡配水方法，其特征在于，所述方法采用的系统包括：至少一个抽升泵、至少一个配水井、分期除砂池、分系列处理模块、分单元生物池、分系列二沉池以及控制子系统；所述抽升泵的出水管路与配水井连通，所述配水井的出水管路与每期除砂池连通，每期除砂池的出水管路连接至少一个分系列处理模块，每个分系列处理模块的出水管路连接至少一个生物池单元；每期除砂池的进水管路上设置有除砂池前流量控制单元；每期除砂池的进气管路上设置有除砂池鼓风机流量控制单元；每个分系列处理模块包括初沉池、混合池、预缺氧池和配水渠；每个初沉池前均设置有初沉池前流量控制单元；每期除砂池的出水管路分为两路，一路依次通过除砂池后主管流量控制单元和初沉池前流量控制单元与所述初沉池连接，另一路通过除砂池后支管流量控制单元与所述混合池、预缺氧池和配水渠依次连接；所述初沉池通过初沉池后支管流量控制单元与预缺氧池连接；每个生物池单元包括依次连接的厌氧池、缺氧池、曝气池和脱氧池；每个厌氧池前均通过设置的配水渠后流量控制单元与配水渠连接；所述脱氧池的出水管路分为两路，一路连接至二沉池，另一路通过内回流流量控制单元与同单元的缺氧池连接；所述二沉池底部通过外回流流量控制单元与所述混合池连接；所述曝气池设置有曝气池鼓风机流量控制单元；所述控制子系统分别与各控制单元连接；所述方法包括如下步骤：（1）将总进水通过所述抽升泵提升至所述配水井为各期配水；所述控制子系统每隔预设时间对所述系统的配水情况进行数据分析与控制；（2）在所述除砂池的配水中，所述控制子系统通过除砂池前流量控制单元对所述除砂池的配水情况进行控制、通过除砂池鼓风机流量控制单元给所述除砂池供气，所述控制可选择采用第一恒水量运行模式、第一比例控制模式或气水比控制模式；所述第一恒水量运行模式包括：通过所述控制子系统设置各期除砂池的配水水量，利用所述控制子系统依次调整所述除砂池前流量控制单元和抽升泵，使各期除砂池的配水水量在预设水量±n1%范围内，n1%为预设误差；所述第一比例控制模式包括：通过所述控制子系统收集各期除砂池前流量控制单元的水流量数据并设置各期除砂池的配水比例，利用各期除砂池前流量控制单元调整水量，使各期除砂池之间的配水比例在预设比例±n2%范围内，n2%为预设误差；所述气水比控制模式包括：所述控制子系统根据所述除砂池鼓风机流量控制单元和除砂池前流量控制单元输入到所述控制子系统内的输气量数据和水流量数据计算得到各期除砂池的气水比计算值；所述控制子系统设置各期除砂池的气水比的上限A2和下限A1，以及各期除砂池的配水水量最低值Q1和最高值Q2；当A1≤除砂池的气水比计算值≤A2时，保持该期子系统内的除砂池的配水水量不变；当除砂池的气水比计算值＜A1时，利用所述控制子系统调整相应的除砂池前流量控制单元进而降低该除砂池的配水水量，直至该除砂池的配水水量低至所述最低值Q1，保持所述最低值Q1的配水水量不变；当除砂池的气水比计算值＞A2时，利用所述控制子系统调整相应的除砂池前流量控制单元进而提高该除砂池的配水水量，直至该除砂池的配水水量高至所述最高值Q2，保持所述最高值Q2的配水水量不变；（3）在所述初沉池的配水中，所述控制子系统通过初沉池前流量控制单元对所述初沉池的配水情况进行控制，所述控制可选择采用第二恒水量运行模式、第二比例控制模式或表面负荷控制模式；所述第二恒水量运行模式包括：通过所述控制子系统设置各分系列处理模块内的初沉池的配水水量，利用所述控制子系统调整所述初沉池前流量控制单元，使各初沉池的配水水量在预设水量±n3%范围内，n3%为预设误差；所述初沉池前流量控制单元调整完毕后，来自所述除砂池的多余水量通过所述除砂池后支管流量控制单元进入所述混合池；所述第二比例控制模式包括：通过所述控制子系统收集各初沉池前流量控制单元的水流量数据和与该初沉池连接的后续生物池单元的启停情况数据、并设置各初沉池的配水比例，利用所述控制子系统按照公式1计算结果调整各分系列处理模块内的初沉池前流量控制单元，使各分系列处理模块内的初沉池之间的配水比例在预设比例±n4%范围内，n4%为预设误差；所述公式1为（Mw+Mj*Ma）=Me，其中：Me为设定的某初沉池的配水比例；Mw为对应的该初沉池前流量控制单元的水流量数据；Ma为与该初沉池连接的后续生物池单元的停运个数；Mj为系数，系数Mj取值为0.3-0.6；所述表面负荷控制模式包括：所述控制子系统根据所述初沉池前流量控制单元输入到所述控制子系统内的水流量数据计算得到各分系列处理模块内的初沉池的表面负荷；所述控制子系统设置各分系列处理模块内的初沉池的表面负荷的上限B2和下限B1，以及各分系列处理模块内的初沉池的配水水量最低值Q4和最高值Q3；当B1≤初沉池的表面负荷的计算值≤B2时，保持该初沉池的配水水量不变；当初沉池的表面负荷的计算值＜B1时，利用所述控制子系统调整相应的初沉池前流量控制单元进而提高该初沉池的配水水量，直至该初沉池的配水水量高至所述最高值Q3，保持所述最高值Q3的配水水量不变；当初沉池的表面负荷的计算值＞B2时，利用所述控制子系统调整相应的初沉池前流量控制单元进而降低该初沉池的配水水量，直至该初沉池的配水水量低至所述最低值Q4，保持所述最低值Q4的配水水量不变；所述初沉池前流量控制单元调整完毕后，来自所述除砂池的多余水量通过所述除砂池后支管流量控制单元进入所述混合池；（4）在所述混合池中，将来自所述二沉池底部的回流液体和来自所述除砂池后支管流量控制单元的除砂池出水混合并依次送入所述预缺氧池、配水渠和配水渠后流量控制单元；（5）将步骤（3）的初沉池的出水通过所述初沉池后支管流量控制单元依次送入所述预缺氧池、配水渠和配水渠后流量控制单元；（6）将配水渠后流量控制单元的出水送入所述厌氧池；（7）在所述厌氧池的配水中，所述控制子系统通过配水渠后流量控制单元对所述厌氧池的配水情况进行控制，所述控制可选择采用第三恒水量运行模式、第三比例控制模式或第二气水比控制模式；所述第三恒水量运行模式包括：通过所述控制子系统设置各厌氧池的配水水量，利用所述控制子系统调整所述配水渠后流量控制单元，使各厌氧池的配水水量在预设水量±n5%范围内，n5%为预设误差；所述第三比例控制模式包括：通过所述控制子系统收集各厌氧池前连接的配水渠后流量控制单元的水流量数据并设置各厌氧池的配水比例，利用所述控制子系统调整各厌氧池前连接的配水渠后流量控制单元，使各厌氧池之间的配水比例在预设比例±n6%范围内，n6%为预设误差；所述第二气水比控制模式包括：所述控制子系统根据所述曝气池鼓风机流量控制单元和配水渠后流量控制单元输入到所述控制子系统内的输气量数据和水流量数据计算得到各曝气池的气水比计算值；所述控制子系统设置各曝气池的气水比的上限C2和下限C1，以及各厌氧池的配水水量最低值Q5和最高值Q6；当C1≤曝气池的气水比计算值≤C2时，保持该曝气池所在单元的厌氧池的配水水量不变；当曝气池的气水比计算值＜C1时，利用所述控制子系统调整所述配水渠后流量控制单元进而降低该曝气池所在单元的厌氧池的配水水量，直至该曝气池所在单元的厌氧池的配水水量低至所述最低值Q5，保持所述最低值Q5的配水水量不变；当曝气池的气水比计算值＞C2时，利用所述控制子系统调整所述配水渠后流量控制单元进而提高该曝气池所在单元的厌氧池的配水水量，直至该曝气池所在单元的厌氧池的配水水量高至所述最高值Q6，保持所述最高值Q6的配水水量不变；（8）在所述脱氧池中，所述脱氧池的出水一部分回流至同单元的所述缺氧池，其余部分送入所述二沉池；在所述二沉池中，所述二沉池的底部的至少部分液体作为回流液体送入同系列的所述混合池。
2.根据权利要求1所述的污水处理负荷均衡配水方法，其中，所述混合池和所述预缺氧池合并为一池或各自单独设置；所述系统还包括多系列出水渠，各脱氧池的出水管路汇集至出水渠后进一步连接至二沉池。
3.根据权利要求1所述的污水处理负荷均衡配水方法，其中，所述分期除砂池的期数为2-n期；每期除砂池的出水管路连接2-n个分系列处理模块，每个分系列处理模块的出水管路连接2-n个生物池单元。
4.根据权利要求1所述的污水处理负荷均衡配水方法，其中，所述预设时间为3-10h。
5.根据权利要求1所述的污水处理负荷均衡配水方法，其中，所述系统共包括4个分系列处理模块，在步骤（3）的第二比例控制模式中，各分系列处理模块内的初沉池之间的配水比例为（w+j*a）：（x+k*b）：（y+l*c）：（z+m*d）=e：f：g：h，其中：e，f，g，h分别为设定的各初沉池的配水比例；w，x，y，z分别为各初沉池前流量控制单元的水流量数据，w，x，y，z总和为总水量；a，b，c，d分别为与各初沉池连接的后续生物池单元的停运个数；j，k，l，m为系数，所述j、k、l、m各自独立地取值为0.3-0.6。
6.根据权利要求1所述的污水处理负荷均衡配水方法，其中，在所述脱氧池中，回流至所述缺氧池的混合液量和总进水水量的比为80%~350%：100%；在所述二沉池中，回流混合液量和总进水水量比为50%~150%：100%。
7.根据权利要求1所述的污水处理负荷均衡配水方法，其中，所述初沉池的水力停留时间为0.5~2.5h；所述预缺氧池的水力停留时间为0.3~0.8h；所述厌氧池的水力停留时间为0.3~2h；所述缺氧池的水力停留时间为2~5h；所述曝气池的水力停留时间为6~10h。
8.根据权利要求1所述的污水处理负荷均衡配水方法，其中，还包括步骤（9）：各脱氧池的出水经出水渠汇集后进入二沉池。
9.根据权利要求1所述的污水处理负荷均衡配水方法，其中，所述方法还包括：重复步骤（1）-（8）。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种污水处理负荷均衡配水系统和方法。本发明实现了均衡各时间段生物池处理负荷，调配各系列、各池组间水量分布，形成多级联动配水技术，有效消除各单元水量分配不均的问题。结合污泥浓度和处理负荷等参数作为调控依据，同时兼顾生化池中每年定期大修的部分池组进行联动调度，充分发挥各池组处理能力，稳定出水水质。
为了实现上述目的，本发明提供了一种污水处理负荷均衡配水系统，所述系统包括：至少一个抽升泵、至少一个配水井、分期除砂池、分系列处理模块、分单元生物池、分系列二沉池、以及控制子系统；
所述抽升泵的出水管路与配水井连通，所述配水井的出水管路与每期除砂池连通，每期除砂池的出水管路连接至少一个分系列处理模块，每个分系列处理模块的出水管路连接至少一个生物池单元；
每期除砂池的进水管路上设置有除砂池前流量控制单元；每期除砂池的进气管路上设置有除砂池鼓风机流量控制单元；
每个分系列处理模块包括初沉池、混合池、预缺氧池和配水渠；
每个初沉池前均设置有初沉池前流量控制单元；每期除砂池的出水管路分为两路，一路依次通过除砂池后主管流量控制单元和初沉池前流量控制单元与所述初沉池连接，另一路通过除砂池后支管流量控制单元与所述混合池、预缺氧池和配水渠依次连接；所述初沉池通过初沉池后支管流量控制单元与预缺氧池连接；每个生物池单元包括依次连接的厌氧池、缺氧池、曝气池和脱氧池；每个厌氧池前均通过设置的配水渠后流量控制单元与配水渠连接；
所述脱氧池的出水管路分为两路，一路连接至二沉池，另一路通过内回流流量控制单元与同单元的缺氧池连接；所述二沉池底部通过外回流流量控制单元与所述混合池连接；
所述曝气池设置有曝气池鼓风机流量控制单元；
所述控制子系统分别与各控制单元连接。
根据本发明，优选地，所述混合池和所述预缺氧池合并为一池或各自单独设置。
根据本发明，优选地，所述系统还包括多系列出水渠，各脱氧池的出水管路汇集至出水渠后进一步连接至二沉池。
根据本发明，优选地，所述分期除砂池的期数为2-n期；每期除砂池的出水管路连接2-n个分系列处理模块，每个分系列处理模块的出水管路连接2-n个生物池单元。
本发明另一方面提供了一种污水处理负荷均衡配水方法，所述方法采用上述的系统，包括如下步骤：
(1)将总进水通过所述抽升泵提升至所述配水井为各期配水；所述控制子系统每隔预设时间对所述系统的配水情况进行数据分析与控制；
(2)在所述除砂池的配水中，所述控制子系统通过除砂池前流量控制单元对所述除砂池的配水情况进行控制、通过除砂池鼓风机流量控制单元给所述除砂池供气，所述控制可选择采用第一恒水量运行模式、第一比例控制模式或气水比控制模式；
所述第一恒水量运行模式包括：通过所述控制子系统设置各期除砂池的配水水量，利用所述控制子系统依次调整所述除砂池前流量控制单元和抽升泵，使各期除砂池的配水水量在预设水量±n1％范围内，n1％为预设误差；
所述第一比例控制模式包括：通过所述控制子系统收集各期除砂池前流量控制单元的水流量数据并设置各期除砂池的配水比例，利用各期除砂池前流量控制单元调整水量，使各期除砂池之间的配水比例在预设比例±n2％范围内，n2％为预设误差；
所述气水比控制模式包括：所述控制子系统根据所述除砂池鼓风机流量控制单元和除砂池前流量控制单元输入到所述控制子系统内的输气量数据和水流量数据计算得到各期除砂池的气水比计算值；所述控制子系统设置各期除砂池的气水比的上限A2和下限A1，以及各期除砂池的配水水量最低值Q1和最高值Q2；当A1≤除砂池的气水比计算值≤A2时，保持该期子系统内的除砂池的配水水量不变；当除砂池的气水比计算值＜A1时，利用所述控制子系统调整相应的除砂池前流量控制单元进而降低该除砂池的配水水量，直至该除砂池的配水水量低至所述最低值Q1，保持所述最低值Q1的配水水量不变；当除砂池的气水比计算值＞A2时，利用所述控制子系统调整相应的除砂池前流量控制单元进而提高该除砂池的配水水量，直至该除砂池的配水水量高至所述最高值Q2，保持所述最高值Q2的配水水量不变；
(3)在所述初沉池的配水中，所述控制子系统通过初沉池前流量控制单元对所述初沉池的配水情况进行控制，所述控制可选择采用第二恒水量运行模式、第二比例控制模式或表面负荷控制模式；
所述第二恒水量运行模式包括：通过所述控制子系统设置各分系列处理模块内的初沉池的配水水量，利用所述控制子系统调整所述初沉池前流量控制单元，使各初沉池的配水水量在预设水量±n3％范围内，n3％为预设误差；所述初沉池前流量控制单元调整完毕后，来自所述除砂池的多余水量通过所述除砂池后支管流量控制单元进入所述混合池；
所述第二比例控制模式包括：通过所述控制子系统收集各初沉池前流量控制单元的水流量数据和与该初沉池连接的后续生物池单元的启停情况数据、并设置各初沉池的配水比例，利用所述控制子系统按照公式1计算结果调整各分系列处理模块内的初沉池前流量控制单元，使各分系列处理模块内的初沉池之间的配水比例在预设比例±n4％范围内，n4％为预设误差；所述公式1为(Mw+Mj*Ma)＝Me，其中：Me为设定的某初沉池的配水比例；Mw为对应的该初沉池前流量控制单元的水流量数据；Ma为与该初沉池连接的后续生物池单元的停运个数；Mj为系数，优选地，所述系数取值为0.3-0.6；
所述表面负荷控制模式包括：所述控制子系统根据所述初沉池前流量控制单元输入到所述控制子系统内的水流量数据计算得到各分系列处理模块内的初沉池的表面负荷；所述控制子系统设置各分系列处理模块内的初沉池的表面负荷的上限B2和下限B1，以及各分系列处理模块内的初沉池的配水水量最低值Q4和最高值Q3；当B1≤初沉池的表面负荷的计算值≤B2时，保持该初沉池的配水水量不变；当初沉池的表面负荷的计算值＜B1时，利用所述控制子系统调整相应的初沉池前流量控制单元进而提高该初沉池的配水水量，直至该初沉池的配水水量高至所述最高值Q3，保持所述最高值Q3的配水水量不变；当初沉池的表面负荷的计算值＞B2时，利用所述控制子系统调整相应的初沉池前流量控制单元进而降低该初沉池的配水水量，直至该初沉池的配水水量低至所述最低值Q4，保持所述最低值Q4的配水水量不变；
所述初沉池前流量控制单元调整完毕后，来自所述除砂池的多余水量通过所述除砂池后支管流量控制单元进入所述混合池；
(4)在所述混合池中，将来自所述二沉池底部的回流液体和来自所述除砂池后支管流量控制单元的除砂池出水混合并依次送入所述预缺氧池、配水渠和配水渠后流量控制单元；
(5)将步骤(3)的初沉池的出水通过所述初沉池后支管流量控制单元依次送入所述预缺氧池、配水渠和配水渠后流量控制单元；
(6)将配水渠后流量控制单元的出水送入所述厌氧池；
(7)在所述厌氧池的配水中，所述控制子系统通过配水渠后流量控制单元对所述厌氧池的配水情况进行控制，所述控制可选择采用第三恒水量运行模式、第三比例控制模式或第二气水比控制模式；
所述第三恒水量运行模式包括：通过所述控制子系统设置各厌氧池的配水水量，利用所述控制子系统调整所述配水渠后流量控制单元，使各厌氧池的配水水量在预设水量±n5％范围内，n5％为预设误差；
所述第三比例控制模式包括：通过所述控制子系统收集各厌氧池前连接的配水渠后流量控制单元的水流量数据并设置各厌氧池的配水比例，利用所述控制子系统调整各厌氧池前连接的配水渠后流量控制单元，使各厌氧池之间的配水比例在预设比例±n6％范围内，n6％为预设误差；
所述第二气水比控制模式包括：所述控制子系统根据所述曝气池鼓风机流量控制单元和配水渠后流量控制单元输入到所述控制子系统内的输气量数据和水流量数据计算得到各曝气池的气水比计算值；所述控制子系统设置各曝气池的气水比的上限C2和下限C1，以及各厌氧池的配水水量最低值Q5和最高值Q6；当C1≤曝气池的气水比计算值≤C2时，保持该曝气池所在单元的厌氧池的配水水量不变；当曝气池的气水比计算值＜C1时，利用所述控制子系统调整所述配水渠后流量控制单元进而降低该曝气池所在单元的厌氧池的配水水量，直至该曝气池所在单元的厌氧池的配水水量低至所述最低值Q5，保持所述最低值Q5的配水水量不变；当曝气池的气水比计算值＞C2时，利用所述控制子系统调整所述配水渠后流量控制单元进而提高该曝气池所在单元的厌氧池的配水水量，直至该曝气池所在单元的厌氧池的配水水量高至所述最高值Q6，保持所述最高值Q6的配水水量不变；
(8)在所述脱氧池中，所述脱氧池的出水一部分回流至同单元的所述缺氧池，其余部分送入所述二沉池；在所述二沉池中，所述二沉池的底部的至少部分液体作为回流液体送入同系列的所述混合池。
根据本发明，优选地，所述预设时间为3-10h。
根据本发明，优选地，所述系统共包括4个分系列处理模块，在步骤(3)的第二比例控制模式中，各分系列处理模块内的初沉池之间的配水比例为(w+j*a)：(x+k*b)：(y+l*c)：(z+m*d)＝e：f：g：h，其中：
e，f，g，h分别为设定的各初沉池的配水比例；
w，x，y，z分别为各初沉池前流量控制单元的水流量数据，w，x，y，z总和为总水量；
a，b，c，d分别为与各初沉池连接的后续生物池单元的停运个数；
j，k，l，m为系数，优选地，所述j、k、l、m各自独立地取值为0.3-0.6。
根据本发明，优选地，在所述脱氧池中，回流至所述缺氧池的混合液量和总进水水量的比为(80％～350％)：100％。
根据本发明，优选地，在所述二沉池中，所述回流混合液量和总进水水量比为(50％～150％)：100％。
根据本发明，优选地，所述初沉池的水力停留时间为0.5～2.5h。
根据本发明，优选地，所述预缺氧池的水力停留时间为0.3～0.8h。
根据本发明，优选地，所述厌氧池的水力停留时间为0.3～2h。
根据本发明，优选地，所述缺氧池的水力停留时间为2～5h。
根据本发明，优选地，所述曝气池的水力停留时间为6～10h。
根据本发明，优选地，所述步骤(9)还包括：各脱氧池的出水经出水渠汇集后进入二沉池。
根据本发明，优选地，所述方法还包括：重复步骤(1)-(8)。
本发明的技术方案的有益效果如下：
(1)本发明开发了多级联动配水技术，实现总进水-各期-各系列-各生物池单元多级联动，同时实现除砂池、初沉池和生物池多模式运行，实现在时间和空间上均衡水力负荷分配，为微生物的降解过程提供相对稳定的进水环境，对污水处理单元的稳定运行具有重要意义。
(2)传统设计一般采用各生物池单独进水和进泥，通过分别调整进水量和进泥量实现各单元F/M控制，容易造成各单元F/M负荷不均衡，过高和过低的F/M都会影响微生物活性和处理效果，从而制约水厂整体处理效能的发挥。本发明提出了进水和回流污泥前置混合反应优化配水方法，见下图2，将二沉池的回流液体和初沉池的出水集中改至前段混合池和预缺氧池进行完全混合，再将前置混合液在各系列生化池均衡分配，从污泥浓度、生物池进水负荷、好氧池DO三方面保障系统微生物活性均衡。
(3)本发明中具有污水污泥协同前-分层调节配水控制系统，可以实现系统污泥浓度和负荷均衡模式运行，实现系统总进水-各期-各系列-各生物池单元多级联动和污水污泥前-分层调节配水协同控制，在时间、空间上实现各单元水力负荷和活性污泥的均衡分配，降低生物池冲击负荷，强化生物反应效率，确保生物脱氮除磷系统整体处于高效稳定状态。
（发明人：焦二龙;王佳伟;樊鹏超;蒋勇;张荣兵;李东辉;袁星;孟晓宇）
