A2/O工艺二沉池内反硝化和磷释放的优化控制方法转让专利
申请号 : CN200710100334.6
文献号 : CN101130447B
文献日 : 2010-06-09
发明人 : 彭永臻 , 王晓莲 , 王淑莹
申请人 : 北京工业大学
摘要 :
A2/O工艺二沉池内反硝化和磷释放的优化控制方法属于污水生物处理系统领域。目前二沉池内单污泥生物脱氮除磷工艺出水水质恶化，处理效果不稳定和达标率较低。通过利用DO在线传感器，硝酸盐在线传感器和污泥液位计在线监测并用于指示二沉池内的反硝化和磷释放的发生程度，即当溶解氧在线传感器的测定值高于预设范围时，调节曝气阀门以减小供气量，反之相反操作。当硝酸盐在线传感器的测定值高于设定范围时，调节内循环泵的流量以增加内循环比来控制二沉池内进水硝酸盐的浓度。当污泥液位计的测定值偏离设定范围时，调节污泥回流泵的流量以增大污泥回流比来降低污泥层高度。为A2O工艺的出水排放标准提供可靠的运行条件，实现高效率低消耗。
权利要求 :
1.A2/O工艺二沉池内反硝化和磷释放的优化控制方法，来自主反应器好氧2区(4)末端的混合液进入二沉池(5)，经过二沉池(5)沉淀浓缩后，二沉池(5)内沉积的大部分污泥外排，部分污泥经污泥回流泵(8)与由进水泵(6)提升的进水同时进入主反应器厌氧区(1)首端，厌氧区(1)的混合液依次经过缺氧区(2)、好氧1区(3)和好氧2区(4)，最后进入二沉池(5)；好氧区末端的硝化液经内循环回流泵(7)进入缺氧区(2)的首端在搅拌装置(17)的作用下反应；主反应器好氧2区(4)安装溶解氧DO在线传感器(9)和硝酸盐在线传感器(10)，溶解氧DO在线传感器(9)和硝酸盐在线传感器(10)与PLC控制柜(12)及计算机(13)相连，污泥液位计(11)放于二沉池(5)污泥层中，污泥液位计(11)另一端也与计算机(13)相连；
其特征在于：利用DO在线传感器，硝酸盐在线传感器和污泥液位计在线监测并用于指示二沉池内的反硝化和磷释放的发生程度，通过调节A2/O工艺供气系统(16)的供气量，内循环回流量和污泥回流量优化二沉池内的反硝化：当溶解氧DO在线传感器(9)的测定值高于0.56mg/L时，调节曝气阀门(14)以减小供气量，反之相反操作；
当硝酸盐在线传感器(10)的测定值高于11mg/L时，调节内循环回流泵(7)的流量以加大内循环泵的流量；
当污泥液位计(11)的测定值高于二沉池有效高度的2/3时，调节污泥回流泵(8)的流量以增大污泥回流比降低污泥层高度(15)。
说明书 :
技术领域
本发明所属的技术领域为：污水生物处理系统优化控制方法与技术。
背景技术
二沉池的主要功能是澄清、固液分离和固体存储，如果二沉池运行出现问题，就会导致系统出水中携带大量的悬浮物质，从而影响整个系统的去除效果，通常表现为出水总悬浮固体浓度(TSS)增加，相应的出水生物需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总氮和总磷浓度将明显增加。二沉池除了完成主要职能一固液分离外，在不同的环境条件下还将发生多个生化反应，例如在缺氧环境下，引发硝酸盐发生反硝化反应；在厌氧环境下，引发磷酸盐的二次磷释放。尽管反硝化反应将进一步降低出水中的氮含量，而且补充系统出水的碱度和提高出水pH，同时可以降低回流污泥中的硝酸盐含量从而使主反应器内厌氧磷释放更充分，但是反硝化反应产生的氮气将会使已沉淀的污泥由于气泡的顶托作用而发生上浮，导致出水中携带大量的悬浮污泥，而悬浮污泥中含有好氧聚磷颗粒，出水总磷浓度明显提高，因此该现象对系统将产生致命的破坏作用，而这完全取决于反硝化反应发生的程度。鉴于此，二沉池内反硝化和磷释放的程度的优化控制就显得很重要。
到目前为止，尚无生物污水处理系统中有关二沉池反硝化和除磷的相关报道，也没有提出关于如何有效利用和控制二沉池内的反硝化和磷释放的相关问题。基于常规污水处理厂的运行经验我们已知，二沉池内的反硝化受多方面因素的影响，其中包括氮气的溶解度、二沉池水位深度、氮气产生速率、二沉池内溶解氧浓度、水力停留时间、污泥床的有效容积和二沉池内的硝酸盐浓度。比如，水位深度将影响氮气在液相中的饱和浓度，溶解氧浓度将会抑制反硝化程度或者降低反硝化速率，硝酸盐浓度将会决定二沉池内反硝化发生的程度和磷的吸收程度，而污泥床以下的污泥浓度以及污泥特征和二沉池的运行具有某种函数关系；二沉池进水溶解氧的存在将会延缓二沉池内反硝化和磷的无效释放，这就要求好氧区出水中必须维持一定的溶解氧浓度；污泥床高度(SBH)对于二沉池的设计和运行起着关键的作用，一方面，二沉池内污泥床较高将会增加异重流从污泥床上层经过，越接近出水堰，水流越是从进口到出口越直接，导致短流的发生。另一方面，污泥床与水平面的距离越短，冲刷的固体越可能不会再沉淀。因此，对于同步脱氮除磷的水厂来说二沉池内反硝化和磷释放的发生更为急迫去解决。但是究竟那个参数的影响更为重要，如何对重要影响因子进行有效控制仍无文献指出。
到目前为止，尚无生物污水处理系统中有关二沉池反硝化和除磷的相关报道，也没有提出关于如何有效利用和控制二沉池内的反硝化和磷释放的相关问题。基于常规污水处理厂的运行经验我们已知，二沉池内的反硝化受多方面因素的影响，其中包括氮气的溶解度、二沉池水位深度、氮气产生速率、二沉池内溶解氧浓度、水力停留时间、污泥床的有效容积和二沉池内的硝酸盐浓度。比如，水位深度将影响氮气在液相中的饱和浓度，溶解氧浓度将会抑制反硝化程度或者降低反硝化速率，硝酸盐浓度将会决定二沉池内反硝化发生的程度和磷的吸收程度，而污泥床以下的污泥浓度以及污泥特征和二沉池的运行具有某种函数关系；二沉池进水溶解氧的存在将会延缓二沉池内反硝化和磷的无效释放，这就要求好氧区出水中必须维持一定的溶解氧浓度；污泥床高度(SBH)对于二沉池的设计和运行起着关键的作用，一方面，二沉池内污泥床较高将会增加异重流从污泥床上层经过，越接近出水堰，水流越是从进口到出口越直接，导致短流的发生。另一方面，污泥床与水平面的距离越短，冲刷的固体越可能不会再沉淀。因此，对于同步脱氮除磷的水厂来说二沉池内反硝化和磷释放的发生更为急迫去解决。但是究竟那个参数的影响更为重要，如何对重要影响因子进行有效控制仍无文献指出。
发明内容
二沉池内反硝化和磷释放引起的单污泥生物脱氮除磷工艺处理效果不稳定和达标率较低的问题，是目前大规模生物营养物去除污水处理厂共同面临的难题。当前如何有效利用二沉池内的反硝化程度提高传统的单污泥厌氧-缺氧-好氧工艺的营养物去除效果和有效控制二沉池内的磷的释放尚无报道，对优化工艺运行过程的诸多工况未给出明确的域值，这都给A2O工艺获得良好脱氮除磷效果带来了实际困难。目前所有同步脱氮除磷工艺都急需解决二沉池内生物反应发生的程度问题，以保证出水水质的前提下实现最大程度的工艺优化，同时节省能耗。基于试验研究结果发现的二沉池进水硝酸盐浓度与反硝化和磷释放之间相关关系；二沉池进水DO浓度与反硝化和磷释放的相关关系；SBH与反硝化和磷释放之间相关关系，通过利用DO在线传感器，硝酸盐在线传感器和污泥液位计在线监测并调控二沉池内的反硝化和磷释放的发生程度。也就是当二沉池进水DO浓度高于设定范围时，调节主反应器内的供气量，以减弱二沉池内的反硝化和磷释放程度；当二沉池进水硝酸盐浓度高于设定范围时，加大内循环泵的流量，减弱二沉池内的污泥上浮现象；当污泥液位计检测到污泥床高度偏离二沉池有效高度时，加大回流污泥泵的流量或者加大剩余污泥排放量，保持二沉池内的污泥床高度控制在一定的范围内。为A2O工艺的优化运行提供可靠的运行工况，增强A2O工艺同步除磷脱氮的优化与控制，从而实现高效率低消耗的处理水平。
本发明采用的的技术方案可分为以下步骤：
A2/O工艺二沉池内反硝化和磷释放的优化控制方法，其特征在于，利用DO在线传感器，硝酸盐在线传感器和污泥液位计在线监测并用于指示二沉池内的反硝化和磷释放的发生程度，通过调节A2/O系统的供气量，内循环回流量和污泥回流量优化二沉池内的反硝化：
A2/O工艺由主反应器系统，二沉池系统，PLC在线监控系统组成，主反应器系统包括进水泵6、内循环回流泵7、污泥回流泵8和搅拌装置17；二沉池系统由二沉池5、进出水管和污泥排放管构成；PLC监控系统包括、溶解氧(DO)在线传感器9、硝酸盐在线传感器10，污泥液位计11和PLC控制柜。
A2/O工艺二沉池内反硝化和磷释放的优化控制方法，来自主反应器好氧区末端的混合液进入二沉池5，经过二沉池5沉淀浓缩后，二沉池5内沉积的大部分污泥外排，部分污泥经污泥回流泵8与由进水泵6提升的进水同时进入主反应器厌氧区1首端，厌氧区1的混合液依次经过缺氧区2、好氧1区3和好氧2区4，最后进入二沉池5；好氧区末端的硝化液经内循环回流泵7进入缺氧区2的首端在搅拌装置17的作用下反应；主反应器好氧末端安装溶解氧DO在线传感器9和硝酸盐在线传感器10，所述的溶解氧DO在线传感器9和硝酸盐在线传感器10与PLC控制柜12及计算机13相连，污泥液位计11放于二沉池5污泥层中，污泥液位计11另一端也与计算机13相连；
其特征在于：利用DO在线传感器，硝酸盐在线传感器和污泥液位计在线监测并用于指示二沉池内的反硝化和磷释放的发生程度，通过调节A2/O工艺供气系统16的供气量，内循环回流量和污泥回流量优化二沉池内的反硝化：当溶解氧(DO)在线传感器9的测定值高于0.56mg/L时，调节曝气阀门14以减小供气量，反之相反操作，以降低好氧区末端的供气量，以减弱二沉池内的反硝化和磷释放程度；当硝酸盐在线传感器10的测定值高于11时，调节内循环回流泵7的流量以加大内循环泵的流量，提高内循环混合液的比例，减弱二沉池内的污泥上浮现象；污泥床高度(SBH)可以作为评价二沉池反硝化和磷释放的控制工具，而污泥液位计可在线监测污泥床的高度，当污泥液位计11的测定值高于二沉池有效高度的2/3时，调节污泥回流泵8的流量以增大污泥回流比降低污泥层高度15。
二沉池内反硝化和磷释放引起的单污泥生物脱氮除磷工艺处理效果不稳定和达标率较低的问题，是目前大规模生物营养物去除污水处理厂共同面临的难题。基于二沉池进水硝酸盐浓度、DO浓度和污泥床高度(SBH)与反硝化和磷释放之间的相关关系，通过利用DO在线传感器，硝酸盐在线传感器和污泥液位计在线监测并调控二沉池内的反硝化和磷释放的发生程度。为A2O工艺的优化运行提供可靠的运行工况，增强A2O工艺同步除磷脱氮的优化与控制，从而实现A2O工艺高效率低消耗的处理水平。
本发明采用的的技术方案可分为以下步骤：
A2/O工艺二沉池内反硝化和磷释放的优化控制方法，其特征在于，利用DO在线传感器，硝酸盐在线传感器和污泥液位计在线监测并用于指示二沉池内的反硝化和磷释放的发生程度，通过调节A2/O系统的供气量，内循环回流量和污泥回流量优化二沉池内的反硝化：
A2/O工艺由主反应器系统，二沉池系统，PLC在线监控系统组成，主反应器系统包括进水泵6、内循环回流泵7、污泥回流泵8和搅拌装置17；二沉池系统由二沉池5、进出水管和污泥排放管构成；PLC监控系统包括、溶解氧(DO)在线传感器9、硝酸盐在线传感器10，污泥液位计11和PLC控制柜。
A2/O工艺二沉池内反硝化和磷释放的优化控制方法，来自主反应器好氧区末端的混合液进入二沉池5，经过二沉池5沉淀浓缩后，二沉池5内沉积的大部分污泥外排，部分污泥经污泥回流泵8与由进水泵6提升的进水同时进入主反应器厌氧区1首端，厌氧区1的混合液依次经过缺氧区2、好氧1区3和好氧2区4，最后进入二沉池5；好氧区末端的硝化液经内循环回流泵7进入缺氧区2的首端在搅拌装置17的作用下反应；主反应器好氧末端安装溶解氧DO在线传感器9和硝酸盐在线传感器10，所述的溶解氧DO在线传感器9和硝酸盐在线传感器10与PLC控制柜12及计算机13相连，污泥液位计11放于二沉池5污泥层中，污泥液位计11另一端也与计算机13相连；
其特征在于：利用DO在线传感器，硝酸盐在线传感器和污泥液位计在线监测并用于指示二沉池内的反硝化和磷释放的发生程度，通过调节A2/O工艺供气系统16的供气量，内循环回流量和污泥回流量优化二沉池内的反硝化：当溶解氧(DO)在线传感器9的测定值高于0.56mg/L时，调节曝气阀门14以减小供气量，反之相反操作，以降低好氧区末端的供气量，以减弱二沉池内的反硝化和磷释放程度；当硝酸盐在线传感器10的测定值高于11时，调节内循环回流泵7的流量以加大内循环泵的流量，提高内循环混合液的比例，减弱二沉池内的污泥上浮现象；污泥床高度(SBH)可以作为评价二沉池反硝化和磷释放的控制工具，而污泥液位计可在线监测污泥床的高度，当污泥液位计11的测定值高于二沉池有效高度的2/3时，调节污泥回流泵8的流量以增大污泥回流比降低污泥层高度15。
二沉池内反硝化和磷释放引起的单污泥生物脱氮除磷工艺处理效果不稳定和达标率较低的问题，是目前大规模生物营养物去除污水处理厂共同面临的难题。基于二沉池进水硝酸盐浓度、DO浓度和污泥床高度(SBH)与反硝化和磷释放之间的相关关系，通过利用DO在线传感器，硝酸盐在线传感器和污泥液位计在线监测并调控二沉池内的反硝化和磷释放的发生程度。为A2O工艺的优化运行提供可靠的运行工况，增强A2O工艺同步除磷脱氮的优化与控制，从而实现A2O工艺高效率低消耗的处理水平。
附图说明
图1A2/O工艺结构示意
其中 厌氧区 2缺氧区 3好氧1区 4好氧2区 5二沉池 6进水泵 7内循环回流泵 8污泥回流泵 9硝酸盐在线传感器 10 DO在线传感器 11污泥液位计 12 PLC控制柜 13计算机 14曝气阀门 15污泥床高度SBH 16供气系统 17搅拌装置
图2好氧区出水末端硝酸盐浓度与二沉池内反硝化程度以及磷释放之间的相关性
图3好氧区出水DO浓度与二沉池内反硝化程度以及磷释放之间的相关性
图4污泥床高度(SBH)与二沉池内反硝化程度以及磷释放之间的相关性
其中 厌氧区 2缺氧区 3好氧1区 4好氧2区 5二沉池 6进水泵 7内循环回流泵 8污泥回流泵 9硝酸盐在线传感器 10 DO在线传感器 11污泥液位计 12 PLC控制柜 13计算机 14曝气阀门 15污泥床高度SBH 16供气系统 17搅拌装置
图2好氧区出水末端硝酸盐浓度与二沉池内反硝化程度以及磷释放之间的相关性
图3好氧区出水DO浓度与二沉池内反硝化程度以及磷释放之间的相关性
图4污泥床高度(SBH)与二沉池内反硝化程度以及磷释放之间的相关性
具体实施方式
1 试验过程中采用人工合成啤酒废水(COD＝251-406mg/L、总氮TN＝41～78mg/L和总磷TP＝7.1-11.5mg/L)，水力停留时间9h，污泥龄10-12d，污泥浓度3500±100mg/L，控制进水pH稳定在7.2～7.6，温度由加热棒控制在20-23℃，当二沉池进水DO浓度为0.66mg/L，当污泥床高度高于二沉池有效高度的2/3时，硝酸盐浓度为13mg/L时，回流污泥中的硝酸盐浓度总是小于2mg/L，此时没有观察到污泥上浮现象，好氧区出水末端硝酸盐浓度与二沉池内反硝化程度的相关系数为0.9399。好氧区出水硝酸盐浓度与磷释放之间呈负的相关性，相关系数为0.9179，进水硝酸盐浓度越高，二沉池内磷的释放越微弱。
2 试验过程中采用人工合成啤酒废水(COD＝251-406mg/L、总氮TN＝41～78mg/L和总磷TP＝7.1-11.5mg/L)，水力停留时间9h，污泥龄10-12d，污泥浓度3500±100mg/L，控制进水pH稳定在7.2～7.6，温度由加热棒控制在20-23℃，二沉池内进水DO浓度与二沉池内的反硝化程度之间的相关系数为0.7776，远低于好氧区出水末端硝酸盐浓度与二沉池内反硝化程度的相关系数0.9399，这表明二沉池内反硝化首先受进水硝酸盐浓度的影响，其次是DO浓度的影响。当二沉池进水DO浓度为0.56mg/L，污泥床高度高于二沉池有效高度的7/10时，硝酸盐浓度为9mg/L时，此时没有观察到污泥上浮现象，回流污泥中的硝酸盐浓度为0.5mg/L，二沉池内磷的释放越微弱，二沉池出水磷酸盐浓度并没有明显增加，出水磷酸盐浓度与进水磷浓度之差为0.01mg/L。
3 试验过程中采用人工合成啤酒废水(COD＝251-406mg/L、总氮TN＝41～78mg/L和总磷TP＝7.1-11.5mg/L)，水力停留时间9h，污泥龄10-12d，污泥浓度3500±100mg/L，控制进水pH稳定在7.2～7.6，温度由加热棒控制在20-23℃，SBH越高，二沉池内的反硝化程度越高，而且对于四种SBH其反硝化程度从水平面到泥水混合界面再到二沉池底部急剧下降。SBH越高，磷的释放量越大，这与硝酸盐浓度的变化一致。当二沉池进水DO浓度为0.56mg/L，当污泥床高度高于二沉池有效高度的3/4时，硝酸盐浓度为11mg/L时，此时没有观察到污泥上浮现象，回流污泥中的硝酸盐浓度为0mg/L，二沉池内总氮去除率12％，二沉池进出水磷酸盐浓度相同，总是低于1mg/L。
2 试验过程中采用人工合成啤酒废水(COD＝251-406mg/L、总氮TN＝41～78mg/L和总磷TP＝7.1-11.5mg/L)，水力停留时间9h，污泥龄10-12d，污泥浓度3500±100mg/L，控制进水pH稳定在7.2～7.6，温度由加热棒控制在20-23℃，二沉池内进水DO浓度与二沉池内的反硝化程度之间的相关系数为0.7776，远低于好氧区出水末端硝酸盐浓度与二沉池内反硝化程度的相关系数0.9399，这表明二沉池内反硝化首先受进水硝酸盐浓度的影响，其次是DO浓度的影响。当二沉池进水DO浓度为0.56mg/L，污泥床高度高于二沉池有效高度的7/10时，硝酸盐浓度为9mg/L时，此时没有观察到污泥上浮现象，回流污泥中的硝酸盐浓度为0.5mg/L，二沉池内磷的释放越微弱，二沉池出水磷酸盐浓度并没有明显增加，出水磷酸盐浓度与进水磷浓度之差为0.01mg/L。
3 试验过程中采用人工合成啤酒废水(COD＝251-406mg/L、总氮TN＝41～78mg/L和总磷TP＝7.1-11.5mg/L)，水力停留时间9h，污泥龄10-12d，污泥浓度3500±100mg/L，控制进水pH稳定在7.2～7.6，温度由加热棒控制在20-23℃，SBH越高，二沉池内的反硝化程度越高，而且对于四种SBH其反硝化程度从水平面到泥水混合界面再到二沉池底部急剧下降。SBH越高，磷的释放量越大，这与硝酸盐浓度的变化一致。当二沉池进水DO浓度为0.56mg/L，当污泥床高度高于二沉池有效高度的3/4时，硝酸盐浓度为11mg/L时，此时没有观察到污泥上浮现象，回流污泥中的硝酸盐浓度为0mg/L，二沉池内总氮去除率12％，二沉池进出水磷酸盐浓度相同，总是低于1mg/L。