公布日：2022.12.27
申請日：2022.10.28
分類號：C02F3/30(2006.01)I
摘要
本發(fā)明提出了一種基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互式曝氣控制系統(tǒng)和控制方法，其中，控制系統(tǒng)包括曝氣模塊、剩余污泥模塊和酸洗模塊，所述剩余污泥模塊和酸洗模塊均與曝氣模塊連接，所述曝氣模塊、剩余污泥模塊和酸洗模塊均受AES輔助控制模塊控制；所述曝氣模塊包括反應(yīng)器和1#曝氣單元和2#曝氣單元，所述1#曝氣單元和2#曝氣單元均有多個，且均水平并列設(shè)置于反應(yīng)器內(nèi)部；所述AES輔助控制模塊控制1#曝氣單元和2#曝氣單元同時(shí)運(yùn)行或交替運(yùn)行，提供好氧和缺氧輪換交替的宏觀溶解氧環(huán)境。本發(fā)明通過在時(shí)序上形成的好氧、缺氧輪換交替的宏觀溶解氧環(huán)境耦合在過水?dāng)嗝嫔闲纬傻暮醚酢⑷毖鹾蛥捬踺啌Q交替的區(qū)域溶解氧環(huán)境，達(dá)到平衡硝化和反硝化效率的目的。
權(quán)利要求書
1.一種基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互式曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于：包括曝氣模塊(1)、剩余污泥模塊(2)和酸洗模塊(3)和AES輔助控制模塊(4)，所述剩余污泥模塊(2)和酸洗模塊(3)均與曝氣模塊(1)連接，所述曝氣模塊(1)、剩余污泥模塊(2)和酸洗模塊(3)均與AES輔助控制模塊(4)連接，并受AES輔助控制模塊(4)控制；所述曝氣模塊(1)包括反應(yīng)器(11)和1#曝氣單元(12)和2#曝氣單元(13)，所述1#曝氣單元(12)和2#曝氣單元(13)均有多個，且均水平并列設(shè)置于反應(yīng)器(11)內(nèi)部；多個所述1#曝氣單元(12)和多個所述2#曝氣單元(13)各自分為一組并列設(shè)置或分為多組間隔設(shè)置，所述AES輔助控制模塊(4)控制1#曝氣單元(12)和2#曝氣單元(13)同時(shí)運(yùn)行或交替運(yùn)行，為反應(yīng)器(11)提供好氧和缺氧輪換交替的宏觀溶解氧環(huán)境，實(shí)現(xiàn)硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的同時(shí)發(fā)生。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互式曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于：所述曝氣模塊(1)還包括風(fēng)機(jī)(14)和供氣母管(15)，所述供氣母管(15)的一端連接多個1#曝氣單元(12)，對立端連接多個2#曝氣單元(13)，所述風(fēng)機(jī)(14)的出風(fēng)口與供氣母管(15)連接，所述供氣母管(15)靠近1#曝氣單元(12)和2#曝氣單元(13)處均設(shè)有第一電動閥門(151)，所述風(fēng)機(jī)(14)和第一電動閥門(151)均與AES輔助控制模塊(4)電性連接，所述AES輔助控制模塊(4)通過風(fēng)機(jī)(14)和第一電動閥門(151)控制1#曝氣單元(12)和2#曝氣單元(13)同時(shí)運(yùn)行或交替運(yùn)行；所述風(fēng)機(jī)(14)與供氣母管(15)的連接處設(shè)有壓力傳感器(152)和空氣流量計(jì)(153)，所述壓力傳感器(152)和空氣流量計(jì)(153)均與AES輔助控制模塊(4)電性連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互式曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于：所述風(fēng)機(jī)(14)包括1#風(fēng)機(jī)(141)和2#風(fēng)機(jī)(142)，所述1#風(fēng)機(jī)(141)和2#風(fēng)機(jī)(142)并聯(lián)，并與供氣母管(15)連接，所述1#風(fēng)機(jī)(141)的額定風(fēng)量為2#風(fēng)機(jī)(142)的額定風(fēng)量的1.3-3倍。
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互式曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于：所述曝氣模塊(1)還包括DO在線監(jiān)測設(shè)備(16)、ORP在線監(jiān)測設(shè)備(17)和MLSS在線監(jiān)測設(shè)備(18)，所述DO在線監(jiān)測設(shè)備(16)、ORP在線監(jiān)測設(shè)備(17)和MLSS在線監(jiān)測設(shè)備(18)均與AES輔助控制模塊(4)電性連接，三者的監(jiān)測部均設(shè)于反應(yīng)器(11)內(nèi)混合液水平流程70％-90％處，且靠近反應(yīng)器(11)內(nèi)壁。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互式曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于：所述剩余污泥模塊(2)包括剩余污泥排放管道(21)，所述剩余污泥排放管道(21)與反應(yīng)器(11)連接，所述剩余污泥排放管道(21)上設(shè)有剩余污泥排放電動閥門(211)和電磁流量計(jì)(212)，所述剩余污泥排放電動閥門(211)和電磁流量計(jì)(212)均與AES輔助控制模塊(4)電性連接。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互式曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于：所述酸洗模塊(3)包括加藥桶(31)，所述加藥桶(31)通過連接管與進(jìn)氣母管(121)連通，所述加藥桶(31)與進(jìn)氣母管(121)之間的連接管設(shè)有計(jì)量泵(32)，所述計(jì)量泵(32)與AES輔助控制模塊(4)電性連接。
7.權(quán)利要求6所述一種基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互式曝氣控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述曝氣模塊(1)的控制方法包括如下步驟：在反應(yīng)器(11)連續(xù)進(jìn)水條件下，當(dāng)DO在線監(jiān)測設(shè)備(16)監(jiān)測到反應(yīng)器(11)內(nèi)溶解氧濃度值低于下限閾值0.2mg/L-0.3mg/L時(shí)，由AES輔助控制模塊(4)控制1#風(fēng)機(jī)(141)運(yùn)行，同時(shí)開啟1#曝氣單元(12)和2#曝氣單元(13)，進(jìn)入升氧曝氣過程；當(dāng)反應(yīng)器(11)內(nèi)溶解氧濃度升高至上限閾值1.0-1.5mg/L時(shí)，由AES輔助控制模塊(4)控制1#風(fēng)機(jī)(141)關(guān)停，2#風(fēng)機(jī)(142)運(yùn)行，同時(shí)控制1#曝氣單元(12)和2#曝氣單元(13)交替運(yùn)行，進(jìn)入降氧曝氣過程，交替運(yùn)行周期時(shí)間為1-5min，當(dāng)反應(yīng)器(11)內(nèi)溶解氧濃度降至下限閾值0.2mg/L-0.3mg/L時(shí)，由AES輔助控制模塊(4)控制1#風(fēng)機(jī)(141)運(yùn)行，2#風(fēng)機(jī)(142)關(guān)停，同時(shí)開啟1#曝氣單元(12)和2#曝氣單元(13)，進(jìn)入升氧曝氣過程，往復(fù)循環(huán)。
8.權(quán)利要求7所述一種基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互式曝氣控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：當(dāng)DO在線監(jiān)測設(shè)備(16)監(jiān)測的DO值小于下限閾值0.2mg/L-0.3mg/L，ORP在線監(jiān)測設(shè)備(17)監(jiān)測的ORP值并未小于缺氧環(huán)境指示值ORP＝50-100mV時(shí)，AES輔助控制模塊(4)不做升氧曝氣過程控制，而是持續(xù)降氧曝氣過程控制，直至ORP在線監(jiān)測設(shè)備(18)監(jiān)測值小于缺氧環(huán)境指示值ORP＝50-100mV時(shí)，AES輔助控制模塊(4)開始升氧曝氣過程控制；當(dāng)DO在線監(jiān)測設(shè)備(16)監(jiān)測的DO值大于上限閾值1.0mg/L-1.5mg/L，ORP在線監(jiān)測設(shè)備(17)監(jiān)測的ORP值并未大于好氧環(huán)境指示值ORP＝150-200mV時(shí)，AES輔助控制模塊(4)不做降氧曝氣過程控制，而是持續(xù)升氧曝氣過程控制，直至ORP在線監(jiān)測設(shè)備(18)監(jiān)測值大于好氧環(huán)境指示值ORP＝150-200mV時(shí)，AES輔助控制模塊(4)開始降氧曝氣過程控制。
9.權(quán)利要求6所述一種基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互式曝氣控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述酸洗模塊(3)的控制方法包括如下步驟：當(dāng)壓力傳感器(152)的監(jiān)測值大于等于上限閾值時(shí)，由AES輔助控制模塊(4)控制加藥計(jì)量泵(32)啟動，當(dāng)壓力傳感器(152)的監(jiān)測值小于上限閾值時(shí)，由AES輔助控制模塊(4)控制加藥計(jì)量泵(32)停止。
10.權(quán)利要求6所述一種基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互式曝氣控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述剩余污泥模塊(2)的控制方法包括如下步驟：人為設(shè)定污泥齡，由AES輔助控制模塊(4)計(jì)算反應(yīng)器(11)中混合液每小時(shí)排放量；AES輔助控制模塊(4)再以時(shí)控的方式間歇控制剩余污泥排放電動閥門(211)開啟，當(dāng)電磁流量計(jì)(212)監(jiān)測到完成混合液排放量時(shí)，經(jīng)AES輔助控制模塊(4)關(guān)閉剩余污泥排放電動閥門(211)；反應(yīng)器(11)混合液小時(shí)排放量Q的計(jì)算公式為：Q＝V/(SRT×24)，其中，V為反應(yīng)器(11)的有效容積，SRT為污泥齡。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提出了一種可以平衡硝化和反硝化效率的基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互式曝氣控制系統(tǒng)和控制方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一方面，本發(fā)明提供了一種基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互式曝氣控制系統(tǒng)，包括曝氣模塊、剩余污泥模塊和酸洗模塊和AES輔助控制模塊，所述剩余污泥模塊和酸洗模塊均與曝氣模塊連接，所述曝氣模塊、剩余污泥模塊和酸洗模塊均與AES輔助控制模塊連接，并受AES輔助控制模塊控制；
所述曝氣模塊包括反應(yīng)器和1#曝氣單元和2#曝氣單元，所述1#曝氣單元和2#曝氣單元均有多個，且均水平并列設(shè)置于反應(yīng)器內(nèi)部；多個所述1#曝氣單元和多個所述2#曝氣單元各自分為一組并列設(shè)置或分為多組間隔設(shè)置，所述AES輔助控制模塊控制1#曝氣單元和2#曝氣單元同時(shí)運(yùn)行或交替運(yùn)行，為反應(yīng)器提供好氧和缺氧輪換交替的宏觀溶解氧環(huán)境，實(shí)現(xiàn)硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的同時(shí)發(fā)生。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述曝氣模塊還包括風(fēng)機(jī)和供氣母管，所述供氣母管的一端連接多個1#曝氣單元，對立端連接多個2#曝氣單元，所述風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口與供氣母管連接，所述供氣母管靠近1#曝氣單元和2#曝氣單元處均設(shè)有第一電動閥門，所述風(fēng)機(jī)和第一電動閥門均與AES輔助控制模塊電性連接，所述AES輔助控制模塊通過風(fēng)機(jī)和第一電動閥門控制1#曝氣單元和2#曝氣單元同時(shí)運(yùn)行或交替運(yùn)行。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述風(fēng)機(jī)與供氣母管的連接處設(shè)有壓力傳感器和空氣流量計(jì)，所述壓力傳感器和空氣流量計(jì)均與AES輔助控制模塊電性連接。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述風(fēng)機(jī)包括1#風(fēng)機(jī)和2#風(fēng)機(jī)，所述1#風(fēng)機(jī)和2#風(fēng)機(jī)并聯(lián)，并與供氣母管連接，所述1#風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量為2#風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量的1.3-3倍。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述曝氣模塊還包括DO在線監(jiān)測設(shè)備、ORP在線監(jiān)測設(shè)備和MLSS在線監(jiān)測設(shè)備，所述DO在線監(jiān)測設(shè)備、ORP在線監(jiān)測設(shè)備和MLSS在線監(jiān)測設(shè)備均與AES輔助控制模塊電性連接，且三者的監(jiān)測部均設(shè)于反應(yīng)器內(nèi)混合液水平流程70％-90％處，且靠近反應(yīng)器內(nèi)壁。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述剩余污泥模塊包括剩余污泥排放管道，所述剩余污泥排放管道與反應(yīng)器連接，所述剩余污泥排放管道上設(shè)有剩余污泥排放電動閥門和電磁流量計(jì)，所述剩余污泥排放電動閥門和電磁流量計(jì)均與AES輔助控制模塊電性連接。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述酸洗模塊包括加藥桶，所述加藥桶通過連接管與進(jìn)氣母管連通，所述加藥桶與進(jìn)氣母管之間的連接管設(shè)有計(jì)量泵，所述計(jì)量泵與AES輔助控制模塊電性連接。
另一方面，本發(fā)明提供了一種基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互式曝氣控制系統(tǒng)的控制方法，所述曝氣模塊的控制方法包括如下步驟：
在反應(yīng)器連續(xù)進(jìn)水條件下，當(dāng)DO在線監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測到反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度值低于下限閾值0.2mg/L-0.3mg/L時(shí)，由AES輔助控制模塊控制1#風(fēng)機(jī)運(yùn)行，同時(shí)開啟1#曝氣單元和2#曝氣單元，進(jìn)入升氧曝氣過程；當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度升高至上限閾值1.0-1.5mg/L時(shí)，由AES輔助控制模塊控制1#風(fēng)機(jī)關(guān)停，2#風(fēng)機(jī)運(yùn)行，同時(shí)控制1#曝氣單元和2#曝氣單元交替運(yùn)行，進(jìn)入降氧曝氣過程，交替運(yùn)行周期時(shí)間為1-5min，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度降至下限閾值0.2mg/L-0.3mg/L時(shí)，由AES輔助控制模塊控制1#風(fēng)機(jī)運(yùn)行，2#風(fēng)機(jī)關(guān)停，同時(shí)開啟1#曝氣單元和2#曝氣單元，進(jìn)入升氧曝氣階段，往復(fù)循環(huán)。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，當(dāng)DO在線監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測的DO值小于下限閾值0.2mg/L-0.3mg/L，ORP在線監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測的ORP值并未小于缺氧環(huán)境指示值ORP＝50-100mV時(shí)，AES輔助控制模塊不做升氧曝氣過程控制，而是持續(xù)降氧曝氣過程控制，直至ORP在線監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測值小于缺氧環(huán)境指示值ORP＝50-100mV時(shí)，AES輔助控制模塊開始升氧曝氣過程控制；
當(dāng)DO在線監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測的DO值大于上限閾值1.0mg/L-1.5mg/L，ORP在線監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測的ORP值并未大于好氧環(huán)境指示值ORP＝150-200mV時(shí)，AES輔助控制模塊不做降氧曝氣過程控制，而是持續(xù)升氧曝氣過程控制，直至ORP在線監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測值大于好氧環(huán)境指示值ORP＝150-200mV時(shí)，AES輔助控制模塊開始降氧曝氣過程控制。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述酸洗模塊的控制方法包括如下步驟：
當(dāng)壓力傳感器的監(jiān)測值大于等于上限閾值時(shí)，由AES輔助控制模塊控制加藥計(jì)量泵啟動，當(dāng)壓力傳感器的監(jiān)測值小于上限閾值時(shí)，由AES輔助控制模塊控制加藥計(jì)量泵停止。
在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述剩余污泥模塊的控制方法包括如下步驟：
人為設(shè)定污泥齡，由AES輔助控制模塊計(jì)算反應(yīng)器中混合液每小時(shí)排放量；AES輔助控制模塊再以時(shí)控的方式間歇控制剩余污泥排放電動閥門開啟，當(dāng)電磁流量計(jì)監(jiān)測到完成混合液排放量時(shí)，經(jīng)AES輔助控制模塊關(guān)閉剩余污泥排放電動閥門；
反應(yīng)器混合液小時(shí)排放量Q的計(jì)算公式為：
Q＝V/(SRT×24)，
其中，V為反應(yīng)器的有效容積，SRT為污泥齡。
本發(fā)明的一種基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互式曝氣控制系統(tǒng)和控制方法相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明提出的基于同時(shí)硝化反硝化工藝的交互曝氣控制系統(tǒng)和控制方法是一種工藝控制手段的底層技術(shù)革新，核心是懸浮生長體系下，在污泥絮體內(nèi)存在溶解氧的濃度梯度，在微觀環(huán)境實(shí)現(xiàn)同時(shí)硝化和反硝化的基礎(chǔ)上，結(jié)合交互曝氣機(jī)制在時(shí)序上形成的好氧、缺氧輪換交替的宏觀溶解氧環(huán)境耦合在過水?dāng)嗝嫔闲纬傻暮醚�、缺氧和厭氧輪換交替的區(qū)域溶解氧環(huán)境，并調(diào)配環(huán)境時(shí)間，運(yùn)用流體力學(xué)和生物反應(yīng)動力學(xué)理論來達(dá)到平衡硝化速率和反硝化速率和效率的目的。該控制方法不僅能規(guī)避常規(guī)SND控制方法中僅采用空間分區(qū)或時(shí)序上環(huán)境交替過程必然出現(xiàn)的液-固二相分離的缺陷，避免傳質(zhì)效率的降低或停止，而且還能提高硝化反硝化反應(yīng)進(jìn)程控制的可操作性和靈活性，有利于觀測反應(yīng)器內(nèi)工作程序進(jìn)程，以及硝化和反硝化反應(yīng)的環(huán)境狀態(tài)，靈活控制硝化和反硝化有效反應(yīng)時(shí)間。
(2)剩余污泥模塊是基于后饋控制單參數(shù)控制模式，污泥齡控制理念是以同時(shí)硝化反硝化的實(shí)現(xiàn)過程為基礎(chǔ)，控制電動閥門的啟閉，以排出活性污泥為控制目標(biāo)，排泥流量為控制手段，能夠?qū)崿F(xiàn)剩余污泥排放量和SRT的精確控制，對F/M進(jìn)行穩(wěn)定支配。
(3)交互式曝氣系統(tǒng)為了控制硝化和反硝化反應(yīng)的進(jìn)程，通過調(diào)節(jié)曝氣強(qiáng)度來控制DO和調(diào)配環(huán)境時(shí)間，并采用ORP在線檢測溶液中的氧化還原電位來對DO閾值進(jìn)行計(jì)算和自動設(shè)定，然后通過風(fēng)機(jī)變頻調(diào)控或風(fēng)量躍遷(以風(fēng)機(jī)切換方式實(shí)現(xiàn))來自動調(diào)節(jié)反應(yīng)器的供氣量和曝氣單元曝氣速率，同時(shí)降低能耗。該方法形成ORP串級DO控制策略，優(yōu)化控制調(diào)節(jié)極其靈活，而且具有極佳的反應(yīng)進(jìn)程可觀測性，能夠保證SND進(jìn)程的穩(wěn)定性和安全性，將會使得SND工藝的優(yōu)勢更加突出，應(yīng)用前景更為廣闊。
(4)酸洗模塊通過可提升式曝氣器自主物理維護(hù)和藥液清洗系統(tǒng)耦合與聯(lián)動程序化操作，并與壓力傳感器配合診斷異常，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道漏損、閥門泄漏、曝氣頭堵塞等異�，F(xiàn)象，減少可提升式曝氣器的故障頻率，降低清空檢修與停水的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，在確保反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定大前提下，還能實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高曝氣模塊設(shè)備資產(chǎn)的增值保值效率。
（發(fā)明人：危杏）
