低氮排放污水處理自動控制裝置設計研究

摘 要：針對現有技術局限和不足提供了一種減少N2O產生的污水處理自動控制裝置及其操作方法，通過對污水處理過程的自動調節，優化污水處理過程，在保證污水處理效果的同時大量減少強溫室氣體N2O的產生量。

關鍵詞：低氮排放；污水處理；自動控制裝置；設計

近年來，圍繞如何減少生活污水處理過程中N2O的產生這一熱點問題，國內外研究者開展了大量的工作。常規污水反硝化除磷過程N2O產生減量控制裝置及操作方法，使用溶解氧、溫度、pH和ORP探頭在線精確監測污水處理過程，通過電腦自控系統進行調節，實現污水處理過程N2O減排，然而，這種裝置需要對反應池進行密封，并且操作方法在線監測項目多，系統控制復雜，維護和建設成本較高，不適用于大型城市污水處理廠[1]。考慮生活污水的巨大排放量以及N2O嚴重的溫室效應和對臭氧層的破壞作用，研究能夠減少N2O產生的污水處理自動控制裝置及其操作方法具有重要的現實意義[2]。

1 電氣控制方案

1.1 技術方案

可以減少N2O產生的污水處理自動控制裝置，包括厭氧處理池、缺氧處理池、好氧處理池和污泥沉淀池。厭氧處理池、缺氧處理池和好氧處理池中分別設有厭氧處理池NO-2檢測探頭、缺氧處理池NO-2檢測探頭和好氧處理池NO-2檢測探頭并且在好氧處理池中設有溶解氧檢測探頭，厭氧處理池NO-2檢測探頭、缺氧處理池NO-2檢測探頭、好氧處理池NO-2檢測探頭、溶解氧檢測探頭、輔助氣泵、內循環回流泵和外循環回流泵分別通過導線與PLC電腦控制系統相連接。

1.2 參數設置

（1）待處理污水通過厭氧處理池上部的進水口進入厭氧處理池，污水在厭氧處理池中的停留時間為1-1.5h，厭氧處理池中泥水攪拌器的攪拌速率為450-550r/min，設置在厭氧處理池中的厭氧處理池NO-2檢測探頭將實時監測信號回饋至PLC電腦控制系統，當監測到的NO-2濃度大于0.5mg/L時，PLC電腦控制系統將自動關閉外循環回流泵，以減少外回流污泥帶入厭氧處理池中的NO-3量，減少反硝化作用底物，從而降低NO-2濃度，降低N2O的產生量，當厭氧處理池NO-2監測探頭監測到的NO-2濃度不大于0.5mg/L時，PLC電腦控制系統將自動開啟外循環回流泵，恢復污水處理裝置正常的運行狀態；（2）厭氧處理池中處理過的污水通過厭氧處理池出水口溢流進入缺氧處理池，污水在缺氧處理池中的停留時間為1.5-2h，缺氧處理池中泥水攪拌器的攪拌速率為450-550r/min，設置在缺氧處理池內的缺氧處理池NO-2監測探頭將實時監測信號回饋至PLC電腦控制系統，當監測到的NO-2濃度大于05mg/L時，PLC電腦控制系統將自動關閉內循環回流泵，以減少內回流污泥帶入缺氧處理池中的NO-3量，減少反硝化作用底物，從而降低NO-2濃度，降低N2O的產生量，當缺氧處理池NO-2監測探頭監測到的NO-2濃度不大于0.5mg/L時，PLC電腦控制系統將自動開啟內循環回流泵，污水處理裝置恢復正常的運行狀態；（3）缺氧處理池中處理過的污水通過缺氧處理池出水口溢流進入好氧處理池，污水在好氧處理池中的停留時間為6-8h，設置在好氧處理池內的好氧處理池NO-2監測探頭將實時監測信號回饋至PLC電腦控制系統，當監測到的NO-2濃度大于05mg/L時，PLC電腦控制系統將自動開啟輔助氣泵，以增加好氧處理池內的溶解氧，加強硝化反應的進行，進而降低NO2-濃度，減少N2O的產生量，當好氧處理池NO-2監測探頭監測到好氧處理池內的NO-2濃度不大于0.5mg/L時，并且溶解氧濃度大于3mg/L時，PLC電腦控制系統將自動關閉輔助氣泵，污水處理裝置恢復正常的運行狀態；（4）好氧處理池中處理過的污水通過好氧處理池出水口溢流進入污泥沉淀池，污水在污泥沉淀池中的停留時間為1-2h，污泥沉淀池中泥水攪拌器的攪拌轉速為25-35r/min，污泥沉淀池中沉淀后的污水通過污泥沉淀池溢流堰溢流后經污泥沉淀池出水口排出，經污泥沉淀池后產生的污泥，部分通過外循環回流泵回流進入厭氧處理池中，以保持裝置中的整體污泥濃度，部分通過污泥沉淀池排泥口排出，排出量根據裝置污泥濃度進行調整。

2 案例介紹

以某小區排放的實際生活廢水處理過程為例，采用的減少N2O產生的污水處理自動控制策略，所選擇的污水處理裝置厭氧處理池的有效容積6m3，缺氧處理池的有效容積12m3，好氧處理池的有效容積36m3，污泥沉淀池的有效容積10m3，污水進水水質為：COD濃度320-450mg/L，NH+4濃度40-50mg/L，TN濃度47-52mg/L，污水處理量為75t/d，反應器接種污泥采用污水廠好氧處理池新鮮活性污泥，反應器內污泥濃度維持在2800-3200mg/L，好氧處理池曝氣量氣水比3：1，溶解氧濃度維持在2mg/L，污泥齡維持在16d。

減少N2O產生的污水處理自動控制裝置及其操作方法應用后，污水處理效果為：COD去除率平均93%，NH+4去除率平均95%，TN去除率平均79%，主要污染物的處理效果沒有下降，仍然保持了高處理效率，N2O產生量為4.5-6.2g/d，下降了約91%，保持污水處理裝置高處理效率的同時，實現了N2O產生量的大幅下降。

3 小結

（1）通過PLC電腦控制系統能夠實現反應器運行的在線調控，無需人工操作，不用額外增加進行N2O減排的人工操作費用；（2）監控目標因素少，設備構造和控制原理簡單，成本較低，維護方便；（3）保持污水處理裝置污染物高去除效率的同時，實現N2O有效產生量大幅下降；（4）可廣泛應用于各種實際廢水處理過程，根據現有污水廠的實際情況進行設備改造安裝，簡單易行，操作性強。

參考文獻：

[1]鄒娜.基于組態軟件和PLC在污水處理廠自動控制系統的應用[D].華南理工大學，2015.

[2]高峰，何昌軍，楊順生.自動控制系統在污水處理中的應用[J].環境科學與管理，2008，（02）：89-91.

作者簡介：高勝利（1982-），男，漢族，專科，中級工程師，目前從事自動化設備控制方面的工作。