分阶段分区供氧的低能耗污水曝气系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属污水处理曝气系统的技术范畴。特别是指基于污水处理过程中有机物浓 度渐次递减、曝气池中溶解氧浓度非均匀分布的两大特点，采用时间维度上的分阶段、空间 维度上的分区供氧策略；同时污水池中增设折流板组件和半软性填料装置，使曝气中氧得 到充分利用的低能耗曝气系统。
【背景技术】
[0002] 中国是水资源相对匮乏的国家。尽管总量全球第四；但人均占有量仅2600m3、 只有世界人均拥有量的1/4,全球排名第110位。2030年，人均水资源占有量进一步降至 1950m3,将成为不折不扣的严重贫水国。2010年，中国600多个城市中的半数、即300余个 出现供水问题，其中高缺水城市占1/6以上。以北京为例，1999年至今北京从河北调水3亿 m3/年、超采本地的地下水五亿m3/年，导致地下水位持续均降lm/年、形成面积约1000Km2 的地下水降落漏斗区，如此巨大的地下水降落漏斗区无疑是高悬首都天空中的达摩克利斯 之剑。即便如此，北京之渴依然难解；南水北调一引長江之水解北京之渴，工程旷日持久、 耗费了天量的人力物力財力，水源区百姓的牺牲奉献更应铭刻史册。
[0003] 2014年12月，中央经济工作会议指出：必须摒弃经济增长不可持续的旧发展模 式。会议要求全党充分认识资源环境约束条件下的经济新常态、即资源环境对经济发展形 成的硬约束："从资源环境约束看，过去能源资源和生态环境空间相对较大，现在环境承载 能力已经达到或接近上限"。水体水质的日趋恶化从另一方面加剧了我国缺水的严峻程度。 409个地表水国控监测断面抽查结果是：水质为I~III类、IV~V类和劣V类的断面占 总断面的比例分别为59. 9%、23. 7%和16.4%。国控范围内重点的26个湖泊（水库）：11 类水质、III类水质、IV类水质、V类水质、劣V类的数目分别为1个、5个、4个、6个、10个。 简言之，中国水体污染的现状不容乐观，污水冶理刻不容缓；污水冶理是保护稀缺水资源、 水资源多次重复利用、建设环境友好型社会基本国策的重要抓手。
[0004] 截止2011年第三季度末，我国已建污水处理厂3078座，处理能力1.36亿t/d，实 际处理的污水量在1. 1亿t/d上下；目前城市污水处理厂的吨水耗电量指标为0. 25千瓦 时左右，相当于发达国家城市污水处理厂吨水耗电量的2倍；此外，污水处理厂的运转率和 出水达标率与发达国家亦存在明显差距。污水处理系统运行成本较高是制约我国污水处理 持续可发展的关键因素。污水处理有生物降解、隔膜吸附过滤、电磁化及间歇式活性污泥 (SequencingBatchReactor，SBR)法等。1987年，国际水协会（IAWQ)推出活性污泥1号 模型ASM1。模型包含碳化、硝化、反硝化过程，以矩阵形式描述污水中好氧和缺氧条件下发 生的有机碳水解、微生物生长和衰减等8个反应过程。模型包含13种组分、5个化学计量参 数和14个动力学参数。其后IAWQ相继发表了ASM2和ASM3 ;因此，SBR工艺立足在完整的 科学理论体系之上。
[0005] 围绕SBR，国内学术企业界开展了多层次全方位的的研发，既有理论探讨分析、亦 有工程实施改进。业界形成共识，污水生化处理过程具有如下特性：非线性，污水生化处理 过程中各变量之间高度非线性，由于涉及机理复杂的生化反应，上述非线性无法用定量数 学工具精确描述；不确定性，包括进水水量、水质剧烈波动引起的系统不确定性，以及传感 器检测信息的不确定性；大滞后，生化池的MLSS、DO浓度检测值滞后一段时间后才影响到 出水的B0D、C0D等质量指标，并且滞后时间与进水流量有关，故滞后时间也是不确定的。现 有技术条件下，SBR工艺的B0D、C0D等质量指标数据，尚无法直接在线测量或存在着严重的 测量滞后；人工检测和分析获取的数据对事后评价污水厂效能有一定的价值，就实时在线 控制而言帮助不大。为此，业界引入"溶解氧"dissolvedOxygen，DO)中间参数，间接反 映系统的耗氧情况。DO仪构造简单、精度高，胜任在线检测；DO作为控制参数，判断污水有 机物浓度的高低、调节曝气量。实践表明：无论水质、水量、水温等扰动因素如何变化，只要 生物池DO浓度保持在某一设定值（如2mg/L)，就能满足菌胶团繁殖、有机物分解、保持污泥 活性的需求，实现污水连续处理。DO浓度过低，降低了微生物对有机物的降解、活性污泥的 活性变差、污泥膨胀；DO浓度过高，细菌的过氧化会降低细菌的活性、活性污泥的絮凝性能 和吸附能力，增加能耗，并导致悬浮固体沉降性变差。DO浓度通过曝气量调节，因此曝气系 统的控制对于SBR系统至关重要；另一方面，曝气能耗占SBR污水处理厂总能耗的50%以 上，优化曝气过程可改善吨水耗电量指标，解决困扰业界多年、降低污水处理厂运行能耗的 难题。
[0006] SBR工艺流程中，曝气池中污水的有机物浓度随时间渐次递减：反应初始阶段，池 内有机物浓度最高，只要供氧充足、即大曝气量，就可使有机物的降解速率得到提高；反应 末期阶段，池内有机物的浓度有限，选择小曝气量将使池内污水中的DO浓度保持低水平， 增强同步硝化反硝化（SND)脱氮效果、节约电耗；反应中期阶段，中等强度的曝气量则是合 理选择。另一方面，SBR工艺流程中，曝气池中污水DO浓度的空间分布是非均匀。因此，基 于污水有机物浓度因时而变、DO浓度因地而异的特征，分阶段分区供氧的曝气法有助于提 高出水达标率，而且能降低污水处理系统的能耗。充分利用曝气中的氧是降低曝气量（电 耗）的第二途径，第二途径涉及两项内容：扩大氧与污水的气液接触面积，延長氧与污水的 气液接触时间。本发明借鉴硫酸吸收塔"扩大气液接触面积"的磁环充填技术，提出在SBR 工艺流程中附设半软性填料，提高曝气氧的利用（吸收）率；参照石化精馏塔分离多组份 "延長气液接触时间"的多层塔板技术，在SBR工艺中增设折流板，提高曝气氧的利用（吸 收）率。前者着眼增大污水与空（氧）气的接触面积，后者关注延長污水与空（氧）气的 接触时间。污水处理厂曝气系统的供氧解决方案亟待改进，本发明旨在弥补曝气系统供氧 解决方案的不足。目前，较有代表性的知识产权成果综述如下：
[0007] ?发明专利"基于模糊神经网络的溶解氧控制的废水处理方法及系统"（申请号 201110037484. 3)，提出基于模糊神经网络的溶解氧控制的废水处理方法，实现节约能耗， 且出水水质达标排。
[0008] ?发明专利"Orbal氧化沟生物脱氮工艺溶解氧控制装置及其方法"（专利号 ZL200610114666. 5)，提出根据进水水质，通过活性污泥反应动力学计算，确定各沟道初始 溶解氧设定值，通过曝气变频控制器控制鼓风机的曝气量；当水质水量发生改变时，调整鼓 风机曝气量。
[0009] 上述有益探索，提出根据进水水质控制曝气量，以及模糊神经网络溶解氧控制方 案，有一定的参考价值，但探索成果仍存在局限。因此，有必要在现有研宄成果的基础上作 深入的研宄与创新：提出基于污水有机物浓度和DO浓度、分阶段分区供氧，并使曝气中氧 得到充分利用的低能耗整体解决方案。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于有机物浓度和DO浓度的分 阶段分区曝气系统。基于有机物浓度和DO浓度的分阶段分区曝气系统包括爆气头组、安装 支架、折流板组件、半软性填料装置、DO传感器组、控制器、曝气风机、电动调节阀组；
[0011] 曝气头组包括6排沿曝气池底等距直线安装的曝气头，从左到右分别为A排曝气 头、B排曝气头、C排曝气头、D排曝气头、E排曝气头、F排曝气头；DO传感器组包括AB区 DO传感器、⑶区DO传感器和EF区DO传感器，AB区DO传感器Z方向距池顶0. 6m、X和Y 方向定位于A排曝气头和B排曝