本發(fā)明涉及一種基于傳感器的節(jié)能型水處理裝置(sensorbasedenergysavingwatertreatmentsystem)，尤其涉及一種通過在一次沉淀池的后端以及間歇好氧池的內部安裝多種傳感器并對上述傳感器所測定到的值進行監(jiān)控，從而對送風量、流入的污水或廢水的流量、送反淤泥以及濃縮淤泥的循環(huán)量進行自動控制的基于傳感器的節(jié)能型水處理裝置。

背景技術：

通常在水處理系統(tǒng)中所使用的工藝包括在對厭氧池、無氧池以及好氧池進行組合之后對反應池的位置進行變化的厭氧/好癢方式的除氮工藝、在上述除氮工藝系統(tǒng)中以按照一定的時間間隔區(qū)分曝氣期間和非曝氣期間的方式運行系統(tǒng)的間歇曝氣工藝、以及在上述間歇曝氣工藝系統(tǒng)中以按照一定的時間間隔區(qū)分原水流入和曝氣以及排出的方式運行系統(tǒng)的序列間歇式工藝等。但是，因為大多數(shù)水處理系統(tǒng)均采用在不同時段去除氮以及磷的方式，所以其反應步驟是在未掌握其水處理狀態(tài)的情況下運轉，從而無法實現(xiàn)準確的運轉控制，所以可能會導致處理水質的不穩(wěn)定以及放流水水質超標等問題。

此外，關于去除水中的氮和磷的水處理工藝，雖然已經提出了組合多種結構體并追加相關器械的很多種形態(tài)，但是因為其中的大多數(shù)都是在較高的do條件下分別控制其結構體，所以需要配備用于保持較高的do狀態(tài)并使轉換成no3的氮成分向前循環(huán)的高容量(3～4q)循環(huán)泵，從而導致能源消耗變大的問題。

技術實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種通過在一次沉淀池的后端以及間歇好氧池的內部安裝多種傳感器并對上述傳感器所測定到的值進行監(jiān)控，從而對送風量、流入的污水或廢水的流量、送反淤泥以及濃縮淤泥的循環(huán)量進行自動控制，并借此實現(xiàn)自動化運行和節(jié)能效果的基于傳感器的節(jié)能型水處理裝置。

為了實現(xiàn)上述目的，適用本發(fā)明的基于傳感器的節(jié)能型水處理裝置的特征在于，包括：一次沉淀池，對從外部流入的污水或廢水進行固液分離；預監(jiān)測單元，對通過上述一次沉淀池之后流入的污水或廢水的流入濃度和流入流量進行監(jiān)測；厭氧池，在厭氧狀態(tài)下將通過上述預監(jiān)測單元之后流入的污水或廢水中的磷與活性淤泥形態(tài)的微生物進行攪拌釋放；間歇好氧池，配備有控制單元，在滿足硝化微生物的生長條件以及除氮微生物的生長條件的狀態(tài)下對通過上述厭氧池之后流入的污水或廢水進行除氮的同時通過超量吸磷方式除磷；淤泥收集單元，利用離心力將通過上述間歇好氧池供應的淤泥分離成濃縮淤泥和已降低微生物濃度之后的淤泥，然后將濃縮淤泥送反到上述厭氧池而將已降低微生物濃度之后的淤泥排出到外部；以及二次沉淀池，對從上述淤泥收集單元傳遞過來的已降低微生物濃度之后的淤泥進行固液分離。

此外，本發(fā)明的特征在于：上述預監(jiān)測單元利用多個傳感器分別對bod(biochemicaloxygendemand，生化需氧量)、cod(chemicaloxygendemand，化學需氧量)、ss(suspendedsolids，懸浮固體)、no3^-、nh4⁺以及po4^-p的流入濃度進行測定，上述間歇好氧池利用多個傳感器對其內部的環(huán)境因素即ph和do(demandoxygen，溶解氧)以及可評估微生物的代謝狀態(tài)的生物傳感器值(nadh(nicotinamideadeninedinucleotidehydrogen，還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)、atp(adenosinetriphosphate，三磷酸腺苷)、adp(adenosinediphosphate，二磷酸腺甙)中的一種)進行測定，上述控制單元利用上述預監(jiān)測單元所提供的流入濃度和流入流量信息以及上述間歇好氧池的多個傳感器所提供的環(huán)境因素和微生物的代謝狀態(tài)信息對上述間歇好氧池內的送風量和送反到上述厭氧池中的濃縮淤泥的送反量進行控制。

此外，本發(fā)明的特征在于：上述控制單元將上述流入濃度和流入流量信息僅用于對送反到上述厭氧池中的濃縮淤泥的送反量進行控制，將上述do濃度僅用于對上述間歇好氧池內的送風量進行控制，將上述ph和生物傳感器值同時用于對上述間歇好氧池內的送風量和送反到上述厭氧池中的濃縮淤泥的送反量進行控制。

此外，本發(fā)明的特征在于：上述控制單元在上述流入濃度、流入流量、ph以及生物傳感器值高于設定值時增加送反到上述厭氧池中的濃縮淤泥的送反量，在等于設定值時保持當前狀態(tài)，在低于設定值時減少送反到上述厭氧池中的濃縮淤泥的送反量。

此外，本發(fā)明的特征在于：上述控制單元在上述ph、生物傳感器值高于設定值而do濃度低于設定值時增加上述間歇好氧池內的送風量，在上述ph、生物傳感器值、do濃度等于設定值時保持當前狀態(tài)，在上述ph、生物傳感器值低于設定值而do濃度高于設定值時減少上述間歇好氧池內的送風量。

本發(fā)明通過在一次沉淀池的后端以及間歇好氧池的內部安裝多種傳感器并對上述傳感器所測定到的值進行監(jiān)控，從而對送風量、流入的污水或廢水的流量、送反淤泥以及濃縮淤泥的循環(huán)量進行自動控制，并借此實現(xiàn)自動化運行效果。此外，本發(fā)明通過對送風量、所流入的污水或廢水的流量、送反淤泥以及濃縮淤泥的循環(huán)量進行自動控制，可借助于泵、送風機等設備的適當運轉而實現(xiàn)節(jié)能效果。

附圖說明

圖1是適用本發(fā)明之一實施例的基于傳感器的節(jié)能型水處理裝置的概念圖。

圖2是圖1所圖示的生物反應池的構成關系的概念圖。

圖3是在圖2所圖示的間歇好氧池內為了實現(xiàn)硝化和除氮而進行送風控制的9種判斷例的概念圖。

圖4是在圖2所圖示的間歇好氧池內為了實現(xiàn)硝化和除氮而進行送風控制的36種判斷例的概念圖。

圖5是利用生物傳感器對通過一次沉淀池進行固液分離之后流入的流入水進行監(jiān)測的日變化圖表。

圖6是圖1所圖示的基于傳感器的節(jié)能型水處理裝置的自動化運轉算法的概要示意圖。

附圖標記的說明

100：水處理裝置

110：一次沉淀池

120：預監(jiān)測單元

130：厭氧池

140：間歇好氧池

150：淤泥收集單元

160：二次沉淀池

具體實施方式

下面，將結合附圖對適用本發(fā)明的基于傳感器的節(jié)能型水處理裝置的較佳實施例進行詳細說明。

圖1是適用本發(fā)明之一實施例的基于傳感器的節(jié)能型水處理裝置的概念圖，圖2是圖1所圖示的生物反應池的構成關系的概念圖。如圖1及圖2所示，適用本發(fā)明之一實施例的基于傳感器的節(jié)能型水處理裝置100包括一次沉淀池110、預監(jiān)測單元120、生物反應池、淤泥收集單元150以及二次沉淀池160。其中，生物反應池包括厭氧池130和間歇好氧池140。

上述一次沉淀池110起到對從外部流入的污水或廢水進行固液分離的作用。因此，一次沉淀池110使用不會輕易地因為污水或廢水而發(fā)生腐蝕且不會輕易地因為摻雜物的荷重而發(fā)生變形的材質構成為宜。

上述預監(jiān)測單元120起到對通過一次沉淀池110之后流入的污水或廢水的流入濃度和流入流量進行監(jiān)測的作用。即，預監(jiān)測單元120利用多個傳感器分別對bod(biochemicaloxygendemand，生化需氧量)、cod(chemicaloxygendemand，化學需氧量)、ss(suspendedsolids，懸浮固體)、no3^-(硝酸鹽)、nh4⁺(氨)以及po4^-p(磷酸態(tài)磷)的流入濃度進行測定，其中，作為傳感器能夠使用光學、電極或化學反應傳感器，只需要選用最符合其使用目的的傳感器類型即可。

上述厭氧池130起到在厭氧狀態(tài)下將通過預監(jiān)測單元120之后流入的污水或廢水中的磷與活性淤泥形態(tài)的微生物進行攪拌釋放的作用。通常，厭氧池130的溶解氧濃度(do(demandoxygen，溶解氧)濃度)約為0～0.1mg-o2/l，除磷微生物將在如上所述的厭氧池130條件下釋放出體內的磷。此時，除磷微生物以絮凝物(floc)形態(tài)流入到間歇好氧池140中并在間歇好氧池140內的溶解氧濃度大于0.5mg-o2/l的狀態(tài)下吸收過剩的磷，同時還通過額外吸收所釋放的磷和水中容存的磷而實現(xiàn)去磷的目的。

上述間歇好氧池140起到在滿足硝化微生物的生長條件以及除氮微生物的生長條件的狀態(tài)下對通過厭氧池之后流入的污水或廢水進行除氮的同時通過超量吸磷方式除磷的作用。其中，硝化是指水中的氨在好癢條件下被微生物氧化即轉化為no2^-、no3^-等離子。此外，除氮是指被硝化的no3^-離子在無養(yǎng)條件下被除氮微生物轉化(還原)成n2氣體。

即，間歇好氧池140利用多個傳感器對其內部的環(huán)境因素和微生物的代謝狀態(tài)進行測定，并借此控制間歇好氧池140的運轉。其中，作為環(huán)境因素能夠使用ph以及do，還能夠根據(jù)需要使用orp(oxidationreductionpotential，氧化還原電位)。此外，作為微生物的代謝狀態(tài)能夠使用生物傳感器值。其中生物傳感器值能夠測定使用nadh(nicotinamideadeninedinucleotidehydrogen，還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，c21h28n4o14)、atp(adenosinetriphosphate，三磷酸腺苷)、adp(adenosinediphosphate，二磷酸腺甙)中的一種。此外，作為傳感器能夠使用光學、電極或化學反應傳感器，只需要選用最符合其使用目的的傳感器類型即可。

此外，間歇好氧池140能夠通過對送風機的電機以及比例控制閥進行控制而對其內部的送風量進行調節(jié)，從而使其內部的溶解氧濃度保持在0.2～1.0mg-o2/l。即，間歇好氧池10能夠通過控制單元對送風機的電機以及比例控制閥等進行控制。此外，控制單元還起到利用預監(jiān)測單元120所提供的流入濃度和流入流量信息以及間歇好氧池140的多個傳感器所提供的環(huán)境因素和微生物的代謝狀態(tài)信息對間歇好氧池140內的送風量和通過淤泥收集單元150送反到厭氧池130中的濃縮淤泥的送反量進行控制的作用。

適用本實施例的間歇好氧池140以9種判斷標準或更加細分化的36種判斷標準為基礎運轉。例如，利用通過傳感器監(jiān)測到的微生物的輔酶濃度(在圖3中以nadh濃度為例進行了圖示)和通過傳感器測定到的ph、do以及orp變化(在圖3中以ph、do值為例進行了圖示)之間的關聯(lián)性對間歇好氧池140內的條件進行變化。圖3是在圖2所圖示的間歇好氧池內為了實現(xiàn)硝化和除氮而進行送風控制的9種判斷例的概念圖，圖4是在圖2所圖示的間歇好氧池內為了實現(xiàn)硝化和除氮而進行送風控制的36種判斷例的概念圖。

在圖3中以為了間歇好氧池的運轉而配備2臺以上的送風機以及電機的情況為例進行了說明。在圖3中，當判定為“硝化程度過高”時通過利用控制單元將送風機的運轉臺數(shù)減少為如1臺而減少送風量并通過減小比例控制閥的開放程度而降低水中的溶解氧濃度，從而縮小硝化微生物的絮凝區(qū)域，并借此同時滿足消化微生物和除氮微生物的生長條件。此外，當判定為“硝化程度過低”時通過利用控制單元將送風機的運轉臺數(shù)增加為最大而增加送風量并通過加大比例控制閥的開放程度而提高水中的溶解氧濃度，從而縮小除氮微生物的絮凝區(qū)域，并借此同時滿足消化微生物和除氮微生物的生長條件。此外，當判定為“設定區(qū)域”時通過利用控制單元保持送風機以及比例控制閥的當前狀態(tài)，從而保持同時滿足消化微生物和除氮微生物的生長條件的環(huán)境。

在如圖4所示的36種判斷例中是以ph6.3～6.7(設定例)為基準，將高于上述值的設定為較高范圍而將低于上數(shù)值的設定為較低范圍。具體來講是以設定例為基準，設定了高(ph7.0～6.8)、設定2(ph6.6～6.7)、設定1(ph6.4～6.5)、設定0(ph6.3～6.4)、低(ph6.1～6.2)、極低(ph6.0～6.1)。此外，生物傳感器值是以7.5～8.5μm-nadh(或使用bpa等生物量濃度指數(shù))為基準，將高于上述值的設定為“高”而降低于上數(shù)值的設定為“低”或“極低”。此外，“極限值”是指在不同ph設定條件下的生物傳感器的設定極限值，可根據(jù)現(xiàn)場及環(huán)境而進行變更。圖4中示例性地圖示了極限值。

圖5是利用生物傳感器對通過一次沉淀池進行固液分離之后流入的流入水進行監(jiān)測的日變化圖表。通過第1次固液分離之后的流入水的濃度和流量，會根據(jù)生活活動度、產業(yè)活動活躍度、雨季和旱季以及不同季節(jié)而有所不同。即，流入水的濃度和流量會根據(jù)上述條件而有所不同。因此，目前采取的是人為測量并監(jiān)測流入水的濃度和流量，并以此為基礎人為進行污水或廢水處理設施的流入量調節(jié)、生物反應池內的送風量調節(jié)、ph調節(jié)用的藥品量控制等操作。

此外，如圖5的圖表所示，在不同時間利用生物傳感器測定的值發(fā)生了變化。例如，可以預測生物傳感器的值大幅上升的部分屬于流入水內的污染物負荷上升的區(qū)間。在這種情況下，可通過增加送風量而提升微生物的mlss(mixedliquersuspendedsolid，混合液懸浮固體)并借此對生物反應池間歇好氧池140內的污染物負荷進行適當?shù)奶幚恚瑫r通過增加在淤泥收集單元150中得到濃縮之后的微生物淤泥被送入到生物反應池厭氧池130中的量而增加asrt(activitysludgeretentiontime，活性淤泥(活性微生物)停留時間)并借此提升水處理效率。

如圖1所示，淤泥收集單元150起到利用離心力將通過間歇好氧池140供應的淤泥分離成濃縮淤泥和已降低微生物濃度之后的淤泥，然后將濃縮淤泥送反到厭氧池130而將已降低微生物濃度之后的淤泥排出到外部的作用。即，淤泥收集單元150通過物理方式對間歇好氧池140中所生成的絮凝化(floc)的活性微生物淤泥進行濃縮處理，且在間歇好氧池140內的流入污染物負荷增加時通過增加送反到厭氧池130中的濃縮淤泥的量而提升水處理效率。如上所述的淤泥收集單元150能夠通過離心力、向心力、襯墊誘導等無藥方式對微生物淤泥進行濃縮處理。

在本實施例中，水處理裝置100將淤泥收集單元150所濃縮的微生物淤泥送反到厭氧池130，而其送反量是通過控制單元進行控制。即，在流入的污水或廢水中的磷濃度增加或減少時，能夠利用控制單元按比例靈活調整其磷處理微生物的量以及停留時間。

如圖1所示，二次沉淀池160能夠在對從淤泥收集單元150傳遞過來的已降低微生物濃度之后的淤泥進行固液分離之后排出到外部或送反到生物反應池的前端而重新使用。如上所述的二次沉淀池160的構成即作用與現(xiàn)有技術相同，因此在此將省略其詳細說明。

下面，將對如上所述結構的適用本發(fā)明的基于傳感器的節(jié)能型水處理裝置的自動化運轉算法進行詳細說明。

圖6是圖1所圖示的基于傳感器的節(jié)能型水處理裝置的自動化運轉算法的概要示意圖。如圖1及圖6所示，利用構成預監(jiān)測單元120的多個傳感器對通過一次沉淀池110之后流入的污水或廢水的流入狀態(tài)(流入濃度和流入流量)進行監(jiān)測，同時利用安裝在間歇好氧池140內部的多個傳感器對其內部的環(huán)境因素和微生物的代謝狀態(tài)進行測定。即，通過預監(jiān)測單元120分別對bod、cod、ss、no3^-、nh4⁺以及po4^-p的流入濃度進行測定。接下來，根據(jù)間歇好氧池140內的ph、do濃度、mlss濃度、溫度等測定其環(huán)境因素并根據(jù)間歇好氧池140內的生物傳感器(nadh、atp或adp)值測定其微生物的代謝狀態(tài)。其中，在編寫程序時，還能夠對間歇好氧池140內的環(huán)境因素以及微生物的代謝狀態(tài)相關信息進行追加或變更。

當通過如上所述的方式利用多個傳感器對污水或廢水的流入狀態(tài)信息和間歇好氧池140內的狀態(tài)信息進行確認之后，控制單元以上述狀態(tài)信息為基礎對間歇好氧池140內的送風量和送反到厭氧池130中的濃縮淤泥的送反量進行控制。其中，控制單元將流入濃度、流入流量、mlss濃度以及溫度信息僅用于對濃縮淤泥的送反量進行控制，而將do濃度僅用于對間歇好氧池140內的送風量進行控制。此外，控制單元將ph和生物傳感器值同時用于對間歇好氧池140內的送風量以及濃縮淤泥的送反量進行控制。

例如，在流入濃度、流入流量、ph以及生物傳感器值高于設定值時增加送反到厭氧池130中的濃縮淤泥的送反量，在等于設定值時保持當前狀態(tài)，在低于設定值時減少濃縮淤泥的送反量。此外，在ph、生物傳感器值高于設定值而do濃度低于設定值時增加間歇好氧池140內的送風量，在ph、生物傳感器值、do濃度等于設定值時保持當前狀態(tài)，在ph、生物傳感器值低于設定值而do濃度高于設定值時減少間歇好氧池內140的送風量。

如上所述，適用本實施例的水處理裝置100利用在流入到厭氧池130之前通過預監(jiān)測單元120監(jiān)測到的流入濃度和流入流量信息以及間歇好氧池140內的環(huán)境因素和微生物的代謝狀態(tài)相關的監(jiān)測信息，實現(xiàn)對間歇好氧池140內的送風量和送反到厭氧池130中的濃縮淤泥的送反量進行自動控制的自動化運轉。此外，適用本實施例的水處理裝置100通過對送風量、所流入的污水或廢水的流量、送反淤泥以及濃縮淤泥的送反量進行自動控制，可借助于泵、送風機等設備的適當運轉而實現(xiàn)節(jié)能效果。

上面結合附圖對適用本發(fā)明的基于傳感器的節(jié)能型水處理裝置的技術思想進行了說明，但這只是對適用本發(fā)明的較佳實施例的示例性說明。因此，本發(fā)明并不因為上面所記載的實施例而受到限定，具有本發(fā)明所屬技術領域之一般知識的人員應該理解，在不超出本發(fā)明的思想及范圍的情況下可進行各種修改和變形，而這些變形例或修改例均屬于本發(fā)明的權利要求范圍之內。