一种AOA+MABR耦合工艺的碳源投加优化控制系统及方法与流程

一种aoa+mabr耦合工艺的碳源投加优化控制系统及方法
技术领域
1.本发明属于污水处理技术与降低物耗控制领域，具体涉及一种aoa+mabr耦合工艺的碳源投加优化控制系统及方法。


背景技术：

2.aoa工艺(厌氧
‑
好氧
‑
缺氧工艺)在传统aao工艺的基础上，将缺氧池后置于好氧池，取消了硝化液回流，同时二沉池污泥进行双回流，即回流至厌氧区作为污泥外回流；回流至缺氧区，利用二沉池污泥发酵产生的内碳源作为反硝化碳源。mabr(membrane aerated biofilm reactor，即膜曝气生物膜反应器)工艺通过无泡曝气的方式将氧气直接输送至生物膜，提升了氧利用率，并且能够实现同步硝化反硝化过程。将mabr置于aoa工艺的好氧池和缺氧池之间进行工艺耦合，同时将二沉池污泥回流至厌氧池、mabr池及缺氧池，能够减小好氧池容积，并进一步提升碳源利用效率和氧气利用效率。但目前许多污水处理厂进水c/n比普遍偏低，碳源不足，仅仅靠内碳源可能不能满足脱氮需求，因此需要投加外碳源。但如何控制aoa+mabr耦合工艺系统中内碳源与外碳源之间的平衡利用是亟需解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种aoa+mabr耦合工艺的碳源投加优化控制系统及方法。针对污水处理厂进水c/n比偏低，aoa污泥双回流工艺存在内碳源不能满足反硝化脱氮需求的可能，在aoa工艺的好氧池和缺氧池之间耦合mabr工艺，实现同步硝化反硝化，以提升碳源利用率。为了更有效地利用污水处理系统的内碳源以及降低外碳源投加量，本发明旨在优化污水处理工艺的内碳源利用及外碳源投加系统，实现内碳源利用的最优化和碳源投加的减量化，从而降低污水处理厂的碳足迹。
4.本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
5.一种aoa+mabr耦合工艺的碳源投加优化控制系统，其特征在于mabr膜组件布置于aoa工艺的好氧池与缺氧池之间，包括在线监测系统、内碳源投加系统、外碳源投加系统、污泥外回流系统以及碳源投加plc控制系统。
6.在线监测系统包括流量测量仪、cod分析仪、总氮分析仪、no3‑
n分析仪和污泥浓度分析仪。其中，生化池进水端布置进水流量测量仪、cod分析仪和总氮分析仪；mabr池前端布置cod分析仪和no3‑
n分析仪，中段布置污泥浓度分析仪；缺氧池前端布置cod分析仪和no3‑
n分析仪，末端布置cod分析仪和no3‑
n分析仪。在线监测系统的仪表均通过电气与碳源投加plc系统连接。
7.内碳源投加系统包括污泥回流泵、内碳源污泥回流管路、流量计和自动控制阀门。其中，内碳源污泥回流管路从二沉池底部穿出，分别至mabr池前端和缺氧池前端；内碳源污泥回流管路上设置有第二污泥回流泵(即内碳源投加泵)，各有一套流量计和自动控制阀分别布置在回流至mabr池和缺氧池的内碳源污泥回流管路上。生化池进水、mabr池、缺氧池的在线监测系统与碳源投加plc控制系统连接，第二污泥回流泵、流量计、自动控制阀均与碳
源投加plc控制系统连接。
8.外碳源投加系统包括外碳源储存罐、外碳源投加管路、外碳源投加泵、流量计和自动控制阀门。其中，外碳源投加管路从外碳源储存罐分别至mabr池前端和缺氧池前端，两条管路分支上分别布置有外碳源投加泵、流量计和自动控制阀门。生化池进水、mabr池、缺氧池的在线监测系统与碳源投加plc控制系统连接，外碳源投加管路上的外碳源投加泵、流量计、自动控制阀门均与碳源投加plc控制系统连接。
9.污泥外回流系统包括污泥外回流管路、第一污泥回流泵、流量计和自动控制阀门。其中外回流管路从二沉池底部至厌氧池前端，管路上布置第一污泥回流泵、流量计和自动控制阀门，并且三者与碳源投加plc控制系统连接。
10.所述的内碳源投加泵、外碳源投加泵、污泥回流泵均选用变频泵，并配有变频器。
11.本发明还提供一种aoa+mabr耦合工艺的碳源投加优化控制方法，其特征在于：
12.采用生化池进水cod分析仪和tn分析仪的在线监测数据计算得c/n比，作为前馈参数。当进水c/n≥5时，只启动内碳源投加系统；当进水c/n<5时，同时启动内碳源投加系统和外碳源投加系统进行联合投加控制。
13.1.内碳源投加优化控制方法
14.采用生化池进水流量测量仪、mabr池与缺氧池前端cod分析仪及no3‑
n分析仪、污泥外回流管路及内碳源投加管路上流量计、缺氧池末端cod分析仪及no3‑
n分析仪、mabr池中段污泥浓度分析仪的在线监测数据，基于碳源投加量预测模型，计算内碳源投加量，计算公式如下：
[0015][0016][0017]
式(1)中，q
mr
s
cmi
为mabr池的内碳源投加量，mg cod/d，其中q
mr
为二沉池至mabr池的内碳源流量，l/d；s
nom
为mabr池前端的no3‑
n浓度，mg no3‑
n/l；s
cm
为mabr池前端的cod浓度，mg cod/l；y
h
为污泥的产率系数，mg cod/mg cod；q
i
为生化池进水流量，l/d；q
s
为污泥外回流量，l/d。
[0018]
式(2)中，q
ar
s
cai
为缺氧池的内碳源投加量，mg cod/d，其中q
ar
为二沉池至缺氧池的内碳源流量，l/d；s
noa
为缺氧池前端的no3‑
n浓度，mgno3‑
n/l；s
ca
为缺氧池前端的cod浓度，mg cod/l；y
h
为污泥的产率系数，mg cod/mg cod。
[0019]
进一步地，采用mabr池中段污泥浓度分析仪的在线监测数据作为中间参数，控制污泥浓度在3000～4000mg/l范围内，对内碳源投加量进行修正和调整。
[0020]
进一步地，采用缺氧池末端cod分析仪和no3‑
n分析仪的在线监测数据作为反馈参数，对内碳源投加量进行修正和调整。
[0021]
进一步地，根据调整后的内碳源投加量，通过碳源投加plc系统调节第二污泥回流泵的频率及自动控制阀的开度。
[0022]
2.内碳源与外碳源联合投加优化控制方法
[0023]
为了降低mabr池内高悬浮污泥浓度与生物膜上微生物的生长竞争，以及减少外碳源投加泵的启停，采用内外碳源联合投加优化控制方法时，mabr池优先利用外碳源，缺氧池
优先利用内碳源。当内碳源不能满足缺氧池反硝化需求时，再启动缺氧池外碳源投加泵。
[0024]
采用生化池进水流量测量仪、mabr池前端及缺氧池前段cod分析仪和no3‑
n分析仪、污泥外回流流量计的在线监测数据，基于碳源投加量预测模型，计算mabr池外碳源投加量，计算公式如下：
[0025][0026]
式(3)中，f
ecm
为mabr池的外碳源投加量，mg cod/d。
[0027][0028]
式(4)中，f
eca
为缺氧池的外碳源投加量，mg cod/d。
[0029]
进一步地，采用缺氧池末端no3‑
n分析仪的在线监测数据作为反馈参数，进行内外碳源投加量的修正和调整。当缺氧池出水no3‑
n浓度低于5mg/l时，内碳源满足脱氮需求，外碳源投加量f
eca
为零，即缺氧池外碳源投加泵不启动。当缺氧池出水no3‑
n浓度高于10mg/l，启动缺氧池外碳源投加泵。
[0030]
进一步地，根据调整后的内外碳源投加量，通过碳源投加plc系统调节第二污泥回流泵和缺氧池外碳源投加泵的启停和频率。
[0031]
与现有的技术相比，本发明的优势在于：(1)在原有aoa工艺的基础上耦合mabr池，采用分段补给内碳源的方式，实现内碳源的优化利用；(2)由于mabr膜组件能够实现同步硝化反硝化的作用，好氧池和缺氧池占地面积缩小；(3)分别为mabr池和缺氧池提供内碳源和外碳源的优化投加量，能够优化生化池的脱氮效果；(4)联合优化控制内碳源与外碳源，通过简单易行的操作，降低污水厂外碳源物耗成本。
附图说明
[0032]
图1为本发明实施例提供的一种aoa+mabr耦合工艺的碳源投加控制系统示意图。
[0033]
图1中：1.碳源投加plc控制系统、2.外碳源储存罐、3.mabr池外碳源投加泵、4.mabr池外碳源投加流量计、5.mabr池外碳源投加自动控制阀门、6.缺氧池外碳源投加泵、7.缺氧池外碳源投加流量计、8.缺氧池外碳源投加自动控制阀门、9.第一污泥回流泵(外回流泵)、10.第一污泥回流流量计、11.第一污泥回流自动控制阀门、12.第二污泥回流泵(内碳源投加泵)、13.第二污泥回流至mabr池流量计、14.第二污泥回流至mabr池自动控制阀门、15.第二污泥回流至缺氧池流量计、16.第二污泥回流至缺氧池自动控制阀门、17.剩余污泥泵、18.生化池进水流量测量仪、19.cod分析仪、20.总氮分析仪、21.no3‑
n分析仪、22.污泥浓度分析仪、23.内碳源投加管路、24.外碳源投加管路、25.污泥外回流管路。
具体实施方式
[0034]
下文将结合说明书附图和实施例详细说明本发明的实施方案。
[0035]
本实施例提供一种aoa+mabr耦合工艺的碳源投加优化控制系统及方法，所应用的工艺运行情况如下：某城镇污水处理厂生化池采用厌氧池
‑
好氧池
‑
mabr池
‑
缺氧池的工艺，出水水质要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级标准a标准。
[0036]
如图1所示，一种aoa+mabr耦合工艺的碳源投加优化控制系统，厌氧池、好氧池、缺
氧池和沉淀池顺次连接，mabr池设置在好氧池与缺氧池之间，mabr池上设置有在线监测系统，包括生化池进水端设置流量测量仪(18)、cod分析仪(19)和总氮分析仪(20)；mabr池的前端设置cod分析仪(19)和no3‑
n分析仪(21)；mabr池的中段设置污泥浓度分析仪(22)；缺氧池的前端和末端各设置一组cod分析仪(19)和no3‑
n分析仪(21)。在线监测系统与碳源投加plc控制系统(1)通过电气连接。
[0037]
一种aoa+mabr耦合工艺的碳源投加优化控制系统，mabr池上设置有内碳源投加系统，包括第二污泥回流泵(12)和内碳源投加管路(23)；内碳源投加管路(23)上设有两列并联管路，mabr池内碳源投加流量计(13)、mabr池内碳源投加自动控制阀(14)布置在内碳源投加管路(23)上的一列管路上，缺氧池内碳源投加流量计(15)、缺氧池内碳源投加自动控制阀(16)布置在内碳源投加管路(23)上的另一列管路上。第二污泥回流泵(12)、mabr池内碳源投加流量计(13)、mabr池内碳源投加自动控制阀(14)、缺氧池内碳源投加流量计(15)、缺氧池内碳源投加自动控制阀(16)均与碳源投加plc控制系统(1)通过电气连接。内碳源投加管路(23)与mabr池和缺氧池连接。
[0038]
一种aoa+mabr耦合工艺的碳源投加优化控制系统，mabr池上设置有外碳源投加系统，包括外碳源储存罐(2)和外碳源投加管路(24)。外碳源投加管路(24)上设有两列并联管路，mabr池外碳源投加泵(3)、mabr池外碳源投加流量计(4)和mabr池外碳源投加自动控制阀(5)布置在外碳源投加管路(24)上的一列管路上，缺氧池外碳源投加泵(6)、缺氧池外碳源投加流量计(7)、缺氧池外碳源投加自动控制阀(8)布置在外碳源投加管路(24)上的另一列管路上，mabr池外碳源投加泵(3)和缺氧池外碳源投加泵(6)与碳源投加plc控制系统(1)通过电气连接。外碳源投加管路(24)与mabr池和缺氧池连接。
[0039]
一种aoa+mabr耦合工艺的碳源投加优化控制系统，mabr池上设置有污泥外回流系统，包括第一污泥回流泵(9)、污泥外回流流量计(10)、污泥外回流自动控制阀(11)、污泥外回流管路(25)。污泥外回流管路(25)设置在沉淀池的底部，第一污泥回流泵(9)安装在污泥外回流管路(25)上，通过污泥外回流流量计(10)、污泥外回流自动控制阀(11)与厌氧池的前端连接。沉淀池的底部还设有剩余污泥泵(17)，将沉淀池中剩余的污泥进行排出。
[0040]
进一步地，所述的内碳源投加泵、外碳源投加泵第二污泥回流泵(12)和第一污泥回流泵(9)均选用变频泵，并配有变频器。
[0041]
基于mabr池和好氧池的碳源投加量预测模型，采用生化池进水cod分析仪(19)和tn分析仪(20)的在线监测数据作为前馈参数传输至碳源投加plc控制系统(1)数据处理单元进行解析。该水厂生化池进水c/n比约为5，启动内碳源投加优化控制方法。根据mabr池前端cod分析仪和no3‑
n分析仪、缺氧池前端cod分析仪和no3‑
n分析仪、生化池进水流量测量仪(18)、污泥外回流管路流量计(10)、mabr池内碳源投加流量计(13)、缺氧池内碳源投加流量计(15)的在线监测数据作为参数传输至碳源投加plc控制系统(1)数据处理单元进行解析和内碳源投加量计算。根据计算结果，mabr池的内碳源投加量与缺氧池的内碳源投加量比值为3:7，第二污泥回流泵总回流量为生化池进水流量。
[0042]
通过碳源投加优化控制及运行实施，污水厂出水cod浓度稳定低于15mg/l，出水tn浓度稳定低于10mg/l，出水氨氮浓度稳定在0.5mg/l以下。通过内外碳源投加优化控制，在aoa+mabr耦合工艺中更合理地分配和利用了内碳源，降低了污水处理厂的外碳源投加成本。
[0043]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。