專利名稱：Cast分段進(jìn)水深度脫氮的過程控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CAST (循環(huán)式活性污泥法)分段進(jìn)水深度脫氮的過程控制裝 置及方法，適用于含氮工業(yè)廢水處理和城鎮(zhèn)污水深度處理，屬于SBR(序批式 活性污泥法)及其變型工藝污水生物脫氮技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
富營養(yǎng)化問題是當(dāng)今世界各國面臨的最主要的水污染問題之一，近年來 盡管我國城市污水的處理率不斷提高，但是由氮、磷污染引起的水體富營養(yǎng) 化問題沒有得到根本的解決，甚至有日益嚴(yán)重的趨勢。我國的大型淡水湖泊 和近岸海域均達(dá)中度或重度的富營養(yǎng)污染。我國在2002年新頒布的《城鎮(zhèn)污 水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中增加了總氮、總磷最高允許排放濃度，同時(shí)也 對出水氨氮提出了更嚴(yán)格的要求，可見污水處理的主要矛盾已逐漸由有機(jī)污 染物的去除轉(zhuǎn)變?yōu)榈孜廴疚锏娜コ?。污水中的磷通?？梢酝ㄟ^投加混凝劑 去除，但由于氮化合物(如MV及N(V)的分子量比較小，無法通過投加藥劑 去除；另外，如果利用膜技術(shù)來去除氮化合物，僅反滲透膜技術(shù)是最有效的， 但該方法成本過于昂貴，難以推廣應(yīng)用；而其它的膜處理技術(shù)，如納濾、微 濾等方法均無法有效去除污水中的氮化合物，因此氮的去除是污水深度處理 的難點(diǎn)和重點(diǎn)，只有利用生物脫氮技術(shù)才能徹底去除。
生物脫氮過程主要分為兩部分，即通過硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮， 再通過反硝化作用將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈴乃幸莩?。傳統(tǒng)的污水生物脫氮 技術(shù)如A/0、 AVO工藝，其運(yùn)行過程的可控性較差，且氮的去除率很難達(dá)到 80%以上。
CAST是SBR法的一種變形工藝，在SBR的基礎(chǔ)上增設(shè)一個(gè)生物選擇器， 以期取得抑制絲狀菌污泥膨脹發(fā)生和良好脫氮除磷效果，然而在實(shí)踐中該工 藝的脫氮除磷效果多不理想。在現(xiàn)有的CAST工藝中，進(jìn)水-反應(yīng)、沉淀、排水各階段的時(shí)間是固定不 變的，例如一個(gè)典型的運(yùn)行周期包括4個(gè)小時(shí)，其中2小時(shí)為進(jìn)水-曝氣階段， 1小時(shí)為沉淀階段，另外1小時(shí)為排水階段，這樣的運(yùn)行方式是針對原水的平 均水質(zhì)而確定的。而原水水質(zhì)是波動變化并不是固定不變的，顯然這種固定 的運(yùn)行方式不是一種優(yōu)化的方式。例如，當(dāng)進(jìn)水中污染物濃度比平均濃度增 高時(shí)，如果2個(gè)小時(shí)的進(jìn)水時(shí)間不變，同時(shí)曝氣量也不變，那么2個(gè)小時(shí)的 曝氣反應(yīng)時(shí)間就不足；同樣，當(dāng)進(jìn)水中污染物濃度降低時(shí)，那么2個(gè)小時(shí)的 曝氣反應(yīng)時(shí)間就過多而浪費(fèi)。而且，2個(gè)小時(shí)的曝氣反應(yīng)時(shí)間盡管可能滿足硝 化反應(yīng)的需要，但由于沒有足夠的缺氧反硝化時(shí)間，總氮的去除效率會受到 影響。因此，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，并保證工藝出水水質(zhì)，需要一種可根據(jù)原 水水質(zhì)調(diào)節(jié)各階段時(shí)間的優(yōu)化運(yùn)行方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種CAST分段進(jìn)水深度脫氮的過程控制裝置及方法， 該方法不僅能夠提高處理效率、降低了運(yùn)行成本，而且在進(jìn)水污染物濃度發(fā) 生較大變化時(shí)，由于采用了在線實(shí)時(shí)過程控制仍能準(zhǔn)確地控制交替好氧/缺氧 時(shí)間，使整個(gè)系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力大大提高。
本發(fā)明采用分多次進(jìn)水的運(yùn)行方式與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的集成，并充分利用 了原污水中的有機(jī)碳源，最大程度上節(jié)省了外投碳源量，同時(shí)科學(xué)合理的分 配每一階段硝化、反硝化的時(shí)間。增加缺氧攪拌階段，并采用變時(shí)長好氧/缺 氧的方式運(yùn)行，而控制好氧曝氣和缺氧攪拌的時(shí)間由實(shí)時(shí)過程控制策略來實(shí) 現(xiàn)。
本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。本發(fā)明包括有選擇器l、主反應(yīng)區(qū)2、連接 在選擇器1上的進(jìn)水閥3和進(jìn)水泵4、選擇器內(nèi)的攪拌器5、主反應(yīng)區(qū)2內(nèi)的 潷水器6和底部所設(shè)曝氣器7、連接在曝氣器7上的進(jìn)氣閥8和空氣壓縮機(jī)9、 連接在潷水器6上的排水閥10、用于將污泥從主反應(yīng)區(qū)2回流至選擇器1的 回流污泥泵12和回流污泥閥11、用于排放主反應(yīng)區(qū)2內(nèi)剩余污泥的排泥閥13、設(shè)置在主反應(yīng)區(qū)2內(nèi)的潛水?dāng)嚢杵?4、與選擇器1相連接的碳源投加計(jì) 量泵17、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15，與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15相連接的DO (溶解氧)、ORP (氧化還原電位)、pH傳感器16。所述的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15包括連接在進(jìn)水泵 4、攪拌器5、潷水器6、空氣壓縮機(jī)9、潛水?dāng)嚢杵?4、碳源投加計(jì)量泵17 的時(shí)間繼電器、計(jì)算機(jī)以及連接在計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡。 采用上述裝置對污水進(jìn)行脫氮處理時(shí)，包括以下步驟.-
1) 進(jìn)水打開進(jìn)水閥3和進(jìn)水泵4并開啟選擇器1內(nèi)攪拌器5，由預(yù)先 設(shè)定的時(shí)間控制廢水處理量，當(dāng)達(dá)到預(yù)定時(shí)間后停止進(jìn)水；進(jìn)水的同時(shí)開啟 回流污泥閥11和污泥回流泵12，在預(yù)先設(shè)定的回流量下，污泥由主反應(yīng)區(qū)2 末端回流至選擇器l;
2) 進(jìn)水/曝氣開始進(jìn)水的同時(shí)，實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15開啟進(jìn)氣閥8和空氣 壓縮機(jī)9，由空氣壓縮機(jī)9提供的壓縮空氣進(jìn)入曝氣器7，向主反應(yīng)區(qū)2混合 液中供氧，進(jìn)行有機(jī)物的降解和含氮化合物的硝化作用。整個(gè)過程由0RP、 pH 傳感器16監(jiān)控，并通過數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)將所獲得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)實(shí)施曝 氣時(shí)間的實(shí)時(shí)控制，當(dāng)pH值曲線上出現(xiàn)極小值，同時(shí)0RP曲線上出現(xiàn)平臺， 表明硝化過程結(jié)束，此時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣閥3和空氣壓縮機(jī)9，停止曝氣；
3) 加原污水?dāng)嚢柙趯?shí)時(shí)控制系統(tǒng)15的調(diào)節(jié)下打開進(jìn)水閥3和進(jìn)水泵4， 同時(shí)邊進(jìn)水邊開啟主反應(yīng)區(qū)2內(nèi)潛水?dāng)嚢杵?4，系統(tǒng)進(jìn)行缺氧反硝化脫氮過 程，反硝化進(jìn)程由ORP、 pH在線傳感器16監(jiān)控，并通過數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)將所 獲得的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最終達(dá)到對進(jìn)水和攪拌時(shí)間的控制， 當(dāng)pH值曲線上出現(xiàn)極大值，同時(shí)0RP曲線上出現(xiàn)拐點(diǎn)，表明反硝化過程結(jié)束， 此時(shí)關(guān)閉進(jìn)水閥3、進(jìn)水泵4及潛水?dāng)嚢杵?4，停止進(jìn)水?dāng)嚢瑁?br> 4) 再曝氣在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15的調(diào)節(jié)下開啟進(jìn)氣閥8和空氣壓縮機(jī)9， 對反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，使步驟3中因加入原污水而帶入系統(tǒng)的氨氮轉(zhuǎn)化為硝 態(tài)氮，曝氣時(shí)間由實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)控制，當(dāng)pH值曲線上出現(xiàn)極小值，同時(shí)0RP 曲線上出現(xiàn)平臺，關(guān)閉進(jìn)氣閥8和空氣壓縮機(jī)9，停止曝氣；5) 重復(fù)加原污水反硝化及后曝氣重復(fù)步驟3)、步驟4)兩步，重復(fù)的 次數(shù)隨原污水水質(zhì)、處理水量及出水要求變化；
6) 投加外碳源反硝化根據(jù)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)所預(yù)測的最終硝態(tài)氮產(chǎn)生量， 計(jì)算得出外加碳源的投量，在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15的調(diào)節(jié)下開啟碳源投加計(jì)量泵 17，投加的碳源至剛好滿足反硝化要求，投加碳源的同時(shí)開啟潛水?dāng)嚢杵?4， 反硝化進(jìn)程由0RP、 pH在線傳感器監(jiān)控，當(dāng)pH值曲線上出現(xiàn)極大值，同時(shí)0RP 曲線上出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，反硝化結(jié)束后，關(guān)閉回流污泥閥ll、回流污泥泵12及選 擇器內(nèi)攪拌器5和主反應(yīng)區(qū)攪拌器14;
7) 沉淀投加外碳源反硝化工序結(jié)束時(shí)，由實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15中的時(shí)間 繼電器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間控制沉淀時(shí)間，此時(shí)進(jìn)水閥3、進(jìn)氣閥8、排水閥 10和排泥閥13均處于關(guān)閉狀態(tài)；
8) 排水沉淀階段結(jié)束后，停止污泥回流，在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15調(diào)節(jié)下， 無動力式潷水器6開始工作，將處理后水經(jīng)排水閥10排出，排水時(shí)間由無動 力式潷水器6控制；
9) 閑置在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15調(diào)節(jié)下，整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的所有閥門、繼 電器和計(jì)量泵均關(guān)閉，反應(yīng)器既不進(jìn)水也不排水，處于待機(jī)狀態(tài)；
10) 系統(tǒng)依次重復(fù)l)、 2)、 3)、 4)、 5)、 6)、 7)、 8)、 9)各步驟，根據(jù) 原水水質(zhì)或水量變化自動調(diào)節(jié)各步驟時(shí)長，整個(gè)系統(tǒng)交替經(jīng)歷好氧、缺氧、 厭氧狀態(tài)，分段進(jìn)水和間歇出水，并在每個(gè)周期結(jié)束時(shí)經(jīng)由排泥閥13定期排 放剩余的活性污泥。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的裝置主要包括長方體反應(yīng)池(池體分為兩部分，前端為選 擇器l，后端為主反應(yīng)區(qū)2)，放置在反應(yīng)池主反應(yīng)區(qū)2內(nèi)的曝氣器7、選擇器 1及主反應(yīng)區(qū)2的攪拌器5和14以及D0、 0RP、 pH傳感器16,進(jìn)水閥3,進(jìn) 氣閥8，出水閥IO，回流污泥閥ll，排泥閥13，進(jìn)水泵4，回流污泥泵12， 碳源投加計(jì)量泵17，空氣壓縮機(jī)9，潷水器6，實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15。本發(fā)明中 所用潷水器為無動力式潷水器，由液面的收水裝置和與之相連的排水裝置及傳動裝置組成。
本發(fā)明的工作原理及過程
(1) 根據(jù)設(shè)計(jì)的水量第一批原污水迸入CAST反應(yīng)器，啟動空氣壓縮機(jī) 進(jìn)行曝氣，好氧去除水中有機(jī)物，然后將水中氨氮氧化為硝態(tài)氮，即進(jìn)行硝 化反應(yīng)。曝氣過程中產(chǎn)生的氣泡使得污水和活性污泥充分接觸，起到了攪拌 混合的作用?；钚晕勰嘌趸杏袡C(jī)物及氨氮是好氧過程，因此當(dāng)有機(jī)物降 解完全、硝化反應(yīng)結(jié)束時(shí)，水中溶解氧將不再被微生物利用，因此DO值會出
現(xiàn)躍升，水中氧化態(tài)物質(zhì)也不再增加，ORP值出現(xiàn)平臺。同時(shí)硝化反應(yīng)是一個(gè) 產(chǎn)酸的反應(yīng)，因此當(dāng)硝化反應(yīng)結(jié)束時(shí)，pH值會由下降變?yōu)樯仙８鶕?jù)以上特
征點(diǎn)，我們可以精確了解系統(tǒng)中的反應(yīng)進(jìn)程，當(dāng)硝化反應(yīng)結(jié)束時(shí)，停止曝氣， 避免了過度曝氣而浪費(fèi)的能源。
(2) 投加適量原污水，使其中含有的可被反硝化菌利用的有機(jī)碳源的量 剛好滿足反硝化的要求。反硝化過程硝態(tài)氮不斷被還原為氮?dú)?，使得反?yīng)系 統(tǒng)內(nèi)氧化態(tài)物質(zhì)不斷減少，因此ORP值不斷下降，當(dāng)反硝化完全結(jié)束后，由 于進(jìn)入了厭氧狀態(tài)，ORP下降速率加快，ORP曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)。同時(shí)反硝化過程 由于不斷產(chǎn)生堿度，所以pH值會持續(xù)上升，當(dāng)反硝化結(jié)束時(shí)，由于進(jìn)入?yún)捬?發(fā)酵產(chǎn)酸階段，所以pH值會由上升變?yōu)橄陆?，出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。根據(jù)以上特征點(diǎn)， 我們可以精確判斷反硝化反應(yīng)的進(jìn)程，反硝化結(jié)束時(shí)，停止攪拌。
(3) 再進(jìn)行曝氣，使投加原污水而帶入系統(tǒng)的氨氮全部轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮， 反應(yīng)進(jìn)程仍然依據(jù)DO、 0RP、 pH值的變化點(diǎn)來進(jìn)行控制。
(4) 重復(fù)投加適量原污水進(jìn)行反硝化和后曝氣的過程(n次)，最后精確 投加適量外碳源，將水中剩余少量硝態(tài)氮經(jīng)反硝化過程還原為氮?dú)?，達(dá)到深 度脫氮的目的。反應(yīng)的全部過程均在線檢測D0、 0RP、 pH值，根據(jù)實(shí)時(shí)控制 系統(tǒng)的控制策略來識別在線參數(shù)的特征點(diǎn)，對反應(yīng)的每一步進(jìn)程進(jìn)行過程控 制。
(5) 反應(yīng)過程結(jié)束后，下面的過程與傳統(tǒng)CAST法類似，依次進(jìn)入沉淀、排水、閑置階段，并以一定的周期依次重復(fù)以上步驟，.并根據(jù)污泥齡定期排 放污泥。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)
(1) 脫氮效果好，出水氨氮小于l mg/L、總氮小于5 mg/L， 2002年國 家頒布的排污標(biāo)準(zhǔn)中，對城鎮(zhèn)污水最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)為出水氨氮小于5mg/L、 總氮小于15 mg/L，這是其他工藝所不能比擬的，也是本工藝最突出的優(yōu)點(diǎn)。
(2) 本工藝與傳統(tǒng)CAST法相比，由于充分的利用了原污水中的有機(jī)碳 源，從而節(jié)省了外投碳源的費(fèi)用，同時(shí)由于污水中的有機(jī)物被作為反硝化碳 源，這就節(jié)約了氧化這些有機(jī)物所需要的氧氣，既節(jié)約了空氣壓縮機(jī)的能耗， 也減輕了有機(jī)物對硝化過程的影響。
(3) 采用實(shí)時(shí)控制策略控制生物脫氮過程中的好氧曝氣和缺氧攪拌時(shí) 間，從根本上解決了曝氣或攪拌時(shí)間不足所引起的硝化或反硝化不完全和曝 氣或攪拌時(shí)間過長所帶來的運(yùn)行成本的提高和能源的浪費(fèi)。并且能夠根據(jù)原 水水質(zhì)水量的變化實(shí)時(shí)控制各個(gè)生化反應(yīng)所需投加的藥劑量、反應(yīng)時(shí)間，實(shí) 現(xiàn)具有智能化的控制，保證出水水質(zhì)的前提下優(yōu)化節(jié)能。
(4) 主體裝置采用的是CAST工藝，使有機(jī)物和含氮化合物在一個(gè)反應(yīng) 池內(nèi)得到去除，減少了缺氧池和沉淀池等處理構(gòu)筑物，從而降低了基建投資 和整個(gè)工藝的占地面積。
(5) 整個(gè)工藝由實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)完成，具有管理操作方便，費(fèi)用低、耐沖 擊負(fù)荷強(qiáng)和不易發(fā)生污泥膨脹。
本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于中小城鎮(zhèn)城市污水或有機(jī)物、氮素含量變化較大的 工業(yè)廢水的處理，特別適用于已采用CAST工藝的污水處理廠或準(zhǔn)備采用CAST 工藝的污水處理廠。


圖1是本發(fā)明操作的工序示意圖
圖2是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明實(shí)時(shí)控制策略示意圖
圖中1.選擇器；2.主反應(yīng)區(qū)；3.進(jìn)水閥；4.進(jìn)水泵；5.攪拌器； 6.潷水器；7.曝氣器；8.進(jìn)氣閥；9.空氣壓縮機(jī)；10.排水閥；11.回 流污泥閥；12.回流污泥泵；13.排泥閥；14.潛水?dāng)嚢杵鳎?5.實(shí)時(shí)控制
系統(tǒng)；16. DO、 ORP、 pH傳感器；17.碳源投加計(jì)量泵。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明-
本發(fā)明提供的裝置如圖2所示包括選擇器l、主反應(yīng)區(qū)2、連接在選擇
器1的進(jìn)水閥3和進(jìn)水泵4、選擇器內(nèi)攪拌器5、主反應(yīng)區(qū)2內(nèi)的潷水器6和 底部所設(shè)曝氣器7、連接在曝氣器7上的進(jìn)氣閥8和空氣壓縮機(jī)9、連接在潷 水器6上的排水閥10、打開回流污泥閥11將污泥由主反應(yīng)區(qū)2回流至選擇器 1的回流污泥泵12以及排放剩余污泥的排泥閥13，其特征在于，還在主反應(yīng) 區(qū)2設(shè)有主反應(yīng)區(qū)內(nèi)攪拌器14、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15，連接實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15的 D0、 0RP、 pH傳感器16;碳源投加計(jì)量泵17;所述的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15包括連 接在進(jìn)水泵4、攪拌器5、潷水器6、空氣壓縮機(jī)9、潛水?dāng)嚢杵?4、碳源投 加計(jì)量泵17的時(shí)間繼電器、計(jì)算機(jī)以及連接在計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡。
本實(shí)施例中的CAST分段進(jìn)水深度脫氮的過程控制步驟如圖1、圖3所示， 包括以下工序
I進(jìn)水本發(fā)明所提供的CAST分段進(jìn)水生物脫氮工藝的運(yùn)行操作工序如 圖1所示，首先打開進(jìn)水閥3及回流污泥閥11，啟動進(jìn)水泵4及回流污泥泵 12將待處理的廢水注入CAST反應(yīng)器的選擇器1并將主反應(yīng)區(qū)2混合液回流至 選擇器1，開啟選擇器1內(nèi)攪拌器5使污泥與原污水充分混合可以采用液位計(jì) 控制水位，當(dāng)達(dá)到指定液位時(shí)，液位計(jì)將信號傳送至實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，停止進(jìn) 水泵4。也可以通過實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15設(shè)定進(jìn)水時(shí)間，滿足時(shí)間條件后關(guān)閉進(jìn) 水泵4和進(jìn)水閥3，進(jìn)入第II道工序。
11進(jìn)水/曝氣進(jìn)水同時(shí)，打開進(jìn)氣閥8，啟動空氣壓縮機(jī)9，調(diào)節(jié)至適量的曝氣量對反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，由空氣壓縮機(jī)9提供的壓縮空氣由進(jìn)氣管進(jìn) 入曝氣器7，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，整個(gè)過程由實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15實(shí)施控制，主要根據(jù)反應(yīng)池內(nèi)
所安置的DO、 ORP、 pH傳感器16在反應(yīng)過程中所表現(xiàn)出的特征點(diǎn)來間接獲取 反應(yīng)進(jìn)程的信息，并再通過數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)將所獲得的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接?jì)算 機(jī)進(jìn)行處理，最終達(dá)到對曝氣時(shí)間的控制，當(dāng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15得到表征硝化 完成的信號后，關(guān)閉空氣壓縮機(jī)9及進(jìn)氣閥8，停止曝氣然后系統(tǒng)進(jìn)入第III道工序。
III加原污水?dāng)嚢柙趯?shí)時(shí)控制系統(tǒng)15的調(diào)節(jié)下打開進(jìn)水泵4和進(jìn)水閥3， 同時(shí)邊進(jìn)水邊開啟主反應(yīng)區(qū)2內(nèi)潛水?dāng)嚢杵?4，系統(tǒng)在攪拌過程中進(jìn)入缺氧 反硝化脫氮過程，反硝化進(jìn)程由D0、 0RP、 pH在線傳感器16監(jiān)控，并通過數(shù) 據(jù)采集卡實(shí)時(shí)將所獲得的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最終達(dá)到對進(jìn)水 和攪拌時(shí)間的控制，當(dāng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15得到表征反硝化完成的信號后，關(guān)閉 進(jìn)水閥3、進(jìn)水泵4及潛水?dāng)嚢杵?4，系統(tǒng)進(jìn)入第IV道工序。
IV再曝氣啟動空氣壓縮機(jī)9，開啟進(jìn)氣閥8，對反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，使
工序in中因加入原污水而帶入系統(tǒng)的氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，與工序n相同，曝 氣時(shí)間由實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)i5控制，操作步驟同工序n，硝化完成后進(jìn)入第v道工序。
v重復(fù)加原污水反硝化及后曝氣重復(fù)投加適量原污水進(jìn)行反硝化和后
曝氣的過程，重復(fù)的次數(shù)隨原污水水質(zhì)、處理水量及出水要求變化，操作步 驟同ni、 iv。
VI投加外碳源反硝化根據(jù)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15所預(yù)測的最終硝態(tài)氮產(chǎn)生 量，計(jì)算得出外加碳源的投量，開啟碳源投加計(jì)量泵17，投加的碳源至剛好 滿足反硝化要求，投加碳源的同時(shí)開啟潛水?dāng)嚢杵?4，反硝化進(jìn)程由D0、0RP、 pH在線傳感器16監(jiān)控，與前面步驟類似，反硝化結(jié)束后，關(guān)閉回流污泥閥 11、回流污泥泵12及選擇器1、主反應(yīng)區(qū)2的攪拌器5和14，進(jìn)入第VII道工序。
vn沉淀當(dāng)攪拌工序結(jié)束時(shí)，如圖i所示，靜止沉淀階段開始(第vn道
工序)，由實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15的時(shí)間控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間控制沉淀時(shí)間， 此時(shí)進(jìn)水閥3、進(jìn)氣閥8、排水閥IO和排泥閥13均處于關(guān)閉狀態(tài)。
環(huán)排水沉淀工序結(jié)束后，排水工序啟動(第vni道工序)。在實(shí)時(shí)控制系
統(tǒng)15調(diào)節(jié)下，無動力式潷水器6開始工作，將處理后水經(jīng)出水管排到反應(yīng)器 外，排水時(shí)間由無動力式潷水器6控制。
IX閑置排水結(jié)束到下一個(gè)周期開始定義為閑置期(第IX道工序)。根據(jù) 需要，設(shè)定閑置時(shí)間，在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15調(diào)節(jié)下，整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的所有閥 門、繼電器和計(jì)量泵均關(guān)閉，反應(yīng)池即不進(jìn)水也不排水，處于待機(jī)狀態(tài)。
X整個(gè)系統(tǒng)由實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)15控制順次重復(fù)進(jìn)水、曝氣、攪拌、沉淀、 排水和閑置6個(gè)工序，使整個(gè)系統(tǒng)始終處于好氧、缺氧、厭氧交替的狀態(tài)， 分段進(jìn)水和出水，并在每個(gè)周期結(jié)束時(shí)經(jīng)由排泥管和排泥閥定期排放剩余的 活性污泥。
本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于中小城鎮(zhèn)城市污水的處理，特別適用于已采用CAST 工藝的污水處理廠或準(zhǔn)備采用CAST工藝的污水處理廠。首先應(yīng)具備DO、 ORP 和pH值在線檢測設(shè)備，待系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行之后，觀測DO、 ORP和pH值在去除 有機(jī)物、硝化與反硝化生化反應(yīng)過程中的變化規(guī)律，根據(jù)參數(shù)變化的特征規(guī) 律，將實(shí)時(shí)控制的軟件、硬件系統(tǒng)與DO、 ORP、 pH值在線檢測相結(jié)合，并根 據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)整某些參數(shù)和控制規(guī)則，例如回流比、沉淀時(shí)間等，以取 得理想的出水水質(zhì)。
實(shí)施例
以某大學(xué)家屬區(qū)排放的實(shí)際生活污水作為實(shí)驗(yàn)對象(PH=6. 5 7. 8， C0D=260 350 mg/L， TN=60 85mg/L)。所選擇的CAST反應(yīng)器有效容積18L, 反應(yīng)器內(nèi)初始MLSS在3.5 4.0 g/L，曝氣量恒定在0. 1 m3/h，泥齡維持在 15 d左右，反應(yīng)溫度23。C。利用CAST分段進(jìn)水深度脫氮工藝及過程控制裝置，處理水量8L，分段次數(shù)為2次，最終出水中C0D小于50 mg/L、總氮小 于5 mg/L，遠(yuǎn)低于國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)所要求的總氮濃度。
權(quán)利要求
1、CAST分段進(jìn)水深度脫氮的過程控制裝置，包括有選擇器(1)、主反應(yīng)區(qū)(2)、連接在選擇器(1)上的進(jìn)水閥(3)和進(jìn)水泵(4)、選擇器(1)內(nèi)的攪拌器(5)、設(shè)置在主反應(yīng)區(qū)(2)內(nèi)的潷水器(6)和設(shè)置在主反應(yīng)區(qū)(2)底部的曝氣器(7)、連接在曝氣器(7)上的進(jìn)氣閥(8)和空氣壓縮機(jī)(9)、連接在潷水器(6)上的排水閥(10)、用于將污泥從主反應(yīng)區(qū)(2)回流至選擇器(1)的回流污泥泵(12)和回流污泥閥(11)、用于排放主反應(yīng)區(qū)(2)內(nèi)剩余污泥的排泥閥(13)；其特征在于還包括有設(shè)置在主反應(yīng)區(qū)(2)內(nèi)的潛水?dāng)嚢杵?14)、用于投加碳源至主反應(yīng)區(qū)(2)的碳源投加計(jì)量泵(17)、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)(15)和其輸出端與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)(15)相連的DO、ORP、pH傳感器(16)；其中所述的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)(15)包括連接在進(jìn)水泵(4)、攪拌器(5)、潷水器(6)、空氣壓縮機(jī)(9)、潛水?dāng)嚢杵?14)、碳源投加計(jì)量泵(17)上的時(shí)間繼電器、計(jì)算機(jī)以及連接在計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡。
2、 利用權(quán)利要求1所述的CAST分段進(jìn)水深度脫氮的過程控制裝置進(jìn)行脫氮 的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟1) 進(jìn)水打開進(jìn)水閥(3)和進(jìn)水泵(4)并開啟選擇器(1)內(nèi)的攪拌 器(5)，由預(yù)先設(shè)定的時(shí)間控制廢水處理量，當(dāng)達(dá)到預(yù)定時(shí)間后實(shí)時(shí)控制系 統(tǒng)(15)控制進(jìn)水泵(4)停止進(jìn)水；進(jìn)水的同時(shí)開啟回流污泥閥(11)和污 泥回流泵(12)，在預(yù)先設(shè)定的回流量下，污泥由主反應(yīng)區(qū)(2)末端回流至 選擇器(1);2) 進(jìn)水/曝氣開始進(jìn)水的同時(shí)，實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)(15)開啟進(jìn)氣閥(8) 和空氣壓縮機(jī)(9)，由空氣壓縮機(jī)(9)提供的壓縮空氣進(jìn)入曝氣器(7)，向 主反應(yīng)區(qū)(2)混合液中供氧，進(jìn)行有機(jī)物的降解和含氮化合物的硝化作用； 整個(gè)過程由D0、 0RP、 pH傳感器(16)監(jiān)控，并通過數(shù)據(jù)釆集卡實(shí)時(shí)將所獲 得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)實(shí)施曝氣時(shí)間的實(shí)時(shí)控制，當(dāng)pH值曲殘上出現(xiàn)極小值， 同時(shí)ORP曲線上出現(xiàn)平臺時(shí)，表明硝化過程結(jié)束，此時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣閥(8)和空 氣壓縮機(jī)(9)，停止曝氣；3) 加原污水?dāng)嚢柙趯?shí)時(shí)控制系統(tǒng)(15)的控制下打開進(jìn)水閥(3)和進(jìn)水泵(4)，同時(shí)邊進(jìn)水邊開啟主反應(yīng)區(qū)(2)內(nèi)潛水?dāng)嚢杵?14)，系統(tǒng)進(jìn) 行缺氧反硝化脫氮過程，反硝化進(jìn)程由D0、 0RP、 pH傳感器(16)監(jiān)控，并 通過數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)將所獲得的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最終達(dá)到 對進(jìn)水和攪拌時(shí)間的控制，當(dāng)pH值曲線上出現(xiàn)極大值，同時(shí)ORP曲線上出現(xiàn) 拐點(diǎn)時(shí)，表明反硝化過程結(jié)束，此時(shí)關(guān)閉進(jìn)水閥(3)、進(jìn)水泵(4)及潛水?dāng)?拌器(14)，停止進(jìn)水?dāng)嚢瑁?) 再曝氣在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)(15)的調(diào)節(jié)下開啟進(jìn)氣閥(8)和空氣壓 縮機(jī)(9)，對反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，使步驟3)中因加入原污水而帶入系統(tǒng)的氨 氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，曝氣時(shí)間由實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)控制，當(dāng)pH值曲線上出現(xiàn)極小值， 同時(shí)0RP曲線上出現(xiàn)平臺時(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣閥(8)和空氣壓縮機(jī)(9)，停止曝氣；5) 重復(fù)加原污水反硝化及后曝氣重復(fù)步驟3)、步驟4)，重復(fù)的次 數(shù)隨原污水水質(zhì)、處理水量及出水要求變化；6) 投加外碳源反硝化根據(jù)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)所預(yù)測的最終硝態(tài)氮產(chǎn)生量， 計(jì)算得出外加碳源的投量，在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)(15)的控制下開啟碳源投加計(jì) 量泵(17)，投加的碳源至剛好滿足反硝化要求，投加碳源的同時(shí)開啟潛水?dāng)?拌器(14)，反硝化進(jìn)程由D0、 0RP、 pH傳感器16監(jiān)控，當(dāng)pH值曲線上出現(xiàn) 極大值，同時(shí)ORP曲線上出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，反硝化結(jié)束后，關(guān)閉回流污泥閥(ll)、 回流污泥泵(12)及選擇器(1)內(nèi)的攪拌器(5)和主反應(yīng)區(qū)(2)內(nèi)的潛水 攪拌器(14);7) 沉淀投加外碳源反硝化工序結(jié)束時(shí)，由實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)(15)中的時(shí) 間繼電器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間控制沉淀時(shí)間，此時(shí)進(jìn)水閥(3)、進(jìn)氣閥(8)、 排水閥(10)和排泥閥(13)均處于關(guān)閉狀態(tài)；8) 排水沉淀階段結(jié)束后，停止污泥回流，在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)(15)調(diào)節(jié) 下，無動力式潷水器(6)開始工作，將處理后水經(jīng)排水閥(10)排出，排水時(shí)間由無動力式潷水器(6)控制；9) 閑置在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)(15)調(diào)節(jié)下，整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的所有閥門、 繼電器和計(jì)量泵均關(guān)閉，反應(yīng)器既不進(jìn)水也不排水，處于待機(jī)狀態(tài)；10) 系統(tǒng)依次重復(fù)步驟l) 步驟9)，根據(jù)原水水質(zhì)或水量變化自動調(diào) 節(jié)各步驟的時(shí)長，整個(gè)系統(tǒng)交替經(jīng)歷好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)，分段進(jìn)水和間 歇出水，并在每個(gè)周期結(jié)束時(shí)經(jīng)由排泥閥(13)定期排放剩余的活性污泥。
全文摘要
本發(fā)明涉及CAST分段進(jìn)水深度脫氮的過程控制裝置及方法，屬于SBR及其變型工藝污水生物脫氮技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用分多次進(jìn)水的運(yùn)行方式與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的集成，并充分利用了原污水中的有機(jī)碳源，最大程度上節(jié)省了外投碳源量，同時(shí)科學(xué)合理的分配每一階段硝化、反硝化的時(shí)間。增加缺氧攪拌階段，并采用變時(shí)長好氧/缺氧的方式運(yùn)行，而控制好氧曝氣和缺氧攪拌的時(shí)間由實(shí)時(shí)過程控制策略來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明不僅能夠提高處理效率、降低了運(yùn)行成本，而且在進(jìn)水污染物濃度發(fā)生較大變化時(shí)，由于采用了在線實(shí)時(shí)過程控制仍能準(zhǔn)確地控制交替好氧/缺氧時(shí)間，使整個(gè)系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力大大提高。
文檔編號C02F3/30GK101306878SQ200810114668
公開日2008年11月19日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者江 常, 彭永臻, 麗 王, 王淑瑩, 甘一萍, 娟 馬 申請人:北京工業(yè)大學(xué)