一种反硝化滤池系统碳源投加方法和系统[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 1119433 A(43)申请公布日 2020.11.17

(21)申请号 20201060.5(22)申请日 2020.07.16

(71)申请人 深圳市清泉水业股份有限公司

地址 518172 广东省深圳市龙岗区龙城街

道黄阁路441号龙岗天安数码创业园1号厂房B座1202室(72)发明人 叶昌明　伍波　王小林　赖正泉　

彭金城　陈红继　(74)专利代理机构 广州三环专利商标代理有限

公司 44202

代理人 颜希文(51)Int.Cl.

C02F 3/28(2006.01)

权利要求书2页 说明书5页 附图1页

()发明名称

一种反硝化滤池系统碳源投加方法和系统(57)摘要

本发明公开了一种反硝化滤池系统碳源投加方法，包括以下步骤：S1、获取所述滤池的进水流量、进水硝态氮浓度、进水化学需氧量；S2、通过拟合曲线计算碳源投加量；S3、返回S1进行循环。本发明所述方法结合前馈控制与后馈控制，通过引入除硝态氮所消耗碳源的变化系数和进出水化学需氧量的变化系数，可以很好的解决因水量水质波动造成碳源投加系统出现的累计偏差以及滞后问题，可实现反硝化滤池系统碳源的精确投加，确保污水处理厂高效的稳定运行。本发明还公开了一种使用本发明所述反硝化滤池碳源投加方法的系统。CN 1119433 ACN 1119433 A

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1.一种反硝化滤池系统碳源投加方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取所述滤池的进水流量、进水硝态氮浓度、出水硝态氮浓度、进水化学需氧量、出水化学需氧量；

S2、通过拟合曲线计算碳源投加量：当TN0≤TNd时，

q＝q1-Q*km*(COD0-CODd)/24/ρ；当TN0＞TNd时，

q＝Q*(kx*(TN0-TNd)-km*(COD0-CODd))/24/ρ；q为碳源投加量，L/h；q1为初设碳源投加量，恒定值，L/h；Q为进水流量，m3/d；

kx为去除硝态氮所消耗碳源的变化系数；km为进出水化学需氧量的变化系数；TN0为进水硝态氮浓度，mg/L；

TNd为预先设定的出水控制硝态氮浓度，mg/L；COD0为进水化学需氧量，mg/L；

CODd为预先设定的出水控制化学需氧量，mg/L；ρ为碳源质量浓度，kg/m3；S3、返回S1进行循环。

2.如权利要求1所述反硝化滤池系统碳源投加方法，其特征在于，检测出水化学需氧量CODn，当CODn＞CODd，且CODn＞COD0时，则取COD0＝CODn；当CODn＜CODd，COD0≤CODd时，则所述进出水化学需氧量的变化系数km取值为0。3.如权利要求1或2所述反硝化滤池系统碳源投加方法，其特征在于，步骤S2和S3之间还包括步骤S2a：根据出水化学需氧量和出水硝态氮浓度对碳源投加量进行修正：

检测出水化学需氧量CODn和出水硝态氮浓度TNn；当CODn持续1h均大于CODd时，每间隔0.5-1.0h将q1调小5-30％，或者kx值调小5-10％，直至CODn≤CODd；

当TNn小于TNd，且(TNd-TNn)/TNd大于等于20％持续1h时，反硝化滤池系统将停止碳源的投加；

当TNn持续1h均大于TNd时，每间隔0.5-1.0h将kx调大5-10％，直至TNn≤TNd。4.如权利要求3所述反硝化滤池系统碳源投加方法，其特征在于，当CODn＞CODd，且(CODn-CODd)/CODd≤20％时，每间隔0.5-1.0h将km调大10-20％，直至CODn≤CODd。

5.一种使用如权利要求1～4中任一项所述反硝化滤池碳源投加方法的系统，其特征在于，包括反硝化滤池，所述反硝化滤池的进水口上设置流量计和第一在线水质分析仪，所述反硝化滤池的出水口上设置第二在线水质分析仪，所述反硝化滤池上设置自动控制系统，所述自动控制系统与所述碳源投加装置电性相连，所述碳源投加装置通过管道混合器与反硝化滤池相连；所述第一在线水质分析仪用于检测进水化学需氧量和进水硝态氮浓度；所述第二在线水质分析仪用于检测出水化学需氧量和出水硝态氮浓度。

6.如权利要求5所述反硝化滤池系统，其特征在于，所述反硝化滤池均采用上向流过滤

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形式。

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一种反硝化滤池系统碳源投加方法和系统

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技术领域

[0001]本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种反硝化滤池系统碳源投加方法和系统。

背景技术

[0002]随着国内污水处理厂提标改造火热进行，污水排放标准也越来越高，有的甚至要求达到地表准Ⅳ类或准Ⅲ类的高排放标准。目前，针对高排放标准的污水处理工艺通常采用反硝化滤池。由于污水经过了二级生化处理，有机物已经消耗殆尽，故反硝化滤池需要外加碳源才能实现脱氮。

[0003]时下比较流行的碳源投加方法主要有两种，第一种是前反馈控制，主要是以进水流量及进水硝态氮浓度为依据，通过PLC设置的控制程序计算出碳源投加量，从而控制计量泵投加浓度。第二种是后反馈控制，即以进水流量及硝态氮浓度为依据，通过PLC计算出理论碳源投加量，控制计量泵投加，然后通过检测的出水硝态氮浓度进行判定，再修正计量泵碳源投加量。第一种碳源投加方式存在较大的累计偏差，往往为了使出水达标排放，通常将碳源投加量控制的特别大，造成碳源的浪费，容易引起出水COD超标。第二种碳源投加方式是在第一种方法的基础上发展起来的，为了解决前反馈控制存在的碳源累计偏差大的问题，节省碳源投加，采用后反馈控制，但该方法存在滞后问题，一旦出现超标情况，需要人为设定各种修正值，加大碳源投加量，同时也增加了出水COD超标的风险。[0004]然而，污水处理厂高标准排放势在必行，要求出水COD和TN等指标控制在较低水平，一旦反硝化滤池的碳源投加量控制不好，就容易引起出水水质超标。因此，需要一种更为稳定的反硝化滤池的碳源投加方法，可以有效克服碳源投加过量而引起出水COD超标的问题。

发明内容

[0005]本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种反硝化滤池系统碳源投加方法和系统。

[0006]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种反硝化滤池系统碳源投加方法，包括以下步骤：[0007]S1、获取所述滤池的进水流量、进水硝态氮浓度、出水硝态氮浓度、进水化学需氧量、出水化学需氧量；[0008]S2、通过拟合曲线计算碳源投加量：[0009]当TN0≤TNd时，

[0010]q＝q1-Q*km*(COD0-CODd)/24/ρ；[0011]当TN0＞TNd时，

[0012]q＝Q*(kx*(TN0-TNd)/-km*(COD0-CODd))/24/ρ；[0013]q为碳源投加量，L/h；

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q1为初设碳源投加量，恒定值，L/h；

[0015]Q为进水流量，m3/d；

[0016]kx为去除硝态氮所消耗碳源的变化系数；[0017]km为进出水化学需氧量的变化系数；[0018]TN0为进水硝态氮浓度，mg/L；

[0019]TNd为预先设定的出水控制硝态氮浓度，mg/L；[0020]COD0为进水化学需氧量，mg/L；

[0021]CODd为预先设定的出水控制化学需氧量，mg/L；[0022]ρ为碳源质量浓度，kg/m3；[0023]S3、返回S1进行循环。

[0024]本发明所述方法结合前馈控制与后馈控制，通过引入除硝态氮所消耗碳源的变化系数kx和进出水化学需氧量的变化系数km，可以很好的解决因水量水质波动造成碳源投加系统出现的累计偏差以及滞后问题。

[0025]kx和km可以通过获取至少两组进水流量、进水硝态氮浓度、出水硝态氮浓度、进水化学需氧量、出水化学需氧量、实际碳源投加流量以及碳源质量浓度，代入拟合曲线，得到kx和km二元方程式，经计算得到两个变化系数的最终值，且kx＞0，km≥0。进一步地，检测出水化学需氧量CODn，当CODn＞CODd，且CODn＞COD0时，则取COD0＝CODn；当CODn＜CODd，COD0≤CODd时，则所述进出水化学需氧量的变化系数km取值为0。[0026]进一步地，步骤S2和S3之间还包括步骤S2a：根据出水化学需氧量和出水硝态氮浓度对碳源投加量进行修正：检测出水化学需氧量CODn和出水硝态氮浓度TNn；当CODn持续1h均大于CODd时，每间隔0.5-1.0h将q1调小5-30％，或者kx值调小5-10％，直至CODn≤CODd；当TNn小于TNd，且(TNd-TNn)/TNd大于等于20％持续1h时，反硝化滤池系统将停止碳源的投加；当TNn持续1h均大于TNd时，每间隔0.5-1.0h将kx调大5-10％，直至TNn≤TNd。

[0027]通过出水化学需氧量CODn和出水硝态氮浓度TNn对碳源加药拟合曲线进行修正，能够有效克服碳源投加过量而引起出水COD超标的问题。同时，还考虑了反硝化滤池进水可利用的有机物作为碳源，可以节省部分碳源的费用。在正式运行时，可以经拟合曲线修正，将以上水质数据以及变化系数建立成数据库，根据数据库，可以得出不同季节最优的kx和km，从而能够实现自适应控制碳源投加，能够有效解决因水量水质波动造成碳源投加系统出现的累计偏差以及滞后问题，可实现反硝化滤池系统碳源的精确投加，确保污水处理厂高效的稳定运行。

[0028]进一步地，当CODn＞CODd，且(CODn-CODd)/CODd≤20％时，每间隔0.5-1.0h将km调大10-20％，直至CODn≤CODd。

[0029]本发明一种使用本发明所述反硝化滤池碳源投加方法的系统，包括反硝化滤池，所述反硝化滤池的进水口上设置流量计和第一在线水质分析仪，所述反硝化滤池的出水口上设置第二在线水质分析仪，所述反硝化滤池上设置自动控制系统，所述自动控制系统与所述碳源投加装置电性相连，所述碳源投加装置通过管道混合器与反硝化滤池相连；所述第一在线水质分析仪用于检测进水化学需氧量和进水硝态氮浓度；所述第二在线水质分析仪用于检测出水化学需氧量和出水硝态氮浓度。[0030]进一步地，所述反硝化滤池均采用上向流过滤形式。

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本发明的有益效果在于：本发明提供了一种反硝化滤池碳源投加方法，本发明所

述方法结合前馈控制与后馈控制，引入kx和km，可以通过在正式运行后经拟合曲线修正，将水质数据以及kx和km建立成数据库，计算机根据数据库，可以得到不同季节最优的kx和km，从而能够更好地实现自适应控制碳源投加，能够有效解决因水量水质波动造成碳源投加系统出现的累计偏差以及滞后问题，可实现反硝化滤池系统碳源的精确投加，确保污水处理厂高效的稳定运行。

[0032]本发明还提供了一种使用本发明所述反硝化滤池碳源投加方法的系统。

附图说明

[0033]图1为实施例所述反硝化滤池碳源投加系统的结构示意图；其中1、流量计，2、第一在线水质分析仪，3、碳源投加装置，4、管道混合器，5、反硝化滤池，6、第二在线水质分析仪，7、自动控制系统；

[0034]图2为实施例所述反硝化滤池碳源投加方法的流程图。

具体实施方式

[0035]为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。[0036]实施例

[0037]本发明所述反硝化滤池碳源投加系统的一种实施例，本实施例所述系统结构示意图如图1所示，包括流量计1、第一在线水质分析仪2、碳源投加装置3、管道混合器4、反硝化滤池5、第二在线水质分析仪6和自动控制系统7；所述反硝化滤池5的进水口上设置流量计1和第一在线水质分析仪2，所述反硝化滤池5的出水口上设置第二在线水质分析仪6，所述反硝化滤池5上设置自动控制系统7，所述自动控制系统7与所述碳源投加装置3电性相连，所述碳源投加装置3通过管道混合器4与反硝化滤池5相连；所述第一在线水质分析仪2用于检测进水化学需氧量和进水硝态氮浓度；所述第二在线水质分析6仪用于检测出水化学需氧量和出水硝态氮浓度。[0038]在本实施例中，反硝化滤池首先需要经过启动挂膜，优选采用投加活性污泥进行菌种驯化，初期以小水量进水，逐渐增大流量至设计规模，通过水质检测以及滤池水面气泡量的多少判断生物膜是否成熟，挂膜初期重点观察水面气泡量，水面气泡多表明反硝化脱氮效果好，否则处理效果差或生物膜还未完全成熟，具体还需结合水质检测数据进行分析。挂膜成功后，反硝化滤池系统进入试运行阶段，处理效果稳定后，需要采用自动控系统实现碳源自动投加。

[0039]反硝化滤池系统试运行前将拟合曲线公式录入自动控制系统内，并预先设定出水控制硝态氮浓度TNd(单位，mg/L)，出水控制化学需要量CODd(单位，mg/L)，初设碳源投加量q1(单位，L/h)，去除硝态氮所消耗碳源的变化系数kx，进出水化学需氧量的变化系数km；ρ为碳源质量浓度，kg/m3。在试运行以后，自动控制系统收集进水流量、进出水硝态氮以及进出水化学需氧量，并将其数据带入拟合曲线公式，计算出碳源投加量q，从而控制碳源投加装置的运行。

[0040]本实施例所述反硝化滤池碳源投加方法流程图如图2所示，包括以下步骤：

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S1、获取所述滤池的进水流量、进水硝态氮浓度、出水硝态氮浓度、进水化学需氧

量、出水化学需氧量；[0042]S2、通过拟合曲线计算碳源投加量：[0043]当TN0≤TNd时，

[0044]q＝q1-Q*km*(COD0-CODd)/24/ρ；[0045]当TN0＞TNd时，

[0046]q＝Q*(kx*(TN0-TNd)-km*(COD0-CODd))/24/ρ；[0047]q为碳源投加量，L/h；[0048]q1为初设碳源投加量，恒定值，L/h；[0049]Q为进水流量，m3/d；

[0050]kx为去除硝态氮所消耗碳源的变化系数；[0051]km为进出水化学需氧量的变化系数；[0052]TN0为进水硝态氮浓度，mg/L；

[0053]TNd为预先设定的出水控制硝态氮浓度，mg/L；[00]COD0为进水化学需氧量，mg/L；

[0055]CODd为预先设定的出水控制化学需氧量，mg/L；[0056]ρ为碳源质量浓度，kg/m3；[0057]S3、根据出水化学需氧量和出水硝态氮浓度对碳源投加量进行修正：[0058]检测出水化学需氧量CODn和出水硝态氮浓度TNn；[0059]当CODn持续1h均大于CODd时，每间隔0.5-1.0h将q1调小5-30％，或者kx值调小5-10％，直至CODn≤CODd；[0060]当TNn小于TNd，且(TNd-TNn)/TNd大于等于20％持续1h时，反硝化滤池系统将停止碳源的投加；

[0061]当TNn持续1h均大于TNd时，每间隔0.5-1.0h将kx调大5-10％，直至TNn≤TNd。[0062]S4、返回S1进行循环。[0063]基于以上技术方案，需要及时获取滤池进水流量、进水化学需氧量和进水硝态氮，自动控制系统将进水化学需氧量和进水硝态氮与预先设定的控制出水污染物浓度进行判定后，将收集的进水数据代入拟合曲线的计算公式，得到碳源投加量q，从而控制碳源投加装置运行。然后将获得的出水化学需氧量和出水硝态氮与相应的出水控制值进行比较，然后及时对拟合曲线带入的参数进行修正，调整碳源投加装置投加量q，能够确保碳源精准投加，避免投加过量，节约药剂投加成本，更重要的是能有效防止出水COD超标排放。[00]具体地，流量计1输出进水流量Q，第一在线水质分析仪2检测出进水化学需氧量COD0和进水硝态氮浓度TN0，自动控制系统7将收集以上进水水质数据经比对判定后，将得到的结果带入拟合曲线公式计算出碳源投加量q，由自动控制系统7向碳源投加装置3给出指令，控制药剂投加，然后通过第二在线水质分析仪6得到的出水化学需氧量COD0和出水硝态氮浓度TN0经自动控制系统7判定后，对拟合曲线的参数进行修正，从而完成碳源投加量的调整。通过结合前馈控制与后馈控制，引入去除硝态氮所消耗碳源的变化系数和进出水化学需氧量的变化系数，可以很好的解决因水量水质波动造成碳源投加系统出现的累计偏差以及滞后问题。

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进一步地，第二在线水质分析仪6检测出水化学需氧量CODn＞CODd，且CODn＞COD0

时，则取COD0＝CODn，将此值带入拟合曲线公式进行计算；当CODn＜CODd，COD0≤CODd时，则所述进出水化学需氧量的变化系数km取值为0。[0066]进一步地，当检测出水化学需氧量CODn持续1h均大于设定值CODd时，需要每间隔0.5-1.0h将q1调小5-30％，或者kx值调小5-10％，直至系统出水CODn≤CODd；当TNn小于TNd，且(TNd-TNn)/TNd大于等于20％持续1h时，反硝化滤池系统将停止碳源的投加；当检测出水硝态氮浓度TNn持续1h均大于设定值TNd时,需要每间隔0.5-1.0h将kx调大5-10％，直至系统出水TNn≤TNd。

[0067]进一步地，当CODn＞CODd，且(CODn-CODd)/CODd≤20％时，每间隔0.5-1.0h将km调大10-20％，直至系统出水CODn≤CODd。

[0068]以上出水化学需氧量和出水硝态氮与设定的出水控制化学需氧量和设定的出水控制硝态氮数据通过自动控制系统进行判定，及时对拟合曲线代入的前馈参数以及设定的参数进行自动修正，能够有效克服碳源投加过量而引起出水COD超标的问题，还可以实现无需人工干预；当遇到突发事件时，需要进行人工干预调节。同时，考虑了反硝化滤池进水可利用的有机物作为碳源，可以节省部分碳源的费用。[0069]为了实现较优的处理效果，所述反硝化滤池均采用上向流过滤形式。本实施例的反硝化滤池系统运行时，进水先经过流量计1，与碳源投加装置3加入的溶剂在管道混合器4中快速混合均匀后，进入到反硝化滤池5进行反硝化反应，将硝态氮还原为氮气完成污水的脱氮处理过程。同时，流量计1测量的进水流量数据，第一在线水质分析仪2监测的进水化学需氧量和进水硝态氮数值，碳源投加装置3显示的碳源投加量，第二在线分析仪6监测的出水化学需氧量和出水硝态氮数值输送给自动控制系统7进行储存与判定，从而实现碳源投加量的控制。

[0070]最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

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