一种低能耗极限脱氮的污水处理装置及其控制方法

1.本发明涉及一种污水处理装置及其控制方法，具体涉及一种低能耗极限脱氮的污水处理装置及其控制方法。属于污水处理领域，尤其适用于中、小型城镇生活污水及含氮工业废水的超深度脱氮。


背景技术：

2.随着经济的快速发展，许多地区，尤其是发达地区的城市受纳水体发生严重污染，环境容量变得非常有限。这些地区的城市污水处理厂即使执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb 18918-2002)一级a标准，氨氮(nh
4 -n)和总氮(tn)也高于地表水v类标准的限值，污水厂排水将使得污染物持续累积，水体污染难以得到控制。因此，控制城市污水处理厂出水达到国家《地表水环境质量标准》(gb 3838-2002)的ⅲ类水质是科学可行的策略。污水厂排放满足ⅲ类水质要求，需达到tn≤1.0mg
·
l-1，nh
4 -n≤1.0mg
·
l-1
的极限脱氮水平。为满足ⅲ类水质排放要求，不仅工艺形式要科学合理，运行控制也至关重要。为达到较高的污染物去除标准，污水厂常常通过加大曝气的方式，使得nh
4 -n得以完全去除，而no
3-‑
n因受限于尾水的基质浓度，常需要投加外碳源来实现。曝气能耗通常占污水处理成本的50～60％，对曝气进行精确合理的控制，对降低污水处理厂运行费用起到决定作用，且可以大大降低污水处理厂的间接碳排放，对实现可持续的污水处理过程起到重要作用。而外碳源投加量的精准控制不仅可以大大降低脱氮成本，减少不必要的碳源浪费，降低间接碳排放，且对形成良好的菌群结构具有重要作用。
3.多点进水a/o工艺是基于传统前置反硝化工艺发展起来的一种脱氮新工艺。该工艺通常由2-5段缺氧/好氧顺序组成，原水分别从各段的缺氧区进入反应器，为反硝化提供碳源，可充分利用原水中的碳源进行反硝化，降低外碳源的投加量，适合低碳/氮比污水的脱氮。但是，由于最后一段的污水只进行硝化反应没有反硝化条件，出水必然含有一定的硝酸盐氮，且好氧区不实施溶解氧控制，一部分溶解氧将随回流进入缺氧区，缺氧区反硝化条件被破坏，且浪费碳源。此外，由于多点进水导致各段污泥浓度呈梯度分布，最后一段的污泥浓度通常较低，为保证较好的污泥浓缩沉淀效果，二沉池容积通常较大。为充分利用工艺优点，有效克服缺点，需要对工艺进行改进。
4.综上所述，现有的分段进水a/o工艺与传统工艺相比具有明显优势，但结构限制导致总氮去除率受限，流程长，二沉池容量大，基建投资高。此外，为达到极限脱氮，需要结合工艺性质，确定合理的控制变量，提高控制精度，存在运行费用高的问题。


技术实现要素：

5.本发明为了解决现有分段进水脱氮工艺结构复杂，流程长，基建费用较高的工艺结构方面的问题，以及极限脱氮难，运行费用高的问题。进而提供了一种低能耗极限脱氮的污水处理装置及其控制方法。
6.本发明的技术方案是一种低能耗极限脱氮的污水处理装置，它包括脱氮装置、do
过程控制系统和外碳源投加过程控制系统；所述脱氮装置包括流量调节池、主体构筑物、在线流量测定仪、plc控制器、plc与pc通讯线路、pc机、pc机与plc通讯线路、第一段进水泵控制阀门、第一段进水泵、第二段进水泵控制阀门、第二段进水泵、污泥回流泵、多个推流搅拌装置、第一段好氧ⅰ区鼓风机、第一段好氧ⅱ区鼓风机、第一段好氧ⅲ区鼓风机、第二段好氧ⅰ区鼓风机、第二段好氧ⅱ区鼓风机、第二段好氧ⅲ区鼓风机、第三段好氧区鼓风机、多个曝气装置、多个固定填料箱、固定膜组件、吸水泵和清水池，所述主体构筑物内由隔墙将其分成十个区域，所述十个区域由左至右依次为第一段缺氧区d1、第一段好氧ⅰ区n1-1、第一段好氧ⅱ区n1-2、第一段好氧ⅲ区n1-3，第二段缺氧区d2、第二段好氧ⅰ区n2-1、第二段好氧ⅱ区n2-2、第二段好氧ⅲ区n2-3，第三段缺氧区d3和第三段好氧区n3；在线流量测定仪的一端与流量调节池连接，在线流量测定仪的另一端与plc控制器连接，pc机通过plc与pc通讯线路和pc机与plc通讯线路与plc控制器之间电性连接，第一段进水泵和第二段进水泵的一端分别与第一段进水泵控制阀门和第二段进水泵控制阀门连接，污泥回流泵的一端与第三段好氧区n3的底部污泥斗连接，污泥回流泵的另一端与第一段缺氧区d1连接，第一段进水泵和第二段进水泵的另一端与第一段缺氧区d1和第二段缺氧区d2连接，第一段缺氧区d1、第二段缺氧区d2和第三段缺氧区d3分别设有一个推流搅拌装置，第一段好氧ⅰ区n1-1、第一段好氧ⅱ区n1-2、第一段好氧ⅲ区n1-3，第二段好氧ⅰ区n2-1、第二段好氧ⅱ区n2-2、第二段好氧ⅲ区n2-3和第三段好氧区n3内分别设置曝气装置，曝气装置的一端分别与第一段好氧ⅰ区鼓风机、第一段好氧ⅱ区鼓风机、第一段好氧ⅲ区鼓风机、第二段好氧ⅰ区鼓风机、第二段好氧ⅱ区鼓风机、第二段好氧ⅲ区鼓风机和第三段好氧区鼓风机连接，第一段缺氧区d1、第一段好氧ⅰ区n1-1、第一段好氧ⅱ区n1-2、第一段好氧ⅲ区n1-3、第二段缺氧区d2、第二段好氧ⅰ区n2-1、第二段好氧ⅱ区n2-2、第二段好氧ⅲ区n2-3和第三段缺氧区n3内分别设置固定填料箱，第三段好氧区n3设置固定膜组件，固定膜组件的一端与吸水泵的一端连接，吸水泵的另一端与清水池连接；
7.所述do过程控制系统包括第一段好氧ⅰ区do传感器、第一段好氧ⅱ区do传感器、第一段好氧ⅲ区do传感器，第二段好氧ⅰ区do传感器、第二段好氧ⅱ区do传感器、第二段好氧ⅲ区do传感器、第三段好氧区do传感器、第一段好氧ⅰ区do测定仪主机、第一段好氧ⅱ区do测定仪主机、第一段好氧ⅲ区do测定仪主机、第二段好氧ⅰ区do测定仪主机、第二段好氧ⅱ区do测定仪主机、第二段好氧ⅲ区do测定仪主机和第三段好氧区do测定仪主机，第一段好氧ⅰ区do传感器、第一段好氧ⅱ区do传感器、第一段好氧ⅲ区do传感器、第二段好氧ⅰ区do传感器、第二段好氧ⅱ区do传感器、第二段好氧ⅲ区do传感器和第三段好氧区do传感器的一端分别安装在第一段好氧ⅰ区n1-1、第一段好氧ⅱ区n1-2、第一段好氧ⅲ区n1-3、第二段好氧ⅰ区n2-1、第二段好氧ⅱ区n2-2、第二段好氧ⅲ区n2-3和第三段好氧区n3内，第一段好氧ⅰ区do传感器、第一段好氧ⅱ区do传感器、第一段好氧ⅲ区do传感器、第二段好氧ⅰ区do传感器、第二段好氧ⅱ区do传感器、第二段好氧ⅲ区do传感器和第三段好氧区do传感器的另一端分别与第一段好氧ⅰ区do测定仪主机、第一段好氧ⅱ区do测定仪主机、第一段好氧ⅲ区do测定仪主机，第二段好氧ⅰ区do测定仪主机、第二段好氧ⅱ区do测定仪主机、第二段好氧ⅲ区do测定仪主机和第三段好氧区do测定仪主机的一端连接，第一段好氧ⅰ区do测定仪主机、第一段好氧ⅱ区do测定仪主机、第一段好氧ⅲ区do测定仪主机，第二段好氧ⅰ区do测定仪主机、第二段好氧ⅱ区do测定仪主机、第二段好氧ⅲ区do测定仪主机和第三段好氧区do测定
仪主机的另一端分别与plc控制器接口连接；所述外碳源投加过程控制系统包括在线no
3-‑
n传感器、no
3-‑
n测定仪主机、外碳源投加泵控制阀门、外碳源投加泵和碳源储备池；在线no
3-‑
n传感器的一端伸入到第三段缺氧区d3内，在线no
3-‑
n传感器的另一端与no
3-‑
n测定仪主机的一端连接，no
3-‑
n测定仪主机的另一端与plc控制器接口连接，外碳源投加泵的一端与外碳源投加泵控制阀门连接，外碳源投加泵的另一端与第三段缺氧区d3连接，碳源储备池与安装有外碳源投加泵控制阀门和外碳源投加泵的管道连接，并在外碳源投加泵控制阀门和外碳源投加泵的控制下将碳源注入第三段缺氧区d3内。
8.进一步地，固定填料箱采用钢筋网格制成，且所述钢筋网呈正方形，正方形边长a，25mm≤a≤120mm，固定填料箱的高度为水深的1/4～1/3，固定填料箱的两边固定在两隔墙上，固定填料箱的中心位置为水池高度的1/2处。
9.优选地，固定填料箱内放置球形聚乙烯填料，填料直径1.1～1.2a，填料开孔率98％～99％。
10.进一步地，好氧区n3的下部设置有集泥槽。
11.进一步地，集泥槽为v形，宽度w1为n3区域宽度w的1/2，集泥槽侧边与底部的角度α为60度，集泥槽高度h1为池高h的1/4。
12.优选地，第一段缺氧区d1和第一段好氧ⅰ区n1-1的隔墙下部设有正方形过水口，
13.第一段好氧ⅰ区n1-1和第一段好氧ⅱ区n1-2的的隔墙上部设有正方形过水口，
14.第一段好氧ⅱ区n1-2和第一段好氧ⅲ区n1-3的隔墙下部设有正方形过水口，
15.第一段好氧ⅲ区n1-3和第二段缺氧区d2的隔墙上部设有正方形过水口，
16.第二段缺氧区d2和第二段好氧ⅰ区n2-1的隔墙下部设有正方形过水口，
17.第二段好氧ⅰ区n2-1和第二段好氧ⅱ区n2-2的隔墙上部设有正方形过水口，
18.第二段好氧ⅱ区n2-2和第二段好氧ⅲ区n2-3的隔墙下部设有正方形过水口，
19.第二段好氧ⅲ区n2-3和第三段缺氧区d3的隔墙上部设有正方形过水口，
20.第三段缺氧区d3和第三段好氧区n3的隔墙下部设有正方形过水口。
21.进一步地，过水口的大小所满足的过水流速为0.6～3.0m/s。
22.进一步地，第三段好氧区n3内的固定膜组件的底部距离第三段好氧区n3内的曝气装置顶部的距离为h1，固定膜组件的高度为h，h1＝1/5～1/4h。
23.本发明还提供了一种使用低能耗极限脱氮的污水处理装置的控制方法，它包括以下步骤：
24.步骤一：启动阶段；
25.主体构筑物内接种污泥后，首先对污泥进行培养驯化，培养驯化的时间为20～30天，直到固定填料箱内填料表面开始挂膜，表明驯化结束，可开始正常运行；
26.步骤二：正常连续运行；
27.步骤二一：确定污泥回流量；
28.按最高日最大时水量和最小时水量计算，污水主体构筑物的平均水力停留时间为6h≤hrt≤10h，第一段缺氧区d1、第一段好氧ⅰ区n1-1、第一段好氧ⅱ区n1-2、第一段好氧ⅲ区n1-3，第二段缺氧区d2、第二段好氧ⅰ区n2-1、第二段好氧ⅱ区n2-2、第二段好氧ⅲ区n2-3，第三段缺氧区d3和第三段好氧区n3，这十个反应区的体积相等；污泥回流量为月平均进水量的0.5～0.8倍；
29.步骤二二：污水流量分配采用实时流量控制；
30.第一段缺氧区d1与第二段缺氧区d2进水的比例为总流量的50％和50％；
31.步骤二三：对第一段的三个好氧区和第二段的三个好氧区实施do浓度阶梯控制，第三段好氧区实施低氧控制；
32.第一段好氧ⅰ区n1-1、第一段好氧ⅱ区n1-2、第一段好氧ⅲ区n1-3、第二段好氧ⅰ区n2-1、第二段好氧ⅱ区n2-2、第二段好氧ⅲ区n2-3和第三段好氧区n3分别安装第一段好氧ⅰ区do传感器、第一段好氧ⅱ区do传感器、第一段好氧ⅲ区do传感器、第二段好氧ⅰ区do传感器、第二段好氧ⅱ区do传感器、第二段好氧ⅲ区do传感器和第三段好氧区do传感器，
33.传感器的数据经过第一段好氧ⅰ区do测定仪主机、第一段好氧ⅱ区do测定仪主机、第一段好氧ⅲ区do测定仪主机、第二段好氧ⅰ区do测定仪主机、第二段好氧ⅱ区do测定仪主机、第二段好氧ⅲ区do测定仪主机和第三段好氧区do测定仪主机输入到plc控制器的数据输入端，plc控制器与pc机通讯，pc机控制plc控制器输出曝气量控制信号分别作用于第一段好氧ⅰ区鼓风机、第一段好氧ⅱ区鼓风机、第一段好氧ⅲ区鼓风机，第二段好氧ⅰ区鼓风机、第二段好氧ⅱ区鼓风机、第二段好氧ⅲ区鼓风机和第三段好氧区鼓风机；
34.首先，设定第一段好氧ⅰ区n1-1和第二段好氧ⅰ区n2-1的do控制目标均为0.5mg/l≤do≤0.8mg/l：
35.当do浓度在此范围，第一段好氧ⅰ区鼓风机和第二段好氧ⅰ区鼓风机转数不变；
36.当do≥0.8mg/l，调整第一段好氧ⅰ区鼓风机和第二段好氧ⅰ区鼓风机转数为原转数的80％；
37.当do≤0.5mg/l，调整第一段好氧ⅰ区鼓风机和第二段好氧ⅰ区鼓风机转数为原来转数的120％；
38.其次，设定第一段好氧ⅱ区n1-2和第二段好氧ⅱ区n2-1的do控制目标为0.8mg/l≤do≤1.2mg/l：
39.当do浓度在此范围，第一段好氧ⅱ区鼓风机和第二段好氧ⅱ区鼓风机转数不变；
40.当do≥1.2mg/l，调整第一段好氧ⅱ区鼓风机和第二段好氧ⅱ区鼓风机转数为原转数的80％；
41.当do≤0.8mg/l，调整第一段好氧ⅱ区鼓风机和第二段好氧ⅱ区鼓风机转数为原来转数的120％；
42.再次，设定第一段好氧ⅲ区n1-3和第二段好氧ⅲ区n2-3的do控制目标为1.0mg/l≤do≤2.0mg/l；
43.当do浓度在此范围，第一段好氧ⅲ区鼓风机和第二段好氧ⅲ区鼓风机转数不变；
44.当do≥2.0mg/l，调整第一段好氧ⅲ区鼓风机和第二段好氧ⅲ区鼓风机转数为原转数的80％；
45.当do≤1.0mg/l，调整第一段好氧ⅲ区鼓风机和第二段好氧ⅲ区鼓风机转数为原来转数的120％；
46.第三，设定第三段好氧区n3的do控制目标为0.8mg/l≤do≤1.5mg/l：
47.当do浓度在此范围，第三段好氧区鼓风机转数不变；
48.当do≥1.5mg/l，调整第三段好氧区鼓风机转数为原转数的80％；
49.当do≤0.8mg/l，调整第三段好氧区鼓风机转数为原来转数的120％；
50.整个do控制系统控制信号的输出时间间隔均为半小时。
51.步骤二四：控制碳源投加量；
52.在第三段缺氧区d3设置在线no
3-‑
n传感器，采集数据经过no
3-‑
n测定仪主机输入到plc控制器的输入接口，plc控制器与pc机通讯，输出控制信号作用于外碳源投加泵电动阀门，控制碳源投加量；
53.碳源投加量的具体控制方法为，
54.在线no
3-‑
n传感器采集no
3-‑
n浓度数值，no
3-‑
n的控制目标为0.3～0.8mg/l，当0.8mg/l≤no
3-‑
n≤1.0mg/l，碳源投加泵转速为原转速的120％，当no
3-‑
n≥1.0mg/l，碳源投加泵转速为原转速的140％，当no
3-‑
n≤0.3mg/l，碳源投加泵转速为原转速的120％；控制信号的输出时间间隔均为半小时；
55.至此，完成了对低能耗极限脱氮的污水处理。
56.进一步地，步骤二二中第一段缺氧区d1与第二段缺氧区d2进水的比例控制方法为：
57.s1：污水由流量调节经在线流量测定仪测定；
58.s2：在线流量测定仪将流量实时数据输入plc控制器，plc控制器与pc机通讯，pc机控制plc控制器输出流量控制信号作用于第一段缺氧区进水泵电动阀和第二段缺氧区进水泵电动阀，进而控制第一段缺氧区d1与第二段缺氧区d2进水的比例为总流量的50％和50％。
59.本发明与现有技术相比具有以下改进效果：
60.1、本发明对传统多点进水a/o工艺结构改进，第三缺氧区不投加原水，只投加外碳源，可实现氮的全部去除。
61.2、本发明在系统内安装固定填料箱，将填料置于填料箱，填料表明附着生物膜，可大大增加生物数量，且生物膜容易形成多个微环境，增加生物种类，既可发生硝化反应，同时可发生反硝化反应。此外，设置固定填料箱，一方面避免填料随水流流走，保证每个格室填料数量的稳定，另一方面，水流通过填料箱，水流与填料的撞击力较大，可增强水流对填料表面的冲刷，增强生物膜的附着力。填料箱可大大增加系统的生物量，且可富集专性菌种，使得系统所需要的水力停留时间大大缩短，减小占地，降低基建投资约10～18％。
62.3、本发明的系统末端设置后置低氧固定膜池，利用固定膜去除悬浮物，利用低氧控制实现曝气精准控制，降低能耗。
63.4.、本发明将第一、二段好氧区分成三个段，设置do在线传感器，在线采集do信号，并对三个段采用阶梯控制曝气的方式，精准控制系统曝气量，与一般控制系统相比，可降低20％～30％的曝气能耗。另一方面，尽可能降低好氧区do浓度，在好氧区实现一部分同步硝化反硝化，充分利用原水碳源及微生物内源碳，更大程度去除总氮。
64.5、本发明采用流量分配控制系统，控制系统流量分配，充分保证缺氧区进水量稳定，最大程度利用原水碳源。
65.6、本发明在第三段缺氧区设置no
3-‑
n在线传感器，在线采集no
3-‑
n信号，通过碳源在线控制系统，控制系统的碳源投加量，一方面保证碳源充足，反硝化完全，出水稳定达到地表水ⅲ类水质的限值，另一方面设定no
3-‑
n最低控制目标为0.3mg/l，保证碳源投加不过量，避免碳源浪费，降低后续构筑物去除额外cod所消耗的能量。
66.7、本发明适用于大中小城镇城市污水、工业废水的极限脱氮，可满足地表水ⅲ类水质的出水要求。
附图说明
67.图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
68.具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种低能耗极限脱氮的污水处理装置，它包括脱氮装置、do过程控制系统和外碳源投加过程控制系统；
69.所述脱氮装置包括流量调节池1、主体构筑物2、在线流量测定仪4、plc控制器5、plc与pc通讯线路6、pc机7、pc机与plc通讯线路8、第一段进水泵控制阀门9、第一段进水泵10、第二段进水泵控制阀门11、第二段进水泵12、污泥回流泵13、多个推流搅拌装置14、第一段好氧ⅰ区鼓风机15、第一段好氧ⅱ区鼓风机16、第一段好氧ⅲ区鼓风机17、第二段好氧ⅰ区鼓风机18、第二段好氧ⅱ区鼓风机19、第二段好氧ⅲ区鼓风机20、第三段好氧区鼓风机21、多个曝气装置22、多个固定填料箱23、固定膜组件24、吸水泵25和清水池26，
70.所述主体构筑物2内由隔墙将其分成十个区域，所述十个区域由左至右依次为第一段缺氧区d1、第一段好氧ⅰ区n1-1、第一段好氧ⅱ区n1-2、第一段好氧ⅲ区n1-3，第二段缺氧区d2、第二段好氧ⅰ区n2-1、第二段好氧ⅱ区n2-2、第二段好氧ⅲ区n2-3，第三段缺氧区d3和第三段好氧区n3；
71.在线流量测定仪4的一端与流量调节池1连接，在线流量测定仪4的另一端与plc控制器5连接，pc机7通过plc与pc通讯线路6和pc机与plc通讯线路8与plc控制器5之间电性连接，第一段进水泵10和第二段进水泵12的一端分别与第一段进水泵控制阀门9和第二段进水泵控制阀门11连接，污泥回流泵13的一端与第三段好氧区n3的底部污泥斗连接，污泥回流泵13的另一端与第一段缺氧区d1连接，第一段进水泵10和第二段进水泵12的另一端与第一段缺氧区d1和第二段缺氧区d2连接，第一段缺氧区d1、第二段缺氧区d2和第三段缺氧区d3分别设有一个推流搅拌装置14，
72.第一段好氧ⅰ区n1-1、第一段好氧ⅱ区n1-2、第一段好氧ⅲ区n1-3，第二段好氧ⅰ区n2-1、第二段好氧ⅱ区n2-2、第二段好氧ⅲ区n2-3和第三段好氧区n3内分别设置曝气装置22，曝气装置22的一端分别与第一段好氧ⅰ区鼓风机15、第一段好氧ⅱ区鼓风机16、第一段好氧ⅲ区鼓风机17、第二段好氧ⅰ区鼓风机18、第二段好氧ⅱ区鼓风机19、第二段好氧ⅲ区鼓风机20和第三段好氧区鼓风机21连接，
73.第一段缺氧区d1、第一段好氧ⅰ区n1-1、第一段好氧ⅱ区n1-2、第一段好氧ⅲ区n1-3、第二段缺氧区d2、第二段好氧ⅰ区n2-1、第二段好氧ⅱ区n2-2、第二段好氧ⅲ区n2-3和第三段缺氧区n3内分别设置固定填料箱23，第三段好氧区n3设置固定膜组件24，固定膜组件24的一端与吸水泵25的一端连接，吸水泵25的另一端与清水池26连接；
74.所述do过程控制系统包括第一段好氧ⅰ区do传感器27、第一段好氧ⅱ区do传感器28、第一段好氧ⅲ区do传感器29，第二段好氧ⅰ区do传感器30、第二段好氧ⅱ区do传感器31、第二段好氧ⅲ区do传感器32、第三段好氧区do传感器33、第一段好氧ⅰ区do测定仪主机34、第一段好氧ⅱ区do测定仪主机35、第一段好氧ⅲ区do测定仪主机36、第二段好氧ⅰ区do测定
仪主机37、第二段好氧ⅱ区do测定仪主机38、第二段好氧ⅲ区do测定仪主机39、第三段好氧区do测定仪主机40，
75.第一段好氧ⅰ区do传感器27、第一段好氧ⅱ区do传感器28、第一段好氧ⅲ区do传感器29、第二段好氧ⅰ区do传感器30、第二段好氧ⅱ区do传感器31、第二段好氧ⅲ区do传感器32和第三段好氧区do传感器33的一端分别安装在第一段好氧ⅰ区n1-1、第一段好氧ⅱ区n1-2、第一段好氧ⅲ区n1-3、第二段好氧ⅰ区n2-1、第二段好氧ⅱ区n2-2、第二段好氧ⅲ区n2-3和第三段好氧区n3内，
76.第一段好氧ⅰ区do传感器27、第一段好氧ⅱ区do传感器28、第一段好氧ⅲ区do传感器29第二段好氧ⅰ区do传感器30、第二段好氧ⅱ区do传感器31、第二段好氧ⅲ区do传感器32和第三段好氧区do传感器33的另一端分别与第一段好氧ⅰ区do测定仪主机34、第一段好氧ⅱ区do测定仪主机35、第一段好氧ⅲ区do测定仪主机36，第二段好氧ⅰ区do测定仪主机37、第二段好氧ⅱ区do测定仪主机38、第二段好氧ⅲ区do测定仪主机39和第三段好氧区do测定仪主机40的一端连接，
77.第一段好氧ⅰ区do测定仪主机34、第一段好氧ⅱ区do测定仪主机35、第一段好氧ⅲ区do测定仪主机36，第二段好氧ⅰ区do测定仪主机37、第二段好氧ⅱ区do测定仪主机38、第二段好氧ⅲ区do测定仪主机39和第三段好氧区do测定仪主机40的另一端分别与plc控制器5接口连接；
78.所述外碳源投加过程控制系统包括在线no
3-‑
n传感器41、no
3-‑
n测定仪主机42、外碳源投加泵控制阀门43、外碳源投加泵44和碳源储备池3；
79.在线no
3-‑
n传感器41的一端伸入到第三段缺氧区d3内，在线no
3-‑
n传感器41的另一端与no
3-‑
n测定仪主机42的一端连接，no
3-‑
n测定仪主机42的另一端与plc控制器5接口连接，外碳源投加泵44的一端与外碳源投加泵控制阀门43连接，外碳源投加泵44的另一端与第三段缺氧区d3连接，碳源储备池3与安装有外碳源投加泵控制阀门43和外碳源投加泵44的管道连接，并在外碳源投加泵控制阀门43和外碳源投加泵44的控制下将碳源注入第三段缺氧区d3内。
80.本实施方式设置固定填料箱，增加生物量，且能培养富集专性微生物，如缺氧区富集反硝化菌，好氧区富集好氧硝化菌，箱内流体紊流状态增强，增加填料之间碰撞，生物膜更紧密，在填料表面附着更有力，不容易发生生物膜老化等问题。
81.本实施方式的第三段好氧区采用膜组件(膜组件属于商业产品)，并实施低氧控制，可大大降低曝气能耗。对膜组件与曝气装置的位置进行合理布置，使得曝气装置产生的气泡易于溶出，且能对膜表面产生一定的冲刷作用，避免堵塞。设置一个污泥斗，利于回流污泥保持一定浓度，不容易发生短流和断流。
82.本实施方式将第一、二段的好氧区均分成3个段，并对do采用阶梯控制的方式，大幅度降低能耗，且能增加菌种的丰富程度，增加污泥量，且促进同步硝化反硝化的发生，运行费用降低，单位容积的处理能力加大。
83.本实施方式的第三段缺氧区对no
3-‑
n实施在线过程控制，根据硝酸盐浓度调节碳源的投加量，一方面避免碳源投加过量，实现低能耗，运行费用增大，后续单元处理负荷增加，另一方面避免出水超标，可精准控制出水no
3-‑
n在1mg/l以下，达到极限脱氮。
84.具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的固定填料箱23采用钢筋
网格制成，且所述钢筋网呈正方形，正方形边长a，25mm≤a≤120mm，固定填料箱的高度为水深的1/4～1/3，固定填料箱23的两边固定在两隔墙上，固定填料箱23的中心位置为水池高度的1/2处。如此设置，填料箱固定设置，可为专性菌富集提供更适宜的环境，如缺氧区富集专性缺氧的反硝化细菌，好氧区富集好氧硝化菌。其他结构和组成与具体实施方式一相同。
85.具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的固定填料箱23内放置球形聚乙烯填料，填料直径1.1～1.2a，填料开孔率98％～99％，填料的密度等指标符合《中华人民共和国城镇行业建设标准》(cjt 461-2014)关于水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料的相关要求。如此设置，增加填料之间的碰撞，使得生物膜附着力更强，不容易发生生物膜老化，增加系统的污泥储量，提高单位池容处理能力。其他结构和组成与具体实施方式一或二相同。
86.具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的好氧区n3的下部设置有集泥槽。如此设置，便于收集污泥。其他结构和组成与具体实施方式一至三中任意一项相同。
87.具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的集泥槽为v形，宽度w1为n3区域宽度w的1/2，集泥槽侧边与底部的角度α为60度，集泥槽高度h1为池高h的1/4。如此设置，便于污泥进行一定的沉淀，且容积能够满足回流需求，不发生断流和短流。。其他结构和组成与具体实施方式一至四中任意一项相同。
88.具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的第一段缺氧区d1和第一段好氧ⅰ区n1-1的隔墙下部设有正方形过水口，第一段好氧ⅰ区n1-1和第一段好氧ⅱ区n1-2的的隔墙上部设有正方形过水口，第一段好氧ⅱ区n1-2和第一段好氧ⅲ区n1-3的隔墙下部设有正方形过水口，第一段好氧ⅲ区n1-3和第二段缺氧区d2的隔墙上部设有正方形过水口，第二段缺氧区d2和第二段好氧ⅰ区n2-1的隔墙下部设有正方形过水口，第二段好氧ⅰ区n2-1和第二段好氧ⅱ区n2-2的隔墙上部设有正方形过水口，第二段好氧ⅱ区n2-2和第二段好氧ⅲ区n2-3的隔墙下部设有正方形过水口，第二段好氧ⅲ区n2-3和第三段缺氧区d3的隔墙上部设有正方形过水口，第三段缺氧区d3和第三段好氧区n3的隔墙下部设有正方形过水口。如此设置，便于污水顺利流过每一个反应区。其他结构和组成与具体实施方式一至五中任意一项相同。
89.具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的过水口的大小所满足的过水流速为0.6～3.0m/s。如此设置，便于污水在反应区充分混合，避免短流和断流。其他结构和组成与具体实施方式一至六中任意一项相同。
90.具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的第三段好氧区n3内的固定膜组件24的底部距离第三段好氧区n3内的曝气装置22顶部的距离为h1，固定膜组件24的高度为h，h1＝1/5～1/4h。如此设置，便于气泡溶出曝气管道，并保证其对固定膜组件具有一定的冲刷力。其他结构和组成与具体实施方式一至七中任意一项相同。
91.具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的使用权利要求1至8中任意一项权利要求所述的低能耗极限脱氮的污水处理装置的控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
92.步骤一：启动阶段；
93.主体构筑物2内接种污泥后，首先对污泥进行培养驯化，培养驯化的时间为20～30
天，直到固定填料箱23内填料表面开始挂膜，表明驯化结束，可开始正常运行；
94.步骤二：正常连续运行；
95.步骤二一：确定污泥回流量；
96.按最高日最大时水量和最小时水量计算，污水主体构筑物的平均水力停留时间为6h≤hrt≤10h，第一段缺氧区d1、第一段好氧ⅰ区n1-1、第一段好氧ⅱ区n1-2、第一段好氧ⅲ区n1-3，第二段缺氧区d2、第二段好氧ⅰ区n2-1、第二段好氧ⅱ区n2-2、第二段好氧ⅲ区n2-3，第三段缺氧区d3和第三段好氧区n3，这十个反应区的体积相等；污泥回流量为月平均进水量的0.5～0.8倍；
97.步骤二二：污水流量分配采用实时流量控制；
98.第一段缺氧区d1与第二段缺氧区d2进水的比例为总流量的50％和50％；
99.步骤二三：对第一段的三个好氧区和第二段的三个好氧区实施do浓度阶梯控制，第三段好氧区实施低氧控制；
100.第一段好氧ⅰ区n1-1、第一段好氧ⅱ区n1-2、第一段好氧ⅲ区n1-3、第二段好氧ⅰ区n2-1、第二段好氧ⅱ区n2-2、第二段好氧ⅲ区n2-3和第三段好氧区n3分别安装第一段好氧ⅰ区do传感器27、第一段好氧ⅱ区do传感器28、第一段好氧ⅲ区do传感器29、第二段好氧ⅰ区do传感器30、第二段好氧ⅱ区do传感器31、第二段好氧ⅲ区do传感器32和第三段好氧区do传感器33，
101.传感器的数据经过第一段好氧ⅰ区do测定仪主机34、第一段好氧ⅱ区do测定仪主机35、第一段好氧ⅲ区do测定仪主机36、第二段好氧ⅰ区do测定仪主机37、第二段好氧ⅱ区do测定仪主机38、第二段好氧ⅲ区do测定仪主机39和第三段好氧区do测定仪主机40输入到plc控制器5的数据输入端，plc控制器5与pc机7通讯，pc机7控制plc控制器5输出曝气量控制信号分别作用于第一段好氧ⅰ区鼓风机15、第一段好氧ⅱ区鼓风机16、第一段好氧ⅲ区鼓风机17，第二段好氧ⅰ区鼓风机18、第二段好氧ⅱ区鼓风机19、第二段好氧ⅲ区鼓风机20和第三段好氧区鼓风机21；
102.首先，设定第一段好氧ⅰ区n1-1和第二段好氧ⅰ区n2-1的do控制目标均为0.5mg/l≤do≤0.8mg/l：
103.当do浓度在此范围，第一段好氧ⅰ区鼓风机15和第二段好氧ⅰ区鼓风机18的转数不变；
104.当do≥0.8mg/l，调整第一段好氧ⅰ区鼓风机15和第二段好氧ⅰ区鼓风机18转数为原转数的80％；
105.当do≤0.5mg/l，调整第一段好氧ⅰ区鼓风机15和第二段好氧ⅰ区鼓风机18转数为原来转数的120％；
106.其次，设定第一段好氧ⅱ区n1-2和第二段好氧ⅱ区n2-1的do控制目标为0.8mg/l≤do≤1.2mg/l：
107.当do浓度在此范围，第一段好氧ⅱ区鼓风机16和第二段好氧ⅱ区鼓风机19转数不变；
108.当do≥1.2mg/l，调整第一段好氧ⅱ区鼓风机16和第二段好氧ⅱ区鼓风机19转数为原转数的80％；
109.当do≤0.8mg/l，调整第一段好氧ⅱ区鼓风机16和第二段好氧ⅱ区鼓风机19转数
为原来转数的120％；
110.再次，设定第一段好氧ⅲ区n1-3和第二段好氧ⅲ区n2-3的do控制目标为1.0mg/l≤do≤2.0mg/l；
111.当do浓度在此范围，第一段好氧ⅲ区鼓风机17和第二段好氧ⅲ区鼓风机20转数不变；
112.当do≥2.0mg/l，调整第一段好氧ⅲ区鼓风机17和第二段好氧ⅲ区鼓风机20转数为原转数的80％；
113.当do≤1.0mg/l，调整第一段好氧ⅲ区鼓风机17和第二段好氧ⅲ区鼓风机20转数为原来转数的120％；
114.第四，设定第三段好氧区n3的do控制目标为0.8mg/l≤do≤1.5mg/l：
115.当do浓度在此范围，第三段好氧区鼓风机21转数不变；
116.当do≥1.5mg/l，调整第三段好氧区鼓风机21转数为原转数的80％；
117.当do≤0.8mg/l，调整第三段好氧区鼓风机21转数为原来转数的120％；
118.整个do控制系统控制信号的输出时间间隔均为半小时。
119.步骤二四：控制碳源投加量；
120.在第三段缺氧区d3设置在线no
3-‑
n传感器41，采集数据经过no
3-‑
n测定仪主机42输入到plc控制器5的输入接口，plc控制器5与pc机7通讯，输出控制信号作用于外碳源投加泵电动阀门43，控制碳源投加量；
121.碳源投加量的具体控制方法为，
122.在线no
3-‑
n传感器41采集no
3-‑
n浓度数值，no
3-‑
n的控制目标为0.3～0.8mg/l，当0.8mg/l≤no
3-‑
n≤1.0mg/l，碳源投加泵44转速为原转速的120％，当no
3-‑
n≥1.0mg/l，碳源投加泵44转速为原转速的140％，当no
3-‑
n≤0.3mg/l，碳源投加泵44转速为原转速的120％；控制信号的输出时间间隔均为半小时；
123.至此，完成了对低能耗极限脱氮的污水处理。
124.具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤二二中第一段缺氧区d1与第二段缺氧区d2进水的比例控制方法为：
125.s1：污水由流量调节经在线流量测定仪4测定；
126.s2：在线流量测定仪4将流量实时数据输入plc控制器5，plc控制器5与pc机7通讯，pc机7控制plc控制器5输出流量控制信号作用于第一段缺氧区进水泵电动阀9和第二段缺氧区进水泵电动阀11，进而控制第一段缺氧区d1与第二段缺氧区d2进水的比例为总流量的50％和50％。
127.实施例：
128.以某实际生活污水作为实验对象(cod＝235-310mg/l，tn＝35-48mg/l)。所采用的一种低能耗极限脱氮的污水处理装置200l，采用隔板将反应区分为10个区，每个反应区容积均为20l。在第三段好氧区设置一组由某公司生产的固定膜组件，膜孔径为0.04μm，膜面积1.2m2。系统设置7台空压机，最大出风量为4m3/h，最小出风量为0。系统设置2台进水泵，设置1台污泥回流泵，一台外碳源投加泵。各反应区设置固定填料箱，填料箱的正方形钢筋网格边长为40mm，填料为聚乙烯球形填料，孔隙率99％，直径45mm，设置plc控制系统，pc机一台，甚至do控制系统及碳源投加控制系统。启动后首先进行污泥接种，并进行为期25天的培
养驯化，驯化结束后填料表面已经开始挂膜。同时，采用平行运行的另外一组系统，容积及分区与上述系统相同，但未添加固定填料箱，采用固定曝气量和固定碳源投加控制。两个反应器日处理水量600l，第一、二段进水量分别为300l，污泥回流量300l，系统稳定后，采用一种低能耗极限脱氮的污水处理装置，出水tn稳定在0.12～0.35mg/l，而平行系统出水tn为0mg/l，未进行碳源控制的系统出现碳源投加过量的情况，两个系统曝气量对比，采用一种低能耗极限脱氮的污水处理装置降低28％，污泥储量提高18％。采用一种低能耗极限脱氮的污水处理装置及过程控制方法，最终出水tn≤1mg/l，低于国家地表水ⅲ类标准，达到极限脱氮。
129.本发明的流量调节池、主体构筑物由左至右依次设置，第一段、第二段好氧区均分为三段并实施阶梯曝气控制，筑物内设置固定填料箱，用于增加生物量，降低反应区容积，富集专性微生物，提高硝化反硝化效率；第三段缺氧区设置外碳源投加系统，通过碳源投加量的精确控制，实现极限脱氮；主体构筑物末端设置低氧固定膜系统，用于悬浮物及剩余cod去除，同时进行精准曝气控制，降低能耗，并省去传统工艺的二次沉淀池。
130.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。