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季節性菌種保藏恢復用廢水厭氧生物處理系統及應用

發布時間:2020-5-22 8:14:16  中國污水處理工程網

  申請日2020.01.08

  公開(公告)日2020.05.08

  IPC分類號C02F9/14; C02F3/28

  摘要

  一種用于季節性菌種保藏恢復的廢水厭氧生物處理系統及應用,該廢水厭氧生物處理系統,包括進水裝置,其輸入待處理廢水;厭氧生物處理裝置,用于對待處理廢水厭氧生物處理;后續處理裝置,將經過厭氧生物處理裝置的廢水進一步處理;監測裝置,用于監測厭氧生物處理裝置中混合液的參數并輸出,以及控制裝置,基于所述監測裝置輸出的包含參數值的信號來控制所述厭氧生物處理裝置中的伺服部件,從而調節對應的參數。本工藝反應器構造簡單便于維護,操作邏輯簡潔,運行操作與維護簡單,人工要求少,易于實現自動化控制。

  權利要求書

  1.一種廢水厭氧生物處理系統,其特征在于,包括:

  進水裝置,其輸入待處理廢水;

  厭氧生物處理裝置,用于對待處理廢水厭氧生物處理;

  后續處理裝置,將經過厭氧生物處理裝置的廢水進一步處理;

  監測裝置,用于監測厭氧生物處理裝置中混合液的參數并輸出;以及

  控制裝置,基于所述監測裝置輸出的包含參數值的信號來控制所述厭氧生物處理裝置中的伺服部件,從而調節對應的參數。

  2.根據權利要求1所述的廢水厭氧生物處理系統,其特征在于,

  所述監測裝置包括:

  產氣速率傳感器,用于監測厭氧生物處理裝置內沼氣的產氣速率;

  pH傳感器,用于監測厭氧生物處理裝置內混合液的pH;

  溫度傳感器,用于監測厭氧生物處理裝置內混合液的溫度;以及

  液位傳感器,用于監測厭氧生物處理裝置內混合液的液位。

  3.根據權利要求1或2所述的廢水厭氧生物處理系統,其特征在于,

  所述控制裝置執行如下邏輯:

  當日累計產氣量或產氣速率降低到正常運行值或設計值的1/3以下時,判定廢水處理系統進入季節性間歇運行階段;

  當監測到所述厭氧生物處理裝置的產氣速率小于0.5至2.2m3CH4/m3·d或小于監測當天前一天產氣速率平均值的1/2至1/5時開始進水;

  當監測到所述混合液的pH小于6.9至7.3或ΔpH>0.2至0.7時停止進水,其中,ΔpH為單位時間內pH變化的絕對值;

  當監測到所述厭氧生物處理裝置的產氣速率小于或等于0.05至1.5m3CH4/m3·d時,提高進水量,再次進入厭氧生物處理裝置的產氣速率的邏輯判定,當監測到所述厭氧生物處理裝置的液位值大于液位保護值時,降低水位,進入間歇運行階段;

  當監測到所述厭氧生物處理裝置的產氣速率>0.05至1.5m3CH4/m3·d2時,循環結束,返回正常運行階段;

  其中,所述降低水位步驟中,降低至厭氧生物處理裝置中液位保護值的1/10至1/2。

  4.根據權利要求1所述的廢水厭氧生物處理系統,其特征在于,

  所述厭氧生物處理裝置包括用于調節反應器溫度的溫度調節單元;

  其中,所述厭氧生物處理裝置的溫度為21至39℃。

  5.根據權利要求1所述的廢水厭氧生物處理系統,其特征在于,

  所述的進水裝置包括進水池和進水單元,所述控制裝置控制進水單元從進水池向厭氧生物處理裝置輸送待處理廢水;

  其中,所述進水池有效容積滿足2至12小時的最大小時流量。

  6.根據權利要求1所述的廢水厭氧生物處理系統,其特征在于,

  所述厭氧生物處理裝置由一個或多個厭氧生物處理單元單獨或組合構成。

  7.根據權利要求1所述的廢水厭氧生物處理系統,其特征在于,

  所述厭氧生物處理裝置設有減少厭氧污泥流失的三相分離器或膜分離結構。

  8.根據權利要求1所述的廢水厭氧生物處理系統,其特征在于,

  所述控制裝置根據厭氧生物處理裝置所處的動力學階段控制進水;

  所述廢水厭氧生物處理系統處于間歇運行階段時進水循環周期為2至30天/次。

  9.一種邏輯控制單元,其特征在于,所述邏輯控制單元用于執行如下邏輯:

  當日累計產氣量或產氣速率降低到正常運行值或設計值的1/3以下時,判定廢水處理系統進入季節性間歇運行階段;

  當監測到所述厭氧生物處理裝置的產氣速率小于0.5至2.2m3CH4/m3·d或小于監測當天前一天產氣速率平均值的1/2至1/5時開始進水;

  當監測到所述混合液的pH小于6.9至7.3或ΔpH>0.2至0.7時停止進水,其中,ΔpH為單位時間內pH變化的絕對值;

  當監測到所述厭氧生物處理裝置的產氣速率小于或等于0.05至1.5m3CH4/m3·d時,提高進水量,再次進入厭氧生物處理裝置的產氣速率的邏輯判定,當監測到所述厭氧生物處理裝置的液位值大于液位保護值時,降低水位,進入間歇運行階段;

  當監測到所述厭氧生物處理裝置的產氣速率>0.05至1.5m3CH4/m3·d2時,循環結束,返回正常運行階段;

  其中,所述降低水位步驟中,降低至厭氧生物處理裝置中液位保護值的1/10至1/2;

  其中,所述邏輯控制單元是PLC、FPGA、單片機、單板機、電腦或服務器。

  10.如權利要求1至8任一項所述廢水厭氧生物處理系統在污水處理方面的應用。

  說明書

  用于季節性菌種保藏恢復的廢水厭氧生物處理系統及應用

  技術領域

  本發明屬于污水生物處理技術領域,特別涉及一種用于季節性菌種保藏恢復的廢水厭氧生物處理系統及應用。

  背景技術

  厭氧消化能夠有效地從高濃度有機廢水中實現同步回收能源和污染物去除,是一種綠色的污水資源化技術,在高濃度有機廢水處理和資源化領域極具潛力。我國巨大的工業體量形成的工業廢水排放,隨著污染源在線連續監測能力的迅速提升,日益受到公眾廣泛關注;農副食品加工業等由于原材料限制形成的季節性間歇污水排放源,近來也加速納入排放監管和排污許可證管理體系中,對季節性間歇污水穩定達標的要求迅速提高。同時,不斷延長和相互依存的產業鏈、周期性過剩的局部產能等宏觀經濟發展和產業鏈升級中的陣痛,也使工業廢水間歇排放問題日益突出,直接影響廢水處理系統的穩定達標排放和環境法規監管,使季節性間歇排放廢水的穩定達標已經不僅是傳統農副食品加工業廢水的局部問題,甚至成為制約產業發展的全局環境約束問題。環境和產業形勢的快速變化,對季節性廢水厭氧生物處理裝置的菌種保藏形成極大挑戰。厭氧消化是一種極具潛力的污水生物處理技術,區別于正常運行階段,季節性廢水間歇排放階段的厭氧生物處理的重要目標是菌種保藏而不是達標處理和污泥減量,因而能夠迅速適應環境和產業形勢的變化,是季節性間歇排放廢水穩定達標的關鍵技術。

  菌種保存階段由于不同于達標運行階段的工藝目標,其運行策略亟需針對菌種保藏目標進行優化。以穩定達標和高效污染物去除為目標的達標運行技術在污水處理中已經有明確的運行策略和經驗值,但是在菌種保藏階段中仍不清楚,影響季節性間歇排水污水處理系統的持續運行,造成系統崩潰、重新接種和達標率降低等問題。污水降解過程中的污泥增殖曲線分為四個時期:停滯期(適應期)、對數增殖期、減數增殖期(穩定期)和內源呼吸期(衰亡期),表現為對應的動力學階段:滯后期、零級反應階段、一級反應階段和難降解底物限速階段。通常季節性廢水采用長期低負荷策略維持系統運行,導致厭氧污泥長期處于內源呼吸期,不可避免的使大量厭氧菌休眠和衰亡,導致菌種無法保藏。根據厭氧微生物總量變化的四階段特征,如果能夠適當地控制系統的進水負荷,通過間歇進水給予沖擊負荷,間歇使菌種保藏在增殖期-內源呼吸期交替、避免厭氧污泥長期處于內源呼吸期而不斷衰亡,那么季節性廢水厭氧生物處理裝置的菌種就能夠得到有效的保藏,實現季節性廢水厭氧生物處理裝置的持續穩定運行。

  進水負荷可以有效地控制厭氧消化的動力學階段。季節性間歇廢水負荷調控較為突出的難點是總的負荷受到進水量的制約,難以保持在厭氧微生物增殖期。例如,正常運行處于厭氧污泥增殖期的厭氧反應器運行負荷應穩定在(1~8kg COD m-3d-1),但間歇排放時負荷不足導致厭氧菌種處于內源呼吸期而衰亡,F有研究表明該動力學過程受到進水負荷的影響,包括:進水量、進水COD和進水策略等。其中,進水COD取決于來水情況調節難度和成本較高;進水量受來水情況影響較大,在調節池運行范圍內可以進行一定的調節;如果與進水策略相結合,調節范圍及其對運行負荷和動力學階段的調控能力可以進一步有效擴大。因此,有必要對間歇廢水厭氧處理進水策略的負荷控制系統進行研究和提出專利方法。

  根據常規在線監測指標判斷厭氧消化所處的動力學階段,是厭氧消化過程中,把季節性間歇廢水厭氧消化動力學過程間歇地提高到增殖期的核心技術之一。季節性間歇廢水厭氧處理低負荷的關鍵原因包括①進水水質波動大,②生物量較低。由于負荷不足,季節性間歇廢水在停產階段的污泥濃度往往遠低于正常運行階段,導致保持足夠量的厭氧污泥成為厭氧處理菌種保藏的關鍵挑戰:足夠的負荷受到進水量的限制難以達到,過低負荷導致厭氧系統的污泥進入內源呼吸階段而衰亡。菌種衰亡導致厭氧處理重新啟動困難、COD去除率降低,必須進行進一步處理才能達標,阻礙了厭氧處理的持續運行。因此,根據季節性廢水厭氧處理菌種保藏的要求,適宜菌種保藏的進水控制策略具有如下特點:監測系統簡單、動力學階段判斷準確、負荷控制精準。

  發明內容

  有鑒于此,本發明的主要目的之一在于提出一種用于季節性菌種保藏恢復的廢水厭氧生物處理系統及應用,以期至少部分地解決上述技術問題中的至少之一。

  為了實現上述目的,作為本發明的一個方面,提供了一種用于季節性菌種保藏恢復的廢水厭氧生物處理系統,包括:

  進水裝置,其輸入待處理廢水;

  厭氧生物處理裝置,用于對待處理廢水厭氧生物處理;

  后續處理裝置,將經過厭氧生物處理裝置的廢水進一步處理;

  監測裝置,用于監測厭氧生物處理裝置中混合液的參數并輸出,以及

  控制裝置,基于所述監測裝置輸出的包含參數值的信號來控制所述厭氧生物處理裝置中的伺服部件,從而調節對應的參數。

  作為本發明的另一個方面,還提供了一種邏輯控制單元,所述邏輯控制單元用于執行如下邏輯:

  當日累計產氣量或產氣速率降低到正常運行值或設計值的1/3以下時,判定廢水處理系統進入季節性間歇運行階段;

  當監測到所述厭氧生物處理裝置的產氣速率小于0.5至2.2m3CH4/m3·d或小于監測當天前一天產氣速率平均值的1/2至1/5時開始進水;

  當監測到所述混合液的pH小于6.9至7.3或ΔpH>0.2至0.7時停止進水,其中,ΔpH為單位時間內pH變化的絕對值;

  當監測到所述厭氧生物處理裝置的產氣速率小于或等于0.05至1.5m3CH4/m3·d時,提高進水量,再次進入厭氧生物處理裝置的產氣速率的邏輯判定,當監測到所述厭氧生物處理裝置的液位值大于液位保護值時,降低水位,進入間歇運行階段;

  當監測到所述厭氧生物處理裝置的產氣速率>0.05至1.5m3CH4/m3·d2時,循環結束,返回正常運行階段。

  作為本發明的又一個方面,還提供了一種如上所述廢水厭氧生物處理系統在污水處理方面的應用。

  基于上述技術方案可知,本發明的用于季節性菌種保藏恢復的廢水厭氧生物處理系統及應用相對于現有技術至少具有以下優勢之一:

  1、本工藝反應器構造簡單便于維護,操作邏輯簡潔,運行操作與維護簡單,人工要求少,易于實現自動化控制;

  2、基于產氣速率及其變化率的動力學階段監測便于實施,無需額外儀表用戶成本低,簡便易行、便于推廣;

  3、產氣速率-pH控制模式可將間歇階段厭氧污泥保持在增殖期,維持較高的生物量和生物活性,易于實現快速恢復運行;

  4、本發明可用于農副食品加工廢水等季節性廢水、間歇生產的工業廢水等的厭氧處理系統菌種保藏恢復。(發明人郁達偉;王拓;魏源送;陳梅雪;梁玉帥;張青青)

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