專利名稱：Sbr法鼓風機節(jié)能變頻過程控制教學裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種污水生物處理節(jié)能降耗控制裝置，尤其是能夠進行 深度脫氮和實時控制的SBR工藝的裝置，適用于含氮工業(yè)廢水處理和城鎮(zhèn)污 水深度處理。
背景技術：
隨著我國經濟的快速發(fā)展，能源的需求與日俱增，能源在國民經濟中具 有重要的戰(zhàn)略地位。污水處理是能源密集的行業(yè)之一，在保證出水水質的條 件下提高污水處理廠能源利用率，對于節(jié)能降耗具有重要意義。
傳統(tǒng)SBR工藝是間歇式活性污泥法污水處理工藝的簡稱，它的處理裝置 只有一個SBR反應池，進水、反應、沉淀、排水等步驟均在此反應池中進行， 占地面積小，是一種常規(guī)的活性污泥法污水處理工藝。該工藝的絕大部分能 耗集中于鼓風機進行曝氣時產生的動力消耗，約占總消耗能量的60%-80%左 右，因此，SBR工藝節(jié)能降耗的主要環(huán)節(jié)在于鼓風機的調節(jié)與優(yōu)化控制。
對鼓風機而言，輸入的電能主要用于充氧、混合，但目前國內大多數(shù)SBR 污水處理廠曝氣充氧過程仍然采用不可調節(jié)的羅茨鼓風機或離心式鼓風機， 曝氣全過程滿功率負荷運行，并未達到最佳能量的消耗水平。為了節(jié)約能耗, 在SBR污水處理過程中，通常根據反應池內溶解氧的需要對風速、風量等指 標進行控制和調節(jié)以適應運行工況。而目前常用的控制手段是調節(jié)風門、擋 板開度的大小來調整風速風量。這樣，不論供氧量需求大小，風機都要全速運 轉，而運行工況的變化則使得能量以風門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。不僅 控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗。從而導致生產 成本增加，鼓風機使用壽命縮短，設備維護、維修費用高居不下。
實用新型內容
本實用新型的目的是通過改變SBR法鼓風機的運行控制方式，來提高系 統(tǒng)的供氧效率，并引入了鼓風機頻率f作為SBR法反應過程的控制參數(shù)，合 理分配反應時間，在保證深度脫氮效果的前提下，節(jié)省運行費用。在此1^1 上，開發(fā)出一種高效節(jié)能的SBR法節(jié)能裝置和控制方法，即SBR工藝鼓風機 節(jié)能供氧優(yōu)化控制方法與裝置。解決G)傳統(tǒng)生物脫氮技術存在的脫氮效果差
的問題；②SBR法實時控制運行操作復雜的問題；③鼓風機供氧效率低，能耗 高的問題。與恒定曝氣量的控制方式相比，本實用新型提供的方法可節(jié)省40% 左右的電耗。
本實用新型提供的SBR法鼓風機節(jié)能變頻過程控制教學裝置，如圖1, 其特征在于包括SBR反應器1連接進水管2、出水管3、碳源投加管4、曝 氣管10;進水管2和進水泵5之間設置進水岡門7;碳源^p管4和碳源投 加泵6之間設置碳源投加管閥門9;出水管設置出水閥門8,曝氣管10設置 進氣閥門11,曝氣管進口處與鼓風機12相連；在SBR反應池內置有攪拌器 13、溶解氧濃度DO傳感器14,其特征在于
D0傳感器14經導線與DO測定儀15連接后與計算機16的數(shù)據信號輸入 接口18連接，DO測定儀15與變頻器17相連，變頻器17同時與鼓風機12、 計算機16的數(shù)據信號輸入接口 18連接，計算機的數(shù)據信號輸出接口 19經導 線連接過程控制器20,過程控制器的進水繼電器21、出水繼電器22、曝氣繼 電器23、碳源投加泵繼電器24、攪拌機繼電器25經信號輸出接口 19分別與 進水閥門7、出水閥門8、曝氣管進氣閥門ll、碳源^r口泵6和攪拌器13相 連接?？刂平缑婵稍陲@示器26上顯示。
應用上述裝置進行SBR工藝供氧節(jié)能優(yōu)化控制方法，包括以下步驟 I進水根據進水量確定進水時間，并通過過程控制器對計時器進行設 定，系統(tǒng)啟動后，啟動進水泵將待處理的廢水注入SBR反應器，當達到預先
設定的時間后，關閉進水泵和進水閥門，進入第n道工序；
II曝氣打開進氣閥門，啟動鼓風機，對反應系統(tǒng)進行曝氣；利用溶解 氧濃度D0傳感器采集DO信號，并通過過程控制器和變頻器調節(jié)鼓風機的頻 率f;如果DO小于1. 5mg/L,就增大鼓風機的頻率f,即增大鼓風機的葉輪轉 速，加大風量；如果DO濃度大于1. 5mg/L,就減小鼓風機的頻率，即減小風
量；
同時釆集頻率f作為SBR法好氧硝化過程的實時控制參數(shù)；將頻率f的 數(shù)字信號輸入過程控制器，濾波處理，求導計算，得到過程實時控制變量， 并對得到的控制變量進行比較確定是否結束曝氣，曝氣過程結束條件為下列 三個條件其中任意一條，即可停止曝氣進行攪拌，①曝氣時間t>2h，頻率f 小于15Hz;②曝氣時間t〉2h，頻率f出現(xiàn)下降速度加快的變化點；③啄氣時
間t〉6h;當滿足以上條件之一時，好氧曝氣過程結束，系統(tǒng)內的氨氮被氧化 為硝態(tài)氮，執(zhí)行機構關閉鼓風機及進氣閥，停止曝氣，系統(tǒng)進入第m道工序；
m投加外碳源攪拌為了將好氧階段產生的硝態(tài)氮還原為氮氣，根據經 驗確定需要投加碳源的量，設定碳源投加泵的開啟時間，開啟碳源投加管上 的閥門和碳源投加泵，達到設定的時間后關閉碳源投加泵和碳源投加管上的
閥門，投加碳源的同時開啟攪拌器，設定攪拌時間為2小時。攪拌結束后， 關閉攪拌器，進入第IV道工序；
IV沉淀根據經驗確定沉淀的時間，并通過過程控制器進行計時，當達 到預先設定的沉淀時間后，進入第V道排水工序；
V排水設定排水的時間，打開出水閥門，將處理后水經出水管排到反 應器外；排水結束后，關閉出水管上的閥門；
VI閑置排水結束到下一個周期開始定義為閑置期；才艮據經驗設定閑置 時間和排泥泵的運行時間，在過程控制器調節(jié)下，開啟排泥泵，當達到預先 設定的排泥時間后，關閉排泥泵；當達到預先設定的閑置時間后，系統(tǒng)讀取 預先設定的整個反應的循環(huán)次數(shù)設定值，若未達到預先設定的循環(huán)次數(shù)，則 系統(tǒng)由過程控制器自動循環(huán)從工序I開始；當達到預先設定的整個反應的循 環(huán)次數(shù)后，系統(tǒng)停止運行。
控制策略的流程如圖2所示。
本實用新型的有益效果
本實用新型設計的裝置與現(xiàn)有技術相比，具有下列優(yōu)點
1) 脫氮效果好，出水氨氮小于lmg/L、總氮小于5mg/L， 2002年國家 頒布的排污標準中，對城鎮(zhèn)污水最嚴格的排放標準為出水氨氮小于5 mg/L、 總氮小于15 mg/L，本實用新型的出水氨氮和總氮遠低于國家頒布的排污標 準。
2) 因變頻器具有結構筒單、性能可靠、節(jié)能顯著的特點，且能實現(xiàn)溶解 氧與鼓風量閉環(huán)自動控制，使鼓風量更能適應工藝要求，提高污水處理效 果，降低鼓風機曝氣能耗，與恒定曝氣量的控制方式相比，本實用新型可節(jié) 省40%左右的電耗。
3) 以頻率f作為控制參數(shù)建立的實時過程控制策略，可準確的控制生物 脫氮過程中的好氧曝氣時間，從根本上解決了曝氣時間不足所引起的硝化不 完全和曝氣時間過長所帶來的運行成本的提高和能源的浪費。并且能夠根據
原水水質水量的變化實時控制各個生化反應所需的反應時間，實現(xiàn)具有智能 化的控制，保證出水水質的前提下優(yōu)化節(jié)能。
本實用新型可廣泛應用于中小城鎮(zhèn)城市污水或有機物、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SBR工藝的污水處理廠或準備采用 SBR工藝的污水處理廠。
圖1是本實用新型SBR工藝鼓風機節(jié)能供氧優(yōu)化控制裝置結構示意圖 圖2是SBR工藝鼓風機節(jié)能供氧優(yōu)化控制策略流程圖 圖3是曝氣階段系統(tǒng)的控制參數(shù)變化規(guī)律與污染物去除效果； 圖l中，1-SBR反應器、2-進水管、3-出水管、4-碳源投加管、5-進水 泵、6-碳源^i口泵、7-進水閥門、8-出水閥門、9-碳源投加管閥門、10-曝氣 管、11-進氣閥門、12-鼓風機、13-攪拌器、14-D0傳感器、15-D0測定儀、 16-計算機、17-變頻器、18-信號輸入接口、 19-信號輸出接口、 20-過程控制 器、21-進水繼電器、22-出水繼電器、23-曝氣繼電器、24-碳源投加泵繼電 器、25-攪拌器繼電器、26-顯示器。
具體實施方式
結合實施例，如圖2,圖3所示，說明本實用新型的運行操作工序
以某大學家屬區(qū)排放的實際生活污7jc作為實驗對象(pH=6.5~7.8， COD=260~350 mg/L, TN=75 80mg/L。所選擇的SBR反應器有效容積150L, 每周期進水量為100L,反應器內混合液的COD濃度維持在200~300mg/L, NH4+-N濃度在55~60mg/L，反應器內初始的污泥濃度在3.5 4.0 g丄"，泥齡 維持在15d左右，反應溫度25。C。外加碳源采用濃度為95%乙醇。具體過 程如下
I進水應用本實用新型所提供的SBR工藝鼓風機節(jié)能供氧優(yōu)化控制裝 置，首先打開進水閥門，啟動進水泵將待處理的廢水注入SBR反應器，通過 過程控制器設定進水時間為10分鐘，進水泵的流量為10L/min,進水IO分鐘
后進水100L,關閉進水泵和進水閥門，進入第n道工序。
II曝氣打開進氣閥門，啟動鼓風機，對反應系統(tǒng)進行啄氣。利用溶解 氧濃度(DO傳感器采集DO信號，并通過過程控制器和變頻器調節(jié)鼓風機的頻 率f。如果DO小于l. 5mg/L,就增大鼓風機的頻率f，即增大鼓風機的葉輪轉
速，加大風量；如果DO濃度大于1. 5mg/L，就減小鼓風機的頻率，即減小風
同時釆集頻率f作為SBR法好氧硝化過程的實時控制參數(shù)。將頻率f的 數(shù)字信號輸入過程控制器，濾波處理，求導計算，得到過程實時控制變量， 并對得到的控制變量進行比較，膝氣過程結束條件為下列三個條件其中任意 一條，即可停止曝氣進行攪拌，(D曝氣時間t〉2h，頻率f小于15Hz;②爆氣 時間t>2h,頻率f出現(xiàn)下降速度加快的變化點；③曝氣時間t>6h。當滿足以 上條件之一時，好氧曝氣過程結束，系銃內的氨氮被氧化為硝態(tài)氮，執(zhí)行機 構關閉鼓風機及進氣閥，停止曝氣，系統(tǒng)將進入第ffl道工序；
m投加外碳源攪拌為了將好氧階段產生的硝態(tài)氮還原為氮氣，設定乙 醇的投量為5ml，開啟碳源投加管上的岡門和乙醇投加泵，投加的乙醇5ml 后關閉碳源投加泵和碳源^i口管上的閥門，投加碳源的同時開啟攪拌器，設 定攪拌時間為2小時。攪拌結束后，關閉攪拌器，進入第IV道工序；
IV沉淀通過過程控制器設定沉淀時間為1小時，此時進水閥門、進氣 閥門、排水閥門和排泥閥門均關閉。
V排水在過程控制器調節(jié)下，打開排水閥門，將處理后水經出水管排 到反應器外。排水結束后，關閉出水管上的閥門。
VI閑置根據需要，設定閑置時間為2小時，排泥時間為5分鐘，在過 程控制器調節(jié)下，開啟排泥泵，當達到預先設定的排泥時間后，關閉排泥泵。 當達到預先設定的閑置時間2小時后，系統(tǒng)讀取預先設定的整個反應的循環(huán) 次數(shù)設定值，此次操作設定循環(huán)次數(shù)為1次，所以系統(tǒng)停止運行。
利用SBR工藝鼓風機節(jié)能供氧優(yōu)化控制方法和裝置，最終出水中C0D小 于50mg/L、氨氮小于2mg/L，遠低于國家一級排放標準所要求的總氮濃度。 與恒定曝氣量的控制方式相比，節(jié)省了40%左右的電耗。
本實用新型的實時控制裝置實施例參見圖l,由SBR反應器1連接進水管 2、出水管3、碳源投加管4、曝氣管10;進水管2和進水泵5之間設置進水 閥門7;碳源投加管4和碳源投加泵6之間設置碳源^i口管閥門9;出水管設 置出水閥門8,啄氣管IO設置進氣閥門11，曝氣管進口處與鼓風機12相連；
在SBR反應池內置有攪拌器13、溶解氧濃度DO傳感器14， D0傳感器經 導線與DO測定儀15連接后與計算機16的數(shù)據信號輸入接口 18連接，DO測 定儀同時與變頻器17相連，變頻器17同時與鼓風機12、計算機16的數(shù)據信 號輸入接口 18連接，計算機的數(shù)據信號輸出接口 19經導線連接過程控制器 20,過程控制器的進水繼電器21、出水繼電器22、曝氣繼電器23、碳源投加 泵繼電器24、攪拌機繼電器25經接口分別與進水閥門7、出水閥門8、曝氣 管進氣閥門ll、碳源投加泵6和攪拌器13相連接。控制界面可在顯示器26上顯示。
權利要求1. 一種SBR法鼓風機節(jié)能變頻過程控制教學裝置，包括SBR反應器(1)連接進水管(2)、出水管(3)、碳源投加管(4)、曝氣管(10)；進水管(2)和進水泵(5)之間設置進水閥門(7)；碳源投加管(4)和碳源投加泵(6)之間設置碳源投加管閥門(9)；出水管設置出水閥門(8)，曝氣管(10)設置進氣閥門(11)，曝氣管進口處與鼓風機(12)相連；在SBR反應池內置有攪拌器(13)、溶解氧濃度DO傳感器(14)，其特征在于DO傳感器(14)經導線與DO測定儀(15)連接后與計算機(16)的數(shù)據信號輸入接口(18)連接，DO測定儀(15)與變頻器(17)相連，變頻器(17)同時與鼓風機(12)、計算機(16)的數(shù)據信號輸入接口(18)連接，計算機的數(shù)據信號輸出接口(19)經導線連接過程控制器(20)，過程控制器的進水繼電器(21)、出水繼電器(22)、曝氣繼電器(23)、碳源投加泵繼電器(24)、攪拌機繼電器(25)經信號輸出接口(19)分別與進水閥門(7)、出水閥門(8)、曝氣管進氣閥門(11)、碳源投加泵(6)和攪拌器(13)相連接。
專利摘要SBR法鼓風機節(jié)能變頻過程控制教學裝置屬于污水處理領域，用于含氮工業(yè)廢水處理和城鎮(zhèn)污水深度處理。現(xiàn)有鼓風機控制技術使用壽命短，維護、維修費用高。裝置由SBR反應器(1)連接進水管(2)、出水管(3)、碳源投加管(4)、曝氣管(10)；進水管連接進水泵(5)；曝氣管連接鼓風機(12)；反應器內有攪拌器(13)、DO傳感器(14)；傳感器連接DO測定儀(15)；變頻器(17)分別和鼓風機、計算機(16)連接，計算機連接過程控制器(20)，過程控制器的繼電器分別與閥門、其他設備連接。本實用新型提高反應效率，減少反應時間，節(jié)約曝氣能耗。
文檔編號G09B25/00GK201207244SQ20082010848
公開日2009年3月11日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權日2008年6月6日
發(fā)明者彭永臻, 慶 楊, 王淑瑩 申請人:北京工業(yè)大學