專利名稱：交替好氧/缺氧活性污泥法污水脫氮工藝的實時控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種污水處理工藝的控制裝置，特別是污水生物脫氮工藝的控制裝置。
背景技術：
SBR法是間歇式活性污泥水處理法的通用簡稱，它的處理裝置由SBR反應池連接進水管、出水管和排泥管，只有一個反應池，占地面積小，是一種常規的活性污泥法廢水處理工藝。但這活性污泥工藝由于硝化作用不完全，反硝化作用則幾乎不發生，總氮的去除率僅在10％-30％之間。對于城市污水、含氮工業廢水，若采用常規的活性污泥法處理，出水中還含有大量的氮和磷，地表水體“富營養化”現象非常突出。
污水生物脫氮技術是當今水污染控制領域中的一個重要研究方向，研究開發高效、低能耗的生物脫氮工藝和裝置已成為當前水處理界重要的研究課題，已引起世界各國的普遍關注，它的處理裝置由反應池和攪拌機組成。由于現有的污水處理工藝和裝置的運行由手動控制，曝氣時間和攪拌時間不能自動控制常常引起處理器運行不穩定，對于城市污水、含氮工業廢水，總氮的去除率較低，出水中還含有大量的氮和磷。隨著地表水體“富營養化”現象的日益突出，污水處理工藝的智能化和自動控制迫在眉睫。
模糊控制(Fuzzy Control)自zadeh提出模糊集合理論和Mamdani(1975)發表了第一篇關于模糊控制的論文以來，在工程中的應用日益廣泛與深入。由于污水水質、水量變化很大，在水處理中的研究與應用仍處于探索狀態。
實用新型內容本實用新型的目的是提出一種交替好氧/缺氧活性污泥法污水脫氮工藝的實時控制裝置，解決現有污水處理裝置的運行由手動控制、運行不穩定和氮、磷的去除率低的問題；解決硝化過程投加堿量不易控制的問題。
本實用新型的技術方案這種交替好氧/缺氧活性污泥法污水脫氮工藝的實時控制裝置，其特征在于由SBR反應池連接進水管、出水管和排泥管，其特征在于在SBR反應池內置有溶解氧濃度DO、氧化還原電位ORP傳感器和pH值傳感器，上述傳感器經導線與DO測定儀、ORP測定儀和pH測量計連接后與計算機的數據信號輸入接口連接，計算機的數據信號輸出接口，經導線連接執行機構，執行機構的進水繼電器經接口與進水閥門電連接，出水繼電器經接口與出水閥門電連接，曝氣繼電器經接口與曝氣器進氣閥門電連接，投藥計量泵繼電器經接口與投藥計量泵電連接，投加碳源計量泵繼電器經接口與投加碳源計量泵電連接，攪拌機繼電器經接口與攪拌機電連接。
為排水方便，上述出水管與潷水器連接。
有益效果本實用新型可以實現交替好氧/缺氧活性污泥法污水脫氮工藝的實時自動控制，并且運行穩定、氮、磷的去除率高，可以實時監控曝氣時間和攪拌時間，實現對硝化和反硝化時間的控制，控制反應體系內穩定的亞硝酸鹽積累，從而使硝化類型持久穩定在短程硝化上。將反硝化產生的堿度回用到硝化過程，大大節省了硝化階段的投堿量。
本實用新型采用交替好氧/缺氧運行方式來運行SBR法短程硝化—反硝化脫氮工藝，并實時控制交替好氧曝氣和缺氧攪拌的時間。不僅提高了處理效率、減少了反應時間和降低了運行成本，而且在進水污染物濃度發生較大變化時，由于采用了在線實時過程控制仍能準確地控制交替好氧/缺氧時間，使整個系統的抗沖擊負荷能力大大提高。
本實用新型的交替好氧/缺氧SBR生物脫氮工藝與現有技術相比，具有下列優點(1)、交替缺氧反硝化產生的堿度為下一個階段的硝化過程所利用，這一現象相當于增加了該硝化過程的堿度投加，提高了硝化速率；另外，作為反硝化電子供體的第二和第三部分廢水有兩個作用，一個為充當反硝化所需的碳源，另一個為待處理廢水，這種進水方式不僅對反硝化產生堿度的重復利用，節約了反硝化階段投加的藥劑碳源，相應減少了整個工藝的堿度投加量，而且又相應地提高了廢水處理量。
(2)、適時控制曝氣和攪拌時間，使反應器內硝化產生的亞硝酸鹽氮及時還原為氮氣，不為硝酸菌提供生長所需的底物，從根本上抑制硝酸菌的生長。因此，該工藝能穩定、持久的維持短程硝化類型，避免全程硝化的出現，充分發揮短程硝化的各項優勢。
(3)、適時控制硝化和反硝化時間，使反應器內硝化產生的亞硝酸鹽氮及時通過反硝化過程去除，減小由于亞硝酸鹽氮累積所造成的硝化速率下降。因此，該工藝在實現短程硝化過程基礎上，有利于提高硝化速率，縮短反應時間。
(4)、采用實時控制裝置控制生物脫氮過程能夠根據原水水質水量的變化實時控制各個生化反應所需投加的藥劑量、反應時間，節省了好氧階段供氧量25％左右；節約反硝化所需碳源40％左右；減少污泥生成量；減少硝化過程的投堿量；縮短反應時間，相應地減少了反應器容積30％～40％左右，實現智能化控制，保證出水水質的前提下優化節能。
(5)、采用SBR工藝反應器，使有機物和含氮化合物在一個反應池內得到去除，減少了缺氧池和沉淀池等處理構筑物，從而降低了基建投資和整個工藝的占地面積。
本實用新型可廣泛應用于中小城鎮城市污水或有機物、氮素含量變化較大的工業廢水的處理，特別適用于已采用SBR工藝的污水處理廠或準備采用SBR工藝的污水處理廠。
圖1是本實用新型實時控制裝置的結構示意圖；圖2是應用本實用新型實施交替好氧/缺氧活性污泥法污水脫氮工藝的示意圖。
圖中，1-進水管、2-出水管、3-排泥管、4-進水繼電器、5-出水繼電器、6-曝氣繼電器、7-投藥計量泵繼電器、8-投加碳源計量泵繼電器、9-攪拌機繼電器、10-DO傳感器、11-ORP傳感器、12-pH傳感器、13-信號輸出接口、14-曝氣器、15-攪拌機、16-投藥計量泵、17-碳源投加計量泵、18-pH測量計、19-ORP測定儀、20-DO測定儀、21-信號輸入接口、22-信號輸出接口、23-計算機、24-執行機構、25-SBR反應池、26-潷水器。
具體實施方式
實施例如圖1所示，本實用新型的實時控制裝置由SBR反應池25連接進水管1、出水管2和排泥管3，在SBR反應池內置有溶解氧濃度DO傳感器10、氧化還原電位ORP傳感器11和pH值傳感器12，上述傳感器經導線與DO測定儀20、ORP測定儀19和pH測量計18連接后與計算機23的數據信號輸入接口21連接，計算機的數據信號輸出接口22，經導線連接執行機構24，執行機構的進水繼電器4經接口與進水管1的閥門電連接，出水繼電器5經接口與潷水器的閥門電連接，曝氣繼電器6經接口與曝氣器14的進氣閥門電連接，投藥計量泵繼電器7經接口與投藥計量泵16電連接，投加碳源計量泵繼電器8經接口與投加碳源計量泵17電連接，攪拌機繼電器9經接口與攪拌機15電連接。本實用新型的傳感器、測定儀、計算機、繼電器、計量泵等部件均可采用已有成型產品。為出水方便，出水管2連接潷水器26，潷水器26可以自制，也可以參照已有中國專利ZL02121083.7的結構制作。
本實用新型的實時控制方法步驟在SBR反應池中放置三種傳感器，采集溶解氧濃度DO、氧化還原電位ORP和pH值的信號，作為SBR法脫氮過程的被控制變量；將采集的ORP、DO和pH值信號經變送器輸入模擬數字轉換器A/D，轉換成數字信號；將數字信號輸入計算機，經過控制量偏差的計算、模糊化計算、與事先輸入的模糊控制規則比較、采用Mamdani模糊推算法進行模糊控制推理、經非模糊化計算后，得到模糊控制變量；再將實時過程控制變量經數字模擬轉換器D/A轉換成控制信號；執行機構控制污水處理脫氮過程的曝氣量、藥劑投加和反應時間。
參見圖2，應用本實用新型的工藝運行操作工序進水工序(I)，處理廢水在實時控制裝置調節下進入SBR反應器，使沉淀在反應池底部的活性污泥沸騰起來，與原水充分混合，當反應器被注滿或到達指定液位后停止注水，進入第一次曝氣工序。
第一次曝氣工序(II)，打開鼓風機進行曝氣，并且控制曝氣量為0.6m3/h，由鼓風機提供的壓縮空氣由進氣管進入曝氣器，以微小氣泡的形式向活性污泥混合液高效供氧，并且使污水和活性污泥充分接觸，目的在于利用活性污泥中的微生物對有機污染物進行降解和完成含氮化合物的短程硝化作用。整個過程由實時控制裝置實施控制，主要根據反應池內所安置的DO、ORP和pH傳感器在有機物降解和短程硝化過程中所表現出的特征點來間接獲取反應池內的有機物降解情況和短程硝化情況，再通過實時控制裝置對所獲取的數據進行處理，最終達到對曝氣時間的控制，當實時控制裝置得到表征第一次曝氣硝化完成的信號后，馬上向鼓風機下達停止曝氣的指令，然后系統進入第三道工序。
第一次攪拌工序(III)，進入缺氧反硝化階段，首先根據工序二獲得的數據由實時控制裝置預測反應體系內的亞硝酸鹽氮濃度，并由其發送指令，打開進水閥門至所投加的廢水剛好滿足短程反硝化所需碳源的要求。投加廢水同時，開啟攪拌電機，使在第一次曝氣階段產生的亞硝酸鹽氮經反硝化菌作用轉化為氮氣，實現對總氮的去除，攪拌時間的控制仍采用ORP和pH作為實時控制參數的實時過程控制。
第二次曝氣工序(IV)，當攪拌工序結束時，進入第四道工序，繼續實施曝氣，對反應體系剩余的氨氮進行硝化作用，當反應器內ORP和pH實時控制傳感器監測到反應器內剩余的氨氮已全部轉化為亞硝酸鹽氮時，停止曝氣。然后系統再一次進入第五道工序，進行缺氧攪拌，將生成的亞硝酸鹽氮經反硝化菌作用轉化為氮氣，過程同第三道工序。
第二次攪拌工序(V)，同第一次攪拌工序c。
沉淀工序(VI)，靜止沉淀階段開始，由實時控制裝置控制沉淀時間。
排水工序(VII)，排水由潷水器根據實時控制裝置中的時間控制器完成。
閑置工序(VIII)，閑置期的時間長短不固定，根據實際污水水質和水量而隨時調整。
由實時控制裝置順次重復進水、曝氣、攪拌、曝氣、攪拌、沉淀、排水和閑置八個工序，使整個系統始終處于好氧、缺氧、好氧、缺氧、厭氧交替的狀態，間歇進水和出水，并在每個周期結束時經由排泥管和排泥閥定期排放剩余的活性污泥。
以某食品加工企業排放的實際豆制品廢水(pH＝4-5，COD＝10000-15000mg/L，TN＝500-600mg/L)的稀釋液為原水。所選擇的SBR反應器有效容積38L，反應器內進水COD、氨氮和總氮濃度在194.55-924.90mg.L-1、25.68-81.48mg.L-1和36.46-90.55mg.L-1之間波動時，出水COD濃度始終在100mg.L-1以下，COD平均去除率在90％以上，出水氨氮濃度均在2mg.L-1以下，平均去除效率達到99％，出水總氮濃度均在10mg.L-1以下，平均出水總氮濃度為5.12mg.L-1，平均去除率為92％。
權利要求1.一種交替好氧/缺氧活性污泥法污水脫氮工藝的實時控制裝置，其特征在于由SBR反應池連接進水管、出水管和排泥管，其特征在于在SBR反應池內置有溶解氧濃度DO、氧化還原電位ORP傳感器和pH值傳感器，上述傳感器經導線與DO測定儀、ORP測定儀和pH測量計連接后與計算機的數據信號輸入接口連接，計算機的數據信號輸出接口，經導線連接執行機構，執行機構的進水繼電器經接口與進水閥門電連接，出水繼電器經接口與出水閥門電連接，曝氣繼電器經接口與曝氣器進氣閥門電連接，投藥計量泵繼電器經接口與投藥計量泵電連接，投加碳源計量泵繼電器經接口與投加碳源計量泵電連接，攪拌機繼電器經接口與攪拌機電連接。
2.根據權利要求1所述的交替好氧/缺氧活性污泥法污水脫氮工藝的實時控制裝置，其特征在于所述出水管與潷水器連接。
專利摘要一種交替好氧/缺氧活性污泥法污水脫氮工藝的實時控制裝置，在SBR反應池內置有溶解氧濃度DO、氧化還原電位ORP傳感器和pH值傳感器，上述傳感器經導線與DO測定儀、ORP測定儀和pH測量計連接后與計算機的數據信號輸入接口連接，計算機的數據信號輸出接口，經導線連接執行機構，執行機構的進水繼電器經接口與進水閥門電連接，出水繼電器經接口與出水閥門電連接，曝氣繼電器經接口與曝氣器進氣閥門電連接，投藥計量泵繼電器經接口與投藥計量泵電連接，投加碳源計量泵繼電器經接口與投加碳源計量泵電連接，攪拌機繼電器經接口與攪拌機電連接。SBR反應池的出水管與潷水器連接。可提高硝化和反硝化速率，短程硝化效果穩定。
文檔編號C02F3/30GK2683639SQ20042004780
公開日2005年3月9日 申請日期2004年3月26日 優先權日2004年3月26日
發明者彭永臻, 高大文, 楊慶 申請人:彭永臻