专利名称：一种基于氨氮和溶解氧反馈的多级A/O工艺曝气控制系统

专利号：ZL 2017 1 0786181.9

专利类型：发明

授权日期：2020年7月28日

专利权人：国投信开水环境投资有限公司   贵州筑信水务环境产业有限公司

发明人：侯锋；姜秀光；郭媛媛；庞洪涛；邵彦青；李朋；曹效鑫

（一）发明创新点

分段进水多级A/O工艺是指缺氧池与好氧池交替连接，采用多段进水技术，将污水分别分配至各缺氧段，无需内回流，充分利用原水中的碳源提高脱氮效果。由于缺氧段与好氧段频繁交替，前一好氧段内污水的溶解氧浓度会对后续缺氧段内的反硝化反应造成较大影响；同时，各好氧池内的硝化过程进行完全是多级AO工艺高脱氮率的基础。因而控制溶解氧使其既能够保证良好的硝化效果，同时可为后续反硝化过程提供缺氧环境就显得尤为重要。

图1 多级AO工艺图

现有工艺的曝气控制系统通常根据好氧池溶解氧数值进行反馈控制，通过维持恒定的溶解氧值达到节省曝气量及稳定出水水质的目的，但这种控制方式精度较低，延时性较大。另外，针对多级A/O工艺特点，其每一级好氧池均需要进行曝气控制以确保每一级硝化完全，进而保证生化出水氨氮满足排放标准。因此，本发明根据进水量波动情况前馈控制好氧池的曝气量，同时通过在最后一级好氧池出水设置氨氮在线仪表，以及每一级好氧池的溶解氧在线仪表，精确计算生化池所需曝气量，对曝气量进行修正。通过本技术的实施，可实现多级AO分段进水工艺的曝气量的自动控制，即保证了生化系统的出水稳定达标，又可达到节省运行电耗的目的，为同类型工艺的优化运行提供技术基础，提高污水处理厂安全运行水平。

图2 多级AO曝气控制系统

（二）应用领域和范围

本发明涉及污水处理厂节能降耗技术领域，适用于城镇污水处理厂生化单元的曝气控制，尤其适用于多级A/O分段进水工艺及其改良工艺。

（三）实施效果

本专利技术具有以下优势：

（1）由于多级AO工艺可变的配水比，每级好氧池溶解氧控制值不同，在每个好氧池内均进行溶解氧控制可进一步节省能耗；

（2）出口端氨氮仪表反馈，用于修正曝气量控制值，保证氨氮出水达标；

（3）结合流量前馈控制，在进水波动条件下保证系统的硝化效果。

经过在某地下污水处理厂中连续6个月的应用，该系统运行稳定，出水水质满足《北京市城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB11 890-2012）B级标准，达标率高于95%。与应用该系统前相比，该厂鼓风机能耗显著降低21.1%，吨水电耗降低13.9%。

经上海某地下污水处理厂连续运行2年，该系统运行稳定，出水氨氮指标达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅳ类水标准，与应用该系统前相比，该厂鼓风机能耗显著降低10%以上。

（四）产业化及市场应用情况

本专利是一种基于氨氮和溶解氧反馈的多级A/O工艺曝气控制系统，目前已在北京、上海等省市城镇污水处理厂中得到应用，处理规模33万m³/d，另有设计在建项目规模二十余万吨。系统可以实现污水厂出水氨氮稳定达标的同时节省曝气能耗。

表1 本专利技术应用项目

（五）技术优势

本发明专利提出一种基于氨氮和溶解氧反馈的多级A/O工艺曝气控制系统，通过进水前馈控制、各级好氧池溶解氧反馈控制以及末级氨氮反馈控制，可以实现曝气量的智能调控，既保证了生化系统的出水氨氮稳定达标，又能够达到节省运行电耗的目的。

（六）专利运用及保护

本参评专利提供一种基于氨氮和溶解氧反馈的多级A/O工艺曝气控制技术，适用于新建、改建的多级AO分段进水或其相关改良工艺的曝气控制，该技术已在北京、上海等城镇污水处理厂得到应用，运行效果良好。

针对本专利保护，专利权人要求其他设计单位使用本专利相关的技术成果时必须通过我公司授权，并在文本及图纸上明示为我公司的专利技术，未经允许，不得使用。

（七）效益分析

1. 社会效益

本发明专利针对多级AO分段进水工艺提供一种曝气控制技术，与传统技术相比，更有效的对分段进水工艺及其改良工艺进行控制，控制精度高，保证生化处理单元稳定运行，进而提高了污水处理厂安全稳定运行水平和服务质量，为构建全水务体系智慧化提供了基础。

2. 经济效益

本发明专利的实施可以显著降低运行成本：

（1）减少曝气能耗，降低鼓风机运行成本10%以上；

（2）减少重复性人工操作工时，释放生产力。

3. 环境效益

本发明专利提供的基于氨氮和溶解氧反馈的多级A/O工艺曝气控制技术，可以有效保证出水氨氮稳定达标排放的同时减少能耗，具有显著的节能减排效果，对于污水处理厂出水收纳水体水质提升具有良好的环境效益。

（八）应用前景

目前，我国污水日处理能力已经达到2.2亿立方米，年实际处理量超过700亿立方米。根据《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》， “十四五”期间，新增污水处理能力2000 万m³/d。伴随而来的污水处理能耗也在不断升高，单位电耗已超过0.3kW·h/吨水，水务行业如何实现节能减排，规划实现碳中和目标，是一项非常紧迫和充满挑战的任务。

面对日益严格的排放标准，深度脱氮除磷工艺应用广泛。多级AO分段进水及其改良工艺因其碳源利用率高、脱氮效率高、无需内回流节省回流电耗等优势已被广泛应用于城镇污水处理厂中。本发明专利提供的一种基于氨氮和溶解氧反馈的多级A/O工艺曝气控制系统，可保证出水稳定达标排放的同时节省能耗，在相关工艺的污水处理厂具有广阔的应用前景。同时通过本发明专利技术的推广运用，可以较好地推进污水处理行业向安全、稳定、精细化管理方向发展。

（九）获奖情况

1. 2018年，北京碧水再生水项目入选由英国 Global Water Intelligence 主办评选的全球最佳污水项目，获得了国际认可；

2. 2019年，“城市污水生物膜强化脱氮多级AO工艺”入选2019 年《国家先进污染防治技术目录（水污染防治领域）》；

3. 上海嘉定南翔再生水厂是财政部首批PPP示范项目。