專利名稱：研究污水脫氮過(guò)程中N₂O產(chǎn)生的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
要求保護(hù)的技術(shù)方案所屬的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)榛钚晕勰喾ㄎ鬯幚硐到y(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)，屬
于SBR法污水生物脫氮技術(shù)領(lǐng)域，適用于污水處理過(guò)程中溫室氣體產(chǎn)生的研究。
背景技術(shù)：
污水脫氮過(guò)程中N20產(chǎn)生的研究
N20能夠吸收中心波長(zhǎng)為7.78、 8.56、 16. 98pm等幾個(gè)波段的長(zhǎng)波紅外輻射，等摩爾 濃度N20的增溫潛勢(shì)是CO2的200倍。據(jù)報(bào)道，N20的大氣濃度增加1倍就將導(dǎo)致全球 升溫O. 3°C。 N20在對(duì)流層很穩(wěn)定,經(jīng)150年才衰減到初始濃度的37% ，因此可以向上遷 移擴(kuò)散進(jìn)入平流層，并破壞那里的臭氧層。目前大氣中N2O的濃度一直在以每年0.25。/。的 速度持續(xù)增長(zhǎng)，這其中人為源中污水處理對(duì)于全球N20的貢獻(xiàn)占到19%，約為0.3~3.0Tg/a。 因此研究污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的N20具有十分重要的研究意義。
生物脫氮過(guò)程是污水處理過(guò)程中N20的主要產(chǎn)生源。生物脫氮過(guò)程主要由兩段工藝共 同完成，即通過(guò)硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，再通過(guò)反硝化作用將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮 氣從水中逸出。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 同的反應(yīng)，首先由氨氧化菌(AOB)將氨氮氧化為亞硝酸鹽(N02—)，然后由亞硝酸鹽氧 化菌(NOB)將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽(N03.)。在第一步的過(guò)程中目前人們己經(jīng)認(rèn)可的 過(guò)程是氨氮首先被AOB氧化為羥氨(NH2OH),隨后羥氨在進(jìn)一步被氧化為亞硝酸鹽， 羥氨是不穩(wěn)定的物質(zhì)，不能單獨(dú)在自然界存在， 一般我們常見(jiàn)的鹽酸羥氨或者硫酸羥胺， 他們常被用作強(qiáng)還原劑。對(duì)于硝化過(guò)成中N20的產(chǎn)生認(rèn)識(shí)，人們只知道是硝化過(guò)程的中間 體產(chǎn)生，但硝化過(guò)程比較復(fù)雜，除了人們已經(jīng)知道的羥氨，還存在著某種不為人知中間過(guò) 程，這些中間過(guò)程都有可能是硝化過(guò)程中N20的產(chǎn)生源。在反硝化階段硝酸鹽(N03—)首 先被還原為亞硝酸鹽(N02—)，之后亞硝酸鹽(N(V)進(jìn)一步被還原為一氧化氮(NO)， 一氧化氮(NO)在被還原為氧化亞氮(N20)，最后氧化亞氮(N20)被還原為氮?dú)?N2)， 從而達(dá)到從污水中脫除氮的目的。N20是反硝化的一個(gè)中間產(chǎn)物，也有可能是某個(gè)過(guò)程的 副產(chǎn)物，對(duì)于一個(gè)完整的硝化反硝化過(guò)程(參見(jiàn)說(shuō)明附圖)是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，這其 中究竟是哪一個(gè)步驟為N20的主要產(chǎn)生源，產(chǎn)生緣由都還不為人知，需要科研工作者繼續(xù) 深入研究，本實(shí)用新型就為該內(nèi)容的研究提供了方法和設(shè)備。
自動(dòng)控制在污水處理中的應(yīng)用隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，在工程中的應(yīng)用日益廣泛與深入，特別是近年來(lái)其研究 與應(yīng)用成果更受人們的矚目。但在污水處理領(lǐng)域其應(yīng)用并不像其他行業(yè)深入，表現(xiàn)在國(guó)內(nèi) 外國(guó)內(nèi)又遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外。國(guó)外已經(jīng)將自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于污水生物處理的各個(gè)層面控 制出水COD、預(yù)測(cè)出水氨氮濃度、控制脫氮除磷、預(yù)測(cè)污泥膨脹的發(fā)生、控制出水SS濃 度、防止和恢復(fù)毒物和沖擊負(fù)荷的影響以及控制曝氣強(qiáng)度等，涉及到多種活性污泥法處理 工藝，其中大部分為仿真模擬研究。
在我國(guó)，自動(dòng)控制的研究與應(yīng)用在許多領(lǐng)域中都取得了可喜的成果，但在水處理中的 研究很少，應(yīng)用基本處于空白狀態(tài)，本實(shí)用新型釆用PLC編程的固定模式控制方式，通過(guò) 程序控制SBR反應(yīng)器的進(jìn)水時(shí)間、硝化、反硝化時(shí)間和排水、閑置時(shí)間等，利用pH、 DO、 ORP作為控制參數(shù)，利用PLC程序可以控制反應(yīng)器中恒定的pH、 DO和溫度，當(dāng)反應(yīng)器 中實(shí)際值超出設(shè)定值時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉加酸加堿泵、曝氣閥以及開(kāi)始切斷加熱設(shè) 備，恒定設(shè)定范圍值，為試驗(yàn)過(guò)程中研究pH、 DO、溫度等影響因素時(shí)提供穩(wěn)定的恒定條 件。

實(shí)用新型內(nèi)容
1.所要解決的技術(shù)問(wèn)題
N20是重要的溫室氣體，而污水脫氮過(guò)程是其一個(gè)主要的產(chǎn)生源，因此研究N20在污 水脫氮過(guò)程中的減量化有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。要實(shí)現(xiàn)N20的減量，就需要對(duì)污水脫氮過(guò) 程的每一步生物化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，找出哪一部才是N20的主要產(chǎn)生過(guò)程，以及對(duì) 于此過(guò)程的主要影響因素，從而針對(duì)N20產(chǎn)生的主要過(guò)程，確定最佳的工藝控制參數(shù)，指 導(dǎo)實(shí)際污水處理廠在滿足污水脫氮效果的前提下，利用控制合適的工藝參數(shù)，達(dá)到最大化 減少N20產(chǎn)生量的目的。
但是污水脫氮過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，要確定其中哪一歩是N20的主要產(chǎn)生源和每一 步的影響因素并不容易，本實(shí)用新型方法要解決的問(wèn)題就是，應(yīng)用該方法確定出污水脫氮 過(guò)程的硝化和反硝化過(guò)程的中間環(huán)節(jié)產(chǎn)生N20的情況，以及每一步過(guò)程中外在控制參數(shù)對(duì) 其產(chǎn)生N20的影響，從而確定出污水脫氮過(guò)程中N20的主要產(chǎn)生步驟和影響因素，確定 出實(shí)際污水處理廠最佳的工藝控制參數(shù)，減少污水脫氮過(guò)程中N20的產(chǎn)生。 采用的技術(shù)方案
本實(shí)用新型通過(guò)PLC程序自控pH、 DO、 ORP、溫度工藝參數(shù)，通過(guò)工藝參數(shù)了解反 應(yīng)器狀態(tài)，采用磁力攪拌器的攪拌方式，電磁閥曝氣和電動(dòng)閥排水方式，采用法蘭密封的頂部結(jié)構(gòu)，采用水封的方式實(shí)現(xiàn)了利用大氣壓來(lái)平衡反應(yīng)器內(nèi)的壓力，還包括用于測(cè)定N20 的U型干燥管和氣體采樣袋，氣體流量計(jì)。
所述的研究污水脫氮過(guò)程中N20產(chǎn)生的設(shè)備，采用環(huán)形曝氣管，懸空粘于反應(yīng)器內(nèi)壁， 給磁力攪拌器的轉(zhuǎn)子提供轉(zhuǎn)動(dòng)空間，同時(shí)在環(huán)形曝氣管上均勻開(kāi)至少兩個(gè)用于裝曝氣頭小 孔。保證了反應(yīng)器的均勻曝氣。
通過(guò)水泵將水箱中準(zhǔn)備好的反硝化后的生活污水打入密封的SBR反應(yīng)器中，當(dāng)水加 至指定的位置，關(guān)閉水泵，打開(kāi)電磁閥和曝氣泵，并通過(guò)曝氣頭開(kāi)始向反應(yīng)器中曝壓縮空 氣，在整個(gè)曝氣過(guò)程中pH測(cè)定儀、DO測(cè)定儀和ORP測(cè)定儀始終在線檢測(cè)水質(zhì)的變 化，反映水質(zhì)的不同狀態(tài)，其中pH的控制是通過(guò)的加酸和加堿系統(tǒng)來(lái)平衡所需要的pH 值的；利用溫度感應(yīng)探頭時(shí)刻在線感知反應(yīng)器內(nèi)的溫度；SBR反應(yīng)器的加熱是利用加熱電 阻提供的；在SBR反應(yīng)器內(nèi)的曝氣開(kāi)始的同時(shí)，SBR反應(yīng)器底部磁力攪拌器也同時(shí)開(kāi)始 工作；整個(gè)過(guò)程都是利用電腦和PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)完成的，反應(yīng)過(guò)程中水質(zhì)指標(biāo)通過(guò)取 水樣口取出反應(yīng)器內(nèi)水樣進(jìn)行常規(guī)化驗(yàn)，而此過(guò)程產(chǎn)生的N20氣體則通過(guò)氣體采樣口、 氣體干燥管后收集在氣體采樣袋之中，SBR反應(yīng)器中的壓力用壓力調(diào)節(jié)和平衡系統(tǒng)維持恒 定；最后通過(guò)氣相色譜儀對(duì)其進(jìn)行定量分析，在反應(yīng)結(jié)束后由電動(dòng)排水閥將SBR反應(yīng)器 中的水排出去，通過(guò)排泥管定時(shí)排出剩余污泥。
實(shí)用新型的有益效果
隨著奧運(yùn)會(huì)的召開(kāi)，北京目前污水處理率己達(dá)90%以上，這也以為這隨著污水處理量 的增大，有更多的N20釋放到了大氣當(dāng)中，為目前全球日益嚴(yán)重的溫室效應(yīng)推波助瀾，而 通過(guò)該方法我們可以找到N20的具體產(chǎn)生過(guò)程，進(jìn)一步研究其產(chǎn)生機(jī)理，為其減量控制提 供理論依據(jù)，對(duì)于控制參數(shù)的影響的發(fā)現(xiàn)，也可以應(yīng)用到現(xiàn)有污水處理設(shè)施，為確定減少 N20的釋放確定最佳控制參數(shù)提供數(shù)據(jù)支持。


圖1 SBR反應(yīng)器及其控制部件
水泵；2.水箱；3.曝氣泵；4.取水樣口 ； 5.曝氣頭；6.排泥管；7.pH測(cè)定儀；8.DO測(cè) 定儀；9.0RP測(cè)定儀；IO.壓力調(diào)節(jié)器及壓力計(jì)；ll.氣體采樣口； 12.氣體干燥管；13.氣體 采樣袋；14氣相色譜儀；15.加酸系統(tǒng)；16.加熱電阻；17.加堿系統(tǒng)；18.溫度感應(yīng)探頭19. 磁力攪拌器；20.電腦和PLC控制系統(tǒng)；21.電動(dòng)排水閥；22.電磁閥。
圖2污水脫氮全過(guò)程及技術(shù)方案步驟示意圖
具體實(shí)施方式
按照以上方案調(diào)節(jié)好進(jìn)水水質(zhì)，通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的SBR反應(yīng)器， 一步一步完成硝化 和反硝化過(guò)階段的試驗(yàn)，按照上面提供的計(jì)算方法，處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而得出污水脫氮過(guò) 程中，每一步驟過(guò)程中N20產(chǎn)生量和影響因素，確定最佳工藝控制參數(shù)。
以上過(guò)程只是一次測(cè)量過(guò)程的基本路線描述，具體研究的技術(shù)路線與試驗(yàn)方案可分為 以下六組試驗(yàn)。其中A過(guò)程三組，B過(guò)程三組
A:考察硝化過(guò)程中每一步生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中N20的產(chǎn)生情況和影響因素
實(shí)驗(yàn)一 (2~3過(guò)程)
方案
1、 考察pH對(duì)2 3過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中NorN濃度
至20mg/1，維持系統(tǒng)溫度在25'C，曝氣量60m3/11，調(diào)節(jié)pH值分別為6、 7、 8，考察N20 產(chǎn)生情況。實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃度保持在3000mg/1。
2、 考察DO對(duì)2 3過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中N02l濃度
至20mg/l，維持系統(tǒng)溫度在25°C，恒定pH值分別為7.5，調(diào)節(jié)DO在0.5、 1.0、 2.0、 3.0 mg/l， 考察N20產(chǎn)生情況。實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃度保持在3000mg/l。
3、 考察污泥濃度對(duì)2 3過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中N02^濃度
至20mg/1，維持系統(tǒng)溫度在25r，恒定pH值分別為7.5，恒定曝氣量60m3/h，實(shí)驗(yàn)用泥 為全程污泥，污泥濃度分別為2000、 3000、 4000mg/l，考察N20產(chǎn)生情況。
4、 考察溫度對(duì)2 3過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中N02—W濃度
至20mg/1，恒定pH值分別為7.5，恒定曝氣量60m3/h，實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃度恒 定為3000mg/1，維持系統(tǒng)溫度分別在15、 25、 35°C，考察N20產(chǎn)生情況。
實(shí)驗(yàn)二 (0~3過(guò)程)
方案
1、考察pH對(duì)0 3過(guò)程中N2O產(chǎn)生情況的影響研究實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中NH4+1濃度
至20mg/1，維持系統(tǒng)溫度在25。C，曝氣量60mVh，調(diào)節(jié)pH值分別為6、 7、 8，考察N20 產(chǎn)生情況。實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃度保持在3000mg/l。
2、 考察DO對(duì)0~3過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中NH4+1濃度
至20mg/l，維持系統(tǒng)溫度在25°C ，恒定pH值分別為7.5，調(diào)節(jié)DO在0.5、 1.0、 2.0、 3.0 mg/l， 考察N20產(chǎn)生情況。實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃度保持在3000mg/l。
3、 考察污泥濃度對(duì)0 3過(guò)程中N2O產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中NH4+1濃度
至20mg/1，維持系統(tǒng)溫度在25'C，恒定pH值分別為7.5，恒定曝氣量60m3/h,實(shí)驗(yàn)用泥 為全程污泥，污泥濃度分別為2000、 3000、 4000mg/l，考察N20產(chǎn)生情況。
4、 考察溫度對(duì)0~3過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中NH4+"N濃度
至20mg/1，恒定pH值分別為7.5，恒定曝氣量60m3/11，實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃度恒 定為3000mg/1，維持系統(tǒng)溫度分別在15、 25、 35°C，考察N20產(chǎn)生情況。
實(shí)驗(yàn)三(1~3過(guò)程)
方案(說(shuō)明由于羥氨不穩(wěn)，本試驗(yàn)采用購(gòu)買得到的成品鹽酸羥氨代替羥氨，本 品劇毒，)
1、 考察pH對(duì)l 3過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中NH2OH'HCL 濃度至20mg/1，維持系統(tǒng)溫度在25'C，曝氣量60m3/11，調(diào)節(jié)pH值分別為6、 7、 8，考察 N20產(chǎn)生情況。實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃度保持在3000mg/l。
2、 考察DO對(duì)l 3過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中NH20H.HCL 濃度至20mg/1，維持系統(tǒng)溫度在25'C，恒定pH值分別為7.5,調(diào)節(jié)DO在0.5、 1.0、 2.0、 3.0 mg/1，考察N20產(chǎn)生情況。實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃度保持在3000mg/l。
3、 考察污泥濃度對(duì)1 3過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中NH20frHCL 濃度至20mg/1，維持系統(tǒng)溫度在25。C，恒定pH值分別為7.5，恒定曝氣量60m3/h，實(shí)驗(yàn) 用泥為全程污泥，污泥濃度分別為2000、 3000、 4000mg/l，考察N20產(chǎn)生情況。
4、考察溫度對(duì)1~3過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中NH2OHflCL 濃度至20mg/1，恒定pH值分別為7.5，恒定曝氣量60m3/h，實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃 度恒定為3000mg/l,維持系統(tǒng)溫度分別在15、 25、 35°C，考察N20產(chǎn)生情況。
B:實(shí)驗(yàn)一 (3~7過(guò)程)
(備注B過(guò)程以高純氮?dú)獯鎵嚎s空氣，曝氣量大小一致，由流量計(jì)調(diào)解) 方案
1、 考察pH對(duì)3 7過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中N03^濃度
至20mg/1，維持系統(tǒng)溫度在25。C，調(diào)節(jié)COD至150mg/l，調(diào)節(jié)pH值分別為6、 7、 8，考 察N20產(chǎn)生情況。實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃度保持在3000mg/l。
2、 考察污泥濃度對(duì)3~7過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中N03^濃度
至20mg/1，維持系統(tǒng)溫度在25。C，調(diào)節(jié)COD至150mg/l，恒定pH值分別為7.5，實(shí)驗(yàn)用 泥為全程污泥，污泥濃度分別為2000、 3000、 4000mg/l，考察N20產(chǎn)生情況。
3、 考察溫度對(duì)3~7過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中Norw濃度
至20mg/1，恒定pH值分別為7.5，調(diào)節(jié)COD至150mg/l，實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃 度恒定為3000mg/l，維持系統(tǒng)溫度分別在15、 25、 35°C，考察N20產(chǎn)生情況。
4、 考察C/N對(duì)3 7過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中NCbl濃度
至20mg/1， pH值分別為7.5，實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃度恒定為3000mg/l，溫度恒 定25。C，調(diào)節(jié)系統(tǒng)COD分別至60、 100、 150、 200mg/l，考察化0產(chǎn)生情況。
實(shí)驗(yàn)二 (4~7過(guò)程) 方案1、 考察pH對(duì)4 7過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中N02l濃度 至20mg/1，維持系統(tǒng)溫度在25。C，調(diào)節(jié)COD至150mg/l，調(diào)節(jié)pH值分別為6、 7、 8，考 察N20產(chǎn)生情況。實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃度保持在3000mg/1。
2、 考察污泥濃度對(duì)4~7過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中N02一N濃度 至20mg/1，維持系統(tǒng)溫度在25。C，調(diào)節(jié)COD至150mg/l，恒定pH值分別為7.5，實(shí)驗(yàn)用 泥為全程污泥，污泥濃度分別為2000、 3000、 4000mg/l，考察N20產(chǎn)生情況。
3、 考察溫度對(duì)4 7過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中N02^濃度
至20mg/1，恒定pH值分別為7.5，調(diào)節(jié)COD至150mg/l，實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃 度恒定為3000mg/l，維持系統(tǒng)溫度分別在15、 25、 35'C，考察N20產(chǎn)生情況。
4、 考察C/N對(duì)4 7過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中N02^濃度
至20mg/1， pH值分別為7.5，實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃度恒定為3000mg/l，溫度恒 定25'C，調(diào)節(jié)系統(tǒng)COD分別至60、 100、 150、 200mg/l，考察N20產(chǎn)生情況。
實(shí)驗(yàn)三(5~7過(guò)程)
方案
1、 考察pH對(duì)5~7過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中溶解態(tài)NO濃
度至20mg/1，維持系統(tǒng)溫度在25。C，調(diào)節(jié)COD至150mg/l，調(diào)節(jié)pH值分別為6、 7、 8， 考察N20產(chǎn)生情況。實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃度保持在3000mg/1。
2、 考察污泥濃度對(duì)5~7過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中溶解態(tài)NO濃
度至20mg/1，維持系統(tǒng)溫度在25。C，調(diào)節(jié)COD至150mg/l，恒定pH值分別為7.5，實(shí)驗(yàn) 用泥為全程污泥，污泥濃度分別為2000、 3000、 4000mg/l，考察N20產(chǎn)生情況。
3、 考察溫度對(duì)5 7過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中溶解態(tài)NO濃
度至20mg/1，恒定pH值分別為7.5，調(diào)節(jié)COD至150mg/l，實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥 濃度恒定為3000mg/l，維持系統(tǒng)溫度分別在15、 25、 35°C，考察N20產(chǎn)生情況。4、考察C/N對(duì)5 7過(guò)程中N20產(chǎn)生情況的影響研究
實(shí)驗(yàn)方法取反硝化結(jié)束后的生活污水(不含三氮)，調(diào)節(jié)分析廢水中溶解態(tài)NO濃
度至20mg/1， pH值分別為7.5，實(shí)驗(yàn)用泥為全程污泥，污泥濃度恒定為3000mg/l，溫度 恒定25。C，調(diào)節(jié)系統(tǒng)COD分別至60、 100、 150、 200mgA，考察N20產(chǎn)生情況。
A過(guò)程中通過(guò)定量投加和固定控制參數(shù)的方法，研究了2 3、 1 3和0 3過(guò)程中不同 控制參數(shù)下N20的產(chǎn)生情況，那么對(duì)于0~1過(guò)程不同控制參數(shù)下N20的產(chǎn)生情況可以通 過(guò)0 3過(guò)程數(shù)值減去1 3過(guò)程，l-2過(guò)程產(chǎn)生的N20量也可以通過(guò)1 3過(guò)程的數(shù)值減去2~3 過(guò)程數(shù)值，這樣對(duì)于硝化過(guò)程每一個(gè)步驟不同控制參數(shù)下產(chǎn)生的N20量就有所了解了，從 而確定N20的具體的產(chǎn)生過(guò)程，同時(shí)試驗(yàn)還研究了硝化過(guò)程中N20產(chǎn)生的影響因素，如 pH、 DO、污泥濃度、溫度等，這都是污水處理廠控制污水處理過(guò)程中必要的工藝控制 參數(shù)，本實(shí)用新型確定了污水硝化過(guò)程中哪一步為主要的N20產(chǎn)生過(guò)程，和N20最少產(chǎn) 生量條件下的pH、 DO、污泥濃度和溫度等的最佳值，可以知道實(shí)際污水處理廠將其工 藝參數(shù)控制在此值范圍內(nèi)，從而達(dá)到減少N20釋放的目的，在B過(guò)程中同樣我們可以利用 與A過(guò)程相同的方法，計(jì)算出反硝化過(guò)程中哪一步為N20最主要的產(chǎn)生過(guò)程和影響條件， 確定出反硝化過(guò)程的N20減量控制的最佳p H、 C / N、污泥濃度和溫度等控制參數(shù)。
所采用的反應(yīng)器設(shè)備
能完成以上方案還要有其他軟硬件的支持，除自動(dòng)控制的PLC程序設(shè)備之外，就是特 殊設(shè)計(jì)的SBR反應(yīng)器了，本反應(yīng)器采用法蘭盤(pán)密封，中間有橡膠密封墊，防止氣體泄漏， 在反應(yīng)器的下端設(shè)有底座，底座的尺寸設(shè)計(jì)和磁力攪拌器大小正好相配。反應(yīng)器四周纏有 加熱電阻，可以給反應(yīng)器內(nèi)污水加熱，通過(guò)磁力攪拌器的溫度探頭可以感知反應(yīng)器內(nèi)溫度， 溫度的高低通過(guò)PLC程序控制在設(shè)定范圍內(nèi)。反應(yīng)器進(jìn)水采用蠕動(dòng)崩，進(jìn)水均勻，速度較 快。反應(yīng)器的排水方式為電動(dòng)閥排水，按照PLC設(shè)定的程序，打開(kāi)關(guān)閉排水閥。反應(yīng)器的 曝氣閥由電磁閥控制，它可以高頻率的迅速開(kāi)關(guān)，以達(dá)到反應(yīng)器中設(shè)定的溶解氧(DO)值。 在反應(yīng)器的側(cè)面開(kāi)有三個(gè)空，用于裝pH、 DO、 ORP探頭，用來(lái)了解反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)情況 和控制參數(shù)值。探頭記錄的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸給PLC程序，反饋在電腦上位機(jī)畫(huà)面上， 方便操作者運(yùn)行控制和了解反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)狀況。由于反應(yīng)器整體密封，采用磁力攪拌器 攪拌的方式增加反應(yīng)器內(nèi)的返混程度，因此反應(yīng)器內(nèi)需要一個(gè)長(zhǎng)約5cm的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子在磁 力攪拌器的磁力作用下不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)混合溶解的攪動(dòng)，用磁力攪拌器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的攪拌器，帶來(lái)的一個(gè)新的問(wèn)題就是曝氣頭的安裝問(wèn)題，本反應(yīng)器經(jīng)過(guò)了特殊的設(shè)計(jì)， 克服了曝氣頭位置影響轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題，那就是在反應(yīng)器底部靠上2cm的位置架空一個(gè)環(huán) 形曝氣管，氣管一頭延伸出反器外部，接上曝氣電磁閥。曝氣管用有機(jī)玻璃條粘與反應(yīng)器 內(nèi)壁上，在曝氣管一周120度角位置開(kāi)三個(gè)小孔，裝三個(gè)曝氣頭，保證反應(yīng)器內(nèi)曝氣均勻， 同時(shí)不影響下面磁力攪拌器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)。反應(yīng)器頂部采法蘭盤(pán)上開(kāi)有5個(gè)小孔，小孔與其 連接部件間通過(guò)橡皮泥密封，他們分別是加酸、加堿孔，溫度探頭孔和氣體收集空，收集 出來(lái)的氣體首先經(jīng)過(guò)U型硅膠干燥管，之后收集與氣體釆樣袋中，去采樣帶中混合氣體用 氣象色譜儀分析其中N20量，還有一個(gè)孔是用于連接平衡反應(yīng)器內(nèi)的氣壓的壓力平衡器， 此壓力平衡器也是自己開(kāi)發(fā)，利用一個(gè)U型管連接與一個(gè)盛有半瓶水的水平，水平開(kāi)蓋與 大氣壓相通，當(dāng)集氣系統(tǒng)壓力過(guò)大或反應(yīng)器內(nèi)壓力過(guò)大時(shí)，或者是集氣系統(tǒng)某地方漏氣都 可以通過(guò)U型管內(nèi)的液位反應(yīng)出來(lái)，從而為把握反應(yīng)器內(nèi)壓力提供依據(jù)。
本技術(shù)方案分為A、 B兩過(guò)程，A部分為硝化過(guò)程，B部分為反硝化過(guò)程。A這個(gè)過(guò) 程首先通過(guò)說(shuō)明書(shū)附圖中的水泵l，將水箱2中準(zhǔn)備好的反硝化后的生活污水打入密封的 SBR反應(yīng)器中，當(dāng)水加至指定的位置，關(guān)閉水泵l，打開(kāi)電磁閥22和曝氣泵3，并通過(guò)曝 氣頭5開(kāi)始向反應(yīng)器中曝壓縮空氣，在整個(gè)曝氣過(guò)程中pH測(cè)定儀7 、 DO測(cè)定儀8和 ORP測(cè)定儀9始終在線檢測(cè)水質(zhì)的變化，反映水質(zhì)的不同狀態(tài)，其中pH的控制是通過(guò) 加酸和加堿系統(tǒng)來(lái)平衡所需要的pH值的。利用溫度感應(yīng)探頭18時(shí)刻在線感知反應(yīng)器內(nèi)的 溫度，為研究其工藝控制參數(shù)提供必要的工具。反應(yīng)器的加熱是利用加熱電阻16提供的。 在反應(yīng)器內(nèi)的曝氣開(kāi)始的同時(shí)，反應(yīng)器底部磁力攪拌器19也同時(shí)開(kāi)始工作，保證反應(yīng)器 內(nèi)的混合均勻。這一起都是利用電腦和PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)完成的，反應(yīng)過(guò)程中水質(zhì)指標(biāo) 通過(guò)4取水樣口取出反應(yīng)器內(nèi)水樣進(jìn)行常規(guī)化驗(yàn)，而此過(guò)程產(chǎn)生的N20氣體則通過(guò)氣體 采樣口 11、氣體干燥管12后收集在氣體采樣袋13之中，SB R反應(yīng)器中的壓力用壓力調(diào) 節(jié)和平衡系統(tǒng)維持恒定。最后通過(guò)氣相色譜儀對(duì)其進(jìn)行定量分析，在反應(yīng)結(jié)束后由電動(dòng)排 水閥將反應(yīng)器中的水排出去。為了控制反應(yīng)器中一定量的污泥濃度，還需要同過(guò)排泥管定 時(shí)排出剩余污泥。B部分除了向反應(yīng)器中曝氣采用氮?dú)庖酝馄溆嗖糠钟贏—致。
應(yīng)用本實(shí)用新型的試驗(yàn)方法和設(shè)備可以成功的確定污水處理過(guò)程中復(fù)雜的連續(xù)的生 化反應(yīng)得具體哪一步為N20的主要產(chǎn)生源，由于生化反應(yīng)的連續(xù)性，應(yīng)用一般的方法不可 能實(shí)現(xiàn)其停止在中間的某一步過(guò)程中，而本實(shí)用新型利用巧妙的試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)，成功的分 離了每一個(gè)生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，同時(shí)利用特定的試驗(yàn)設(shè)備，還可以準(zhǔn)確的確定出了N20的產(chǎn)生量的多少和影響因素，有些步驟是主要產(chǎn)生源，可能會(huì)產(chǎn)生很多N20，有些步驟可能 是次要產(chǎn)生源，產(chǎn)生量少一些，還有些步驟可能并不產(chǎn)生N20， 因此我們就可以知道具 體哪一個(gè)生化反應(yīng)步驟才是N20的最直接的產(chǎn)生過(guò)程，并對(duì)其重點(diǎn)控制，找出減少這個(gè)過(guò) 程中N20減少的工藝控制參數(shù)，從而最終確定了減少N20產(chǎn)生的控制策略，實(shí)現(xiàn)污水處 理過(guò)程中N20的減量控制。
由于實(shí)際污水處理廠目前運(yùn)行過(guò)程基本沒(méi)有考慮N20的產(chǎn)生量，因此也就更不知道控 制N20產(chǎn)生的工藝控制參數(shù)，通過(guò)以上方法得到的結(jié)果恰恰可以指導(dǎo)了實(shí)際污水處理廠在 污水脫氮的硝化和反硝化過(guò)程中應(yīng)該控制在什么工藝參數(shù)條件下，可以最大限度的減少 N20的產(chǎn)生。因此本方法的最大創(chuàng)新在于成功分離出連續(xù)復(fù)雜生化反應(yīng)重具體步驟過(guò)程的 N20產(chǎn)生情況，并對(duì)其具體多少進(jìn)行定量分析和影響因素確定。最大的有益效果就是這時(shí) 一套實(shí)現(xiàn)污水處理廠N20產(chǎn)生減量的控制方法。另外它不僅適用于污水處理廠，它可以適 用于任何污水處理系統(tǒng)中N20產(chǎn)生的減量控制。
權(quán)利要求1. 研究污水脫氮過(guò)程中N2O產(chǎn)生的設(shè)備，其特征在于采用PLC程序控制pH測(cè)定儀、DO測(cè)定儀和ORP測(cè)定儀以及溫度感應(yīng)探頭，在反應(yīng)器中采用磁力攪拌器攪拌，電磁閥曝氣和電動(dòng)閥排水，采用法蘭密封的頂部結(jié)構(gòu)，采用水封的方式實(shí)現(xiàn)利用大氣壓來(lái)平衡反應(yīng)器內(nèi)的壓力，采用環(huán)形曝氣管，懸空粘于反應(yīng)器內(nèi)壁，同時(shí)在環(huán)形曝氣管上均勻開(kāi)至少兩個(gè)用于裝曝氣頭的小孔，還包括用于測(cè)定N2O的U型干燥管和氣體采樣袋，氣體流量計(jì)。
專利摘要研究污水脫氮過(guò)程中N₂O產(chǎn)生的設(shè)備屬于污水脫氮領(lǐng)域。其特征在于，通過(guò)PLC程序自控pH、DO、ORP、溫度工藝參數(shù)，通過(guò)工藝參數(shù)了解反應(yīng)器狀態(tài)，采用磁力攪拌器的攪拌方式，電磁閥曝氣和電動(dòng)閥排水方式，采用法蘭密封的頂部結(jié)構(gòu)，采用水封的方式實(shí)現(xiàn)了利用大氣壓來(lái)平衡反應(yīng)器內(nèi)的壓力，還包括用于測(cè)定N₂O的U型干燥管和氣體采樣袋，氣體流量計(jì)。應(yīng)用該設(shè)備確定出污水脫氮過(guò)程的硝化和反硝化過(guò)程的中間環(huán)節(jié)產(chǎn)生N₂O的情況，以及每一步過(guò)程中外在控制參數(shù)對(duì)其產(chǎn)生N₂O的影響，從而確定出污水脫氮過(guò)程中N₂O的主要產(chǎn)生機(jī)理和影響因素。
文檔編號(hào)G01N33/15GK201226000SQ20082010887
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者尚會(huì)來(lái), 張靜蓉, 彭永臻 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)