CN102344198B - 处理低c/n污水好氧生物膜a2o工艺的实时控制装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了处理低C/N污水好氧生物膜A2O工艺的实时控制装置与方法。好氧生物膜A2O工艺的实时控制装置由原水箱(1)、好氧生物膜A2O反应器(2)、二沉池(3)、DO仪(5)、在线测试仪(6)、计算机(7)和过程控制器(8)构成；实时控制方法为：在线采集出水箱中的氨氮浓度，经过实时控制系统调整气泵的曝气量；在线采集出水箱中的硝态氮浓度，经过实时控制系统调整蠕动泵的硝化液回流比；在线采集出水箱中的
浓度，经过实时控制系统调整蠕动泵的旁流比；在线采集出水箱中的TOC浓度，经过实时控制系统调整气泵的曝气量。本发明是处理低C/N污水同步脱氮除磷的最有效方法之一。出水水质稳定地达到国家一级(A)标准。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体设计一种处理低C/N污水好氧生物膜A2O工艺的实时控制装置与方法。
背景技术
氮磷等营养元素的过量排放是导致水体“富营养化”的重要原因，它给工农业生产和人民生活构成了严重威胁。A2O作为最简单的同步脱氮除磷工艺，具有构造简单、HRT短、设计运行经验成熟、控制复杂性小和不易产生污泥膨胀等一系列优点，是我国城市污水厂的主体工艺。然而，A2O中的硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上的矛盾，很难单一的生化系统中同时获得脱氮除磷的良好效果，阻碍着生物脱氮除磷技术的应用。碳源是影响污水处理比较重要的因素之一，而我国城市污水最明显的特征就是低C/N，这就要求将低C/N的生活污水进行深度的脱氮除磷。几乎所有的同步脱氮除磷工艺都是单污泥系统即硝化细菌、反硝化细菌和聚磷菌等不同生理习性微生物生活在同一个微生物环境中。对环境要求不相同的微生物生活在一起，无法保证它们能够在各自最适宜的环境下成长，这必定会影响处理效果。最明显的是聚磷菌和硝化细菌对污泥龄的不同要求使得脱氮和除磷形成对立的矛盾，往往成为单污泥系统同步脱氮除磷的效率不稳定、达标率低的主要原因。
针对A2O工艺所存在的缺陷，提出了处理低C/N污水好氧生物膜A2O工艺的实时控制装置与方法，该工艺将生物填料放入到好氧段，其主要目的是有效的完成硝化作用。
发明内容
本发明的目的是要提供一种处理低C/N污水好氧生物膜A2O(Floated aerobic biofilm A2O system)工艺的实时控制装置与方法，解决低C/N生活污水的深度脱氮除磷技术。
1、本发明的机理为：原水分两列同时进入预缺氧区和厌氧区，在预缺氧区，原水中的TOC被来自二沉池的回流污泥中的反硝化菌利用，反硝化菌以TOC为电子供体，以硝酸盐氮为电子受体，发生反硝化作用，硝酸盐氮转化为氮气，为污泥在厌氧区充分释磷提供条件；在厌氧区，聚磷菌利用原水中的挥发性脂肪酸(VFAs)合成内碳源PHAs并贮存于体内，同时释放大量的磷；混合液进入缺氧区，同时进入的还有来自好氧区末端的硝化液，反硝化菌以硝酸盐氮和亚硝酸盐氮为电子受体，以TOC为电子受体，反硝化脱氮；DPAOs以硝酸盐 和亚硝盐氮为电子受体，以PHAs为电子供体反硝化除磷，实现了“一碳两用”，节省了50％的TOC；混合液进入好氧区，好氧区的主要功能是好氧生物膜上的硝化菌将氨氮氧化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮、去除剩余的磷和剩余的TOC；好氧区出水混合液进入二沉池进行泥水分离。
2、本发明的技术方案：处理低C/N城市污水的好氧生物膜A2O工艺的实时控制装置由原水箱1、A2O反应器2、二沉池3、出水箱4、DO仪5、在线测试仪6、计算机7和过程控制器8构成。原水箱1经蠕动泵9分两列与预缺氧区11和厌氧区12连接，厌氧区12与缺氧区13连接，缺氧区13与好氧区14连接，好氧区14混合液出口端通过蠕动泵9与缺氧区13连接，好氧区14与二沉池3连接，二沉池3底部污泥出口端经蠕动泵9与预缺氧区11连接，剩余污泥从污泥排放口16排放；实时控制系统由DO仪5、在线测试仪(测试出水箱中氨氮浓度、亚硝态氮浓度、硝态氮浓度、 
浓度和TOC浓度)、计算机7和过程控制器8构成；出水箱4中安装有在线测仪，DO仪和在线测试仪与计算机7连接，计算机7与过程控制器8连接，过程控制系器8与蠕动泵9及气泵10连接。
3、好氧生物膜旁流A2O工艺的实时控制装置与方法，包括以下步骤：
1)原水经蠕动泵9从原水箱1分两列分别泵入A2O反应器2的预缺氧区11和厌氧区12，同时进入到预缺氧区11的还有来自二沉池3的回流污泥，在预缺氧区反硝化菌将回流污泥中携带的硝态氮去除，以免影响厌氧区的释磷作用，其进入到预缺氧区11和厌氧区12的旁流比例由实时控制系统调整(旁流比例为1∶9或2∶8或3∶7)。在厌氧区12，聚磷菌吸收原水中的有机物，并以PHAs的形式贮存在其生物体内，同时释放大量的磷。
2)厌氧区12的混合液进入缺氧区13，同时进入缺氧区13的还有来自好氧区14末端的硝化液，在此阶段完成的是反硝化作用及缺氧吸磷作用。
3)缺氧区13的混合液随后进入好氧区14，此阶段的主要作用是硝化作用，以及进一步吸收缺氧区没有吸完剩余的磷，同时去除2％～5％的有机物。
4)来自好氧区14的混合液进入二沉池3，实现混合液的泥水分离，上清液排放。
5)在线测试仪6分别在线采集出水箱4中的氨氮浓度、亚硝酸氮浓度、硝态氮浓度、 
浓度及TOC浓度，通过计算机7控制过程控制器8，调整气泵10的曝气量及蠕动泵9的回流比：
5.1)在线测试仪6在线采集出水箱4中的氨氮浓度，通过计算机7控制过程控制器8，调整气泵10的曝气量；当氨氮浓度≥1mg·L-1时，加大曝气量，使好氧区14末端中DO为2.0～3.0mg·L-1，当氨氮浓度≤0.1mg·L-1时，减少曝气量为1.0～2.0mg·L-1；
5.2)在线测试仪6在线采集出水箱4中的亚硝酸氮浓度，通过计算机7控制过程控制器 8，调整气泵10的曝气量；当亚硝酸氮浓度≥0.5mg·L-1时，加大曝气量，使好氧区14末端中DO为2.0～3.0mg·L-1，当亚硝酸氮浓度≤0.5mg·L-1时，减少曝气量为1.0～2.0mg·L-1；
5.3)在线测试仪6在线采集出水箱4中的硝态氮浓度，通过计算机7控制过程控制器8，调整蠕动泵9的硝化液回流比，当硝态氮浓度≥13mg·L-1时，加大回流比为300％～400％，当硝态氮浓度≤6.0mg·L-1时，减少回流比100％～200％；
5.4)在线测试仪6在线采集出水箱4中的PO4 3--P浓度，通过计算机7控制过程控制器8，调整蠕动泵9，当PO4 3--P浓度≥1.0mg·L-1时，旁流比由1∶9加大到2∶8，当PO4 3--P浓度≤0.1mg·L-1时，使旁流比由3∶7减小到2∶8。
本发明处理低C/N污水好氧生物膜A2O工艺的实时控制装置与方法，同现有深度脱氮除磷技术相比，具有下列优点：
1)该工艺的硝化作用主要在生物填料上完成，除磷则靠活性污泥系统，解决了硝化细菌和聚磷菌对污泥龄要求不同的矛盾，使他们各自在最佳的环境中生长，有利于系统的稳定。
2)工艺的前置反硝化构造为反硝化除磷提供了条件，解决了低C/N污水处理过程中碳源缺乏的技术性难题，最大限度地节省TOC，在保证处理水质的前提下，减少了运行成本。
3)旁流比的构造设计保证了回流污泥中的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮在预缺氧区得到有效去除，为聚磷菌在厌氧区的充分释磷提供了绝对的厌氧环境。
4)在处理低C/N的生活污水时，A2O工艺可以给反硝化除磷菌提供一个适宜的环境，反硝化除磷将是系统除磷的主要形式，可以节省TOC。
5)传统A2O工艺需要很长的好氧区来进行硝化作用，其主要考虑到硝化细菌的世代时间较长，而该工艺的硝化作用主要在好氧区中的生物填料上进行，从而减少了好氧区的长度，减少了曝气量，降低了能耗。
6)在线测试仪在线监测出水箱中的氨氮浓度，在保证出水氨氮达标的前提下，实时调整曝气量，减少了曝气能耗；同时也可借助DO仪在线监测出好氧区末端的DO浓度，实时调整曝气量，进一步优化了实时控制策略。
7)在线测试仪在线监测出水箱中硝态氮、亚硝酸氮浓度，在保证出水满足排放标准的前提下，实时调整硝化液回流比，避免浪费能源。
8)在线测试仪在线监测出水箱中 
浓度，在出水 
浓度满足排放标准的条件下，实时控制硝化液回流比及旁流比，节约了能源。
9)实时控制系统结构简单，自动化程度高，管理维护方便，劳动强度低，为城市污水处理厂的升级改造提供了方向。
本发明的有益效果：
采用处理低C/N污水好氧生物膜A2O工艺的实时控制装置与方法，能够解决A2O工艺中聚磷菌和硝化细菌污泥龄矛盾的问题。将填料置于A2O工艺的好氧区，硝化细菌可以附着在生物填料上，从而可以有效的延长硝化细菌的污泥龄，进而提高硝化率。同时可以减少好氧区的停留时间即减少好氧区的长度。本发明处理低C/N污水好氧生物膜A2O工艺的实时控制装置与方法可以广泛的应用于大、中、小城市的生活污水处理，以及对旧水厂的改造和优化升级有一定的参考价值，以及低C/N条件下污水的深度脱氮除磷提供了有效的理论依据。
附图说明
图1是处理低C/N污水好氧生物膜A2O工艺的实时控制装置与方法示意图；
图1中1-进水箱；2-A2O系统；3-二沉池；4-出水箱；5-DO仪；6-在线测试仪；7-计算机；8-过程控制器；9-蠕动泵；10-气泵；11-预缺氧区；12-厌氧区；13-缺氧区1；14-好氧区；15-搅拌器；16-剩余污泥排放口；17-活性生物填料。
具体实施方式
结合图1，详细说明本发明的运行程序
1、一种处理低C/N污水好氧生物膜A2O工艺的实时控制装置由原水箱1、好氧生物膜A2O反应器2、二沉池3、出水箱4、DO仪5、在线测试仪6、计算机7和过程控制器8构成。原水箱1经蠕动泵9分两列与预缺氧区11和厌氧区12连接，厌氧区12与缺氧区13连接，缺氧区13与好氧区14连接，好氧区14出口端通过蠕动泵9与缺氧区13连接，好氧区14与二沉池3连接，二沉池3底部污泥出口端经蠕动泵9与预缺氧区11连接，剩余污泥从污泥排放口16排放；实时控制系统由DO仪5、在线测试仪6(测试出水箱中氨氮浓度、亚硝态氮浓度、硝态氮浓度、 
浓度和TOC浓度)、计算机7和过程控制器8构成；出水箱4中安装有在线测试仪，DO仪和在线测试仪与计算机7连接，计算机7与过程控制器8连接，过程控制器8与蠕动泵9及气泵10连接。
2、好氧生物膜A2O工艺的实时控制装置与方法，包括以下步骤：
1)原水经蠕动泵9从原水箱1分两列分别泵入A2O反应器2的预缺氧区11和厌氧区12，同时进入到预缺氧区11的还有来自二沉池3的回流污泥，在预缺氧区，反硝化菌将回流污泥中携带的硝态氮去除，以免影响厌氧区的释磷作用，其进入到预缺氧区11和厌氧区12的旁流比例由实时控制系统调整(旁流比为1∶9或2∶8或3∶7)。在厌氧区12，聚磷菌吸收原水中的TOC，并以PHAs的形式贮存在其生物体内，同时释放大量的磷。
2)厌氧区12的混合液进入缺氧区13，同时进入缺氧区13的还有来自好氧区14末端的 硝化液，在此阶段完成的是反硝化作用及缺氧吸磷作用。
3)缺氧区13的混合液随后进入的好氧区14，此阶段的主要作用是硝化作用，以及进一步吸收缺氧区没有吸完剩余的磷，同时去除2％～5％的有机物。
4)来自好氧区14工艺段的混合液进入二沉池3，实现混合液的泥水分离，上清液排放。
5)在线测试仪6在线采集出水箱4中的氨氮浓度，通过计算机7控制过程控制器8，调整气泵10的曝气量；当氨氮浓度≥1mg·L-1时，加大曝气量，使好氧区14末端DO为2.0～3.0mg·L-1，当氨氮浓度≤0.1mg·L-1时，减少曝气量，使DO为1.0～2.0mg·L-1；
6)在线测试仪6在线采集出水箱4中的亚硝酸氮浓度，通过计算机7控制过程控制器8，调整气泵10的曝气量；当亚硝酸氮浓度≥0.5mg·L-1时，加大曝气量，使好氧区14末端DO为2.0～3.0mg·L-1，当亚硝酸氮浓度≤0.5mg·L-1时，减少曝气量，使DO为1.0～2.0mg·L-1；
7)在线测试仪6在线采集出水箱4中的硝态氮浓度，通过计算机7控制过程控制器8，调整蠕动泵9的硝化液回流比，当硝态氮浓度≥13mg·L-1时，加大回流比为300％～400％，当硝态氮浓度≤6.0mg·L-1时，减少回流比100％～200％；
8)在线测试仪6在线采集出水箱4中的 
浓度，通过计算机7控制过程控制器8，调整蠕动泵9，当 
浓度≥1.0mg·L-1时，旁流比由1∶9加大到2∶8，当 
浓度≤0.1mg·L-1时，旁流比由3∶7减小到2∶8。
以某大学教工住宅小区排放的实际生活污水作为试验对象(pH＝6.4～7.5，TOC＝60～110mg/L，氨氮浓度＝50～75mg/L， 
平均C/N比3.8)。A2O由9个格室构成，总有效容积是30.5L，第一个格室是预缺氧区，随后的2个是厌氧区，厌氧区后面是2个缺氧区，剩余的4个是好氧区，即预缺氧区、厌氧区、缺氧区和好氧区的容积比是1∶2∶2∶4。A2O的进水平均温度15.2℃，进水量是3.8L/h，DO控制在3mg/L，相应的HRT为8h，MLSS约为4000mg/L左右，SRT为15d，硝化液回流200％，污泥回流100％。最终出水中TOC≤15mg/L、TN(氨氮+硝酸盐氮+亚硝酸盐氮)≤15mg/L， 
达到国家一级(A)排放标准。
Claims (1)
1.一种利用实时控制装置处理低C/N污水好氧生物膜A2O的工艺，其特征在于，
所述装置包括原水箱（1）、A2O反应器（2）、二沉池（3）和实时控制系统，原水箱（1）经蠕动泵（9）分两列与预缺氧区（11）和厌氧区（12）连接，厌氧区（12）与缺氧区（13）连接，缺氧区（13）与好氧区（14）连接，好氧区（14）混合液出口端通过蠕动泵（9）与缺氧区（13）连接，好氧区（14）与二沉池（3）连接，二沉池（3）底部污泥出口端经蠕动泵（9）与预缺氧区（11）连接，剩余污泥从污泥排放口（16）排放；所述的实时控制系统由DO仪（5）、在线测试仪（6），计算机（7）和过程控制器（8）构成，其中在线测试仪安装在出水箱（4）内，DO仪（5）和在线测试仪（6）与计算机（7）连接，计算机（7）与过程控制器（8）连接，过程控制器（8）与蠕动泵（9）及气泵（10）连接；
包括以下步骤：
步骤1：原水经蠕动泵（9）从原水箱（1）分两列分别泵入A2O反应器（2）的预缺氧区（11）和厌氧区（12），同时进入到预缺氧区（11）的还有来自二沉池（3）的回流污泥，在预缺氧区反硝化菌将回流污泥中剩余硝态氮去除，其进入到预缺氧区（11）和厌氧区（12）的旁流比例为1:9或2:8或3:7，在厌氧区（12），聚磷菌吸收原水中的TOC，并以PHAs的形式贮存在其生物体内，同时释放大量的磷；
步骤2：厌氧区（12）的混合液进入缺氧区（13），同时进入缺氧区（13）的还有来自好氧区（14）末端的硝化液；
步骤3：缺氧区（13）的混合液随后进入的好氧区(14)，此阶段的主要作用是硝化作用，以及进一步吸收缺氧区没有吸完剩余的磷，同时去除2%～5%的有机物；
步骤4：来自好氧区（14）的混合液进入二沉池（3），实现混合液的泥水分离，上清液排放；
步骤5：在线测试仪（6）分别在线采集出水箱（4）中的氨氮浓度、亚硝酸氮浓度、硝态氮浓度、
浓度及TOC浓度，通过计算机（7）控制过程控制器（8），调整气泵（10）的曝气量及蠕动泵（9）的回流比：
步骤5.1：在线测试仪（6）在线采集出水箱（4）中的氨氮浓度，通过计算机（7）控制过程控制器（8），调整气泵（10）的曝气量；当氨氮浓度≥1mg·L-1时，加大曝气量，使好氧区（14）末端中DO为2.0～3.0mg·L-1，当氨氮浓度≤0.1mg·L-1时，减少曝气量为1.0～2.0mg·L-1；
步骤5.2：在线测试仪（6）在线采集出水箱（4）中的亚硝酸氮浓度，通过计算机（7）控制过程控制器（8），调整气泵（10）的曝气量；当亚硝酸氮浓度≥0.5mg·L-1时，加大曝气量，使好氧区（14）末端中DO为2.0～3.0mg·L-1，当亚硝酸氮浓度≤0.5mg·L-1时，减少曝气量为１.0～２.0mg·L-1；
步骤5.3：在线测试仪（6）在线采集出水箱（4）中的硝态氮浓度，通过计算机（7）控制过程控制器（8），调整蠕动泵（9）的硝化液回流比，当硝态氮浓度≥13mg·L-1时，加大回流比为300%～400%，当硝态氮浓度≤6.0mg·L-1时，减少回流比100%～200%；
步骤5.4：在线测试仪（6）在线采集出水箱（4）中的
浓度，通过计算机（7）控制过程控制器（8），调整蠕动泵（9），当
浓度≥1.0mg·L-1时，旁流比由1:9加大到2:8，当
浓度≤0.1mg·L-1时，旁流比由3:7减小到2:8。
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