專利名稱：交替式好氧厭氧完全混合活性污泥工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的污水處理工藝——交替式好氧厭氧完全混合活性污泥工藝(Alternating Aerobic Anaerobic Completely Mixed Activated Sludge System以下簡(jiǎn)稱AAA工藝)。該工藝通過(guò)引入在線溶解氧控制技術(shù)，并配備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，設(shè)備運(yùn)行狀況隨水質(zhì)變化而改變，系統(tǒng)運(yùn)行始終保持在最佳狀況，從而達(dá)到節(jié)省能耗和提高處理效率的功效。該工藝采用連續(xù)進(jìn)水連續(xù)出水，厭氧好氧交替運(yùn)行的處理模式，是一種兼具活性污泥法和SBR法優(yōu)點(diǎn)的處理工藝。在線溶解氧監(jiān)控技術(shù)(包括控制軟件和控制模塊)是本工藝的核心內(nèi)容之一。
目前，我國(guó)城市污水處理廠，尤其是中小型城市污水處理廠正在以較快的速度發(fā)展，至2010年全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理率將達(dá)到50％，重點(diǎn)城市達(dá)70％，已建成的和規(guī)劃建設(shè)的污水處理廠將超過(guò)千座。其中有不少是屬于1-5萬(wàn)m3/d處理規(guī)模的中小型污水處理廠。在這些中小污水處理廠的建設(shè)中，選擇高效、經(jīng)濟(jì)的污水處理工藝是首要問(wèn)題。根據(jù)我國(guó)城鎮(zhèn)發(fā)展的現(xiàn)況，對(duì)工藝的選擇應(yīng)具有如下特點(diǎn)1)基建投資合理，適合中小規(guī)模的污水處理廠建設(shè)2)工藝高效節(jié)能，長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用低3)自動(dòng)化程度高，對(duì)人員管理要求降低4)處理效果穩(wěn)定，對(duì)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)去除率高當(dāng)前現(xiàn)有工藝在一定程度上可滿足以上要求，但也都存在明顯的不足，特別是對(duì)于中小城鎮(zhèn)污水處理時(shí)，應(yīng)用受到一定限制。如傳統(tǒng)的活性污泥法，在建設(shè)投資和運(yùn)行能耗上都很高，而且不能滿足脫氮除磷的要求；而具有脫氮除磷效果的A2/O工藝存在管理復(fù)雜，投資高，運(yùn)行不穩(wěn)定等問(wèn)題；應(yīng)用廣泛的氧化溝存在占地面積大，脫氮除磷效果有限，自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)。
基于以上實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，研究開發(fā)適應(yīng)中小城鎮(zhèn)污水處理的新工藝具有重要的實(shí)際意義。
AAA工藝是一種集先進(jìn)自動(dòng)化控制技術(shù)與優(yōu)秀節(jié)能工藝于一體的新型污水處理技術(shù)。相關(guān)研究和實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明其在節(jié)省基建投資、降低運(yùn)行能耗、全自動(dòng)運(yùn)行和脫氮除磷效果等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。
AAA工藝最初由澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)院CSIRO和墨爾本大學(xué)從80年代聯(lián)合研究開發(fā)，并在澳大利亞MMBW Yarra Glen污水處理廠和Brushy Creek污水處理廠進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)，運(yùn)行結(jié)果良好。在1998年AAA工藝的智能化控制系統(tǒng)開始著手研究，并取得十分理想的進(jìn)展和應(yīng)用效果。
清華大學(xué)于1992年做過(guò)跟蹤研究。其規(guī)模是在實(shí)驗(yàn)室水平上，但結(jié)果證明該工藝流程簡(jiǎn)單，能耗低，處理效果好。
目前在我國(guó)的實(shí)際工程應(yīng)用中還未見報(bào)道。
AAA工藝流程見說(shuō)明書附

圖1、AAA工藝流程圖污水經(jīng)進(jìn)水隔柵去除水體中大顆粒懸浮物后，經(jīng)提升泵提升進(jìn)入AAA反應(yīng)池，在反應(yīng)池內(nèi)完成好氧厭氧過(guò)程，去除水體中的COD，BOD5，氨氮等污染物。反應(yīng)池內(nèi)設(shè)有溶解氧檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)水體中溶解氧變化率，并通過(guò)計(jì)算機(jī)控制曝氣系統(tǒng)的開停。反應(yīng)池出水進(jìn)入沉淀池進(jìn)行固液分離。出水經(jīng)消毒后排放或經(jīng)進(jìn)一步處理后回用。沉淀污泥部分回流，剩余污泥經(jīng)脫水后外運(yùn)。
AAA工藝原理AAA是一種全新控制方式的活性污泥法，該工藝借助生化反應(yīng)池內(nèi)的活性污泥(生物菌群)吸收和降解水體中的COD，BOD5等污染物，同時(shí)去除污水中的氮和磷。該工藝采用全自動(dòng)的智能控制方式，在同一反應(yīng)構(gòu)筑物內(nèi)完成厭氧好氧過(guò)程，曝氣過(guò)程的開停通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，將水體中溶解氧變化率作為控制參數(shù)，使曝氣池內(nèi)生物活性達(dá)到最大，同時(shí)也使氧的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高。詳見附圖2、AAA工藝過(guò)程控制及溶解氧變化圖。
A)好氧階段在傳統(tǒng)的活性污泥法中，包括SBR法等，其曝氣過(guò)程一般都是由人為事先設(shè)定。這樣做的缺點(diǎn)在于沒有根據(jù)生化反應(yīng)池內(nèi)的實(shí)際需氧量來(lái)確定供給量，部分氧氣未被充分利用，氧的轉(zhuǎn)化率和利用率都明顯降低。AAA工藝采用溶解氧在線監(jiān)測(cè)方式，通過(guò)監(jiān)測(cè)反應(yīng)池內(nèi)溶解氧的變化速率來(lái)反映氧的利用率，再通過(guò)控制曝氣系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)需氧量和供氧量達(dá)到一致，減少過(guò)度供氧造成的能量浪費(fèi)。
詳細(xì)控制過(guò)程如下污水進(jìn)入AAA反應(yīng)池后，隨著生物降解的進(jìn)行，水體中污染物濃度也降低，生物需氧量也降低，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)曝氣過(guò)剩，導(dǎo)致水體中溶解氧濃度迅速升高。如附圖2所示，在生物降解過(guò)程中存在溶解氧的“突變”過(guò)程(即溶解氧的迅速升高)。溶解氧的迅速升高表明水體中有機(jī)污染物降解趨于完全，生物需氧量降低，此時(shí)停止曝氣，在不影響整體污染物降解效果的情況下，可顯著減少曝氣能耗。AAA工藝通過(guò)在線溶解氧測(cè)定儀測(cè)定水體中溶解氧的變化率 DO值，當(dāng)溶解氧在單位時(shí)間內(nèi)的升高值 DO高于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)停止曝氣，進(jìn)入?yún)捬踹^(guò)程。設(shè)定值的確定可根據(jù)不同廢水類型和實(shí)際運(yùn)行效果確定，并可通過(guò)人機(jī)界面隨時(shí)更改。
好氧過(guò)程，水體中的COD，BOD5，氨氮等污染物的去除率在80～95％以上。設(shè)定相應(yīng)的曝氣參數(shù)后，好氧過(guò)程的時(shí)間由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制。
B)厭氧階段AAA工藝含有厭氧過(guò)程。AAA工藝采用連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)出水方式，這種連續(xù)進(jìn)水方式使得系統(tǒng)在厭氧過(guò)程中仍有污水流入，這樣就為反硝化過(guò)程提供了充足的碳源，使反硝化得以順利進(jìn)行，脫氮效率也明顯高于SBR等傳統(tǒng)工藝。
AAA系統(tǒng)除了具有良好的脫氮效果外，還可顯著節(jié)省能耗。主要原因在于AAA系統(tǒng)厭氧和好氧過(guò)程在同一反應(yīng)器中進(jìn)行，這就使利用反硝化過(guò)程中釋放的氧來(lái)氧化進(jìn)水中的氨氮和有機(jī)物成為可能，從而減少好氧段的曝氣量，節(jié)省能耗。具體分析如下在好氧過(guò)程中存在如下反應(yīng)(1)即每氧化1mg氨態(tài)氮所需氧量為4.57mg在厭氧過(guò)程中(2)(3)即每1mg硝氮反硝化放出2.86mg氧以典型廢水為例，BOD為200mg/L，氨氮約為45mg/L，則處理過(guò)程可節(jié)省的氧量百分比為45×2.86/(200+45×4.57)＝31.7％由此可見，反硝化過(guò)程中釋放的氧如果能充分利用，則系統(tǒng)節(jié)省能耗可達(dá)30％以上。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，能耗節(jié)省在20～30％之間，同時(shí)，如前所述，AAA系統(tǒng)的溶解氧濃度一直保持在較低水平，氧的轉(zhuǎn)化率高于傳統(tǒng)的活性污泥工藝。
厭氧時(shí)間的確定通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定。主要影響因素是進(jìn)水中有機(jī)物濃度和氨氮濃度，可由以下經(jīng)驗(yàn)公式確定Toff＝Ton×AA＝α×NH3/TOC其中Toff停曝時(shí)間，Ton曝氣時(shí)間，α充氧率通過(guò)上述公司，可以確定不同水質(zhì)條件下，停曝時(shí)間的長(zhǎng)短，從而確定好氧、厭氧交替過(guò)程的時(shí)間分配。
完整的AAA工藝中存在多次厭氧好氧交替過(guò)程，這些過(guò)程可通過(guò)相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)設(shè)定借助系統(tǒng)PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
AAA控制系統(tǒng)整個(gè)工藝控制部分由溶解氧檢測(cè)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)運(yùn)算系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)三大部分組成。
①溶解氧檢測(cè)系統(tǒng)由以上工藝原理的論述可知，準(zhǔn)確及時(shí)反應(yīng)曝氣池中溶解氧變化情況是AAA工藝的前提條件。但是任何靈敏穩(wěn)定的在線溶解氧設(shè)備在測(cè)量零點(diǎn)附近均會(huì)存在較大誤差，為解決這一誤差，AAA控制系統(tǒng)采用新型數(shù)據(jù)處理方式，對(duì)曝氣池內(nèi)溶解氧濃度每隔一定時(shí)間(0.1-1s)進(jìn)行連續(xù)采樣測(cè)定，對(duì)所得的一組測(cè)定結(jié)果取平均值al(al＝(a11+a12+......a1n)/n)，然后再將所得數(shù)值與前一組數(shù)據(jù)的平均值a2比較，al與a2的時(shí)間間隔可事先設(shè)定，一般取1-10min。a1與a2的差值 DO作為系統(tǒng)控制的主要參數(shù)。這樣一方面可以消除因儀器測(cè)量在零點(diǎn)附近產(chǎn)生的絕對(duì)誤差，另一方面也可以消除氣泡，顆粒物等影響產(chǎn)生的偶然誤差，使檢測(cè)結(jié)果更加穩(wěn)定可靠。
②計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以上數(shù)據(jù)的處理通過(guò)專門開發(fā)的AAA控制軟件在計(jì)算機(jī)(或PLC)中完成。該控制軟件具有強(qiáng)大易用的人機(jī)界面，可隨時(shí)設(shè)定采樣時(shí)間間隔，數(shù)據(jù)處理方式，高低值的設(shè)定，同時(shí)還能直觀線性顯示曝氣池中的溶解氧變化趨勢(shì)。系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)報(bào)警功能，遇異常情況時(shí)可回復(fù)到事先設(shè)定的時(shí)間控制方式。保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
③數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)AAA控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集與控制信號(hào)的輸出過(guò)程均由相應(yīng)的數(shù)據(jù)模塊完成。該數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)功能是將溶解氧檢測(cè)器結(jié)果轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的信號(hào)，同時(shí)將計(jì)算機(jī)輸出的結(jié)果轉(zhuǎn)化為工業(yè)控制器可識(shí)別的信號(hào)，完成系統(tǒng)控制信號(hào)的傳遞過(guò)程，通訊協(xié)議采用RS485。
通過(guò)上述三個(gè)子系統(tǒng)，構(gòu)成完整的AAA控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的智能化控制。
下面通過(guò)應(yīng)用實(shí)例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)際應(yīng)用效果應(yīng)用實(shí)例1北京市懷柔區(qū)北房鎮(zhèn)污水資源化工程采用AAA工藝，其設(shè)計(jì)和處理效果如下(1)處理規(guī)?？傇O(shè)計(jì)處理污水量為5600m3/d，一期處理規(guī)模為2800m3/d。
(2)原水水質(zhì)BOD5250mg/L COD450mg/L SS250mg/L總氮50mg/L TP5mg/L(3)主要構(gòu)筑物AAA生物反應(yīng)池2座停留時(shí)間16小時(shí)BOD-污泥負(fù)荷率為0.12kgBOD5/kg.dBOD-容積負(fù)荷率為0.36kgBOD5/m3.d設(shè)計(jì)污泥濃度(MLSS)為3000mg/L
污泥回流比為30％ 設(shè)計(jì)污泥齡為15d(4)出水水質(zhì)BOD58mg/L COD36mg/L SS7mg/L總氮11mg/L TPO.83mg/L(出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家一級(jí)(B)標(biāo)準(zhǔn))以下是采用AAA工藝控制前后的運(yùn)行能耗對(duì)比
以上結(jié)果表明AAA控制方式下，曝氣能耗顯著降低，每降解1kgBOD5所需的氧量從1.561kg減少為1.17kg，節(jié)省能耗達(dá)25％左右。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種新型的污水處理工芝——交替式好氧厭氧完全混合活性污泥工藝(Alternating Aerobic Anaerobic Completely Mixed Activated Sludge System以下簡(jiǎn)稱AAA工藝)。該工藝通過(guò)引入在線溶解氧控制技術(shù)，配備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，設(shè)備運(yùn)行狀況隨水質(zhì)變化而改變，系統(tǒng)運(yùn)行始終保持在最佳狀況，從而達(dá)到節(jié)省能耗和提高處理效率的功效。該工藝采用連續(xù)進(jìn)水連續(xù)出水，厭氧好氧交替運(yùn)行的處理模式，是一種兼具活性污泥法和SBR法優(yōu)點(diǎn)的處理工藝。
2.根據(jù)權(quán)利1的要求，其特征是系統(tǒng)采用在線溶解氧監(jiān)控技術(shù)通過(guò)在反應(yīng)池中放置抗污染的溶解氧探頭采集反應(yīng)池中溶解氧濃度信號(hào)，信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)輸入輸出模塊傳入可編程控制器(PLC)或中心計(jì)算機(jī)，由PLC或中心計(jì)算機(jī)處理采集的數(shù)據(jù)，處理結(jié)果控制系統(tǒng)曝氣機(jī)的開停。
3.根據(jù)權(quán)利2的要求，其特征是系統(tǒng)配備AAA數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)系統(tǒng)采集的溶解氧數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，作為污水廠運(yùn)行控制參數(shù)。系統(tǒng)最終控制參數(shù)為反應(yīng)池內(nèi)溶解氧變化率
4.根據(jù)權(quán)利1的要求，其特征是采用連續(xù)進(jìn)水連續(xù)出水、好氧厭氧交替進(jìn)行的運(yùn)行方式。
5.根據(jù)權(quán)利4的要求，其特征是反應(yīng)池可以采用長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)也可以是圓形結(jié)構(gòu)。采用長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)時(shí)系統(tǒng)由一端進(jìn)水，另一端出水；采用圓形結(jié)構(gòu)時(shí)，可采用周邊進(jìn)水，中央出水的方式，中央?yún)^(qū)域可設(shè)立沉淀池。
6.根據(jù)權(quán)利4的要求，其特征是系統(tǒng)在進(jìn)入?yún)捬蹼A段后，仍有新鮮污水流入并與原有污水充分混合，為原有污水的反硝化過(guò)程提供充足的炭源，同時(shí)充分利用反硝化過(guò)程中釋放的氧，減少后續(xù)好氧過(guò)程的需氧量。
7.根據(jù)權(quán)利4的要求，其特征是反應(yīng)池內(nèi)好氧和厭氧過(guò)程由系統(tǒng)控制軟件根據(jù)反應(yīng)池內(nèi)溶解氧的變化情況進(jìn)行控制。當(dāng)反應(yīng)池內(nèi)溶解氧的變化率 高于設(shè)定值時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入?yún)捬踹^(guò)程厭氧過(guò)程由進(jìn)水水質(zhì)及好氧時(shí)間共同確定，并由AAA控制軟件計(jì)算完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型的污水處理工藝——交替式好氧厭氧完全混合活性污泥工藝(Alternating Aerobic Anaerobic Completely Mixed Activated Sludge System以下簡(jiǎn)稱AAA工藝)。該工藝通過(guò)引入在線溶解氧控制技術(shù)，并配備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，設(shè)備運(yùn)行狀況隨水質(zhì)變化而改變，系統(tǒng)運(yùn)行始終保持在最佳狀況，從而達(dá)到節(jié)省能耗和提高處理效率的功效。該工藝采用連續(xù)進(jìn)水連續(xù)出水，厭氧好氧交替運(yùn)行的處理模式，是一種兼具活性污泥法和SBR法優(yōu)點(diǎn)的處理工藝。在線溶解氧實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)(包括控制軟件和控制模塊)是本工藝的核心內(nèi)容之一。
文檔編號(hào)C02F3/30GK1706758SQ200410046448
公開日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2004年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者文劍平, 李桂平, 梁輝, 陳亦力 申請(qǐng)人:北京碧水源科技發(fā)展有限公司