一种污水处理节能降耗的运行调控系统及调控方法与流程

1.本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种污水处理节能降耗的运行调控系统及调控方法。


背景技术：

2.在废水生物处理工艺中，曝气系统作为一个核心单元直接影响着出水的水质稳定性和处理成本。曝气系统通过向反应器内充氧，一方面提供微生物生化作用所需的溶解氧，另一方面气体在上升过程的搅拌作用，推动菌胶团颗粒与气泡在水体中均匀混合接触，即对流传质功能。曝气也是污水处理厂能耗占比最大的单元，约占整个污水处理厂能耗的50
‑
80％。
3.氧传质过程对曝气系统的处理效率及处理成本起着关键作用。氧气从气相主体溶解于水中的过程，可以分为氧气的扩散和溶解两个方面。氧气的扩散是指氧分子通过气、液界面由气相转移到液相的过程，决定了氧转移的速度，与浓度差、混合强度等因素有关。由于氧气的溶解度较小，扩散到液相主体的氧分子与水分子之间作用力微弱，较难进入水分子间隙，表现为不易被液相主体所稀释，因而聚集在液膜与液相主体之间的氧分子浓度较高，导致氧的浓度梯度较小，从而使得氧转移的推动力较小，造成通过曝气将氧气从空气传入水中需要耗费较大的能量。
4.众所周知，在一定尺寸范围内，气泡大小与对流传质效率成正比；当气泡中的氧利用浓度梯度向接触的菌胶团中心转移，属于浓差扩散功能。曝气器提供的微气泡尺寸越小，其比表面积越大，氧转移率越高。此时气泡大小与溶解氧浓差扩散成反比。国内外对提高污水处理工艺中氧传质过程的研究主要集中在提高氧分压、加强曝气器对气泡的分散两个方面。前者有纯氧曝气与深井曝气技术等，其可以提高氧的转移利用和生化反应效率，但由于设备复杂、要求条件高、成本高限制了其应用。为了加强溶解氧浓差扩散利用率，一般采用微孔甚至超微孔曝气的方式，把空气分散成尺度极为细小的气泡，所以根据好氧池混合液浓度变化，需要鼓风机提供实际溶解氧需求几倍以上的风量，才能获得良好的对流传质效果。因此，气泡大小分别导致对流传质和浓差扩散传质效率截然相反的影响，单纯鼓风曝气很难平衡这个矛盾。


技术实现要素：

5.本发明公开一种污水处理节能降耗的运行调控系统及调控方法，旨在解决两个问题：一方面曝气器的搅拌功能与供氧功能存在矛盾，造成能耗过高；另一方面由于微气泡对反应器中混合液造成的扰动较小，液相湍动剪切也很小，分散的微小气泡会在释放后一定距离内很快合并长大，从而使气泡比表面迅速降低，无法继续维持好的传质状态的技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种污水处理节能降耗的运行调控系统，包括一级调控系统和二级调控系统，所
述一级调控系统包括有氨氮在线检测、带变频的搅拌机、plc，所述二级调控系统包括有变频风机、do在线检测、plc。
8.通过设置有带变频的搅拌机，可以降低曝气能耗，出水氨氮低于1mg/l，具体为采用低能耗的全池搅拌系统替代高能耗的风机实现氧气在污水中高效的对流传质。
9.一种污水处理节能降耗的运行调控方法，具体包括以下步骤：
10.(1)步骤1：首先人工通过二级调控系统将废水生物处理好氧段的do水平控制在低位，具体为0.3
‑
0.5mg/l,一般废水生物工艺为保证出水氨氮达标，好氧段的do水平在2
‑
3mg/l；
11.(2)步骤2：在废水生物处理好氧段安装带变频的全池搅拌系统，好氧段末端出水安装氨氮在线检测，氨氮在线检测、变频搅拌系统与plc电性相连，在步骤1的基础上，根据出水氨氮指标，plc自动调控搅拌系统，增强氧气在好氧段的对流传质，增加污染物、氧气和微生物的碰撞机率，提高生化效率，当氨氮在线检测浓度低于1mg/l时，调控结束，风机和搅拌系统维持在当前频率运行；
12.(3)步骤3：当搅拌满频运行时，氨氮在线检测浓度仍高于1mg/l，一级调控系统将搅拌频率恢复至低位，plc自动切换至二级调控，具体为plc系统根据do在线数值，调节风机频率，do浓度递增梯度为0.2mg/l，当氨氮在线检测浓度低于1mg/l时，调控结束，风机和搅拌系统维持在当前频率运行。
13.通过在污水生化处理工艺好氧段安装全池搅拌系统和在线控制系统，利用低能耗的搅拌系统替代过量曝气的方式来实现氧气和污染物在污水中的对流传质，同时有效防止污泥的沉降。
14.通过采用全池搅拌系统可使曝气装置逸出的微气泡上升至水面的路径由原来的基本垂直向上，改变为螺旋状路径上升。由此，同样大小的微气泡在好氧池混合液中的行程因搅拌可增加一倍以上，使溶氧向水体转移而被微生物利用的时间也同样增加，从而不仅强化了气液对流传质过程，在同样曝气量条件下，可进一步提高溶氧利用率。
15.由上可知，一种污水处理节能降耗的运行调控系统，包括一级调控系统和二级调控系统，其特征在于，所述以及调控系统包括有氨氮在线检测、带变频的搅拌机、plc，所述二级调控系统包括有变频风机、do在线检测、plc。本发明提供的污水处理节能降耗的运行调控系统及调控方法具有以下技术效果：
16.通过在污水生化处理工艺好氧段安装搅拌和在线控制系统，利用低能耗的搅拌系统替代高能耗的曝气系统来实现氧气和污染物在污水中的对流传质，同时有效防止污泥的沉降；通常一般采用过量曝气保证氧气转移到液相的过程，而搅拌系统的功率远低于曝气风机，可控制在低于1kw，即可满足氧气的对流传质，降低污水处理的能耗；增强污染物与微生物之间的对流传质过程，提高污水处理效率；
17.在生化反应的好氧池中，池底曝气使溶氧向水体转移被微生物利用的过程，就是池底曝气装置(曝气盘或曝气管)逸出微气泡上升至水面的过程。在现有技术中，一般微气泡上升路径基本上是由池底垂直向上，溶氧转移率随微气泡大小基本固定，很难再有提高。采用搅拌装置可使曝气装置逸出的微气泡上升至水面的路径由原来的基本垂直向上，改变为螺旋状路径上升。由此，同样大小的微气泡在好氧池混合液中的行程因搅拌可增加一倍以上，使溶氧向水体转移而被微生物利用的时间也同样增加，从而不仅强化了气液对流传
质过程，在同样曝气量条件下，可进一步提高溶氧利用率，使系统在较低的溶氧水平下即可满足出水氨氮达标；此外，通过搅拌方式可增加水流的湍动，防止曝气产生的微小气泡团聚，增大气泡与液体接触的比表面，强化了气液传质过程；
18.可变频的搅拌系统，结构简单，运行稳定，维护成本低。
附图说明
19.图1为本发明提出的一种污水处理节能降耗的运行调控系统及调控方法的整体结构示意图。
20.图2为本发明调控过程中的实际效果图。
具体实施方式
21.下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
22.下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
23.在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
24.在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
25.本发明公开的一种污水处理节能降耗的运行调控系统及调控方法主要应用于污水处理加强曝气时产生损失且高能耗的场景。
26.参照图1，一种污水处理节能降耗的运行调控系统，包括一级调控系统和二级调控系统，所述一级调控系统包括有氨氮在线检测、带变频的搅拌机、plc，所述二级调控系统包括有变频风机、do在线检测、plc。
27.目标：降低曝气能耗，出水氨氮低于1mg/l，具体为采用低能耗的搅拌替代高能耗的风机实现氧气在污水中高效的对流传质。
28.一种污水处理节能降耗的运行调控调控方法，具体包括以下步骤：
29.步骤一：首先人工通过二级调控系统将废水生物处理好氧段的do水平控制在低位；
30.步骤二：在废水生物处理好氧段安装带变频的搅拌系统，好氧段末端出水安装氨氮在线检测，在步骤一的基础上，根据出水氨氮指标，plc自动调控搅拌系统，增强氧气在好氧段的对流传质，增加污染物、氧气和微生物的碰撞机率，当氨氮在线检测浓度低于1mg/l时，调控结束，风机和搅拌系统维持在当前频率运行；
31.步骤三：当搅拌满频运行时，氨氮在线检测浓度仍高于1mg/l，plc自动切换至二级调控，具体为plc系统根据do在线数值，调节风机频率至一定值时且氨氮在线检测浓度低于
一定值时调控结束，风机和搅拌系统维持在当前频率运行。
32.在一个优选的实施方式中，所述步骤一中，do的低位水平具体为0.3
‑
0.5mg/l,一般废水生物工艺为保证出水氨氮达标，好氧段的do水平在2
‑
3mg/l。
33.在一个优选的实施方式中，所述步骤三中，在一定的风机频率时，do浓度递增梯度为0.2mg/l，氨氮在线检测浓度为低于1mg/l。
34.在一个优选的实施方式中，所述氨氮在线检测、变频搅拌系统与plc电性相连。
35.参照图2，实施例:在实验室规模的小试系统中安装调控系统，安装前系统的do需控制在2.2
‑
2.5mg/l,才能满足出水的氨氮低于1mg/l。调控过程中，通过在全池安装机械搅拌系统结合微孔曝气进行调控，逐步降低系统的do水平，出水氨氮均可稳定低于1mg/l。调控结束后，通过全池低速机械桨叶的支持，实现了氧气和污染物与菌胶团的充分对流传质，好氧池do控制在0.5
‑
0.8mg/l,好氧池末端出水氨氮即可保持在1mg/l以内。
36.工作原理：使用时，首先人工通过二级调控系统将废水生物处理好氧段的do水平控制在低位，在废水生物处理好氧段安装带变频的搅拌系统，好氧段末端出水安装氨氮在线检测，氨氮在线检测、变频搅拌系统与plc电性相连，根据出水氨氮指标，plc自动调控搅拌系统，增强氧气在好氧段的对流传质，增加污染物、氧气和微生物的碰撞机率，提高生化效率，通过采用搅拌装置可使曝气装置逸出的微气泡上升至水面的路径由原来的基本垂直向上，改变为螺旋状路径上升。由此，同样大小的微气泡在好氧池混合液中的行程因搅拌可增加一倍以上，使溶氧向水体转移而被微生物利用的时间也同样增加，从而不仅强化了气液对流传质过程，在同样曝气量条件下，可进一步提高溶氧利用率。
37.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揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。