基于传感器的节能型水处理装置的制作方法

本发明涉及一种基于传感器的节能型水处理装置(sensorbasedenergysavingwatertreatmentsystem)，尤其涉及一种通过在一次沉淀池的后端以及间歇好氧池的内部安装多种传感器并对上述传感器所测定到的值进行监控，从而对送风量、流入的污水或废水的流量、送反淤泥以及浓缩淤泥的循环量进行自动控制的基于传感器的节能型水处理装置。

背景技术：

通常在水处理系统中所使用的工艺包括在对厌氧池、无氧池以及好氧池进行组合之后对反应池的位置进行变化的厌氧/好痒方式的除氮工艺、在上述除氮工艺系统中以按照一定的时间间隔区分曝气期间和非曝气期间的方式运行系统的间歇曝气工艺、以及在上述间歇曝气工艺系统中以按照一定的时间间隔区分原水流入和曝气以及排出的方式运行系统的序列间歇式工艺等。但是，因为大多数水处理系统均采用在不同时段去除氮以及磷的方式，所以其反应步骤是在未掌握其水处理状态的情况下运转，从而无法实现准确的运转控制，所以可能会导致处理水质的不稳定以及放流水水质超标等问题。

此外，关于去除水中的氮和磷的水处理工艺，虽然已经提出了组合多种结构体并追加相关器械的很多种形态，但是因为其中的大多数都是在较高的do条件下分别控制其结构体，所以需要配备用于保持较高的do状态并使转换成no3的氮成分向前循环的高容量(3～4q)循环泵，从而导致能源消耗变大的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种通过在一次沉淀池的后端以及间歇好氧池的内部安装多种传感器并对上述传感器所测定到的值进行监控，从而对送风量、流入的污水或废水的流量、送反淤泥以及浓缩淤泥的循环量进行自动控制，并借此实现自动化运行和节能效果的基于传感器的节能型水处理装置。

为了实现上述目的，适用本发明的基于传感器的节能型水处理装置的特征在于，包括：一次沉淀池，对从外部流入的污水或废水进行固液分离；预监测单元，对通过上述一次沉淀池之后流入的污水或废水的流入浓度和流入流量进行监测；厌氧池，在厌氧状态下将通过上述预监测单元之后流入的污水或废水中的磷与活性淤泥形态的微生物进行搅拌释放；间歇好氧池，配备有控制单元，在满足硝化微生物的生长条件以及除氮微生物的生长条件的状态下对通过上述厌氧池之后流入的污水或废水进行除氮的同时通过超量吸磷方式除磷；淤泥收集单元，利用离心力将通过上述间歇好氧池供应的淤泥分离成浓缩淤泥和已降低微生物浓度之后的淤泥，然后将浓缩淤泥送反到上述厌氧池而将已降低微生物浓度之后的淤泥排出到外部；以及二次沉淀池，对从上述淤泥收集单元传递过来的已降低微生物浓度之后的淤泥进行固液分离。

此外，本发明的特征在于：上述预监测单元利用多个传感器分别对bod(biochemicaloxygendemand，生化需氧量)、cod(chemicaloxygendemand，化学需氧量)、ss(suspendedsolids，悬浮固体)、no3^-、nh4⁺以及po4^-p的流入浓度进行测定，上述间歇好氧池利用多个传感器对其内部的环境因素即ph和do(demandoxygen，溶解氧)以及可评估微生物的代谢状态的生物传感器值(nadh(nicotinamideadeninedinucleotidehydrogen，还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)、atp(adenosinetriphosphate，三磷酸腺苷)、adp(adenosinediphosphate，二磷酸腺甙)中的一种)进行测定，上述控制单元利用上述预监测单元所提供的流入浓度和流入流量信息以及上述间歇好氧池的多个传感器所提供的环境因素和微生物的代谢状态信息对上述间歇好氧池内的送风量和送反到上述厌氧池中的浓缩淤泥的送反量进行控制。

此外，本发明的特征在于：上述控制单元将上述流入浓度和流入流量信息仅用于对送反到上述厌氧池中的浓缩淤泥的送反量进行控制，将上述do浓度仅用于对上述间歇好氧池内的送风量进行控制，将上述ph和生物传感器值同时用于对上述间歇好氧池内的送风量和送反到上述厌氧池中的浓缩淤泥的送反量进行控制。

此外，本发明的特征在于：上述控制单元在上述流入浓度、流入流量、ph以及生物传感器值高于设定值时增加送反到上述厌氧池中的浓缩淤泥的送反量，在等于设定值时保持当前状态，在低于设定值时减少送反到上述厌氧池中的浓缩淤泥的送反量。

此外，本发明的特征在于：上述控制单元在上述ph、生物传感器值高于设定值而do浓度低于设定值时增加上述间歇好氧池内的送风量，在上述ph、生物传感器值、do浓度等于设定值时保持当前状态，在上述ph、生物传感器值低于设定值而do浓度高于设定值时减少上述间歇好氧池内的送风量。

本发明通过在一次沉淀池的后端以及间歇好氧池的内部安装多种传感器并对上述传感器所测定到的值进行监控，从而对送风量、流入的污水或废水的流量、送反淤泥以及浓缩淤泥的循环量进行自动控制，并借此实现自动化运行效果。此外，本发明通过对送风量、所流入的污水或废水的流量、送反淤泥以及浓缩淤泥的循环量进行自动控制，可借助于泵、送风机等设备的适当运转而实现节能效果。

附图说明

图1是适用本发明之一实施例的基于传感器的节能型水处理装置的概念图。

图2是图1所图示的生物反应池的构成关系的概念图。

图3是在图2所图示的间歇好氧池内为了实现硝化和除氮而进行送风控制的9种判断例的概念图。

图4是在图2所图示的间歇好氧池内为了实现硝化和除氮而进行送风控制的36种判断例的概念图。

图5是利用生物传感器对通过一次沉淀池进行固液分离之后流入的流入水进行监测的日变化图表。

图6是图1所图示的基于传感器的节能型水处理装置的自动化运转算法的概要示意图。

附图标记的说明

100：水处理装置

110：一次沉淀池

120：预监测单元

130：厌氧池

140：间歇好氧池

150：淤泥收集单元

160：二次沉淀池

具体实施方式

下面，将结合附图对适用本发明的基于传感器的节能型水处理装置的较佳实施例进行详细说明。

图1是适用本发明之一实施例的基于传感器的节能型水处理装置的概念图，图2是图1所图示的生物反应池的构成关系的概念图。如图1及图2所示，适用本发明之一实施例的基于传感器的节能型水处理装置100包括一次沉淀池110、预监测单元120、生物反应池、淤泥收集单元150以及二次沉淀池160。其中，生物反应池包括厌氧池130和间歇好氧池140。

上述一次沉淀池110起到对从外部流入的污水或废水进行固液分离的作用。因此，一次沉淀池110使用不会轻易地因为污水或废水而发生腐蚀且不会轻易地因为掺杂物的荷重而发生变形的材质构成为宜。

上述预监测单元120起到对通过一次沉淀池110之后流入的污水或废水的流入浓度和流入流量进行监测的作用。即，预监测单元120利用多个传感器分别对bod(biochemicaloxygendemand，生化需氧量)、cod(chemicaloxygendemand，化学需氧量)、ss(suspendedsolids，悬浮固体)、no3^-(硝酸盐)、nh4⁺(氨)以及po4^-p(磷酸态磷)的流入浓度进行测定，其中，作为传感器能够使用光学、电极或化学反应传感器，只需要选用最符合其使用目的的传感器类型即可。

上述厌氧池130起到在厌氧状态下将通过预监测单元120之后流入的污水或废水中的磷与活性淤泥形态的微生物进行搅拌释放的作用。通常，厌氧池130的溶解氧浓度(do(demandoxygen，溶解氧)浓度)约为0～0.1mg-o2/l，除磷微生物将在如上所述的厌氧池130条件下释放出体内的磷。此时，除磷微生物以絮凝物(floc)形态流入到间歇好氧池140中并在间歇好氧池140内的溶解氧浓度大于0.5mg-o2/l的状态下吸收过剩的磷，同时还通过额外吸收所释放的磷和水中容存的磷而实现去磷的目的。

上述间歇好氧池140起到在满足硝化微生物的生长条件以及除氮微生物的生长条件的状态下对通过厌氧池之后流入的污水或废水进行除氮的同时通过超量吸磷方式除磷的作用。其中，硝化是指水中的氨在好痒条件下被微生物氧化即转化为no2^-、no3^-等离子。此外，除氮是指被硝化的no3^-离子在无养条件下被除氮微生物转化(还原)成n2气体。

即，间歇好氧池140利用多个传感器对其内部的环境因素和微生物的代谢状态进行测定，并借此控制间歇好氧池140的运转。其中，作为环境因素能够使用ph以及do，还能够根据需要使用orp(oxidationreductionpotential，氧化还原电位)。此外，作为微生物的代谢状态能够使用生物传感器值。其中生物传感器值能够测定使用nadh(nicotinamideadeninedinucleotidehydrogen，还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，c21h28n4o14)、atp(adenosinetriphosphate，三磷酸腺苷)、adp(adenosinediphosphate，二磷酸腺甙)中的一种。此外，作为传感器能够使用光学、电极或化学反应传感器，只需要选用最符合其使用目的的传感器类型即可。

此外，间歇好氧池140能够通过对送风机的电机以及比例控制阀进行控制而对其内部的送风量进行调节，从而使其内部的溶解氧浓度保持在0.2～1.0mg-o2/l。即，间歇好氧池10能够通过控制单元对送风机的电机以及比例控制阀等进行控制。此外，控制单元还起到利用预监测单元120所提供的流入浓度和流入流量信息以及间歇好氧池140的多个传感器所提供的环境因素和微生物的代谢状态信息对间歇好氧池140内的送风量和通过淤泥收集单元150送反到厌氧池130中的浓缩淤泥的送反量进行控制的作用。

适用本实施例的间歇好氧池140以9种判断标准或更加细分化的36种判断标准为基础运转。例如，利用通过传感器监测到的微生物的辅酶浓度(在图3中以nadh浓度为例进行了图示)和通过传感器测定到的ph、do以及orp变化(在图3中以ph、do值为例进行了图示)之间的关联性对间歇好氧池140内的条件进行变化。图3是在图2所图示的间歇好氧池内为了实现硝化和除氮而进行送风控制的9种判断例的概念图，图4是在图2所图示的间歇好氧池内为了实现硝化和除氮而进行送风控制的36种判断例的概念图。

在图3中以为了间歇好氧池的运转而配备2台以上的送风机以及电机的情况为例进行了说明。在图3中，当判定为“硝化程度过高”时通过利用控制单元将送风机的运转台数减少为如1台而减少送风量并通过减小比例控制阀的开放程度而降低水中的溶解氧浓度，从而缩小硝化微生物的絮凝区域，并借此同时满足消化微生物和除氮微生物的生长条件。此外，当判定为“硝化程度过低”时通过利用控制单元将送风机的运转台数增加为最大而增加送风量并通过加大比例控制阀的开放程度而提高水中的溶解氧浓度，从而缩小除氮微生物的絮凝区域，并借此同时满足消化微生物和除氮微生物的生长条件。此外，当判定为“设定区域”时通过利用控制单元保持送风机以及比例控制阀的当前状态，从而保持同时满足消化微生物和除氮微生物的生长条件的环境。

在如图4所示的36种判断例中是以ph6.3～6.7(设定例)为基准，将高于上述值的设定为较高范围而将低于上数值的设定为较低范围。具体来讲是以设定例为基准，设定了高(ph7.0～6.8)、设定2(ph6.6～6.7)、设定1(ph6.4～6.5)、设定0(ph6.3～6.4)、低(ph6.1～6.2)、极低(ph6.0～6.1)。此外，生物传感器值是以7.5～8.5μm-nadh(或使用bpa等生物量浓度指数)为基准，将高于上述值的设定为“高”而降低于上数值的设定为“低”或“极低”。此外，“极限值”是指在不同ph设定条件下的生物传感器的设定极限值，可根据现场及环境而进行变更。图4中示例性地图示了极限值。

图5是利用生物传感器对通过一次沉淀池进行固液分离之后流入的流入水进行监测的日变化图表。通过第1次固液分离之后的流入水的浓度和流量，会根据生活活动度、产业活动活跃度、雨季和旱季以及不同季节而有所不同。即，流入水的浓度和流量会根据上述条件而有所不同。因此，目前采取的是人为测量并监测流入水的浓度和流量，并以此为基础人为进行污水或废水处理设施的流入量调节、生物反应池内的送风量调节、ph调节用的药品量控制等操作。

此外，如图5的图表所示，在不同时间利用生物传感器测定的值发生了变化。例如，可以预测生物传感器的值大幅上升的部分属于流入水内的污染物负荷上升的区间。在这种情况下，可通过增加送风量而提升微生物的mlss(mixedliquersuspendedsolid，混合液悬浮固体)并借此对生物反应池间歇好氧池140内的污染物负荷进行适当的处理，同时通过增加在淤泥收集单元150中得到浓缩之后的微生物淤泥被送入到生物反应池厌氧池130中的量而增加asrt(activitysludgeretentiontime，活性淤泥(活性微生物)停留时间)并借此提升水处理效率。

如图1所示，淤泥收集单元150起到利用离心力将通过间歇好氧池140供应的淤泥分离成浓缩淤泥和已降低微生物浓度之后的淤泥，然后将浓缩淤泥送反到厌氧池130而将已降低微生物浓度之后的淤泥排出到外部的作用。即，淤泥收集单元150通过物理方式对间歇好氧池140中所生成的絮凝化(floc)的活性微生物淤泥进行浓缩处理，且在间歇好氧池140内的流入污染物负荷增加时通过增加送反到厌氧池130中的浓缩淤泥的量而提升水处理效率。如上所述的淤泥收集单元150能够通过离心力、向心力、衬垫诱导等无药方式对微生物淤泥进行浓缩处理。

在本实施例中，水处理装置100将淤泥收集单元150所浓缩的微生物淤泥送反到厌氧池130，而其送反量是通过控制单元进行控制。即，在流入的污水或废水中的磷浓度增加或减少时，能够利用控制单元按比例灵活调整其磷处理微生物的量以及停留时间。

如图1所示，二次沉淀池160能够在对从淤泥收集单元150传递过来的已降低微生物浓度之后的淤泥进行固液分离之后排出到外部或送反到生物反应池的前端而重新使用。如上所述的二次沉淀池160的构成即作用与现有技术相同，因此在此将省略其详细说明。

下面，将对如上所述结构的适用本发明的基于传感器的节能型水处理装置的自动化运转算法进行详细说明。

图6是图1所图示的基于传感器的节能型水处理装置的自动化运转算法的概要示意图。如图1及图6所示，利用构成预监测单元120的多个传感器对通过一次沉淀池110之后流入的污水或废水的流入状态(流入浓度和流入流量)进行监测，同时利用安装在间歇好氧池140内部的多个传感器对其内部的环境因素和微生物的代谢状态进行测定。即，通过预监测单元120分别对bod、cod、ss、no3^-、nh4⁺以及po4^-p的流入浓度进行测定。接下来，根据间歇好氧池140内的ph、do浓度、mlss浓度、温度等测定其环境因素并根据间歇好氧池140内的生物传感器(nadh、atp或adp)值测定其微生物的代谢状态。其中，在编写程序时，还能够对间歇好氧池140内的环境因素以及微生物的代谢状态相关信息进行追加或变更。

当通过如上所述的方式利用多个传感器对污水或废水的流入状态信息和间歇好氧池140内的状态信息进行确认之后，控制单元以上述状态信息为基础对间歇好氧池140内的送风量和送反到厌氧池130中的浓缩淤泥的送反量进行控制。其中，控制单元将流入浓度、流入流量、mlss浓度以及温度信息仅用于对浓缩淤泥的送反量进行控制，而将do浓度仅用于对间歇好氧池140内的送风量进行控制。此外，控制单元将ph和生物传感器值同时用于对间歇好氧池140内的送风量以及浓缩淤泥的送反量进行控制。

例如，在流入浓度、流入流量、ph以及生物传感器值高于设定值时增加送反到厌氧池130中的浓缩淤泥的送反量，在等于设定值时保持当前状态，在低于设定值时减少浓缩淤泥的送反量。此外，在ph、生物传感器值高于设定值而do浓度低于设定值时增加间歇好氧池140内的送风量，在ph、生物传感器值、do浓度等于设定值时保持当前状态，在ph、生物传感器值低于设定值而do浓度高于设定值时减少间歇好氧池内140的送风量。

如上所述，适用本实施例的水处理装置100利用在流入到厌氧池130之前通过预监测单元120监测到的流入浓度和流入流量信息以及间歇好氧池140内的环境因素和微生物的代谢状态相关的监测信息，实现对间歇好氧池140内的送风量和送反到厌氧池130中的浓缩淤泥的送反量进行自动控制的自动化运转。此外，适用本实施例的水处理装置100通过对送风量、所流入的污水或废水的流量、送反淤泥以及浓缩淤泥的送反量进行自动控制，可借助于泵、送风机等设备的适当运转而实现节能效果。

上面结合附图对适用本发明的基于传感器的节能型水处理装置的技术思想进行了说明，但这只是对适用本发明的较佳实施例的示例性说明。因此，本发明并不因为上面所记载的实施例而受到限定，具有本发明所属技术领域之一般知识的人员应该理解，在不超出本发明的思想及范围的情况下可进行各种修改和变形，而这些变形例或修改例均属于本发明的权利要求范围之内。