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        AAO污水處理工藝全流程智能控制系統

        發布時間:2020-4-10 9:16:11  中國污水處理工程網

          申請日2019.11.28

          公開(公告)日2020.02.14

          IPC分類號C02F3/30; C02F1/58

          摘要

          本申請提供一種基于AAO污水處理工藝的全流程智能控制系統,所述全流程智能控制系統包括數據采集模塊、進水泵編組實時控制模塊、好氧池曝氣實時控制模塊、內回流泵控制模塊、碳源投加實時控制模塊、除磷劑投加實時控制模塊和排泥泵實時控制模塊,本申請提供的實時控制模塊適用于以AAO工藝為基礎的主流工藝的污水處理廠,通過智能控制工藝運行中關鍵設備來高效地保證污水生物處理系統處于最佳工藝運行條件,從而使表面看似無關,運行參數相互獨立的不同工藝單元及運行條件有機地整體融合,進而既能夠保證處理出水達標,又能降低關鍵設備的能耗以及碳源和除磷劑等藥劑的使用量,最終實現污水處理廠最大化節能降耗的目標。

          權利要求書

          1.一種基于AAO污水處理工藝的全流程智能控制系統,其特征在于,所述全流程智能控制系統用于采用生物處理工藝的污水處理廠,所述污水處理廠至少依次設置有厭氧區、缺氧區、好氧區和泥水分離區;

          所述全流程智能控制系統包括數據采集模塊、進水泵編組實時控制模塊、好氧池曝氣實時控制模塊、回流實時控制模塊、碳源投加實時控制模塊、除磷劑投加實時控制模塊和排泥泵實時控制模塊中至少兩個模塊,其中,

          所述數據采集模塊用于采集污水水質數據、各設備的運行數據以及生化系統運行操作參數,其中,所述污水水質數據包括原污水進水氨氮、原污水進水COD、好氧區各廊道溶解氧濃度、缺氧區出水硝酸氮值、好氧區出水硝酸氮值、好氧區出水氨氮值、好氧區出水磷酸鹽含量、處理出水總氮含量、處理出水總磷含量和好氧區污泥濃度;所述各設備的運行數據包括生化池液位高度和原污水進水流量;所述生化系統運行操作參數包括污泥停留時間和水力停留時間;

          所述進水泵編組實時控制模塊根據所述水力停留時間控制原污水進水流量和生化池液位;

          所述好氧池曝氣實時控制模塊根據好氧區溶解氧濃度控制好氧區總進氣量;

          所述回流實時控制模塊根據處理出水總氮濃度、好氧區出水硝酸鹽濃度以及好氧區污泥濃度控制內回流比;

          所述碳源投加實時控制模塊根據處理出水總氮濃度和缺氧區出水硝酸鹽濃度控制碳源投加量;

          所述除磷劑投加實時控制模塊根據處理出水總磷濃度以及好氧區出水磷酸鹽濃度控制除磷劑投加量;

          所述排泥泵實時控制模塊根據污泥濃度、好氧區溶解氧濃度、好氧區出水氨氮濃度以及二次沉淀區泥位控制排泥量。

          2.根據權利要求1所述的全流程智能控制系統,其特征在于,所述數據采集模塊包括原污水進水流量計、生化池液位計、COD監測裝置、氨氮濃度監測裝置、硝酸鹽濃度監測裝置、碳源流量監測裝置、污泥濃度監測裝置、溶解氧濃度監測裝置、除磷劑流量監測裝置、磷酸鹽濃度監測裝置、總氮濃度監測裝置、總磷含量監測裝置和泥位計。

          3.根據權利要求1或2所述的全流程智能控制系統,其特征在于,所述進水泵編組實時控制模塊根據所述水力停留時間以及各段工藝的池體容積控制原污水進水流量具體根據下式(1)計算原污水進水流量Q范圍:

          Q=V/HRT 式(1)

          其中,V表示各段工藝的池體容積之和;

          HRT表示水力停留時間。

          4.根據權利要求1至3任一項所述的全流程智能控制系統,其特征在于,所述好氧池包括至少三個廊道,其中,每個廊道的走向與所述污水的流向一致。

          5.根據權利要求1至4任一項所述的全流程智能控制系統,其特征在于,所述好氧池曝氣實時控制模塊控制

          第一廊道溶解氧濃度DO1的范圍以(DO1-A0)值控制,使DO1-A0≤1mg/L,其中,A0取值為0.3~3mg/L;

          第二廊道溶解氧濃度DO2的范圍為A1≤DO2≤A2,其中,A1取值為2~3mg/L,A2取值為3~7mg/L;

          第三廊道溶解氧濃度DO3的范圍以(DO3-A3)值控制,使DO3-A3≤1.5mg/L,其中,A3取值為1~2.5mg/L。

          6.根據權利要求1至5任一項所述的全流程智能控制系統,其特征在于,內回流比范圍為100%~600%;外回流比范圍為50%~200%。

          7.根據權利要求1至6任一項所述的全流程智能控制系統,其特征在于,所述除磷劑投加實時控制模塊中除磷劑Al鹽投加量QAl以及除磷劑Fe鹽投加量QFe可以分別按照下式(6)和下式(7)進行計算:

          QAl=β×(27/31)×Cp×Qin/1000 式(6)

          QFe=β×(56/31)×Cp×Qin/1000 式(7)

          其中,β為加藥系數,取值范圍為3~7;

          Qin表示原污水進水流量;

          Cp可以按照下式(8)進行計算:

          Cp=好氧池出水磷酸鹽濃度-處理出水處理出水磷酸鹽設定濃度 式(8)。

          8.根據權利要求1至7任一項所述的全流程智能控制系統,其特征在于,所述排泥泵實時控制模塊控制在硝化反應正常,進水周期內好氧池三個廊道的溶解氧濃度波動均在正負1mg/L以內,并且污泥濃度穩定在3000~6000mg/L,則排泥泵的流量調至其流量上限。

          說明書

          一種基于AAO污水處理工藝的全流程智能控制系統

          技術領域

          本申請屬于環境工程類污水處理領域,特別涉及一種基于AAO污水處理工藝的全流程智能控制系統。

          背景技術

          AAO(Anaerobic-Anoxic-Oxic,厭氧-缺氧-好氧)污水生物處理工藝,是目前應用得較為廣泛的污水處理工藝,該工藝中污水依次流經厭氧區、缺氧區和好氧區,因此AAO污水生物處理工藝具有較高COD(化學需氧量)去除以及脫氮除磷功效。具體地,在AAO工藝中,原廢水首先進入厭氧區,兼性厭氧發酵菌在厭氧環境下將原廢水中可生物降解的大分子有機物轉化成揮發性脂肪酸(VFA)等分子量較小的中間發酵產物,聚磷菌則分解體內的聚磷酸鹽以提供能量供專性好氧聚磷微生物在厭氧條件下生存,同時吸收VFA以合成聚-β羥基丁酸鹽(PHB);隨后,廢水進入缺氧區,反硝化菌以好氧區回流液中的硝酸鹽作為電子受體和氮源,以原廢水中的有機質和碳源為電子供體進行反硝化,達到脫氮目的;在好氧區,硝化細菌將入流中的氨氮及有機氮氨化成的氨氮,通過生物硝化作用轉化成硝酸鹽,聚磷菌則在利用廢水中殘留有機質的同時,主要通過分解其體內貯存的PHB所放出的能量維持其生長,并過量攝取污水中的溶解態磷。磷的去除最終通過排除二沉池的富磷剩余污泥完成。在AAO工藝運行狀況下,通過混合液回流(內回流或硝化液回流)達到有效的硝化和反硝化目的,即有效去除廢水中的COD、氨氮和總氮;通過污泥回流(外回流),補充生化反應池中活性微生物濃度,確保生化處理效果。

          在傳統AAO污水工藝基礎上,還開發出例如多級AO和AAO-MBR等改良工藝,這些改良工藝系統均包括厭氧區、缺氧區、好氧區和泥水分離區。

          目前,基于AAO工藝的污水處理廠運行消耗大量的電能和化學藥劑,迫切需要解決能耗和藥耗過高的問題。污水處理廠的電耗主要來自好氧池充氧曝氣用電,而藥耗主要包括所投加的碳源和除磷劑。部分污水處理廠在藥耗中占比最大是所投加的碳源,這是因為污水處理廠進水水質COD較低,不能滿足微生物在脫氮除磷過程中所需的營養物質,因此需要向污水中投加碳源補充微生物所需要的COD。此外,由于污水處理廠在碳源供給上一般優先考慮脫氮需求,然后才考慮除磷,所以污水處理廠的生物除磷一般效果較差。大多數污水處理廠需采用化學除磷作為輔助除磷方法,投加的除磷劑是與磷酸鹽能夠有效反應并產生鋁鹽或者鐵鹽沉淀物,通過排泥系統排出以達到除磷的目的。

          AAO污水處理工藝中各個工藝段相互依存,但污水處理系統的脫氮除磷能力與污水處理工藝中各工藝段的工藝要求又有局部矛盾,例如,碳源投放量同時受到原污水COD含量的影響以及內回流出水中的溶解氧濃度(Dissolved Oxygen,DO)會消耗外加碳源,從而需要增加投入外加碳源,而外加碳源過量投放會降低生物處理的效果;內回流與碳源投加之間的關系復雜;排泥系統又影響污泥停留時間,進而對系統除磷產生影響;并且排泥系統與污泥濃度有直接關系,污泥濃度的穩定對系統的脫氮除磷效果至關重要。

          當前,城市污水處理廠的運行大多依靠經驗以人工操作為主,能夠做到自動控制的也僅僅是設備的啟停和故障報警,也有一些廠家在探索精確曝氣與精確加藥,以期能夠通過有效的控制系統為污水處理廠節省電能和降低藥耗。由于污水生物處理工藝是各處理單元密切相關的整體系統,影響曝氣和加藥的因素較多相互關聯,使獨立的精確曝氣系統或加藥系統的運行受到影響,甚至相互制約,導致精確曝氣和智能加藥的收效不夠明顯。此外,一些有節能潛力的設備,如鼓風機,加藥泵,回流泵,排泥泵等,在當前污水處理廠的控制系統大多只能簡單控制,做不到真正的量化控制時,不能與污水處理工藝全流程有機融合,也不能真正為污水處理廠降低能耗。

          發明內容

          為解決傳統基于AAO工藝的污水處理工藝各工藝段僅能夠實現單獨、局部控制,與處理工藝整體運行系統難以融合從而導致藥耗大、能耗大等問題,本申請提供一種以污水處理廠的主流工藝段與設備為基礎的污水處理廠關鍵運行設備的智能控制系統,從而使局部的精確控制單元與整體污水處理系統有機融合,實現更有效的節能降耗。

          本申請提供的基于AAO工藝的污水處理工藝全流程智能控制系統用于采用以AAO工藝為基礎的包括AAO改良工藝如多級AO和AAO-MBR等的污水處理廠,所述污水處理廠至少依次設置有厭氧區、缺氧區、好氧區和泥水分離區,其中,所述泥水分離區包括二次沉淀區與膜池中的任意一種;

          所述全流程智能控制系統包括數據采集模塊、進水泵編組實時控制模塊、好氧池曝氣實時控制模塊、回流實時控制模塊、碳源投加實時控制模塊、除磷劑投加實時控制模塊和排泥泵實時控制模塊,其中,所述數據采集模塊用于采集污水水質數據、各設備的運行數據以及生化系統運行操作參數,其中,所述污水水質數據包括原污水進水氨氮、原污水進水COD、好氧池各廊道溶解氧濃度、缺氧區出水硝酸氮值、好氧區出水硝酸氮值、好氧區出水氨氮值、好氧區出水磷酸鹽含量、處理出水總氮含量、處理出水總磷含量和好氧區污泥濃度;所述各設備的運行數據包括生化池液位高度、原污水進水流量;所述生化系統運行操作參數包括污泥停留時間和水力停留時間;

          所述進水泵編組實時控制模塊根據所述水力停留時間控制原污水進水流量和生化池液位;所述好氧池曝氣實時控制模塊根據好氧區溶解氧濃度控制好氧區總進氣量;所述回流實時控制模塊根據處理出水總氮濃度、好氧區出水硝酸鹽濃度以及污泥濃度控制內回流比;所述碳源投加實時控制模塊根據處理出水總氮濃度和缺氧區出水硝酸鹽濃度控制碳源投加量;所述除磷劑投加實時控制模塊根據好氧區出水磷酸鹽濃度以及處理出水總磷濃度控制除磷劑投加量;所述排泥泵實時控制模塊根據污泥濃度、好氧區溶解氧濃度、好氧區出水氨氮濃度以及二次沉淀區泥位控制排泥量。

          在一種可實現的方式中,所述數據采集模塊包括原污水進水流量計、生化池液位計、COD監測裝置、氨氮濃度監測裝置、硝酸鹽濃度監測裝置、碳源流量監測裝置、污泥濃度監測裝置、溶解氧濃度監測裝置、除磷劑流量監測裝置、磷酸鹽濃度監測裝置、總氮濃度監測裝置、總磷含量監測裝置和泥位計。

          在一種可實現的方式中,所述進水泵編組實時控制模塊根據所述水力停留時間以及各段工藝的池體容積控制原污水進水流量具體根據下式(1)計算原污水進水流量Q范圍:

          Q=V/HRT 式(1)

          其中,V表示各段工藝的池體容積之和;

          HRT表示水力停留時間。

          在一種可實現的方式中,所述好氧池包括至少三個廊道,其中,每個廊道的走向與所述污水的流向一致。

          在一種可實現的方式中,所述好氧池曝氣實時控制模塊控制第一廊道溶解氧濃度DO1的范圍以(DO1-A0)值控制,使DO1-A0≤1mg/L,其中,A0取值0.3~3mg/L;第二廊道溶解氧濃度DO2的范圍為A1≤DO2≤A2,,其中,A1取值2~3mg/L,A2取值3~7mg/L;第三廊道溶解氧濃度DO3的范圍以(DO3-A3)值控制,使DO3-A3≤1.5mg/L,其中,A3取值1~2.5mg/L。

          在一種可實現的方式中,內回流比范圍為100%~600%;外回流比范圍為50%~200%。

          在一種可實現的方式中,所述碳源投加實時控制模塊計算進水BOD/TN,其中,BOD表示生化需氧量,即污水中可生物降解的有機物,TN表示總氮含量;如果BOD/TN<4,則啟動碳源投加裝置,向缺氧池中投加外部碳源;如果進水BOD/TN≥4,則停止碳源投加裝置。

          在一種可實現的方式中,所述除磷劑投加實時控制模塊中除磷劑投加量的計算方法如下:

          磷酸鹽去除量=Cp×Qin/1000

          其中,Qin表示原污水進水流量;

          Cp=好氧池出水磷酸鹽濃度-處理出水磷酸鹽設定濃度

          Al鹽投加量QAl=β×(27/31)×Cp×Qin/1000

          Fe鹽投加量QFe=β×(56/31)×Cp×Qin/1000

          其中,β為加藥系數,取值范圍為3~7;

          所述處理出水磷酸鹽設定濃度可根據不同標準進行選取。

          在一種可實現的方式中,所述排泥泵實時控制模塊控制在硝化反應正常,進水周期內好氧段溶解氧濃度波動在正負1mg/L以內,并且污泥濃度穩定在3000~6000mg/L,排泥泵的流量調至其流量上限。

          與傳統AAO污水生物處理系統相比,本申請提供的基于AAO污水處理工藝的全流程智能控制系統通過控制關鍵運行設備,包括進水泵、曝氣鼓風機、內回流泵、排泥泵及加藥泵等,有效控制污水生物處理工藝各工段的運行參數,高效地保證生物處理系統處于最佳工藝運行條件,使整體污水生物處理系統中表面看似無關的各工段及運行參數進行有機整體融合,從而使污水生物處理系統能夠更流暢高效地運轉,擺脫單獨的、局部的控制單元不能與整體工藝運行系統相融合的困境,進而既能夠保證處理出水達標,又能降低關鍵設備的能耗及碳源和除磷藥劑的使用量,實現最大化的污水處理廠節能降耗目標。(發明人施漢昌;唐安平;韓曉磊;汪秋婉;劉海青;楊茹霞)

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