一种AAO工艺碳源投加控制系统的制作方法

本发明属于水处理领域，更具体地说，涉及一种aao工艺碳源投加控制系统。

背景技术：

anaerobic-anoxic-oxic(aao)工艺是我国城市污水处理工艺中最为常见的一种污水脱氮除磷工艺，其处理出水的达标排放和运行过程的节能降耗对于保护我国地表水环境具有重要意义。由于受到进水负荷波动等因素的影响，aao工艺通常较难保持稳定高效的污染物去除能力。外碳源投加是降低出水总氮浓度的一种重要策略。而外碳源投加时应适量，既要保障反硝化过程硝态氮的去除，又要尽可能降低投加量。

目前碳源投加大部分以以下方式进行控制：控制出水硝态氮浓度小于事先设定值，当出水硝态氮测定值超过设定值时外投碳源到缺氧池。碳源的投加以出水硝酸盐浓度为依据，并没有考虑碳源的投加是否促进硝酸盐的去除，当缺氧池的硝酸盐浓度为0时，投加有机碳源并不能增加反硝化速率，此时药剂投加过量，浪费资源。

此外，目前有通过紫外吸收双光束测量法的硝氮在线分析仪来分析缺氧池硝酸盐的含量，无需试剂和样品预处理，反应分析速度快，然后经实验证明，该传感器易受到缺氧池污泥浓度的影响，导致其数据的不稳定性，在计算加药量时准确性降低。

技术实现要素：

1.要解决的问题

本专利针对现有技术中的控制系统的加药量计算准确性不足的问题，提供一种aao工艺碳源投加控制系统，该系统包括依次连接的厌氧池、缺氧池和好氧池，其中，缺氧池设置有碳源投加单元；碳源投加单元包括策略控制模块以及过滤模块，过滤模块通过将缺氧池的水样进行过滤来去除污泥浓度对仪表的干扰，保证数据的准确性；策略控制模块利用前馈+串级反馈的控制方式投加外碳源，能够较精准地计算投加量，节能降耗。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供一种aao工艺碳源投加控制系统，包括

厌氧池，厌氧池用于对污水进行一级处理；

缺氧池，缺氧池用于对污水进行二级处理，缺氧池设置有碳源投加单元；以及

好氧池，好氧池用于对污水进行三级处理。

污水经过厌氧池进行一级处理后，流向缺氧池进行二级处理，再由缺氧池流向好氧池进行三级处理。在本发明中，aao处理为整个水处理过程中的一个环节，在三级处理过后，aao处理的环节结束，进入下一处理环节。进一步地，本发明的碳源投加单元包括策略控制模块以及过滤模块，其中策略控制模块包括控制器和检测器，控制器与检测器电连接。控制器用于接收检测器的检测信号，并根据给定的控制策略对碳源投加量进行控制。进一步说明，在控制器中储存有控制策略，控制器接收到检测信号时，根据控制策略对碳源投加量进行计算，然后输出控制信号，对碳源投加单元的碳源投加量进行调控。

进一步地，碳源投加单元还包括储药罐和加药泵，控制器通过调节加药泵进而调节加药流量，从而实现对碳源投加量的调控。优选地，在加药泵上可以设置流量计，流量计与控制器电连接，实现控制器对加药流量的精准调节。

本发明的过滤模块用于对检测器检测的污水进行预过滤，在本发明中，过滤模块为任何可以将污水分离为富含固体的部分和贫含固体的部分的装置或设备，例如滤膜、滤网等。一般情况下，检测器受到污泥浓度的影响，稳定性差，须经常校准。而本发明针对缺氧池污水设置过滤模块，将污水过滤后，再进行测定，收集数据，用于控制器的计算，在保证硝酸盐氮的稳定性及正确性，而且能够在保证出水达标的前提下，节省加药量。

优选地，过滤模块为平板膜。平板膜的膜通量较高，膜厚度小，最大限度地节省了空间，中空结构由多股丝组成，孔隙率高(≥95％)，结构稳定，纵向和横向伸长率低；净化效率高、防堵塞。

优选地，检测器包括硝酸盐浓度监测装置，硝酸盐浓度监测装置用于检测经过预过滤后的污水的硝酸盐浓度，并向控制器反馈硝酸盐浓度信号。本发明的硝酸盐浓度信号指硝酸盐浓度监测装置对预过滤后的污水进行检测后，得到的硝酸盐浓度数据，再将检测得到的硝酸盐浓度数据通过有线传输或无线传输的方式，反馈至控制器。

优选地，好氧池设置有回流进口，缺氧池设置有回流出口，回流进口与回流出口相连通，且回流污水由回流进口向回流出口流动；好氧池包括前端处理区域和末端处理区域，好氧池的进水由前端处理区域流向末端处理区域；回流进口设置于末端处理区域的底部，将硝氮回流至缺氧池进行反硝化作用，达到除氮的作用，使得好氧池末端处理区域的氨氮完全硝化成为硝态氮。

优选地，检测器还包括流量检测器，流量检测器设置于厌氧池的进水口以及缺氧池的回流出口，用于检测厌氧池的进水流量以及缺氧池的回流流量，并向控制器反馈进水流量信号和回流流量信号。

优选地，本发明在控制碳源投加量时所使用的控制策略为多级反馈控制策略，包括前馈控制和串级反馈控制，精准计算碳源投加量，节能降耗。前馈控制和串级反馈控制相结合，利用串级反馈控制了缺氧段和好氧段硝态氮的值，加上前馈对干扰的反应速度较快，在保证出水达标的前提下，节省加药量，因此相较于单独的反馈控制或者前馈加反馈控制更能精确调控加药量。进一步地，控制策略所使用的控制模型为：

u(t)＝[q(t)+q1(t)]{1/β[sno,in(t)-snoref(t)]-ss,in(t)}+qc.sp(t)

其中，

u(t)为t时间时向污水中加入的碳源投加量；

q(t)为t时间时的进水流量，由流量检测器进行测定；

q1(t)为t时间时的回流流量，由流量检测器进行测定；

qc.sp(t)为t时间时向污水中加入的碳源投加量的目标值；

β的取值范围为0.65-0.72；

sno,in为缺氧池污水进水中的硝酸盐浓度，由硝酸盐浓度监测装置进行测定；

snoref为缺氧池污水中的硝酸盐浓度设定值；

ss,in为缺氧池的污水进水中的易于生物降解的有机质浓度。

进一步说明本发明的β的计算公式：

β＝(1-yh)/2.86

其中，yh为异养菌的产率系数，即异养微生物的生长速率与底物的降解速率之间的比例系数，定义为每氧化污水中1gcod形成的细胞cod量，通常在控制过程中，通过试错的方式进行yh值的确定。

值得说明的是，在本发明的控制系统中，有机质浓度ss,in的数值可以由单独的在线检测仪器进行实时监测，例如在线呼吸仪等，也可以在进水时通过人工取水样的方式进行检测。

在本发明中，对污水厂的数据进行分析，根据出水总氮设置最小投加量。出水总氮在10-11mg/l时，投加量不小于240m3/h，出水总氮在11-12mg/l时，投加量不小于300m3/h，出水总氮在12-13mg/l时，投加量不小于350m3/h，出水总氮在12-13mg/l时，投加量不小于420m3/h。当通过串级反馈得到的投加量值小于设定最小值时，以最小值为准；当大于最小值时，以串级反馈得到的值为准。

优选地，碳源投加量的目标值qc.sp(t)由次级反馈获得，其计算模型为：

其中，

qc.sp(t)为t时间时向污水中加入的碳源投加量的目标值；

p2为次级反馈比例系数，取值范围为40％-100％；

i2为次级反馈积分系数，取值范围为6-60；

sno1.sp为t时间时缺氧池的出水中的硝酸盐浓度目标值；

sno1为t时间时缺氧池的出水中的硝酸盐浓度。

在碳源投加量的目标值qc.sp(t)的计算模型中，为时间的积分，a和a0表示的是区间[a0,a]。

优选地，缺氧池的出水中的硝酸盐浓度目标值sno1.sp由初级反馈获得，其计算模型为：

其中，

sno1.sp为t时间时缺氧池的出水中的硝酸盐浓度目标值；

p1为初级反馈比例系数，取值范围为40％-100％；

i1为初级反馈积分系数，取值范围为6-60；

sno,2为好氧池的出水中的硝酸盐浓度，利用硝氮仪ⅲ进行测定；

sno2.sp为好氧池的出水中的硝酸盐浓度目标值。

进一步说明本发明的控制策略：以好氧池出水硝酸盐浓度的测定值(sno,2)和好氧池出水硝酸盐浓度的设定值(sno2.sp)的差作为控制器的输入，得到缺氧池硝态氮浓度的设定值(sno1.sp)，此为第一回路。同时以缺氧池硝态氮的浓度设定值(sno1.sp)和缺氧池硝态氮测定值(sno,1)之间的差作为副控制器的输入，以确定外碳源的投加量(qc.sp)，此为第二回路。

不仅如此，本发明利用经验值对pid控制器参数进行调整。pid参数为经验数据，通常地，p＝40％-100％，i＝6-60s。先调节p值，再调节i值，由小到大进行参数调节。例如某水厂药剂投加量的规则为好氧池出水的硝酸盐浓度为7.5-8.5mg/l时，药剂投加量320m3/h左右，8.6-9.9mg/l时，药剂投加量350m3/h左右。出水的硝酸盐浓度为10-11.5mg/l时，药剂投加量400m3/h左右，观察好氧池的出水，调节pid的参数，当加药量接近药剂投加量经验值时，减小参数调节幅度。逐步调节参数，使加药量最小，同时使得好氧池出水的硝酸盐浓度稳定在设定值附近。

优选地，本发明还包括反冲洗模块和集水箱，集水箱用于储存过滤模块预过滤后的污水；反冲洗模块包括反洗水泵和反洗水管，反洗水管的一端与集水箱相连通，一端与反洗水泵相连接；反洗水泵用于将集水箱中的污水通过反洗水管输送至过滤模块，进而对过滤模块进行清洗，保证了设备的长效性。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：本发明应用活性污泥模型asm1设计控制系统，并对模型进行简化，充分考虑脱氮过程中的主要因素，同时利用前馈加反馈的控制方式，并根据出水总氮设定外碳源最小投加量，保证出水硝态氮浓度的同时，节省加药量；本发明针对检测器设置过滤模块，保证溶解性硝酸盐浓度的测量准确性，避免污水中的污泥等物质对检测精度的影响。

附图说明

图1为本发明的碳源投加控制系统结构示意图；

图2为本发明的过滤模块结构示意图；

图3为实施例中使用本发明的控制系统的污水处理工艺流程示意图。

图中：

110、储药罐；120、加药泵；130、流量计ⅲ；

200、控制器；

310、硝氮仪ⅰ；320、硝氮仪ⅱ；

400、过滤模块；410、滤液收集装置；420、隔膜泵；430、继电器；440、平板膜；450、超声波清洗机；460、集水箱；470、平板膜固定设备；480、反洗水泵；

500、厌氧池；510、流量计ⅱ；

600、缺氧池；

700、好氧池；710、流量计ⅰ；720、在线呼吸仪；730、硝氮仪ⅲ。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例，其中本发明的特征由附图标记标识。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明的附图中，储药罐110、加药泵120、流量计ⅲ130、硝氮仪ⅰ310和硝氮仪ⅱ320以实线表示其与控制器200相连接，连接方式包括但不限于有线连接或无线连接，例如电连接或通讯连接等。流量计ⅰ710、在线呼吸仪720、硝氮仪ⅲ730和流量计ⅱ510在图中未直接用线条表示其与控制器200相连接，但在具体实施方式中，流量计ⅰ710、在线呼吸仪720、硝氮仪ⅲ730和流量计ⅱ510均与控制器200相连接，且连接方式包括但不限于有线连接或无线连接，例如电连接或通讯连接等。

实施例

作为本发明的一个具体实施方式，如图1所示，在本实施例中，控制系统包括厌氧池500、缺氧池600以及好氧池700。厌氧池500的进水口设置有流量计ⅱ510，用于监测进水流量q(t)。

缺氧池600设置有碳源投加单元，碳源投加单元包括策略控制模块以及过滤模块400，其中策略控制模块包括控制器200和检测器，控制器200与检测器电连接。进一步地，碳源投加单元还包括储药罐110和加药泵120，加药泵120上设置有流量计ⅲ130，用于监测加药流量。在本实施例中，检测器包括硝氮仪ⅰ310和硝氮仪ⅱ320，其中，缺氧池600靠近进水口的一端设置有硝氮仪ⅰ310，用于监测缺氧池600污水进水中的硝酸盐浓度sno,in；靠近出水口的一端设置有硝氮仪ⅱ320，用于监测缺氧池600的出水硝酸盐浓度sno,1；不仅如此，缺氧池600还设置有在线呼吸仪720，用于监测有机质浓度ss,in。硝氮仪ⅰ310、硝氮仪ⅱ320、在线呼吸仪720以及流量计ⅱ510的监测数据传输至控制器200，控制器200中同时储存控制策略，来控制加药泵120对加药流量的调节，加药流量的信号由流量计ⅲ130来测定，碳源储存在储药罐110中，本实施例中，碳源为乙酸钠。

硝氮仪ⅰ310和硝氮仪ⅱ320与缺氧池600之间的管路上设置有过滤模块400，如图2所示，以硝氮仪ⅰ310与缺氧池600之间的过滤模块400为例，其主要包括隔膜泵420、平板膜440、平板膜固定设备470、集水箱460以及滤液收集装置410。本实施例的过滤模块400还设置有反冲洗模块，反冲洗模块主要包括反洗水泵480、继电器430和超声波清洗机450。

过滤模块400运行方式为：将平板膜440固定在平板膜固定设备470上，放在缺氧池600内，过滤单元开始运行，利用隔膜泵420将平板膜440过滤后的水样抽滤上来，输送至滤液收集装置410，滤液收集装置410中的污水下进上出，溢流出来的水进入集水箱460。硝氮表ⅰ放入滤液收集装置410内，监测水样硝酸盐的含量。

反冲洗模块的运行方式为，通过反洗水管连通集水箱460，利用反洗水泵480将集水箱460的水泵送至平板膜440，对平板膜440进行反洗。并在平板膜440上放置超声波清洗机450。利用继电器430控制过滤模块400和反冲洗模块的运行时间，过滤8分钟，反洗1分钟，超声清洗1分钟。

好氧池700设置有回流进口，缺氧池600设置有回流出口，回流进口与回流出口相连通，且回流污水由回流进口向回流出口流动；好氧池700包括前端处理区域和末端处理区域，前端处理区域位于末端处理区域与好氧池700进水口之间，好氧池700的进水由前端处理区域流向末端处理区域；回流进口设置于末端处理区域的底部。回流进口和回流出口之间的回流管路上设置有流量计ⅰ710，用于监测回流流量q1(t)。回流进口设置有硝氮仪ⅲ730，硝氮仪ⅲ730设置有过滤模块400，硝氮仪ⅲ730用于监测好氧池700出水的硝酸盐浓度。

本实施例的处理工艺如图3所示，污水经过细格栅和曝气沉砂池进行过滤和初沉后，进入aao池进行生化处理，生化处理后的处理出水依次经过二沉池、提升泵房、高效沉淀池、反硝化生物滤池以及紫外线消毒池处理后出水。

利用本实施例的控制系统对污水进行处理，处理规模5万m3/d，每座污水处理构筑物又分成2组处理单元，每组2.5万m3/d。进水cod平均值为186.42mg/l，tp平均值为3.08mg/l，tn平均值为32.88mg/l。出水达到一级a标准：cod小于50，tn小于15，tp小于0.5。日常情况下，外加碳源乙酸钠的投加量约为3-3.3t/d，使用本实施例在同等水力参数条件，用药量为2.7-3t/d，节省药量为10％-20％。

更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。