一种污水处理智慧系统和方法

本发明属于污(废)水处理，具体而言，涉及一种污水处理智慧系统和方法。

背景技术：

1、面临日益趋严的污水排放标准，碳源往往是影响污水厂生物脱氮除磷的关键，诸多污水厂面临着外加碳源的需求，而外购碳源将增加污水处理的运行成本。剩余污泥是一种具有较高资源回收价值的有机废弃物。通常采用厌氧发酵或厌氧消化工艺来实现污泥的资源化，产物以挥发性脂肪酸(vfas)和生物甲烷为主。相比甲烷，挥发性脂肪酸储存、运输、直接回用于水厂都更加便捷。

2、然而，以合流制为主要管网收集方式的污水处理厂，进水中无机颗粒物较多，由此导致污泥中有机质含量较低。针对该类型污泥，即使通过一些物理、化学手段来实现微生物的细胞破壁，由于污泥本身有机质浓度不高，即使破壁后也无法提供足够的基质用于产酸。

3、同时，剩余污泥的处理处置也是困扰污水厂运维的主要问题之一，预计2025年我国污泥年产量将突破9000万吨，以填埋等方式为主的污泥处置并不是一条经济可持续的路线，开发污泥原位减量技术实现剩余污泥长期稳定的处理处置迫在眉睫。

4、再者，目前污水厂碳源在不同工艺单元的分配不够精细化，造成了碳源的浪费，也无法实现较好的出水水质和节能增效。

5、因此，亟需开发一种同步实现污泥内碳源挖掘与原位减量的污水处理智慧系统。

技术实现思路

1、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

2、一种污水处理智慧系统，包括依次设置的厌氧池、缺氧池和好氧池，所述厌氧池的进水口与进水管线连接，所述好氧池的出水口通过二级进水管线与二沉池的进水口连接，所述二沉池的出水口连接有二级出水管线，其中，所述好氧池设置有曝气组件，所述好氧池的底部通过内回流管线与所述缺氧池连通，用于将带溶解态硝氮污泥从好氧池回流至缺氧池；所述二沉池的底部通过外回流管线与所述厌氧池连通，用于将二沉池底部的污泥回流至厌氧池；

3、所述系统还包括：

4、用于对不同性质的污泥絮体进行定向分离的筛选装置，所述筛选装置的进口均通过进泥管线与所述外回流管线连通；所述进泥管线依次设置有提升泵和第一电动阀；所述筛选装置的顶部设置有溢流口，所述溢流口连接有溢流管线；所述溢流管线设置有第二电动阀；所述筛选装置的底部设置有底流口，所述底流口通过底流管线与所述厌氧池连通；

5、用于对筛选装置溢流出的污泥进行高效浓缩的污泥浓缩装置，所述污泥浓缩装置的进口与所述溢流管线远离所述筛选装置的一端连通；所述污泥浓缩装置的底部设置有排泥口，所述排泥口连接有排泥管线；所述排泥管线设置有排泥泵；

6、厌氧发酵罐，所述厌氧发酵罐的进口端通过第一浓缩污泥管线与所述排泥管线远离所述污泥浓缩装置的一端连通，所述第一浓缩污泥管线设置有第三电动阀；

7、污泥脱水间，所述污泥脱水间的第一进口端通过第二浓缩管线与所述排泥管线远离所述污泥浓缩装置的一端连通，所述第二浓缩管线设置有第四电动阀；所述污泥脱水间的第二进口端通过厌氧污泥排泥管线与所述厌氧发酵罐的输出端连接；所述厌氧污泥排泥管线设置有第五电动阀；

8、所述进水管线、所述缺氧池、所述好氧池、所述二级进水管线、所述溢流管线、所述排泥管线、所述厌氧发酵罐、所述二级出水管线均设置有检测仪；所述进泥管线和所述底流管线均设置有压力表；所述进水管线、所述进泥管线、所述底流管线、所述溢流管线、所述外回流管线、所述排泥管线、所述厌氧污泥排泥管线均设置有电子流量计；

9、智控装置，所述智控装置分别与所述检测仪、所述压力表、所述电子流量计、所述提升泵、所述排泥泵、所述第一电动阀、所述第二电动阀、所述第三电动阀、所述第四电动阀、所述第五电动阀信号连接。

10、进一步地，所述污泥浓缩装置包括污泥浓缩池，所述污泥浓缩池的顶部设置有与所述溢流管线连通的污泥浓缩池进口；所述污泥浓缩池的底部设置有与所述排泥管线连接的排泥口；

11、所述污泥浓缩池内设置有用于实现污泥的导流、沉淀和浓缩的动态膜组器，所述动态膜组器与所述污泥浓缩池进口通过导流板隔开；所述导流板的一端与所述污泥浓缩池的顶壁连接，所述导流板的另一端与所述污泥浓缩池的底壁平行。

12、进一步地，所述导流板距所述污泥浓缩池进口和排泥口的比例为1：5；所述动态膜组器是由纤维状滤布附在多孔支撑管外层构成；所述动态膜组器通过动态膜产水管线与所述二级进水管线连通；所述动态膜产水管线通过动态膜反冲洗管线与所述二级出水管线连通；

13、所述动态膜产水管线设置有提升泵、检测仪、压力表、电子流量计和第六电动阀；所述提升泵、所述检测仪、所述压力表、所述电子流量计和所述第六电动阀均与所述智控装置信号连接。

14、进一步地，所述第一浓缩污泥管线还连接有加药装置，所述加药装置包括加药罐，所述加药罐通过加药管线与所述第一浓缩污泥管线连通；所述加药管线设置有加药计量泵、第七电动阀和检测仪；所述加药计量泵、所述第七电动阀和所述检测仪均与所述智控装置信号连接。

15、进一步地，所述厌氧发酵罐内设置有微滤膜组器，所述微滤膜组器通过厌氧发酵滤液管线分别与所述缺氧池、所述厌氧池连接；所述厌氧发酵滤液管线与所述缺氧池、所述厌氧池连接处分别设置有第八电动阀、第九电动阀；所述厌氧发酵滤液管线设置有自吸泵、检测仪、压力表、电子流量计；所述自吸泵、所述检测仪、所述压力表、所述电子流量计、所述第八电动阀和所述第九电动阀均与所述智控装置信号连接。

16、一种污水处理智慧系统的使用方法，包括以下步骤：

17、s1、预处理后的污水经进水管线依次经过所述厌氧池、所述缺氧池、所述好氧池、所述二沉池，并在所述二沉池内完成泥水分离，处理后的清水由所述二级出水管线流出；

18、s2、所述好氧池中的污泥带着溶解态硝氮经所述内回流管线回流至所述缺氧池；所述二沉池底部的污泥经所述外回流管线回流至所述厌氧池；

19、s3、污泥筛选；启动进泥管线上的提升泵，打开第一电动阀，将外回流管线中部分污泥经进泥管线输送至所述筛选装置；所述智控装置根据所检测的数据决定是否启动所述筛选装置；其中，密度较小、中位粒径较小、有机质含量较高的污泥絮体由所述溢流口输出；密度较大、中位粒径较大、无机质含量较高的污泥絮体由所述底流口回流至所述厌氧池的前端；

20、s4、污泥浓缩；打开第二电动阀，由所述溢流口输出的污泥经溢流管线进入污泥浓缩池；其中，所述导流板距所述污泥浓缩池进口和所述排泥口的比例为1：5，则污泥的水力停留时间之比为1：5；启动所述动态膜产水管线的提升泵，打开所述第六电动阀，在所述动态膜产水管线的提升泵的作用下，完成成膜、过滤出水、反冲洗步骤；其中，动态膜产水通过所述动态膜产水管线汇聚至所述二级进水管线上，浓缩后的污泥经所述排泥口排出；通过切换所述第三电动阀和所述第四电动阀，将所述排泥口排出的污泥分为两路，一路进入所述第一浓缩污泥管线；另一路经所述第二浓缩污泥管路进入所述污泥脱水间；

21、s5、强化厌氧发酵；进入到所述第一浓缩污泥管线的污泥输送至所述厌氧发酵罐中；其中，所述加药罐中盛有污泥破壁的药剂，在所述加药计量泵的作用下，药剂输送至所述第一浓缩污泥管线里，在所述第一浓缩污泥管线中与污泥混合，并进入所述厌氧发酵罐中进行发酵；

22、s6、碳源再分配；发酵完毕后，启动所述自吸泵，通过智控装置中的数据分析发酵液中的物质，进行选择打开第八电动阀或/和第九电动阀，使发酵液经所述厌氧发酵滤液管线回流至缺氧池或/和厌氧池中；发酵结束的污泥经所述厌氧污泥排泥管线进入所述污泥脱水间。

23、进一步地，步骤s3中启动所述筛选装置的判定条件为：

24、当或时，启动所述筛选装置；

25、当或时，关闭筛选装置，其中，sv30为好氧池中沉降30min后污泥所占的体积百分比；

26、其中，启动所述筛选装置后，所述筛选装置的运行条件为：

27、

28、

29、其中，为进泥管线的平均流量，为溢流管线的平均流量，为进泥管线的平均压力值，为底流管线的平均压力值。

30、进一步地，步骤s4中动态膜产水管线的运行条件为：

31、成膜、过滤出水、反冲洗的流量分别为q7-1、q7-2和q7-3，成膜、过滤出水、反冲洗的流量比为q7-1：q7-2：q7-3＝(3-5)：1：(3-5)；此时，初始成膜阶段，以较大的抽吸力将污泥絮体迅速吸附在滤布表面成膜，时间为10min；待成膜后，再在较小的流量下过滤出水，保证抽吸力小而稳定，尽量不破坏动态膜层，产水时间为30min；产水结束后，经动态膜反冲洗管线反冲洗10min；同时，动态膜产水管线的压力值p3＜30kpa；

32、步骤s4中的排泥条件为：

33、当时，打开第三电动阀或第四电动阀，排出污泥；其中，为溢流管线中污泥浓度平均值，为排泥管线中污泥浓度平均值。

34、进一步地，步骤s5中强化厌氧发酵的工作条件为：

35、3d≤srtaf≤5d

36、phaf≤10±0.5

37、-300mv＜orpaf≤-200mv

38、p4≤20kpa

39、其中，srtaf为污泥在绝对厌氧条件下污泥停留时间，d为天数，phaf为厌氧发酵罐的ph值，orpaf为厌氧发酵罐氧化还原电位，p4为厌氧发酵滤液管线的压力值。

40、进一步地，步骤s6中碳源分配方案为：

41、当nh4-no+no3-no＞ns时，打开第八电动阀，关闭第九电动阀，此时，发酵液经所述厌氧发酵滤液管线回流至缺氧池中；

42、其中，碳源补充的流量q10为：

43、

44、此时，同步控制曝气装置，使好氧池的曝气值小于

45、

46、好氧池的0.5mg/l<do<2mg/l；

47、其中，codin为在cod检测仪中进水读数，codaf为在cod检测仪中厌氧发酵液读数，分别为好氧池末端的氨氮和硝氮浓度；ns为tn排放标准，ea为曝气器的氧利用率；do为好氧池中的溶解氧；

48、当nh4-no+no3-no＜ns时，打开第九电动阀，关闭第八电动阀，此时，发酵液经所述厌氧发酵滤液管线回流至厌氧池中；

49、当nh4-no+no3-no＝ns时，关闭第八电动阀和第九电动阀。

50、本发明的有益效果：

51、1)通过侧流的污泥筛选、污泥浓缩以及厌氧发酵相耦合，可实现同步的污泥内碳源的深度挖掘和污泥原位减量，一方面可不加或少加外碳源，另一方面可实现污泥减量30％以上；

52、2)通过先筛选再强化厌氧的组合和工艺调控，筛选出更适合厌氧发酵的污泥(有机质含量高，结构疏松、中位粒径小、密度小)，可实现短链脂肪酸的有效富集，产酸量大大提高，且优质短链脂肪酸(乙酸和丙酸)的产量也更高；

53、3)本技术耦合智能控制系统，可基于进水水质的变化动态调控厌氧发酵液的投加量和曝气量，更有利于污泥中内碳源的充分利用和出水水质的保障；

54、4)本技术实施方便，可原位不停水改造。