本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提前停止硝化進(jìn)程的sbr深度脫氮在線控制方法。

背景技術(shù)：

近年來水體富營養(yǎng)化問題引起人們普遍關(guān)注，氮是引起水體富營養(yǎng)化的主要因素之一。如何提高現(xiàn)行工藝脫氮效率，研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的脫氮新方法與新技術(shù)，是亟待解決的重要課題，同時這也是污廢水深度處理研究的核心問題之一。

sbr工藝，由于其運(yùn)行方式靈活，可以容易地根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧及厭氧狀態(tài)交替的環(huán)境條件，已成為理想的除磷脫氮工藝。該工藝同時還具有簡單、經(jīng)濟(jì)，處理能力強(qiáng)，耐負(fù)荷沖擊，占地面積小和不易發(fā)生污泥膨脹等優(yōu)點(diǎn)。但該工藝運(yùn)行管理復(fù)雜，而且其傳統(tǒng)的時間程序控制方式，很難根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的實(shí)際變化情況及時調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的自動控制。尋求能夠?qū)崟r反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的過程控制參數(shù)，是實(shí)現(xiàn)sbr工藝系統(tǒng)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行的關(guān)鍵。

基于生物脫氮的硝化過程與溶解氧(do)、ph和氧化還原電位(orp)具有良好的相關(guān)性，反硝化過程與ph和orp也具有良好相關(guān)性的原理，近年來，國內(nèi)外學(xué)者對sbr法在硝化與反硝化過程中do、ph和orp的變化規(guī)律進(jìn)行了廣泛和深入的研究。一致認(rèn)為，可以do、ph和orp作為sbr法脫氮過程的在線控制參數(shù)，并以這些參數(shù)實(shí)現(xiàn)了在硝化反應(yīng)結(jié)束(nh4⁺-n≈0mg/l)和反硝化反應(yīng)結(jié)束(nox^--n≈0mg/l)時，實(shí)時停止好氧曝氣與缺氧攪拌的脫氮在線控制。

但本課題組最近研究發(fā)現(xiàn)，在反硝化系統(tǒng)中如果存在有氨氮成分(氨氮量應(yīng)大于被還原降解硝態(tài)氮量的9％)，會明顯增強(qiáng)反硝化菌的活性，進(jìn)而明顯提高反硝化速率，并且在反硝化降解硝態(tài)氮的過程中，還能同時降解占被還原降解的硝態(tài)氮量8％以上(均值)的氨氮成分。

這一現(xiàn)象表明，以do、ph和orp為參數(shù)實(shí)時控制使系統(tǒng)中nh4⁺-n≈0mg/l時結(jié)束硝化過程控的制方法還有優(yōu)化的空間。因?yàn)閼?yīng)用該控制方法：

①在反硝化過程中，系統(tǒng)中的nh4⁺-n≈0mg/l，得不到氨氮對反硝化過程的促進(jìn)作用；

②將系統(tǒng)中的氨氮濃度氧化至零才結(jié)束好氧過程，無疑要增加好氧動力的消耗，且根據(jù)monod方程【qn＝qnmax·sn/(kn+sn】可知，當(dāng)氨氮濃度sn較高時，sn/(kn+sn)≈1，硝化速率qn≈qnmax，而當(dāng)sn被氧化至較低時，由于sn/(kn+sn)<1，qn將會隨著sn的降低而變得越來越低，這對節(jié)能是不利的。

基于上述氨氮對反硝化進(jìn)程具有明顯促進(jìn)作用的發(fā)現(xiàn)，為了優(yōu)化上述硝化過程的在線控制方法，需要解決的技術(shù)問題是，在不影響出水水質(zhì)的條件下，實(shí)時提前停止硝化進(jìn)程。這樣既可以利用剩余的適量氨氮來促進(jìn)反硝化進(jìn)程，同時也有效地縮短了硝化反應(yīng)時間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)增效、節(jié)能和降耗的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種以do為控制參數(shù)，以ph為輔助控制參數(shù)，在不影響出水水質(zhì)的條件下，實(shí)時提前停止sbr脫氮工藝的硝化反應(yīng)進(jìn)程，使系統(tǒng)中剩余有適量氨氮來促進(jìn)反硝化過程，同時結(jié)合ph和orp參數(shù)在線控制其反硝化攪拌進(jìn)程的sbr深度脫氮在線控制方法。

本發(fā)明基于氨氮對常規(guī)的生物反硝化過程具有明顯促進(jìn)作用的發(fā)現(xiàn)，并結(jié)合do、ph和orp參數(shù)與生物脫氮過程具有明顯相關(guān)性的原理，通過進(jìn)一步深入研究開發(fā)而成。該方法可使sbr法反硝化脫氮的效率明顯提高，使反硝攪拌過程的動力消耗明顯減少，同時也可使硝化過程的好氧動力消耗和硝化過程對堿度的消耗及反硝化過程對碳源需求相應(yīng)減少。

本發(fā)明要求sbr反應(yīng)器及其控制裝置具有以下特征

sbr反應(yīng)器連接有進(jìn)水管、碳源投加管、曝氣管、出水管和排泥管；sbr反應(yīng)器由進(jìn)水泵經(jīng)進(jìn)水閥、進(jìn)水管供水，由碳源投加泵經(jīng)碳源投加閥、碳源投加管投加碳源，由鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)曝氣進(jìn)氣閥、曝氣管進(jìn)行曝氣；在sbr反應(yīng)器出水管和排泥管上也設(shè)置相應(yīng)的排水閥和排泥閥。

在sbr反應(yīng)器中設(shè)置有攪拌器、液位傳感器、ph傳感器、do傳感器和orp傳感器；液位傳感器和ph、do、orp傳感器的檢測信號分別經(jīng)采樣、轉(zhuǎn)換和處理后與控制器相連，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)運(yùn)行控制策略，通過過程控制器中的繼電器對系統(tǒng)的運(yùn)行過程實(shí)施在線控制。

反應(yīng)過程的控制參數(shù)有：sbr反應(yīng)器充滿水時的液位h、反應(yīng)器的充水時間t1、好氧過程中do和ph信號的采樣間隔t2、好氧硝化臨近結(jié)束前do連續(xù)遞增的時間τ及do對時間平均變化率kdoi的臨界值kdok、反硝化段碳源的投加時間t3、攪拌過程中ph和orp信號的采樣間隔t4、反硝化結(jié)束時orp對時間平均變化率korpi突然減小時的臨界值korpk、短時曝氣時間t5、沉淀時間t6、排水時間t7、排泥時間t8、閑置時間t9等。

反應(yīng)過程的每一道工序，包括各種泵和閥門的啟閉，曝氣和攪拌系統(tǒng)的啟閉，充水、投加碳源、排水、排泥、閑置等過程，均可根據(jù)控制策略由控制系統(tǒng)實(shí)時在線控制完成。

本發(fā)明的技術(shù)方案

在設(shè)定了系統(tǒng)運(yùn)行控制參數(shù)的條件下，本發(fā)明提供的sbr反應(yīng)器一個周期運(yùn)行的基本技術(shù)工序如下：

(1)充水啟動進(jìn)水泵，同時打開進(jìn)水閥，將待處理的原水充入sbr反應(yīng)器，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的充水水量(由設(shè)定的充水時間t1并結(jié)合液位h參數(shù)控制)時，由控制系統(tǒng)實(shí)時自動關(guān)閉進(jìn)水閥和進(jìn)水水泵。

(2)好氧曝氣運(yùn)行反應(yīng)器進(jìn)水后，由控制系統(tǒng)自動開啟鼓風(fēng)機(jī)和進(jìn)氣閥，對反應(yīng)器曝氣運(yùn)行，去除水中的有機(jī)物，并將水中氨氮氧化為硝態(tài)氮。

在曝氣過程中，實(shí)時在線監(jiān)測ph和do信號。當(dāng)進(jìn)水中有較多的有機(jī)物存在時，曝氣初期以降解有機(jī)物為主，監(jiān)測的ph歷時曲線呈上升狀態(tài)。當(dāng)監(jiān)測到的ph值轉(zhuǎn)為穩(wěn)定下降狀態(tài)后，說明脫氮的硝化反應(yīng)已開始正常發(fā)生，此時do歷時曲線形狀也進(jìn)入近似為平臺狀態(tài)，或呈緩慢上升的狀態(tài)(見圖2)。隨著硝化反應(yīng)的進(jìn)行，當(dāng)氨氮含量減小到成為硝化過程的限制因素時，do歷時曲線開始上揚(yáng)，并且隨著時間的延續(xù)，do歷時曲線上揚(yáng)速度加快，直至硝化反應(yīng)結(jié)束(見圖2)。據(jù)此并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，制定好氧曝氣運(yùn)行的控制策略如下：

開始曝氣后，在線監(jiān)測的ph和do信號的采樣間隔t2取60s。為消除干擾，對所采集的phi和doi值進(jìn)行4值實(shí)時滑動濾波處理(即計(jì)算4個值滑動的平均值)，并實(shí)時計(jì)算相鄰兩個滑動濾波值phlbi-1、phlbi與dolbi-1、dolbi對時間的平均變化率kphi＝(phlbi-phlbi-1)/(ti-ti-1)和kdoi＝(dolbi-dolbi-1)/(ti-ti-1)值。在曝氣過程中，當(dāng)監(jiān)測到kphi值連續(xù)4min以上均<0后，在注意監(jiān)測dolbi和kdoi值變化情況的同時，開始實(shí)時將kdoi值與設(shè)定的臨界值kdok(取0.012～0.013mg/l·min)進(jìn)行比較。當(dāng)監(jiān)測到dolbi值在連續(xù)的時間τ(取3～5min)內(nèi)均呈遞增狀態(tài)，且至少最后一個kdoi≥kdok(見圖2中的c點(diǎn))，同時滿足曝氣時間大于30min時，由控制系統(tǒng)實(shí)時關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)和進(jìn)氣閥，提前停止曝氣硝化運(yùn)行。

試驗(yàn)結(jié)果表明，此時系統(tǒng)中還剩余有約占進(jìn)水總氮9％～12％的氨氮成分未被氧化，此氨氮量可以滿足對后續(xù)反硝化的促進(jìn)作用。

(3)投加碳源攪拌運(yùn)行好氧過程結(jié)束后，由控制系統(tǒng)實(shí)時開啟碳源投加閥門和碳源投加泵投加碳源(甲醇等)，并啟動攪拌設(shè)備。當(dāng)達(dá)到碳源投放量(由設(shè)定的投放時間t3控制)時，由控制系統(tǒng)實(shí)時關(guān)閉碳源投加泵和碳源投加閥。

碳源的投放量，可根據(jù)硝化結(jié)束時混合液中硝態(tài)氮含量的變化，由人工實(shí)時進(jìn)行調(diào)整，使其恰好滿足反硝化的需求(4.0<bod5/硝態(tài)氮<4.2)。

在攪拌過程中，反硝化菌利用外加的碳源為電子供體，反硝化脫除好氧階段產(chǎn)生硝態(tài)氮，并利用系統(tǒng)中剩余的氨氮促進(jìn)反硝化進(jìn)程，同時也將該氨氮成分在反硝化過程中被部分去除。

在攪拌過程中，實(shí)時在線監(jiān)測ph和orp信號。當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后，監(jiān)測到的orp歷時曲線先呈快速下降狀態(tài)，然后下降速度逐漸減緩并過渡到接近等速下降狀態(tài)，ph歷時曲線則呈穩(wěn)定上升狀態(tài)(見圖1)。隨著攪拌時間的推移，當(dāng)監(jiān)測到ph歷時曲線由上升轉(zhuǎn)為下降(見圖1中a點(diǎn))，并且?guī)缀跬瑫r(有時會略提前或滯后1～2分鐘)，orp歷時曲線則由接近等速下降狀態(tài)，突然轉(zhuǎn)為快速下降而形成“膝點(diǎn)”(見圖1中b點(diǎn))時，表明脫氮的反硝化反應(yīng)已停止。據(jù)此并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，制定缺氧攪拌運(yùn)行的控制策略如下：

在線監(jiān)測的ph和orp信號的采樣間隔t4取60s。同樣為了消除干擾，開始攪拌后，對所采集的phi和orpi值進(jìn)行4值實(shí)時滑動濾波處理(即計(jì)算4個值滑動的平均值)，并實(shí)時計(jì)算相鄰兩個滑動濾波值phlbi-1、phlbi與orplbi-1、orplbi對時間的平均變化率kphi＝(phlbi-phlbi-1)/(ti-ti-1)和korpi＝(orplbi-orplbi-1)/(ti-ti-1)值。在攪拌過程中，當(dāng)監(jiān)測到kphi值連續(xù)3分鐘以上均>0后，在注意監(jiān)測kphi和korpi值變化的同時，開始實(shí)時將korpi值與設(shè)定的臨界值korpk(取-1.2～-1.4mv/min)進(jìn)行比較。當(dāng)監(jiān)測到kphi值由正變負(fù)，同時在此特征點(diǎn)附近(提前或滯后2min內(nèi))，監(jiān)測到korpi<korpi-1，并且korpi≤korpk時，由控制系統(tǒng)實(shí)時停止攪拌運(yùn)行。

(4)短時曝氣運(yùn)行缺氧攪拌停止后，再次由控制系統(tǒng)實(shí)時開啟鼓風(fēng)機(jī)和進(jìn)氣閥對反應(yīng)器進(jìn)行短時間鼓風(fēng)曝氣(曝氣時間t5取7～20min)，主要目的是吹脫附著在污泥顆粒上的氮?dú)夂瓦M(jìn)一步氧化可能剩余的有機(jī)物及部分氨氮成分。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的曝氣時間t5時，由控制系統(tǒng)實(shí)時關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)和進(jìn)氣閥，停止曝氣運(yùn)行。

(5)沉淀停止曝氣運(yùn)行后，使反應(yīng)器中的混合液處于沉淀狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)泥水分離。

(6)排水和排泥待達(dá)到設(shè)定的沉淀時間t6(取40～70min)時，系統(tǒng)實(shí)時開啟排水管道上的排水閥，將處理后的上清液排出反應(yīng)器；根據(jù)設(shè)定的排泥方案，系統(tǒng)實(shí)時開啟排泥管道上的排泥閥排泥。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的排水時間t7(取60～90min)和排泥時間t8(取5～25min)時，系統(tǒng)實(shí)時關(guān)閉排水閥和排泥閥。

(7)閑置反應(yīng)器處于停止工作的待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定的閑置時間t9(取10～50min)時，即完成sbr工藝一個周期的運(yùn)行工序。這時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入下一周期的循環(huán)運(yùn)行。

說明：由于生物脫氮過程要消耗堿度，當(dāng)被處理的污水中堿度不足時，在硝化反應(yīng)過程中會引起系統(tǒng)ph值過度降低，進(jìn)而抑制硝化反應(yīng)過程，并使do快速上升。因此，本發(fā)明適用于被處理污水的堿度應(yīng)該充足【滿足總堿度(以caco3計(jì))/凱氏氮>3.6】，當(dāng)污水中堿度不足時，應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充堿度。

以do為在線控制參數(shù)，實(shí)時在線提前停止硝化進(jìn)程的理論分析

提前停止硝化進(jìn)程的目的：①使sbr反硝化過程存在有適量的氨氮以促進(jìn)反硝化過程(“適量的氨氮”是指剩余的氨氮量應(yīng)大于被還原降解硝態(tài)氮量的9％，同時又不會影響出水水質(zhì))；②有效地縮短硝化反應(yīng)的時間，并盡量將硝化過程控制在零級反應(yīng)階段(硝化速率qn≈qnmax)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，需要解決“在線實(shí)時提前停止硝化”和“保證反硝化系統(tǒng)中含有適量氨氮而不影響出水水質(zhì)”兩個關(guān)鍵問題。

◆關(guān)于“在線適時提前停止硝化”問題的分析

已有的脫氮理論分析和試驗(yàn)現(xiàn)象都表明，do與氨氮的氧化過程具有明顯的相關(guān)性。由monod方程【qn＝qnmax·sn/(kn+sn)】可知，當(dāng)氨氮濃度sn值相對硝化菌的飽和常數(shù)kn很大時，硝化速率(氨氧化速率)qn與sn無關(guān)，兩者之間呈零級反應(yīng)(qn≈qnmax)。在此期間硝化菌的耗氧速率基本不變，因此在恒定曝氣的情況下，與硝化相關(guān)的do歷時曲線應(yīng)該是與時間軸呈近似平行的平臺狀變化曲線，而不會出現(xiàn)有特殊變化的特征點(diǎn)。隨著反應(yīng)的進(jìn)程，當(dāng)sn被降解到與kn具有可比性時，氨氮將成為硝化過程的限制因素，使qn與sn之間偏離零級反應(yīng)關(guān)系(qn<qnmax)。這時qn將隨著sn的降低而不斷減小，相應(yīng)的硝化菌耗氧速率也將隨之降低，在恒定曝氣的情況下，與之相關(guān)的do歷時曲線必然上揚(yáng)。因此，當(dāng)do歷時曲線開始離開平臺時，就是氨氮濃度開始成為硝化過程限制因素的穩(wěn)定特征點(diǎn)，以此就可以在線實(shí)時提前停止sbr的硝化進(jìn)程，并將硝化過程基本控制在零級反應(yīng)階段。試驗(yàn)結(jié)果也完全證明了這一結(jié)論。

◆關(guān)于“保證反硝化系統(tǒng)中含有適量氨氮而不影響出水水質(zhì)”問題的分析

由于硝化菌的飽和常數(shù)kn值很低(硝酸菌的kn＝1.2～1.5mg/l，亞硝酸菌的kn＝0.2～0.4mg/l)，由monod方程可知，氨氮開始成為硝化過程限制因素的濃度sn也會較低。試驗(yàn)結(jié)果表明，在進(jìn)水cod低于50mg/l，nh4⁺-n＝25～120mg/l，nox^--n≈0mg/l，其他條件都滿足生物脫氮的條件下，當(dāng)do參數(shù)歷時曲線離開平臺并開始穩(wěn)定上揚(yáng)后不久，系統(tǒng)中將剩余約占進(jìn)水氨氮9％～12％的氨氮成分未被氧化(見附圖2中與c點(diǎn)對應(yīng)的氨氮濃度值)，而且這一少量的氨氮在反硝化過程中還可以被部分降解，并獲得出水總氮為0.5～5mg/l的脫氮效果(進(jìn)水凱氏氮濃度越低，出水的總氮濃度也相應(yīng)越低)。因此，以do為控制參數(shù)實(shí)時提前停止硝化進(jìn)程，最終不會影響出水水質(zhì)。

本發(fā)明的有益效果

以模擬含氮污水為處理對象，以甲醇為反硝化外加碳源，在模擬含氮污水的cod低于50mg/l，nh4⁺-n＝25～120mg/l，nox^--n≈0mg/l，其他條件都滿足生物脫氮要求的條件下，通過反復(fù)對比試驗(yàn)證明，采用本發(fā)明提出的“在線控制方法”實(shí)時在線控制sbr工藝脫氮運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)出水中總氮為0.5～5mg/l的脫氮效果。同時，與采用do、ph和orp參數(shù)實(shí)時在線控制sbr工藝深度脫氮運(yùn)行，在硝化結(jié)束(nh4⁺-n≈0mg/l)時，再投加碳源反硝化運(yùn)行的方法相比較，本發(fā)明具有以下增效、節(jié)能和降耗的效果。

(1)可以使系統(tǒng)的脫氮能力增強(qiáng)7％以上

因?yàn)樘崆巴Ｖ瓜趸M(jìn)程后，系統(tǒng)中還有約占周期進(jìn)水總氮9％～12％氨氮成分未被氧化，這部分氨氮成分可以在不需要額外碳源的情況下，在后續(xù)降解硝態(tài)氮的反硝化過程中被部分去除。被去除的氨氮量平均占被降解硝態(tài)氮量的比例超過8％，經(jīng)折算后該氨氮量超過被降解總氮量的7％。

(2)可使好氧硝化段的動力消耗減少10％以上

◆本發(fā)明是在do歷時曲線開始穩(wěn)定上揚(yáng)后不久就提前停止硝化進(jìn)程，在此之前硝化菌的耗氧速率基本恒定，即硝化速率qn與氨氮濃度sn無關(guān)，兩者之間呈零級反應(yīng)(qn≈qnmax)，這保證了整個硝化階段都具有最高的硝化速率qnmax；

◆提前停止硝化進(jìn)程后，系統(tǒng)中還剩余有約占進(jìn)水總氨氮9％～12％(按10％計(jì))氨氮成分未被氧化，這部分氨氮可以在后續(xù)降解硝態(tài)氮的反硝化過程中被部分去除，既不會影響脫氮的處理結(jié)果，也不會增加額外的其他動力消耗。

因此，本發(fā)明可使sbr脫氮好氧硝化段的動力消耗減少10％以上。

(3)可以大幅度提高反硝化反應(yīng)速率和減少反硝化過程的動力能耗

提前停止硝化進(jìn)程后，反硝化系統(tǒng)中還存在有適量的氨氮成分，試驗(yàn)結(jié)果表明，這可使反硝化脫氮速率提高35％以上，使反硝化攪拌動力能耗減少25％以上(因?yàn)榉聪趸摰俾逝c反硝化攪拌的時間成反比，所以在相同的條件下，含有氨氮與不含氨氮兩系統(tǒng)反硝化過程攪拌時間比的平均值將<1/1.35＝0.741，這樣含有氨氮反硝化系統(tǒng)的攪拌時間就可較不含氨氮的系統(tǒng)平均減少超過(1-0.741)＝25.9％，即反硝化攪拌過程可平均節(jié)能25％以上)。

(4)可以使sbr脫氮系統(tǒng)反硝化所需碳源減少10％左右

由于在反硝化過程中所去除的氨氮量(平均占被降解硝態(tài)氮量8％以上)不需要有機(jī)物為電子供體，經(jīng)理論分析和對比試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)反硝化過程含有適量的氨氮時，反硝化過程脫除同質(zhì)量氮所需的碳源可平均減少10％左右。

(5)可以使sbr在脫氮過程中減少對堿的消耗

提前停止硝化進(jìn)程后，系統(tǒng)中還剩余有約占進(jìn)水總氮9％～12％氨氮成分未被氧化，因此本發(fā)明可使sbr脫氮系統(tǒng)在硝化過程中減少耗堿9％～12％。

附圖說明

圖1為兩個相同的sbr反應(yīng)器一個典型脫氮周期反硝化段的對比試驗(yàn)結(jié)果。圖中的“系統(tǒng)1”停止曝氣后，反硝化過程中含有一定量的氨氮；“系統(tǒng)2”停止硝化后，反硝化過程中無剩余氨氮，兩系統(tǒng)均以反硝化過程中ph和orp歷時曲線上的特征點(diǎn)a和b的出現(xiàn)，并結(jié)合no3^--n量的檢測結(jié)果控制結(jié)束反硝化過程。經(jīng)計(jì)算知“系統(tǒng)1”的脫氮速率較“系統(tǒng)2”提高37.6％，“系統(tǒng)1”的攪拌能耗較“系統(tǒng)2”降低27.3％。

圖2(a)、(b)、(c)為不同反應(yīng)溫度、不同曝氣強(qiáng)度(q)、不同進(jìn)水氨氮濃度條件下，sbr反應(yīng)器在脫氮的硝化過程中，氨氮濃度和do、ph參數(shù)典型周期的歷時曲線。

從這三幅圖中可以清楚地看到，盡管反應(yīng)溫度(依次為28.8℃、23.4℃、23.6℃)、曝氣強(qiáng)度(曝氣量q依次為0.18m³/h、0.2m³/h、0.36m³/h)、進(jìn)水混合液的氨氮濃度(依次為34.71mg/l，70.82mg/l，83.01mg/l)不同，但在正常的硝化階段，ph歷時曲線都呈穩(wěn)定下降狀態(tài)，do歷時曲線形狀都基本呈平臺形式出現(xiàn)。當(dāng)氨氮濃度被降解到較低時，do歷時曲線開始離開平臺上揚(yáng)，并在上揚(yáng)后不久(見圖2(a)～(c)中c點(diǎn))，混合液中剩余的氨氮濃度(依次為3.63mg/l，7.79mg/l，10.09mg/l)分別為進(jìn)水氨氮濃度的10.46％，11.0％，12,16％，當(dāng)do歷時曲線的上升斜率達(dá)到最大，且ph歷時曲線由下降轉(zhuǎn)為上升出現(xiàn)“谷點(diǎn)”(見圖2)時，氨氮濃度被降解到接近0mg/l。本發(fā)明正是利用了這一規(guī)律，提出了提前停止sbr脫氮過硝化進(jìn)程的控制策略。

圖3為本發(fā)明的在線控制策略框圖。根據(jù)該控制策略，可以使sbr脫氮系統(tǒng)在圖2中c點(diǎn)實(shí)時提前停止硝化進(jìn)程，利用系統(tǒng)中剩余的適量氨氮促進(jìn)后續(xù)的反硝化過程，實(shí)現(xiàn)sbr的深度脫氮在線控制。

具體實(shí)施方式

第1步確定系統(tǒng)運(yùn)行控制參數(shù)

根據(jù)所掌握的被處理污水的水質(zhì)特點(diǎn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，按照以下步驟確定系統(tǒng)運(yùn)行的技術(shù)參數(shù)：

(1)根據(jù)sbr反應(yīng)器的周期充水比例，確定一周期處理的污水總量，以此確定相應(yīng)的充水時間t1和反應(yīng)器充滿時的液位h參數(shù)；

(2)確定好氧過程中ph和do信號的采樣間隔t2(取60s)、好氧硝化臨近結(jié)束前do連續(xù)遞增的時間τ(取3～5min)及do對時間平均變化率kdoi的臨界值kdok(0.012～0.013mg/l·min)、反硝化攪拌過程中ph和orp信號的采樣間隔t4(取60s)、反硝化結(jié)束時orp對時間平均變化率的臨界值korpk(取-1.2～-1.4mv/min)和短時曝氣時間t5(取7～20min)；

(3)根據(jù)停止硝化時混合液中硝態(tài)氮的含量，依據(jù)4.0<bod5/硝態(tài)氮<4.2的條件，確定反硝化開始時碳源液體的投加量，進(jìn)而確定碳源投加時間t3；

(4)根據(jù)需要確定沉淀時間t6(取40～70min)；

(5)根據(jù)一周期的排水量確定排水時間t7(取60～90min)；

(6)以sbr反應(yīng)器每周期反應(yīng)結(jié)束時，混合液的污泥濃度為4500～6000mg/l為依據(jù)，確定每周期的排泥量，進(jìn)而確定排泥時間t8(取5～25min)；

(7)根據(jù)需要確定閑置時間t9(取10～50min，在保證1天24小時的處理水量和運(yùn)行周期數(shù)的前提下，t9的取值決定于原水凱氏氮濃度son變化情況，son升高時，系統(tǒng)處理的周期時間就會加長，則周期間的閑置時間t9就會相應(yīng)縮短，反之t9就會延長)；

(8)在控制裝置上設(shè)定上述過程控制參數(shù)h、t1～t9、τ及kdok、korpk值；

(9)在控制策略的支配下，實(shí)現(xiàn)對處理系統(tǒng)的在線控制運(yùn)行。

第2步sbr反應(yīng)器一個周期運(yùn)行的基本技術(shù)工序

(1)充水啟動進(jìn)水泵，同時打開進(jìn)水閥，將待處理的原水充入sbr反應(yīng)器，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的充水水量(即達(dá)到設(shè)定的充水時間t1和液位h)時，由控制系統(tǒng)實(shí)時關(guān)閉進(jìn)水閥和進(jìn)水水泵。

(2)好氧曝氣運(yùn)行反應(yīng)器進(jìn)水后，由控制系統(tǒng)自動開啟鼓風(fēng)機(jī)和進(jìn)氣閥，對反應(yīng)器曝氣運(yùn)行，去除水中的有機(jī)物，并將水中氨氮氧化為硝態(tài)氮。在曝氣過程中，根據(jù)控制策略，當(dāng)在線監(jiān)測的do歷時曲線上表征提前停止硝化進(jìn)程的特征信號出現(xiàn)時，由控制系統(tǒng)實(shí)時關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)和進(jìn)氣閥，停止曝氣運(yùn)行。

此時系統(tǒng)中還剩余有約占進(jìn)水總氮9％～12％氨氮成分未被氧化。

(3)投加碳源攪拌運(yùn)行停止曝氣后，由控制系統(tǒng)實(shí)時開啟碳源投加閥和碳源投加泵投加碳源(甲醇等)，并啟動攪拌設(shè)備。當(dāng)達(dá)到碳源投放量(即達(dá)到設(shè)定的投放時間t3)時，由控制系統(tǒng)實(shí)時關(guān)閉碳源投加泵和碳源投加閥。

在攪拌過程中，根據(jù)控制策略，當(dāng)在線監(jiān)測的ph和orp歷時曲線上表征反硝化結(jié)束的特征點(diǎn)出現(xiàn)時，由控制系統(tǒng)實(shí)時停止攪拌設(shè)備，停止攪拌運(yùn)行。

(4)短時曝氣運(yùn)行缺氧攪拌停止后，再次由控制系統(tǒng)實(shí)時開啟鼓風(fēng)機(jī)和進(jìn)氣閥對反應(yīng)器進(jìn)行短時間鼓風(fēng)曝氣，主要目的是吹脫附著在污泥顆粒上的氮?dú)夂瓦M(jìn)一步氧化可能剩余的有機(jī)物及部分氨氮成分。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的后曝氣時間t5時，由控制系統(tǒng)實(shí)時關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)和進(jìn)氣閥，停止曝氣運(yùn)行。

(5)沉淀停止短時曝氣運(yùn)行后，使反應(yīng)器中的混合液處于沉淀狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)泥水分離。

(6)排水和排泥待達(dá)到設(shè)定沉淀時間t6時，系統(tǒng)實(shí)時開啟排水管道上的排水閥，將處理后的上清液排出反應(yīng)器；根據(jù)設(shè)定的排泥方案，系統(tǒng)實(shí)時開啟排泥管道上的排泥閥排泥。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的排水時間t7和排泥時間t8時，系統(tǒng)實(shí)時關(guān)閉排水閥和排泥閥。

(7)閑置反應(yīng)器處于停止工作的待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的閑置時間t9時，即完成sbr工藝一個周期的運(yùn)行工序。這時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入下一周期的循環(huán)運(yùn)行。

本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于中小城鎮(zhèn)污水的深度處理，也可應(yīng)用于堿度充足的含氮工業(yè)廢水的深度處理。

應(yīng)用實(shí)例：

采用sbr反應(yīng)器，以人工合成污水為處理對象進(jìn)行了脫氮對比試驗(yàn)。人工合成污水中的有機(jī)物以可溶性淀粉為主要成分調(diào)配，氨氮采用nh4cl調(diào)配，磷采用kh2po4調(diào)配，外加少量的其他營養(yǎng)鹽，采用nahco3調(diào)節(jié)堿度和ph值。試驗(yàn)中，用于對比試驗(yàn)兩個sbr反應(yīng)器的有效容積均為12l，充排水比為0.67，反應(yīng)過程控制溫度約為23～24℃，控制污泥濃度為6000mg/l左右，以甲醇溶液為反硝化碳源，反硝化碳源充足，其他條件相同且均滿足生物脫氮要求。

表1是在運(yùn)行穩(wěn)定的條件下，一個典型周期的對比試驗(yàn)結(jié)果。其中sbr1是按照本發(fā)明提出的“提前停止硝化進(jìn)程的sbr深度脫氮在線控制方法”運(yùn)行的結(jié)果；sbr2是采用do、ph參數(shù)在線控制sbr2硝化反應(yīng)完成后(nh4⁺-n≈0mg/l)，再投加適量碳源，轉(zhuǎn)入采用ph和orp參數(shù)在線控制反硝化過程的運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果。兩個對比周期的進(jìn)水水質(zhì)相同，cod為50mg/l左右，nh4⁺-n為54mg/l左右，nox^--n近似為0mg/l，tp為2.0mg/l左右，堿度充足，ph值為7.6左右。

表1采用本發(fā)明方法提前停止硝化進(jìn)程的sbr1脫氮系統(tǒng)與反硝化段無氨氮的sbr2脫氮系統(tǒng)脫氮過程對比試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表1的試驗(yàn)結(jié)果分析可以得到以下結(jié)論：

(1)sbr1提前停止硝化進(jìn)程后，可帶入反硝化段未被氧化的氨氮量為4.01mg/l(占進(jìn)水氨氮11.07％)，反硝化結(jié)束時剩余的氨氮量為1.47mg/l(反硝化進(jìn)程中降解的氨氮量為2.54mg/l，占被還原降解的硝酸鹽氮8.12％)，短時曝氣后出水中的總氮為0.98mg/l。

(2)在反硝化段，sbr1的脫氮速率是sbr2的1.364倍(27.79/20.37＝1.364)。因?yàn)榉聪趸摰俾逝c反硝化攪拌時間成反比關(guān)系，因此sbr1的攪拌時間可較sbr2減少26.5％【1-(1/1.36)＝26.5％】。

(3)在整個脫氮(包括硝化與反硝化)過程中，sbr1的脫氮速率是sbr2的1.25倍(14.48/11.59＝1.25)，即sbr1的脫氮速率提高了25％。

可見，本發(fā)明在污水深度脫氮過程中的增效、節(jié)能和降耗的效果十分明顯。