一种污水厂用智能曝气控制装置与方法

技术领域

本发明涉及一种污水处理装置，尤其是一种污水厂用智能曝气控制系统与方法。

背景技术

随着社会的不断发展和进步，国家对污水处理厂出水排放标准也日益严格。污水生物脱氮是国内外污水处理厂常用的方法和手段，因此也成为了国内外学者的研究热点。自2006年起我国进入了市政污水处理厂高速建设期，传统污水处理厂在达标运行中，普遍存在着运行能耗高(风机、回流泵等设备耗电量大)，药耗高(外部碳源、化学除磷药剂过量投加)的问题。因此研究在确保出水水质稳定达标排放的基础上，如何降低污水处理厂运行维护成本，对污水厂提标改造以及稳定运行具有重要的指导和借鉴意义。

污水厂一般采用生化方式处理污水，曝气通常是运行费用最高的环节，曝气能耗占污水厂总体能耗的50％-70％。我国的曝气控制起步较晚，许多污水厂使用的仍然是人工操作与自动监测相结合。目前国内的曝气控制方法主要有人工曝气控制、半自动曝气控制及全自动曝气控制。人工操作主要是根据测定溶解氧浓度及出水水质调节鼓风机风量，在这种操作下，稳定性差，常常为了出水尽量达标，曝气量会偏大且人工劳动强度大。半自动曝气控制即便实现了数据传输但依然存在人工劳动强度大的问题。全自动曝气控制是未来发展的趋势，而目前全自动曝气控制依旧存在曝气不精准的问题，造成资源的浪费。

发明内容

传统好氧池曝气装置为底部铺设微孔曝气盘或曝气管，检修复杂，运行维护复杂。曝气控制为制好氧生化池中溶解氧浓度从而控制曝气量。本申请发明者经过长期的探索研究，开发出一种新的智能曝气控制系统和方法。(1)通过设置旋流曝气器，旋流曝气器是最近几年兴起的一种新型曝气工艺，氧利用率6米清水中测试大约18％-25％。因为可以不停产安装，寿命达十年以上，不易堵塞，风压稳定不变，能耗适中，近年在污水领域已开始大面积应用。(2)好氧池需要控制合理的曝气量。曝气量过低，会使硝化过程不完全，出水氨氮和总氮有超标的风险；曝气量过高，一方面使得回流液中溶解氧浓度过高，消耗缺氧段的碳源，另一方面会使风机能耗增大。依据好氧池内溶解氧浓度控制硝化过程，精准性不高，容易造成能源浪费，提高运行成本。由于硝化过程是将氨氮氧化成硝酸盐。所以依据理论计算曝气量为导向的前提下，依据排放标准要求的氨氮作为出水端氨氮控制点，通过好氧池内沿程氨氮浓度调控曝气量，从而优化硝化过程，进而实现精准曝气控制。

本发明中所述的一种污水厂用智能曝气控制系统，其特征在于：包括三部分，第一部分曝气系统，包括旋流曝气器(1)、变频曝气风机(2)、曝气总管道(3)、曝气支管道(4)、曝气管道分支(9)、曝气连接管道(10)、电动调节阀门(5)；第二部分氨氮测定系统，包括氨氮探头(6)、氨氮测定仪(7)；第三部分控制系统，包括氨氮数据采集系统、分析系统、调控系统，氨氮数据采集系统、分析系统、调控系统集合到一起形成控制装置(8)；

曝气总管道(3)与变频曝气风机(2)连接，曝气总管道(3)设有多个曝气支管道(4)，多个曝气支管道(4)分布在曝气总管道(3)两侧并与曝气总管道(3)连通，每个曝气支管道(4)设有多个曝气管道分支(9)并与曝气支管道(4)连通，每个曝气管道分支(9)设有向下延伸到好氧池(11)底部的曝气连接管道(10)，曝气连接管道(10)的下端设有旋流曝气器(1)；每个曝气支管道(4)与曝气总管道(3)连接处设有一个电动调节阀门(5)；污水处理池(11)中沿水流程设有多个氨氮探头(6)，氨氮探头(6)均与氨氮测定仪(7)连接；控制装置(8)分别与氨氮测定仪(7)、变频曝气风机(2)、电动调节阀门(5)连接。

好氧池(11)分为多个格子，多个格子折流连通并沿水流成串联结构，多个曝气支管道(4)沿水流程均匀分布在每一个格子上方，即每一个格子上方对应设有一个或两个曝气支管道(4)。

多个氨氮探头(6)沿水流程均匀分布。

工作过程为：(1)首先根据生化池进出水氨氮浓度调节总体曝气量，以好氧池末端氨氮浓度降至设定值(设定值依据不同地区排放标准不同而变化)以下为基准；(2)总体曝气量确定后，根据好氧池各段沿程氨氮浓度调节好氧池各段沿程的曝气量，使硝化过程(氨氮氧化为亚硝态氮和硝态氮的过程)在好氧池中充分且完整的进行，以达到精准曝气控制的目的。具体详见智能曝气调控逻辑图。

具体过程

(1)总体曝气量调控。

好氧池中污染物质的降解顺序为：首先进行有机物的降解，有机物降解基本完成后，进行氨氮的降解(即硝化过程)，所以通过监测好氧池进出处水(也称好氧池首端和好氧池末端)的氨氮浓度，来确定好氧池中总体曝气量是否满足微生物需求，当好氧池末端氨氮降低到污水厂排放标准时，此时曝气量适宜；

(2)沿程各段曝气量调控。

好氧池需要控制合理的曝气量，曝气量过低，会使硝化过程不完全，出水氨氮和总氮有超标的风险；曝气量过高，一方面使得回流液中溶解氧浓度过高，消耗缺氧段的碳源，另一方面会使风机能耗增大。依据好氧池内溶解氧浓度控制硝化过程，精准性不高，容易造成能源浪费，提高运行成本；由于硝化过程是将氨氮氧化成硝酸盐。所以依据理论计算曝气量为导向的前提下，通过好氧池内沿程氨氮浓度调控曝气量，从而优化硝化过程，进而使好氧池实现精准曝气控制。

本发明与传统曝气装置及系统相比，具有如下优点：

(1)采用旋流曝气器，氧利用率稳定不变，曝气搅拌二合一。氧利用率6米清水中测试大约18％-25％。因为可以不停产安装和检修，寿命达十年以上，不易堵塞，风压稳定不变，能耗适中。

(2)智能控制系统的设置，依据排放标准设置出水端氨氮浓度限值，来控制变频风机曝气量，可实现精准曝气，节省能耗，使曝气风机曝气量满足微生物需求。

(3)依据沿程氨氮浓度通过调节曝气管道上电动调节阀控制沿程各段曝气量，从而优化硝化过程，进而实现精准曝气智能控制。

附图说明

图1为本发明智能曝气控制系统示意图。

图2为本发明旋流曝气器布置示意图

图3调控方法示意图。

图4生物脱氮硝化阶段调控过程中氨氮变化。

具体实施方式

下面结合实际实施项目详细说明本发明，但本发明并限于以下实施例。

实施例1

具体的装置见图1，一共三个格，三段。

某污水处理厂新建工程设计规模为50000m

表1污水处理厂进水水质及出水要求

注：①12月1日-3月31日执行括号内的排放限值

污水厂采用“预处理+改型A

合理曝气量下对应的好氧池沿程氨氮浓度如表1所示，将好氧池均分为三段，在3段末端氨氮浓度降低到0.5mg/L以下时，曝气量较为合理。

表2合理曝气量下对应的好氧池沿程氨氮浓度

。