低氮排放污水处理自动控制装置设计研究

摘 要：针对现有技术局限和不足提供了一种减少N2O产生的污水处理自动控制装置及其操作方法，通过对污水处理过程的自动调节，优化污水处理过程，在保证污水处理效果的同时大量减少强温室气体N2O的产生量。

关键词：低氮排放；污水处理；自动控制装置；设计

近年来，围绕如何减少生活污水处理过程中N2O的产生这一热点问题，国内外研究者开展了大量的工作。常规污水反硝化除磷过程N2O产生减量控制装置及操作方法，使用溶解氧、温度、pH和ORP探头在线精确监测污水处理过程，通过电脑自控系统进行调节，实现污水处理过程N2O减排，然而，这种装置需要对反应池进行密封，并且操作方法在线监测项目多，系统控制复杂，维护和建设成本较高，不适用于大型城市污水处理厂[1]。考虑生活污水的巨大排放量以及N2O严重的温室效应和对臭氧层的破坏作用，研究能够减少N2O产生的污水处理自动控制装置及其操作方法具有重要的现实意义[2]。

1 电气控制方案

1.1 技术方案

可以减少N2O产生的污水处理自动控制装置，包括厌氧处理池、缺氧处理池、好氧处理池和污泥沉淀池。厌氧处理池、缺氧处理池和好氧处理池中分别设有厌氧处理池NO-2检测探头、缺氧处理池NO-2检测探头和好氧处理池NO-2检测探头并且在好氧处理池中设有溶解氧检测探头，厌氧处理池NO-2检测探头、缺氧处理池NO-2检测探头、好氧处理池NO-2检测探头、溶解氧检测探头、辅助气泵、内循环回流泵和外循环回流泵分别通过导线与PLC电脑控制系统相连接。

1.2 参数设置

（1）待处理污水通过厌氧处理池上部的进水口进入厌氧处理池，污水在厌氧处理池中的停留时间为1-1.5h，厌氧处理池中泥水搅拌器的搅拌速率为450-550r/min，设置在厌氧处理池中的厌氧处理池NO-2检测探头将实时监测信号回馈至PLC电脑控制系统，当监测到的NO-2浓度大于0.5mg/L时，PLC电脑控制系统将自动关闭外循环回流泵，以减少外回流污泥带入厌氧处理池中的NO-3量，减少反硝化作用底物，从而降低NO-2浓度，降低N2O的产生量，当厌氧处理池NO-2监测探头监测到的NO-2浓度不大于0.5mg/L时，PLC电脑控制系统将自动开启外循环回流泵，恢复污水处理装置正常的运行状态；（2）厌氧处理池中处理过的污水通过厌氧处理池出水口溢流进入缺氧处理池，污水在缺氧处理池中的停留时间为1.5-2h，缺氧处理池中泥水搅拌器的搅拌速率为450-550r/min，设置在缺氧处理池内的缺氧处理池NO-2监测探头将实时监测信号回馈至PLC电脑控制系统，当监测到的NO-2浓度大于05mg/L时，PLC电脑控制系统将自动关闭内循环回流泵，以减少内回流污泥带入缺氧处理池中的NO-3量，减少反硝化作用底物，从而降低NO-2浓度，降低N2O的产生量，当缺氧处理池NO-2监测探头监测到的NO-2浓度不大于0.5mg/L时，PLC电脑控制系统将自动开启内循环回流泵，污水处理装置恢复正常的运行状态；（3）缺氧处理池中处理过的污水通过缺氧处理池出水口溢流进入好氧处理池，污水在好氧处理池中的停留时间为6-8h，设置在好氧处理池内的好氧处理池NO-2监测探头将实时监测信号回馈至PLC电脑控制系统，当监测到的NO-2浓度大于05mg/L时，PLC电脑控制系统将自动开启辅助气泵，以增加好氧处理池内的溶解氧，加强硝化反应的进行，进而降低NO2-浓度，减少N2O的产生量，当好氧处理池NO-2监测探头监测到好氧处理池内的NO-2浓度不大于0.5mg/L时，并且溶解氧浓度大于3mg/L时，PLC电脑控制系统将自动关闭辅助气泵，污水处理装置恢复正常的运行状态；（4）好氧处理池中处理过的污水通过好氧处理池出水口溢流进入污泥沉淀池，污水在污泥沉淀池中的停留时间为1-2h，污泥沉淀池中泥水搅拌器的搅拌转速为25-35r/min，污泥沉淀池中沉淀后的污水通过污泥沉淀池溢流堰溢流后经污泥沉淀池出水口排出，经污泥沉淀池后产生的污泥，部分通过外循环回流泵回流进入厌氧处理池中，以保持装置中的整体污泥浓度，部分通过污泥沉淀池排泥口排出，排出量根据装置污泥浓度进行调整。

2 案例介绍

以某小区排放的实际生活废水处理过程为例，采用的减少N2O产生的污水处理自动控制策略，所选择的污水处理装置厌氧处理池的有效容积6m3，缺氧处理池的有效容积12m3，好氧处理池的有效容积36m3，污泥沉淀池的有效容积10m3，污水进水水质为：COD浓度320-450mg/L，NH+4浓度40-50mg/L，TN浓度47-52mg/L，污水处理量为75t/d，反应器接种污泥采用污水厂好氧处理池新鲜活性污泥，反应器内污泥浓度维持在2800-3200mg/L，好氧处理池曝气量气水比3：1，溶解氧浓度维持在2mg/L，污泥龄维持在16d。

减少N2O产生的污水处理自动控制装置及其操作方法应用后，污水处理效果为：COD去除率平均93%，NH+4去除率平均95%，TN去除率平均79%，主要污染物的处理效果没有下降，仍然保持了高处理效率，N2O产生量为4.5-6.2g/d，下降了约91%，保持污水处理装置高处理效率的同时，实现了N2O产生量的大幅下降。

3 小结

（1）通过PLC电脑控制系统能够实现反应器运行的在线调控，无需人工操作，不用额外增加进行N2O减排的人工操作费用；（2）监控目标因素少，设备构造和控制原理简单，成本较低，维护方便；（3）保持污水处理装置污染物高去除效率的同时，实现N2O有效产生量大幅下降；（4）可广泛应用于各种实际废水处理过程，根据现有污水厂的实际情况进行设备改造安装，简单易行，操作性强。

参考文献：

[1]邹娜.基于组态软件和PLC在污水处理厂自动控制系统的应用[D].华南理工大学，2015.

[2]高峰，何昌军，杨顺生.自动控制系统在污水处理中的应用[J].环境科学与管理，2008，（02）：89-91.

作者簡介：高胜利（1982-），男，汉族，专科，中级工程师，目前从事自动化设备控制方面的工作。