專利名稱：前置反硝化工藝處理生活污水短程生物脫氮控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種污水生物處理控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
污水生物脫氮技術(shù)是當(dāng)今水污染控制領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究方向，已引起世界各國(guó)的普遍關(guān)注。采用常規(guī)的二級(jí)處理活性污泥工藝，總氮去除率僅在10％-30％之間。因此，對(duì)于城市污水、含氮工業(yè)廢水，采用常規(guī)的活性污泥法處理，出水中還會(huì)含有大量的氮和磷，隨著地表水體“富營(yíng)養(yǎng)化”現(xiàn)象的日益突出，促使人們對(duì)常規(guī)活性污泥工藝進(jìn)行改造，以提高氮、磷的去除率。最具有代表性的就是A/O法、A2/O法等工藝，其中，A/O工藝是缺氧/好氧(Anoxic/Oxic)生物脫氮工藝的簡(jiǎn)稱，該工藝雖然在廢水脫氮除磷方面起到了一定作用，但同時(shí)也暴露出一些問題，普遍存在著流程長(zhǎng)、能耗高、脫氮效率低、處理成本高等弱點(diǎn)。因此，研究開發(fā)高效、低能耗的生物脫氮工藝和裝置已成為當(dāng)前水處理界重要的研究課題。
生物脫氮過程主要由兩段工藝共同完成，即通過硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，再通過反硝化作用將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈴乃幸莩?。在硝化階段，氨氮被轉(zhuǎn)化成硝酸鹽是由兩類獨(dú)立的細(xì)菌催化完成的兩個(gè)不同反應(yīng)，首先由亞硝酸菌(Nitrosomonas)將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽(NO2-)，然后由硝酸菌(Nitrobacter)將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽(NO3-)。傳統(tǒng)生物脫氮過程中硝化作用的最終產(chǎn)物是硝酸鹽，反硝化作用以NO3-為電子受體。實(shí)際上，從氮的微生物轉(zhuǎn)化過程來看，氨氮被氧化為硝酸鹽氮是由兩類獨(dú)立的細(xì)菌催化完成的兩個(gè)不同反應(yīng)，應(yīng)該可以分開。對(duì)于反硝化菌，無論是亞硝酸鹽還是硝酸鹽均可以作為最終受氫體，因而整個(gè)生物脫氮過程也可以經(jīng)NH4+→NO2-→N2這樣的途徑完成，人們把經(jīng)此途徑進(jìn)行脫氮的技術(shù)定義為短程硝化反硝化生物脫氮工藝。從反應(yīng)歷程來看，短程硝化-反硝化比全程硝化-反硝化減少兩步，因而從理論上可節(jié)省好氧階段供氧量25％左右；節(jié)約反硝化所需碳源40％左右；減少污泥生成量；減少硝化過程的投堿量；縮短反應(yīng)時(shí)間，相應(yīng)地減少反應(yīng)器容積30％-40％左右。因此，該工藝對(duì)于實(shí)際工程應(yīng)用具有重要意義。
但是，到目前為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)短程硝化反硝化的研究大部分基于間歇運(yùn)行工藝-SBR法，且具有采用小試試驗(yàn)裝置、處理模擬廢水、間歇運(yùn)行的特點(diǎn)，通過控制溫度、pH、DO、游離氨濃度等因素可以很容易地實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化反應(yīng)。然而關(guān)于連續(xù)流運(yùn)行系統(tǒng)短程硝化反硝化的研究很少，由于影響因素較多，一般很難實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化。因此對(duì)處理實(shí)際生活污水A/O中試系統(tǒng)的短程硝化反硝化的研究當(dāng)前國(guó)內(nèi)外還未見其報(bào)道。另外NO2-的積累很不穩(wěn)定，硝酸菌能夠迅速地將NO2-轉(zhuǎn)化為NO3-，因此，造成已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的短程硝化脫氮工藝又恢復(fù)為全程硝化過程。
(三)、實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種前置反硝化工藝處理生活污水短程生物脫氮控制裝置，要解決A/O工藝實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)短程硝化反硝化、維持NO2-積累率穩(wěn)定、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行、在線控制的問題；并解決傳統(tǒng)生物脫氮工藝由于碳源缺乏引起的污水脫氮效果不穩(wěn)定、脫氮率較低的問題。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案這種前置反硝化工藝處理生活污水短程生物脫氮控制裝置，包括缺氧池、好氧池和二沉池，其特征在于其缺氧池分成至少兩個(gè)底部相通的格室，好氧池分成至少五個(gè)上下交錯(cuò)相通的格室，缺氧池內(nèi)有攪拌器，并與進(jìn)水管、水箱和進(jìn)水泵連通，好氧池內(nèi)設(shè)有曝氣器，二沉池與出水管連通，進(jìn)水口連續(xù)進(jìn)水，出水口連續(xù)出水，二沉池底部連接剩余污泥排泥管和污泥回流管，污泥回流管與缺氧池入口連通，其間連接污泥回流泵，好氧池出口與缺氧池入口之間連接內(nèi)循環(huán)回流管和內(nèi)循環(huán)回流泵，在缺氧池內(nèi)設(shè)置氧化還原電位傳感器，即ORP傳感器，在好氧池內(nèi)設(shè)置溶解氧濃度傳感器，即DO傳感器和pH傳感器；向內(nèi)循環(huán)控制器輸入ORP設(shè)定值和由ORP傳感器檢測(cè)的測(cè)定值，由內(nèi)循環(huán)控制器將ORP設(shè)定值與ORP測(cè)定值相比較，根據(jù)比較得到的差值向內(nèi)循環(huán)回流泵輸出相應(yīng)的內(nèi)循環(huán)控制變量，動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)回流量；DO傳感器和pH傳感器向曝氣量控制器輸入DO濃度值和pH測(cè)定值，由曝氣量控制器將DO設(shè)定值與DO濃度值相比較，并將pH設(shè)定值與pH測(cè)定值相比較，根據(jù)比較得到的差值向控制曝氣量的鼓風(fēng)機(jī)輸入曝氣量相應(yīng)控制信息，動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的曝氣量；上述內(nèi)循環(huán)控制器和曝氣量控制器為單片機(jī)或計(jì)算機(jī)，包括輸入鍵盤和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器；用于存儲(chǔ)上述ORP、DO、pH檢測(cè)值和設(shè)定值的存儲(chǔ)器；用于將采集上述ORP、DO、pH測(cè)定值與ORP、DO、pH設(shè)定值進(jìn)行比較的比較器；計(jì)算控制量偏差的微處理器；經(jīng)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器向內(nèi)循環(huán)回流泵和控制曝氣量的鼓風(fēng)機(jī)輸出控制信號(hào)的信號(hào)輸出裝置。
實(shí)用新型與傳統(tǒng)技術(shù)相比的有益效果本實(shí)用新型對(duì)DO濃度和曝氣量的控制(即根據(jù)原水水質(zhì)水量的變化來調(diào)節(jié)和控制，在保證出水氨氮滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下、實(shí)現(xiàn)NO2-積累的穩(wěn)定性，并節(jié)省能耗)是工藝實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化、系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在。本實(shí)用新型針對(duì)不同生活污水水質(zhì)，在常溫條件下，選擇能夠在線檢測(cè)、響應(yīng)時(shí)間短、精確度較高的DO和pH傳感器，通過在線測(cè)定好氧區(qū)各格室DO濃度和pH值的變化規(guī)律，從而明確有機(jī)物降解、硝化反應(yīng)的進(jìn)程，另外明確不同DO濃度和硝化反應(yīng)類型、同步硝化反硝化現(xiàn)象的關(guān)系，從而對(duì)曝氣量進(jìn)行精確控制，來解決A/O工藝短程硝化反硝化實(shí)現(xiàn)困難，NO2-積累不穩(wěn)定的問題。本實(shí)用新型經(jīng)大量試驗(yàn)研究，獲得了DO濃度的控制范圍，DO、pH變化規(guī)律和硝化程度、硝化類型具有較好的相關(guān)性。為了實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)脫氮過程快速轉(zhuǎn)化為短程硝化反硝化運(yùn)行方式，建立了A/O工藝短程硝化反硝化過程強(qiáng)化系統(tǒng)，從而全速啟動(dòng)短程硝化反硝化過程。另外，解決了內(nèi)循環(huán)回流量不足導(dǎo)致系統(tǒng)反硝化不充分，脫氮效率降低；以及內(nèi)循環(huán)回流量過量，導(dǎo)致進(jìn)水碳源被消耗，內(nèi)循環(huán)回流運(yùn)行費(fèi)用增加的問題，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)循環(huán)回流量的優(yōu)化和控制。
本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)脫氮技術(shù)缺乏穩(wěn)定優(yōu)化運(yùn)行和不能在線控制的缺陷，實(shí)現(xiàn)了短程硝化反硝化生物脫氮的穩(wěn)定運(yùn)行和在線控制，在A/O工藝中試裝置中處理實(shí)際生活污水條件下，通過控制DO濃度實(shí)現(xiàn)了短程硝化反硝化反應(yīng)；實(shí)時(shí)控制曝氣量能夠在常溫下維持系統(tǒng)亞硝酸鹽積累率穩(wěn)定。通過動(dòng)態(tài)控制內(nèi)循環(huán)回流量維持缺氧區(qū)末端的ORP值處于優(yōu)化控制范圍，可以實(shí)現(xiàn)反硝化反應(yīng)的優(yōu)化控制。該方法不僅能夠控制反應(yīng)體系內(nèi)穩(wěn)定的亞硝酸鹽積累，使硝化類型穩(wěn)定在短程硝化上，而且具有工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、管理靈活、脫氮效率高、外投碳源少等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)A/O工藝短程硝化反硝化后，在反硝化階段可以節(jié)約40％的碳源，因此當(dāng)進(jìn)水碳源一定時(shí)，采用短程硝化反硝化工藝可以明顯提高系統(tǒng)脫氮率，可一定程度上解決傳統(tǒng)工藝反硝化碳源不足的問題，特別適用于低C/N比城市生活污水的處理。
另外通過控制內(nèi)循環(huán)回流量可以充分保證缺氧池的反硝化環(huán)境，避免內(nèi)循環(huán)回流量不足，從而無法發(fā)揮缺氧區(qū)的反硝化潛力，導(dǎo)致硝酸氮去除下降、出水氮濃度超標(biāo)排放的可能。另外避免內(nèi)循環(huán)回流量過量時(shí)增加系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用以及增加回流液中溶解氧含量，氧作為電子受體將消耗一部分碳源，并破壞系統(tǒng)的缺氧環(huán)境。
控制低DO濃度A/O工藝不但實(shí)現(xiàn)了短程硝化反硝化，獲得較好的硝化效果，另外相對(duì)于全程硝化可以節(jié)約15~25％的曝氣量。另外低DO濃度下好氧區(qū)還可以實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化現(xiàn)象，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)脫氮率、降低運(yùn)行費(fèi)用。
適時(shí)控制曝氣量，避免過度曝氣(短程硝化已完成，仍繼續(xù)曝氣)現(xiàn)象的發(fā)生，不為硝酸菌在亞硝酸鹽積累條件下提供充足的溶解氧，使反應(yīng)器內(nèi)硝化產(chǎn)生的亞硝酸鹽氮回流到缺氧區(qū)還原為氮?dú)?，不為硝酸菌提供生長(zhǎng)的環(huán)境，從根本上抑制硝酸菌的生長(zhǎng)。因此，從根本上減小了短程硝化向傳統(tǒng)全程硝化轉(zhuǎn)化的可能性，使短程硝化類型更穩(wěn)定、持久。
采用ORP、DO和pH傳感器不僅能在線檢測(cè)、響應(yīng)時(shí)間短、而且精度高、便于與作為內(nèi)循環(huán)控制器和曝氣量控制器的計(jì)算機(jī)接口。由于A/O工藝是我國(guó)城市污水處理廠應(yīng)用最廣泛的生物脫氮工藝，因此，A/O工藝短程硝化反硝化實(shí)現(xiàn)和維持技術(shù)及其中試控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可根據(jù)原水水質(zhì)水量的變化實(shí)時(shí)控制曝氣量和內(nèi)循環(huán)回流量，避免傳統(tǒng)脫氮技術(shù)存在的缺點(diǎn)，不僅能提高A/O工藝的運(yùn)行穩(wěn)定性、減少曝氣能耗、提高脫氮效率，而且對(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)其它生物脫氮工藝的短程硝化反應(yīng)過程控制也有重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)值。
本實(shí)用新型在常溫下應(yīng)用A/O工藝中試試驗(yàn)裝置處理實(shí)際生活污水，控制反應(yīng)器內(nèi)低DO濃度，基于DO和pH在線測(cè)定信息，動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)曝氣量和內(nèi)循環(huán)回流量，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化反硝化反應(yīng)，亞硝酸氮平均積累率在85％以上，氨氮去除率可達(dá)95％，在進(jìn)水COD/TN比(2.9)較低的情況下，總氮去除率可達(dá)72％以上，相對(duì)于傳統(tǒng)的全程硝化反硝化脫氮理論，曝氣量可以節(jié)約20％，總氮去除率可提高15％。


圖1是本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是缺氧池出水硝態(tài)氮濃度和ORP值的相關(guān)性的曲線圖。
1-缺氧池、2-好氧池、3-ORP傳感器、4-內(nèi)循環(huán)控制器、5-DO傳感器、6-pH傳感器、7-曝氣量控制器、8-曝氣器、9-鼓風(fēng)機(jī)、10-水箱、11-進(jìn)水管、12-進(jìn)水泵、13-攪拌器、14-二沉池、15-出水管、16-剩余污泥管、17-污泥回流管、18-內(nèi)循環(huán)回流管、19-內(nèi)循環(huán)回流泵、20-污泥回流泵。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例本實(shí)用新型的工作過程參見圖1，首先待處理生活污水從水箱10由進(jìn)水泵12控制進(jìn)入缺氧池1，同時(shí)回流污泥由二沉池14通過回流污泥泵20回流到缺氧池1，在缺氧池由攪拌器13把活性污泥攪拌起來，并和好氧池末端回流來的硝化液，以硝態(tài)氮(主要以亞硝酸氮為主)為電子受體、有機(jī)碳源為電子供體，通過反硝化菌的作用，進(jìn)行反硝化反應(yīng)。然后高氨氮污水進(jìn)入好氧池2，進(jìn)行有機(jī)物的繼續(xù)降解和氨氮的硝化反應(yīng)，利用DO傳感器5、pH傳感器6和ORP傳感器3實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)好氧區(qū)的DO濃度、pH值以及缺氧區(qū)末端的ORP值，并輸入內(nèi)循環(huán)控制器4和曝氣量控制器7，由內(nèi)循環(huán)控制器4將ORP設(shè)定值與ORP測(cè)定值相比較，根據(jù)比較得到的差值向內(nèi)循環(huán)回流泵輸出相應(yīng)的內(nèi)循環(huán)控制變量，動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)回流量；由曝氣量控制器將DO設(shè)定值與DO濃度值相比較，并將pH設(shè)定值與pH測(cè)定值相比較，根據(jù)比較得到的差值向控制曝氣量的鼓風(fēng)機(jī)輸入曝氣量相應(yīng)控制信息，動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的曝氣量。上述內(nèi)循環(huán)控制器和曝氣量控制器為單片機(jī)或計(jì)算機(jī)，包括輸入鍵盤和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器；用于存儲(chǔ)上述ORP、DO、pH檢測(cè)值和設(shè)定值的存儲(chǔ)器；用于將采集上述ORP、DO、pH測(cè)定值與ORP、DO、pH設(shè)定值進(jìn)行比較的比較器；計(jì)算控制量偏差的微處理器；經(jīng)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器向內(nèi)循環(huán)回流泵和控制曝氣量的鼓風(fēng)機(jī)輸出控制信號(hào)的信號(hào)輸出裝置。
在該實(shí)施例中，工作容積為300L，共有八個(gè)格室(每個(gè)格室體積為37.5L)，其中前兩個(gè)格室為缺氧池，后六個(gè)格室為好氧池，反應(yīng)器內(nèi)部有許多插槽可以根據(jù)需要改變反應(yīng)器的格室數(shù)。圖中缺氧區(qū)兩格室安裝有ORP傳感器，后面六個(gè)好氧格室安裝有六套DO和pH在線傳感器，當(dāng)然可以安裝一套DO和pH在線傳感器，但需改變DO和pH的測(cè)定位置，獲得好氧區(qū)不同格室的DO和pH值，并觀察好氧區(qū)沿反應(yīng)器推流方向上DO濃度和pH值的變化規(guī)律。
內(nèi)循環(huán)控制器4根據(jù)ORP測(cè)定值和ORP設(shè)定值之間的偏差來調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)回流量。內(nèi)循環(huán)回流量的控制可以根據(jù)圖2缺氧區(qū)出水硝態(tài)氮濃度和ORP值的相關(guān)性，來獲取ORP的控制范圍以及最優(yōu)設(shè)定值，從而調(diào)節(jié)內(nèi)循環(huán)回流量維持ORP值處于設(shè)定的控制范圍或最優(yōu)設(shè)定值。
實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化DO濃度的確定圖3是亞硝酸鹽積累率和DO濃度的關(guān)系，由圖可知長(zhǎng)時(shí)間維持DO濃度在0.3-0.7mg/L(平均值為0.5mg/L)之間時(shí)實(shí)現(xiàn)了亞硝酸氮的積累，并且亞硝酸氮積累率最后維持在較高的水平，這說明了A/O工藝成功實(shí)現(xiàn)了短程硝化反硝化反應(yīng)，然后提高DO濃度，10天左右的高DO運(yùn)行，破壞了系統(tǒng)短程硝化反應(yīng)，亞硝酸氮積累率迅速下降。再次重現(xiàn)短程硝化反硝化，仍需維持低DO濃度運(yùn)行30天左右。主要基于低DO濃度下，亞硝酸菌的比增值速率比硝酸菌大2.2-2.4倍，通過反應(yīng)不斷抑制或淘洗系統(tǒng)中的硝酸菌，使亞硝酸菌逐漸積累起來，最終導(dǎo)致亞硝酸菌的量和活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硝酸菌，至此，硝化產(chǎn)物主要以亞硝酸鹽氮為主。
維持短程硝化反硝化曝氣量的控制曝氣量控制器7根據(jù)DO濃度和pH值的變化信息來確定曝氣量是否充足，從而相應(yīng)對(duì)曝氣量進(jìn)行控制，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)即使維持低DO濃度可以實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化反應(yīng)，但發(fā)現(xiàn)亞硝酸氮的積累率極其不穩(wěn)定，這說明低DO濃度并不能有效維持短程硝化反硝化，還需對(duì)其進(jìn)行控制。研究發(fā)現(xiàn)為了獲取A/O工藝穩(wěn)定較高的NO2-積累率，需要根據(jù)pH的變化規(guī)律來指示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而進(jìn)行曝氣量的調(diào)節(jié)。DO和pH的變化規(guī)律共分為以下三種情況，分別對(duì)應(yīng)著硝化反應(yīng)未完成、硝化反應(yīng)在好氧區(qū)最后格室完成或即將完成、硝化反應(yīng)提前完成三種運(yùn)行狀態(tài)。
圖4是硝化沒有完成的運(yùn)行狀態(tài)。由圖可知出水氨氮濃度較高，硝化沒有完成，出水硝態(tài)氮以亞硝酸氮為主，亞硝酸鹽積累率高達(dá)93％。由于硝化反應(yīng)一直進(jìn)行，pH值一直以較快的速率下降，并且pH下降速率基本相等。反應(yīng)過程中DO濃度基本維持在低DO水平(0.4-0.6mg/L)，沒有明顯變化，上述信息都表明系統(tǒng)硝化反應(yīng)沒有完成。
圖5是硝化反應(yīng)在好氧區(qū)最后格室完成時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，由圖可知硝化反應(yīng)基本在好氧區(qū)最后格室完成，硝酸氮濃度在反應(yīng)器內(nèi)很低，小于0.5mg/L，系統(tǒng)的亞硝酸氮積累率很高(96％)。由于硝化反應(yīng)沒有完成，在前面好氧格室DO濃度基本維持0.5mg/L左右，當(dāng)硝化反應(yīng)即將完成時(shí)，才在好氧區(qū)最后格室稍微提高。pH值在好氧區(qū)逐漸下降，起初在前面的好氧格室下降速率較快，在后面的好氧格室，由于氨氮濃度降低，可以發(fā)現(xiàn)pH值降低速率明顯減小。由此可知這種運(yùn)行狀況幾乎可以滿足所有的優(yōu)點(diǎn)，首先出水水質(zhì)較好，出水氨氮濃度滿足排放標(biāo)準(zhǔn)；亞硝酸氮積累率很高(大于＞90％)；硝化反應(yīng)正好在氨氮基本完全轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮時(shí)停止，避免了亞硝酸氮繼續(xù)氧化，因此可以節(jié)約曝氣量；另外這種狀態(tài)對(duì)應(yīng)的在線信息明顯、易于測(cè)定，pH值下降速率由開始的快速下降轉(zhuǎn)變?yōu)榫徛陆?，下降速率降低了至?倍。
圖6是硝化反應(yīng)提前完全時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，由圖可知在好氧區(qū)四格室已實(shí)現(xiàn)完全硝化。沿反應(yīng)器推流方向上，氨氮濃度逐漸降低。由于硝化反應(yīng)在好氧區(qū)四格室完成，所以在好氧區(qū)五格室和六格室，生成的亞硝酸氮繼續(xù)氧化為硝酸氮，亞硝酸濃度逐漸降低，而硝酸氮濃度逐漸升高。當(dāng)硝化反應(yīng)沒有完成時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)DO濃度維持在0.5-0.7mg/L，當(dāng)硝化完成時(shí)DO濃度明顯突躍(ΔDO＞1mg/L)。在硝化過程中pH首先下降，當(dāng)硝化反應(yīng)完成時(shí)，pH值上升，因此在pH曲線上產(chǎn)生一個(gè)拐點(diǎn)，該拐點(diǎn)稱為“氨氮谷點(diǎn)”?？刂破貧饬烤S持好氧區(qū)低DO濃度，一般為0.3-0.6mg/L。
由此可知這種運(yùn)行狀況對(duì)應(yīng)的亞硝酸氮積累率最低，并導(dǎo)致能耗浪費(fèi)。為了有效節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用，需要合理控制上述兩個(gè)特征點(diǎn)出現(xiàn)的位置，使其盡可能在反應(yīng)器后面格室出現(xiàn)，這樣一方面保證硝化反應(yīng)的完成，另一方面也可有效節(jié)約曝氣能耗。
由以上三種情況可知，好氧區(qū)DO濃度和pH值信息對(duì)應(yīng)著硝化反應(yīng)進(jìn)行的程度以及是否維持較高的亞硝酸氮積累率。調(diào)節(jié)曝氣量維持系統(tǒng)的pH值信息滿足由初期的快速下降變?yōu)榫徛陆?以下降速率降低5倍作為定量信息)這一重要特征，可以實(shí)現(xiàn)曝氣量的優(yōu)化控制，從而維持穩(wěn)定的亞硝酸氮積累率。
A/O工藝短程硝化反硝化過程的強(qiáng)化技術(shù)A、啟動(dòng)初期盡保持較高的供氣量，同時(shí)也要維持好氧區(qū)各格室的DO濃度低于1.0mg/L，并逐漸降低好氧區(qū)的DO濃度。一方面避免啟動(dòng)初期從高DO濃度變?yōu)榈虳O濃度時(shí)系統(tǒng)硝化效果太差，出水氨氮濃度過高的情況；另一方面低DO濃度運(yùn)行可一定程度抑制亞硝酸氮氧化菌，逐漸實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化。
B、采用在線過程控制，即使在低DO下，也要避免硝化反應(yīng)完成后繼續(xù)曝氣，導(dǎo)致亞硝酸繼續(xù)氧化為硝酸氮。
應(yīng)用實(shí)施例應(yīng)用圖1所示A/O工藝中試試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，維持進(jìn)水COD濃度為250mg/L，好氧區(qū)DO濃度控制在0.5mg/L左右，內(nèi)循環(huán)回流比為2，污泥回流比為0.5，進(jìn)水量為30L/h，動(dòng)態(tài)改變進(jìn)水氨氮濃度，應(yīng)用上述在線控制策略，研究了動(dòng)態(tài)進(jìn)水負(fù)荷下系統(tǒng)的處理效果。如圖10是應(yīng)用在線控制策略所對(duì)應(yīng)的出水氨氮、硝酸氮和亞硝酸氮濃度，以及氨氮和TN去除率和亞硝酸氮積累率。由圖可知采用短程硝化反硝化實(shí)現(xiàn)和維持技術(shù)及其控制系統(tǒng)后，盡管進(jìn)水氨氮濃度具有較大的波動(dòng)性，但系統(tǒng)出水氨氮濃度波動(dòng)很小，基本實(shí)現(xiàn)完全硝化，出水氨氮濃度僅為0-1mg/l，由于控制硝化反應(yīng)在好氧區(qū)最后格室完成，因此獲得了較高的亞硝酸氮積累率，平均值為95％。另外在進(jìn)水C/N較低的情況下獲得了72％的總氮去除率，相對(duì)于全程硝化反硝化過程，出水總氮去除率提高15％，供氣量可以降低20％。由此可知基于pH值下降速率的控制策略是可行的，不但可以維持穩(wěn)定高效的亞硝酸氮積累率，而且可以提高總氮去除率，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。
為了獲得穩(wěn)定的亞硝酸氮積累率，不但維持好氧區(qū)低DO濃度，還需避免硝化反應(yīng)的提前完成，也就避免好氧區(qū)DO濃度發(fā)生突躍。
為了獲得穩(wěn)定的亞硝酸氮積累率，可基于好氧區(qū)pH值下降速率由快變緩(下降5倍)這一信息來控制曝氣量，從而實(shí)現(xiàn)亞硝酸氮最大程度的積累，維持系統(tǒng)短程硝化反硝化的穩(wěn)定，避免亞硝酸氮繼續(xù)氧化為硝酸氮。
基于缺氧區(qū)出水硝酸氮濃度和ORP值具有較好的相關(guān)性，通過控制缺氧區(qū)出水ORP值維持在-120--130mV之間可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)回流量和反硝化反應(yīng)的最優(yōu)控制。
建立一個(gè)強(qiáng)化A/O工藝短程硝化反硝化反應(yīng)進(jìn)程的優(yōu)化控制系統(tǒng)，從而快速啟動(dòng)系統(tǒng)短程硝化反硝化，減少?gòu)娜滔趸蚨坛滔趸^渡的時(shí)間。
權(quán)利要求1.一種前置反硝化工藝處理生活污水短程生物脫氮控制裝置，包括缺氧池、好氧池和二沉池，其特征在于其缺氧池分成至少兩個(gè)底部相通的格室，好氧池分成至少五個(gè)上下交錯(cuò)相通的格室，缺氧池內(nèi)有攪拌器，并與進(jìn)水管、水箱和進(jìn)水泵連通，好氧池內(nèi)設(shè)有曝氣器，二沉池與出水管連通，進(jìn)水口連續(xù)進(jìn)水，出水口連續(xù)出水，二沉池底部連接剩余污泥排泥管和污泥回流管，污泥回流管與缺氧池入口連通，其間連接污泥回流泵，好氧池出口與缺氧池入口之間連接內(nèi)循環(huán)回流管和內(nèi)循環(huán)回流泵，在缺氧池內(nèi)設(shè)置與內(nèi)循環(huán)控制器相連的氧化還原電位傳感器，即ORP傳感器；在好氧池內(nèi)設(shè)置與曝氣量控制器相連的溶解氧濃度傳感器和pH傳感器，溶解氧濃度傳感器即DO傳感器；向內(nèi)循環(huán)控制器輸入ORP設(shè)定值和由ORP傳感器檢測(cè)的測(cè)定值，由內(nèi)循環(huán)控制器將ORP設(shè)定值與ORP測(cè)定值相比較，根據(jù)比較得到的差值向內(nèi)循環(huán)回流泵輸出相應(yīng)的內(nèi)循環(huán)控制變量，動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)回流量；DO傳感器和pH傳感器向曝氣量控制器輸入DO濃度值和pH測(cè)定值，由曝氣量控制器將DO設(shè)定值與DO濃度值相比較，并將pH設(shè)定值與pH測(cè)定值相比較，根據(jù)比較得到的差值向控制曝氣量的鼓風(fēng)機(jī)輸入曝氣量相應(yīng)控制信息，動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的曝氣量；上述內(nèi)循環(huán)控制器和曝氣量控制器為單片機(jī)或計(jì)算機(jī)，包括輸入鍵盤和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器；用于存儲(chǔ)上述ORP、DO、pH檢測(cè)值和設(shè)定值的存儲(chǔ)器；用于將采集上述ORP、DO、pH測(cè)定值與ORP、DO、pH設(shè)定值進(jìn)行比較的比較器；計(jì)算控制量偏差的微處理器；經(jīng)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器向內(nèi)循環(huán)回流泵和控制曝氣量的鼓風(fēng)機(jī)輸出控制信號(hào)的信號(hào)輸出裝置。
專利摘要一種前置反硝化工藝處理生活污水短程生物脫氮控制裝置，缺氧池內(nèi)有攪拌器，并與進(jìn)水管、水箱和進(jìn)水泵連通，好氧池內(nèi)設(shè)有曝氣器，二沉池與出水管連通，二沉池底部連接剩余污泥排泥管和污泥回流管，污泥回流管與缺氧池入口連通，其間連接污泥回流泵，好氧池出口與缺氧池入口之間連接內(nèi)循環(huán)回流管和內(nèi)循環(huán)回流泵，在缺氧池內(nèi)設(shè)置ORP傳感器，在好氧池內(nèi)設(shè)置DO傳感器和pH傳感器；由內(nèi)循環(huán)控制器動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)回流量；由曝氣量控制器動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的曝氣量。具有脫氮效率高、工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、運(yùn)行管理靈活、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)、占地面積少和不易發(fā)生污泥膨脹等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F3/30GK2885848SQ20062020038
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2006年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月17日
發(fā)明者彭永臻, 馬勇, 王淑瑩 申請(qǐng)人:彭永臻