公布日：2024.02.02
申請日：2023.12.20
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F3/28(2023.01)I;C02F1/00(2023.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N
摘要
本發明屬于污水處理技術領域，公開了一種污水處理負荷均衡配水系統和方法。所述系統包括：至少一個抽升泵、至少一個配水井、分期除砂池、分系列處理模塊、分單元生物池、分系列二沉池、以及控制子系統。本發明實現了在時間和空間上均衡水力負荷分配，實現系統總進水‑各期‑各系列‑各生物池單元多級聯動和污水污泥分層調節配水協同控制，從污泥濃度、生物池進水負荷、好氧池DO三方面保障系統微生物活性均衡，強化生物反應效率，確保生物脫氮除磷系統整體處于高效穩定狀態，對污水處理單元的穩定運行具有重要意義。
權利要求書
1.一種污水處理負荷均衡配水方法，其特征在于，所述方法采用的系統包括：至少一個抽升泵、至少一個配水井、分期除砂池、分系列處理模塊、分單元生物池、分系列二沉池以及控制子系統；所述抽升泵的出水管路與配水井連通，所述配水井的出水管路與每期除砂池連通，每期除砂池的出水管路連接至少一個分系列處理模塊，每個分系列處理模塊的出水管路連接至少一個生物池單元；每期除砂池的進水管路上設置有除砂池前流量控制單元；每期除砂池的進氣管路上設置有除砂池鼓風機流量控制單元；每個分系列處理模塊包括初沉池、混合池、預缺氧池和配水渠；每個初沉池前均設置有初沉池前流量控制單元；每期除砂池的出水管路分為兩路，一路依次通過除砂池后主管流量控制單元和初沉池前流量控制單元與所述初沉池連接，另一路通過除砂池后支管流量控制單元與所述混合池、預缺氧池和配水渠依次連接；所述初沉池通過初沉池后支管流量控制單元與預缺氧池連接；每個生物池單元包括依次連接的厭氧池、缺氧池、曝氣池和脫氧池；每個厭氧池前均通過設置的配水渠后流量控制單元與配水渠連接；所述脫氧池的出水管路分為兩路，一路連接至二沉池，另一路通過內回流流量控制單元與同單元的缺氧池連接；所述二沉池底部通過外回流流量控制單元與所述混合池連接；所述曝氣池設置有曝氣池鼓風機流量控制單元；所述控制子系統分別與各控制單元連接；所述方法包括如下步驟：（1）將總進水通過所述抽升泵提升至所述配水井為各期配水；所述控制子系統每隔預設時間對所述系統的配水情況進行數據分析與控制；（2）在所述除砂池的配水中，所述控制子系統通過除砂池前流量控制單元對所述除砂池的配水情況進行控制、通過除砂池鼓風機流量控制單元給所述除砂池供氣，所述控制可選擇采用第一恒水量運行模式、第一比例控制模式或氣水比控制模式；所述第一恒水量運行模式包括：通過所述控制子系統設置各期除砂池的配水水量，利用所述控制子系統依次調整所述除砂池前流量控制單元和抽升泵，使各期除砂池的配水水量在預設水量±n1%范圍內，n1%為預設誤差；所述第一比例控制模式包括：通過所述控制子系統收集各期除砂池前流量控制單元的水流量數據并設置各期除砂池的配水比例，利用各期除砂池前流量控制單元調整水量，使各期除砂池之間的配水比例在預設比例±n2%范圍內，n2%為預設誤差；所述氣水比控制模式包括：所述控制子系統根據所述除砂池鼓風機流量控制單元和除砂池前流量控制單元輸入到所述控制子系統內的輸氣量數據和水流量數據計算得到各期除砂池的氣水比計算值；所述控制子系統設置各期除砂池的氣水比的上限A2和下限A1，以及各期除砂池的配水水量最低值Q1和最高值Q2；當A1≤除砂池的氣水比計算值≤A2時，保持該期子系統內的除砂池的配水水量不變；當除砂池的氣水比計算值＜A1時，利用所述控制子系統調整相應的除砂池前流量控制單元進而降低該除砂池的配水水量，直至該除砂池的配水水量低至所述最低值Q1，保持所述最低值Q1的配水水量不變；當除砂池的氣水比計算值＞A2時，利用所述控制子系統調整相應的除砂池前流量控制單元進而提高該除砂池的配水水量，直至該除砂池的配水水量高至所述最高值Q2，保持所述最高值Q2的配水水量不變；（3）在所述初沉池的配水中，所述控制子系統通過初沉池前流量控制單元對所述初沉池的配水情況進行控制，所述控制可選擇采用第二恒水量運行模式、第二比例控制模式或表面負荷控制模式；所述第二恒水量運行模式包括：通過所述控制子系統設置各分系列處理模塊內的初沉池的配水水量，利用所述控制子系統調整所述初沉池前流量控制單元，使各初沉池的配水水量在預設水量±n3%范圍內，n3%為預設誤差；所述初沉池前流量控制單元調整完畢后，來自所述除砂池的多余水量通過所述除砂池后支管流量控制單元進入所述混合池；所述第二比例控制模式包括：通過所述控制子系統收集各初沉池前流量控制單元的水流量數據和與該初沉池連接的后續生物池單元的啟停情況數據、并設置各初沉池的配水比例，利用所述控制子系統按照公式1計算結果調整各分系列處理模塊內的初沉池前流量控制單元，使各分系列處理模塊內的初沉池之間的配水比例在預設比例±n4%范圍內，n4%為預設誤差；所述公式1為（Mw+Mj*Ma）=Me，其中：Me為設定的某初沉池的配水比例；Mw為對應的該初沉池前流量控制單元的水流量數據；Ma為與該初沉池連接的后續生物池單元的停運個數；Mj為系數，系數Mj取值為0.3-0.6；所述表面負荷控制模式包括：所述控制子系統根據所述初沉池前流量控制單元輸入到所述控制子系統內的水流量數據計算得到各分系列處理模塊內的初沉池的表面負荷；所述控制子系統設置各分系列處理模塊內的初沉池的表面負荷的上限B2和下限B1，以及各分系列處理模塊內的初沉池的配水水量最低值Q4和最高值Q3；當B1≤初沉池的表面負荷的計算值≤B2時，保持該初沉池的配水水量不變；當初沉池的表面負荷的計算值＜B1時，利用所述控制子系統調整相應的初沉池前流量控制單元進而提高該初沉池的配水水量，直至該初沉池的配水水量高至所述最高值Q3，保持所述最高值Q3的配水水量不變；當初沉池的表面負荷的計算值＞B2時，利用所述控制子系統調整相應的初沉池前流量控制單元進而降低該初沉池的配水水量，直至該初沉池的配水水量低至所述最低值Q4，保持所述最低值Q4的配水水量不變；所述初沉池前流量控制單元調整完畢后，來自所述除砂池的多余水量通過所述除砂池后支管流量控制單元進入所述混合池；（4）在所述混合池中，將來自所述二沉池底部的回流液體和來自所述除砂池后支管流量控制單元的除砂池出水混合并依次送入所述預缺氧池、配水渠和配水渠后流量控制單元；（5）將步驟（3）的初沉池的出水通過所述初沉池后支管流量控制單元依次送入所述預缺氧池、配水渠和配水渠后流量控制單元；（6）將配水渠后流量控制單元的出水送入所述厭氧池；（7）在所述厭氧池的配水中，所述控制子系統通過配水渠后流量控制單元對所述厭氧池的配水情況進行控制，所述控制可選擇采用第三恒水量運行模式、第三比例控制模式或第二氣水比控制模式；所述第三恒水量運行模式包括：通過所述控制子系統設置各厭氧池的配水水量，利用所述控制子系統調整所述配水渠后流量控制單元，使各厭氧池的配水水量在預設水量±n5%范圍內，n5%為預設誤差；所述第三比例控制模式包括：通過所述控制子系統收集各厭氧池前連接的配水渠后流量控制單元的水流量數據并設置各厭氧池的配水比例，利用所述控制子系統調整各厭氧池前連接的配水渠后流量控制單元，使各厭氧池之間的配水比例在預設比例±n6%范圍內，n6%為預設誤差；所述第二氣水比控制模式包括：所述控制子系統根據所述曝氣池鼓風機流量控制單元和配水渠后流量控制單元輸入到所述控制子系統內的輸氣量數據和水流量數據計算得到各曝氣池的氣水比計算值；所述控制子系統設置各曝氣池的氣水比的上限C2和下限C1，以及各厭氧池的配水水量最低值Q5和最高值Q6；當C1≤曝氣池的氣水比計算值≤C2時，保持該曝氣池所在單元的厭氧池的配水水量不變；當曝氣池的氣水比計算值＜C1時，利用所述控制子系統調整所述配水渠后流量控制單元進而降低該曝氣池所在單元的厭氧池的配水水量，直至該曝氣池所在單元的厭氧池的配水水量低至所述最低值Q5，保持所述最低值Q5的配水水量不變；當曝氣池的氣水比計算值＞C2時，利用所述控制子系統調整所述配水渠后流量控制單元進而提高該曝氣池所在單元的厭氧池的配水水量，直至該曝氣池所在單元的厭氧池的配水水量高至所述最高值Q6，保持所述最高值Q6的配水水量不變；（8）在所述脫氧池中，所述脫氧池的出水一部分回流至同單元的所述缺氧池，其余部分送入所述二沉池；在所述二沉池中，所述二沉池的底部的至少部分液體作為回流液體送入同系列的所述混合池。
2.根據權利要求1所述的污水處理負荷均衡配水方法，其中，所述混合池和所述預缺氧池合并為一池或各自單獨設置；所述系統還包括多系列出水渠，各脫氧池的出水管路匯集至出水渠后進一步連接至二沉池。
3.根據權利要求1所述的污水處理負荷均衡配水方法，其中，所述分期除砂池的期數為2-n期；每期除砂池的出水管路連接2-n個分系列處理模塊，每個分系列處理模塊的出水管路連接2-n個生物池單元。
4.根據權利要求1所述的污水處理負荷均衡配水方法，其中，所述預設時間為3-10h。
5.根據權利要求1所述的污水處理負荷均衡配水方法，其中，所述系統共包括4個分系列處理模塊，在步驟（3）的第二比例控制模式中，各分系列處理模塊內的初沉池之間的配水比例為（w+j*a）：（x+k*b）：（y+l*c）：（z+m*d）=e：f：g：h，其中：e，f，g，h分別為設定的各初沉池的配水比例；w，x，y，z分別為各初沉池前流量控制單元的水流量數據，w，x，y，z總和為總水量；a，b，c，d分別為與各初沉池連接的后續生物池單元的停運個數；j，k，l，m為系數，所述j、k、l、m各自獨立地取值為0.3-0.6。
6.根據權利要求1所述的污水處理負荷均衡配水方法，其中，在所述脫氧池中，回流至所述缺氧池的混合液量和總進水水量的比為80%~350%：100%；在所述二沉池中，回流混合液量和總進水水量比為50%~150%：100%。
7.根據權利要求1所述的污水處理負荷均衡配水方法，其中，所述初沉池的水力停留時間為0.5~2.5h；所述預缺氧池的水力停留時間為0.3~0.8h；所述厭氧池的水力停留時間為0.3~2h；所述缺氧池的水力停留時間為2~5h；所述曝氣池的水力停留時間為6~10h。
8.根據權利要求1所述的污水處理負荷均衡配水方法，其中，還包括步驟（9）：各脫氧池的出水經出水渠匯集后進入二沉池。
9.根據權利要求1所述的污水處理負荷均衡配水方法，其中，所述方法還包括：重復步驟（1）-（8）。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種污水處理負荷均衡配水系統和方法。本發明實現了均衡各時間段生物池處理負荷，調配各系列、各池組間水量分布，形成多級聯動配水技術，有效消除各單元水量分配不均的問題。結合污泥濃度和處理負荷等參數作為調控依據，同時兼顧生化池中每年定期大修的部分池組進行聯動調度，充分發揮各池組處理能力，穩定出水水質。
為了實現上述目的，本發明提供了一種污水處理負荷均衡配水系統，所述系統包括：至少一個抽升泵、至少一個配水井、分期除砂池、分系列處理模塊、分單元生物池、分系列二沉池、以及控制子系統；
所述抽升泵的出水管路與配水井連通，所述配水井的出水管路與每期除砂池連通，每期除砂池的出水管路連接至少一個分系列處理模塊，每個分系列處理模塊的出水管路連接至少一個生物池單元；
每期除砂池的進水管路上設置有除砂池前流量控制單元；每期除砂池的進氣管路上設置有除砂池鼓風機流量控制單元；
每個分系列處理模塊包括初沉池、混合池、預缺氧池和配水渠；
每個初沉池前均設置有初沉池前流量控制單元；每期除砂池的出水管路分為兩路，一路依次通過除砂池后主管流量控制單元和初沉池前流量控制單元與所述初沉池連接，另一路通過除砂池后支管流量控制單元與所述混合池、預缺氧池和配水渠依次連接；所述初沉池通過初沉池后支管流量控制單元與預缺氧池連接；每個生物池單元包括依次連接的厭氧池、缺氧池、曝氣池和脫氧池；每個厭氧池前均通過設置的配水渠后流量控制單元與配水渠連接；
所述脫氧池的出水管路分為兩路，一路連接至二沉池，另一路通過內回流流量控制單元與同單元的缺氧池連接；所述二沉池底部通過外回流流量控制單元與所述混合池連接；
所述曝氣池設置有曝氣池鼓風機流量控制單元；
所述控制子系統分別與各控制單元連接。
根據本發明，優選地，所述混合池和所述預缺氧池合并為一池或各自單獨設置。
根據本發明，優選地，所述系統還包括多系列出水渠，各脫氧池的出水管路匯集至出水渠后進一步連接至二沉池。
根據本發明，優選地，所述分期除砂池的期數為2-n期；每期除砂池的出水管路連接2-n個分系列處理模塊，每個分系列處理模塊的出水管路連接2-n個生物池單元。
本發明另一方面提供了一種污水處理負荷均衡配水方法，所述方法采用上述的系統，包括如下步驟：
(1)將總進水通過所述抽升泵提升至所述配水井為各期配水；所述控制子系統每隔預設時間對所述系統的配水情況進行數據分析與控制；
(2)在所述除砂池的配水中，所述控制子系統通過除砂池前流量控制單元對所述除砂池的配水情況進行控制、通過除砂池鼓風機流量控制單元給所述除砂池供氣，所述控制可選擇采用第一恒水量運行模式、第一比例控制模式或氣水比控制模式；
所述第一恒水量運行模式包括：通過所述控制子系統設置各期除砂池的配水水量，利用所述控制子系統依次調整所述除砂池前流量控制單元和抽升泵，使各期除砂池的配水水量在預設水量±n1％范圍內，n1％為預設誤差；
所述第一比例控制模式包括：通過所述控制子系統收集各期除砂池前流量控制單元的水流量數據并設置各期除砂池的配水比例，利用各期除砂池前流量控制單元調整水量，使各期除砂池之間的配水比例在預設比例±n2％范圍內，n2％為預設誤差；
所述氣水比控制模式包括：所述控制子系統根據所述除砂池鼓風機流量控制單元和除砂池前流量控制單元輸入到所述控制子系統內的輸氣量數據和水流量數據計算得到各期除砂池的氣水比計算值；所述控制子系統設置各期除砂池的氣水比的上限A2和下限A1，以及各期除砂池的配水水量最低值Q1和最高值Q2；當A1≤除砂池的氣水比計算值≤A2時，保持該期子系統內的除砂池的配水水量不變；當除砂池的氣水比計算值＜A1時，利用所述控制子系統調整相應的除砂池前流量控制單元進而降低該除砂池的配水水量，直至該除砂池的配水水量低至所述最低值Q1，保持所述最低值Q1的配水水量不變；當除砂池的氣水比計算值＞A2時，利用所述控制子系統調整相應的除砂池前流量控制單元進而提高該除砂池的配水水量，直至該除砂池的配水水量高至所述最高值Q2，保持所述最高值Q2的配水水量不變；
(3)在所述初沉池的配水中，所述控制子系統通過初沉池前流量控制單元對所述初沉池的配水情況進行控制，所述控制可選擇采用第二恒水量運行模式、第二比例控制模式或表面負荷控制模式；
所述第二恒水量運行模式包括：通過所述控制子系統設置各分系列處理模塊內的初沉池的配水水量，利用所述控制子系統調整所述初沉池前流量控制單元，使各初沉池的配水水量在預設水量±n3％范圍內，n3％為預設誤差；所述初沉池前流量控制單元調整完畢后，來自所述除砂池的多余水量通過所述除砂池后支管流量控制單元進入所述混合池；
所述第二比例控制模式包括：通過所述控制子系統收集各初沉池前流量控制單元的水流量數據和與該初沉池連接的后續生物池單元的啟停情況數據、并設置各初沉池的配水比例，利用所述控制子系統按照公式1計算結果調整各分系列處理模塊內的初沉池前流量控制單元，使各分系列處理模塊內的初沉池之間的配水比例在預設比例±n4％范圍內，n4％為預設誤差；所述公式1為(Mw+Mj*Ma)＝Me，其中：Me為設定的某初沉池的配水比例；Mw為對應的該初沉池前流量控制單元的水流量數據；Ma為與該初沉池連接的后續生物池單元的停運個數；Mj為系數，優選地，所述系數取值為0.3-0.6；
所述表面負荷控制模式包括：所述控制子系統根據所述初沉池前流量控制單元輸入到所述控制子系統內的水流量數據計算得到各分系列處理模塊內的初沉池的表面負荷；所述控制子系統設置各分系列處理模塊內的初沉池的表面負荷的上限B2和下限B1，以及各分系列處理模塊內的初沉池的配水水量最低值Q4和最高值Q3；當B1≤初沉池的表面負荷的計算值≤B2時，保持該初沉池的配水水量不變；當初沉池的表面負荷的計算值＜B1時，利用所述控制子系統調整相應的初沉池前流量控制單元進而提高該初沉池的配水水量，直至該初沉池的配水水量高至所述最高值Q3，保持所述最高值Q3的配水水量不變；當初沉池的表面負荷的計算值＞B2時，利用所述控制子系統調整相應的初沉池前流量控制單元進而降低該初沉池的配水水量，直至該初沉池的配水水量低至所述最低值Q4，保持所述最低值Q4的配水水量不變；
所述初沉池前流量控制單元調整完畢后，來自所述除砂池的多余水量通過所述除砂池后支管流量控制單元進入所述混合池；
(4)在所述混合池中，將來自所述二沉池底部的回流液體和來自所述除砂池后支管流量控制單元的除砂池出水混合并依次送入所述預缺氧池、配水渠和配水渠后流量控制單元；
(5)將步驟(3)的初沉池的出水通過所述初沉池后支管流量控制單元依次送入所述預缺氧池、配水渠和配水渠后流量控制單元；
(6)將配水渠后流量控制單元的出水送入所述厭氧池；
(7)在所述厭氧池的配水中，所述控制子系統通過配水渠后流量控制單元對所述厭氧池的配水情況進行控制，所述控制可選擇采用第三恒水量運行模式、第三比例控制模式或第二氣水比控制模式；
所述第三恒水量運行模式包括：通過所述控制子系統設置各厭氧池的配水水量，利用所述控制子系統調整所述配水渠后流量控制單元，使各厭氧池的配水水量在預設水量±n5％范圍內，n5％為預設誤差；
所述第三比例控制模式包括：通過所述控制子系統收集各厭氧池前連接的配水渠后流量控制單元的水流量數據并設置各厭氧池的配水比例，利用所述控制子系統調整各厭氧池前連接的配水渠后流量控制單元，使各厭氧池之間的配水比例在預設比例±n6％范圍內，n6％為預設誤差；
所述第二氣水比控制模式包括：所述控制子系統根據所述曝氣池鼓風機流量控制單元和配水渠后流量控制單元輸入到所述控制子系統內的輸氣量數據和水流量數據計算得到各曝氣池的氣水比計算值；所述控制子系統設置各曝氣池的氣水比的上限C2和下限C1，以及各厭氧池的配水水量最低值Q5和最高值Q6；當C1≤曝氣池的氣水比計算值≤C2時，保持該曝氣池所在單元的厭氧池的配水水量不變；當曝氣池的氣水比計算值＜C1時，利用所述控制子系統調整所述配水渠后流量控制單元進而降低該曝氣池所在單元的厭氧池的配水水量，直至該曝氣池所在單元的厭氧池的配水水量低至所述最低值Q5，保持所述最低值Q5的配水水量不變；當曝氣池的氣水比計算值＞C2時，利用所述控制子系統調整所述配水渠后流量控制單元進而提高該曝氣池所在單元的厭氧池的配水水量，直至該曝氣池所在單元的厭氧池的配水水量高至所述最高值Q6，保持所述最高值Q6的配水水量不變；
(8)在所述脫氧池中，所述脫氧池的出水一部分回流至同單元的所述缺氧池，其余部分送入所述二沉池；在所述二沉池中，所述二沉池的底部的至少部分液體作為回流液體送入同系列的所述混合池。
根據本發明，優選地，所述預設時間為3-10h。
根據本發明，優選地，所述系統共包括4個分系列處理模塊，在步驟(3)的第二比例控制模式中，各分系列處理模塊內的初沉池之間的配水比例為(w+j*a)：(x+k*b)：(y+l*c)：(z+m*d)＝e：f：g：h，其中：
e，f，g，h分別為設定的各初沉池的配水比例；
w，x，y，z分別為各初沉池前流量控制單元的水流量數據，w，x，y，z總和為總水量；
a，b，c，d分別為與各初沉池連接的后續生物池單元的停運個數；
j，k，l，m為系數，優選地，所述j、k、l、m各自獨立地取值為0.3-0.6。
根據本發明，優選地，在所述脫氧池中，回流至所述缺氧池的混合液量和總進水水量的比為(80％～350％)：100％。
根據本發明，優選地，在所述二沉池中，所述回流混合液量和總進水水量比為(50％～150％)：100％。
根據本發明，優選地，所述初沉池的水力停留時間為0.5～2.5h。
根據本發明，優選地，所述預缺氧池的水力停留時間為0.3～0.8h。
根據本發明，優選地，所述厭氧池的水力停留時間為0.3～2h。
根據本發明，優選地，所述缺氧池的水力停留時間為2～5h。
根據本發明，優選地，所述曝氣池的水力停留時間為6～10h。
根據本發明，優選地，所述步驟(9)還包括：各脫氧池的出水經出水渠匯集后進入二沉池。
根據本發明，優選地，所述方法還包括：重復步驟(1)-(8)。
本發明的技術方案的有益效果如下：
(1)本發明開發了多級聯動配水技術，實現總進水-各期-各系列-各生物池單元多級聯動，同時實現除砂池、初沉池和生物池多模式運行，實現在時間和空間上均衡水力負荷分配，為微生物的降解過程提供相對穩定的進水環境，對污水處理單元的穩定運行具有重要意義。
(2)傳統設計一般采用各生物池單獨進水和進泥，通過分別調整進水量和進泥量實現各單元F/M控制，容易造成各單元F/M負荷不均衡，過高和過低的F/M都會影響微生物活性和處理效果，從而制約水廠整體處理效能的發揮。本發明提出了進水和回流污泥前置混合反應優化配水方法，見下圖2，將二沉池的回流液體和初沉池的出水集中改至前段混合池和預缺氧池進行完全混合，再將前置混合液在各系列生化池均衡分配，從污泥濃度、生物池進水負荷、好氧池DO三方面保障系統微生物活性均衡。
(3)本發明中具有污水污泥協同前-分層調節配水控制系統，可以實現系統污泥濃度和負荷均衡模式運行，實現系統總進水-各期-各系列-各生物池單元多級聯動和污水污泥前-分層調節配水協同控制，在時間、空間上實現各單元水力負荷和活性污泥的均衡分配，降低生物池沖擊負荷，強化生物反應效率，確保生物脫氮除磷系統整體處于高效穩定狀態。
（發明人：焦二龍;王佳偉;樊鵬超;蔣勇;張榮兵;李東輝;袁星;孟曉宇）
