专利名称：一种快速实现sbr法短程深度脱氮的方法
技术领域：
本发明涉及一种含氮废水生物处理工艺的快速实现方法，尤其是 能够进行短程硝化反硝化和过程实时控制的SBR法深度脱氮工艺的 实现方法，适用于含氮工业废水处理和城镇污水深度处理。
技术背景随着工农业的飞速发展，人类对环境的质量要求逐渐提高，水环 境的富营养化现象逐渐引起人们的高度重视。生物硝化反硝化是目前 普遍采用的污水脱氮方法。传统硝化作用分两步进行。首先，氨氧化 菌(A0B)将氨氮转化为亚硝酸盐；而后，由亚硝酸氧化菌(NOB)将 亚硝酸盐转化为硝酸盐。反硝化作用是在缺氧及存在有机石友源的条件 下，由反硝化菌将亚硝酸盐及硝酸盐还原为氮气。但当处理低C/N比 废水(如某些以居民生活污水为主的城市污水)时，由于碳源不足或 水温波动等原因，脱氮效率较低。短程生物脱氮技术是将生物硝化过程控制在氨氧化阶段，而后直 接进行反硝化，不但节省了 NO「-N进一步曝气氧化所需的能源，而且 也节省了反硝化N(V-N过程所需的碳源。实现短程硝化反硝化对于提 高脱氮效率、节省能源和碳源具有重要的意义，但目前该工艺的应用 多集中于高氨氮废水的处理问题上，对于处理低C/N比的生活污水或 城市污水过程，尚未有行之有效的实现短程深度脱氮的方法。SBR工艺是间歇式活性污泥法污水处理工艺的简称，它的处理装 置只有一个SBR反应池，进水、反应、沉淀、排水等步骤均在此反应 池中进行，是一种常规的活性污泥法污水处理工艺。SBR工艺具有运 行方式灵活、可控性好等优点，因此是研究短程深度脱氮实现方法及稳定性问题的最佳工艺。 发明内容本发明的目的是提供一种快速实现SBR法短程深度脱氮的方法， 通过施加各种有利于实现SBR法短程生物脱氮的调控方法，给出最优 的环境控制参数，并结合实时控制技术，达到快速实现短程深度脱氮 的效果。本发明采用分三段进水的运行方式，将待处理的污水每一个周期 分三批等量加入反应器，在整个反应过程中，始终控制系统内温度保 持在30-33。C范围内，具体步骤如下I进水将第 一批污水加入SBR反应器，进水的同时启动搅拌器 进行搅拌，在此过程中系统进入厌氧状态，活性污泥可快速吸收污水 中的部分有机物，储存在细胞内；II曝气进水结束后开启鼓风机对系统进行曝气，通过调节供气 量控制污水中溶解氧浓度在0. 8-1. 2mg/1范围内，好氧去除水中有机 物，之后在氨氧化细菌的作用下将水中氨氮氧化，曝气过程中产生的 气泡使得污水和活性污泥充分接触，起到了搅拌混合的作用，采集 pH值电流信号经变送器输入模拟数字转换器A/D,转换成数字信号， 并再通过数据采集卡实时将所获得的数据信息传输到计算机进行滤 波和求导处理，当pH值的一阶导数由负变正，且曝气时间t>2h，停 止曝气；氨氧化反应是一个产酸的反应，在反应过程中pH值会一直下降， 当反应结束时产酸停止，由于C02被大量吹脱，pH值会由下降变为上 升，根据以上特征，停止曝气。III加原污水投加第二批原污水并同时启动搅拌器，为系统中的 反硝化菌提供缺氧环境和有机碳源进行反硝化反应，反硝化进程由pH值在线传感器监控，并通过数据采集卡实时将所获得的数据信息 传输到计算机进行滤波和求导处理，当pH值一阶导数由正变负，且 搅拌时间t〉0. 5h，关闭搅拌器；反硝化过程亚硝态氮不断被还原为氮气，由于不断产生,威度，所 以pH值会持续上升，当反硝化结束时，由于进入厌氧发酵产酸阶段， 所以pH值会由上升变为下降，根据以上特征点，停止搅拌。IV曝气开启鼓风才几对系统进行第二次曝气，重复步骤2)中的 曝气过程，将第二次进水中的氨氮氧化，仍然根据pH值由下降变上 升的特征点进行控制；V加原污水投加第三批污水，此时反应器已满负荷运行，重复 进行工序ni中的反硝化过程，并根据pH值一阶导数由正变负，且搅 拌时间t>0. 5h,关闭搅拌器；VI曝气重复进行工序IV中的曝气过程，并根据pH值的一阶导 数由负变正，且曝气时间t〉2h,停止曝气；VII投加外加碳源投加少量乙醇作为外加碳源，进行反硝化反应 并开启搅拌器，并根据pH值一阶导数由正变负，且搅拌时间t〉0. 5h, 关闭搅拌器；VIII沉淀和排水反应全部结束后，根据设定的时间进行沉淀，排水；ix闲置在闲置阶段根据设定的时间启动排泥泵排放掉污泥，保持系统的污泥平均停留时间在12-15天。本发明所涉及的基于pH特征点的分段进水SBR工艺过程控制方 法，参照已有中国专利ZL 200610012076.1。短程生物脱氮工艺的实现条件在本质上是硝化菌群(主要包括氨 氧化细菌和亚硝酸氧化细菌两大类细菌)结构的优化，即尽可能淘汰系统中的亚硝酸氧化细菌，保留氨氧化细菌。本发明所提供的快速实现SBR法短程深度脱氮的方法是将提高 氨氧化菌生长速率，降低亚硝酸氧化菌生长速率，即最有利于富集氨 氧化细菌、淘汰亚硝酸氧化细菌的因素综合在一起的，具体包括1 )基于在线参数pH值变化特征点的实时控制是短程深度脱氮得 以实现和稳定的主要因素，由于亚硝酸氧化菌必须在氨氧化细菌产生 亚硝酸盐后方可生长，因此，如果在氨氮刚好氧化完成时或之前停止 曝气，亚硝酸盐将有所累积，应用实时控制策略，既可以保证氨氮被 完全氧化，又防止了亚硝酸盐的进一步氧化，是短程硝化实现的必要 条件。2)通过排泥，控制系统污泥平均停留时间12-15天是实现短程 深度脱氮的关4定步骤。在本发明控制的条件下氨氧化细菌的污泥龄 (即氨氧化细菌增长一倍的时间) 一般在10-12天，而亚硝酸氧化菌 的污泥龄(即亚硝酸氧化细菌增长一倍的时间)则一般在18-20天， 控制系统污泥平均停留时间12-15天可以使亚硝酸氧化细菌还没有 来得及充分的增殖就被排出系统，从而保证了氨氧化细菌在整个硝化 菌群中的比例不断提高，而淘汰亚硝酸氧化细菌。3 ) 30-33。C的系统运行温度有利于富集氨氧化细菌。在30。C以 上温度条件下，氨氧化细菌的生长速率大于亚硝酸氧化细菌的生长速 率，长期在这种条件下运行，有利于富集氨氧化细菌。4)控制偏低的溶解氧(1.0mg/L)，有利于富集氨氧化细菌。根 据两类微生物的生理特性，在好氧阶段，较低的溶解氧浓度(D(K lmg/L)条件下，氨氧化细菌的生长速率大于亚硝酸氧化细菌的生长 速率，因为氨氧化细菌对溶解氧的亲和力比亚硝酸氧化细菌强。长期 在这种条件下运行，有利于富集氨氧化细菌。另外在低溶解氧条件下，由于局部缺氧易发生同步硝化反硝化作用，第一次进水阶^R的厌氧状 态，污泥快速吸收有机物储存在细胞内能进一步为同步硝化反硝化提 供碳源，该作用的结果是减少系统中产生的亚硝态氮，即亚硝酸氧化 菌的底物，可以起到减少亚硝酸氧化细菌生长机会的作用。5) 交替好氧/缺氧状态有利于提高氨氧化细菌的竟争力。根据两 类微生物的生理特性，每一个缺氧阶段之后的好氧阶段氨氧化细菌总 是比亚硝酸氧化细菌提前恢复活性，这样氨氧化细菌的生长速率在好 氧开始阶段就高于亚硝酸氧化菌的生长速率，减少了亚硝酸氧化细菌 的生长机会。6) 分段进水的运行模式可以及时充分的进行反硝化过程，将系 统中产生的亚硝态氮，即亚硝酸氧化菌的底物及时从系统中去除，也 起到了减少了亚硝酸氧化细菌的生长机会的作用。本发明具有以下益效果1) 脱氮效果好，出水氨氮小于lmg/L、总氮小于5mg/L， 2002 年国家颁布的排污标准中，对城镇污水最严格的排放标准为出水氨氮 小于5mg/L、总氮小于15mg/L,本发明的出水氨氮和总氮远低于国 家颁布的排污标准。2) 节能降耗效果好，短程硝化反硝化技术本身就节约了 25%的 曝气能耗和40%的外加碳源费用，分段进水的运行模式又充分利用了 原污水中的有机碳源，使得外投碳源的费用降到最低。同时由于污水 中的有机物被作为反硝化碳源，节约了氧化该部分有机物所需要的氧 气，进一步节约了鼓风机的能耗。3) 自动化水平高，基于普通传感器的实时控制策略，可灵活控 制生物脱氮过程中的好氧曝气和缺氧搅拌时间，/人#_本上解决了曝气 或搅拌时间不足所引起的反应不完全和曝气或搅拌时间过长所带来的运行成本的提高和能源的浪费。4) 主体装置采用的是SBR工艺，使有机物和含氮化合物在一个 反应池内得到去除，减少了缺氧池和沉淀池等处理构筑物，从而降低 了基建投资和整个工艺的占地面积。5) 整个工艺由过程实时控制系统完成，具有管理操作方便，费 用低、耐冲击负荷强和不易发生污泥膨胀。6) 本发明可广泛应用于中小城镇城市污水或有机物、氮素含量 变化较大的工业废水的处理，特别适用于已采用SBR工艺的污水处理 厂或准备采用SBR工艺的污水处理厂。
图1、实施例中快速实现SBR法短程深度脱氮方法的运行结果以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
具体实施方式
实施例以某大学家属区排放的实际生活污水作为实验对象 (pH=6. 5-7, 8， COD=260-350 mg/L， TN=75-80mg/L )。所选择的SBR 反应器有效容积15L,分三次进水，每次进水约为4L,反应器内混合 液的C0D浓度维持在200-300mg/L， NH/-N浓度在55-60mg/L,反应 器内初始的污泥浓度在3.5-4.0 g.1/1,污泥平均停留时间维持在 12-15天左右，通过温控装置控制反应温度在30-33。C范围内。外加 碳源采用浓度为95%的乙醇。具体步骤如下I进水应用有效容积15L的SBR反应器，首先打开进水阀门， 启动进水泵将待处理的废水注入SBR反应器，启动搅拌器，通过过程 实时控制系统设定进水时间为20分钟，进水泵的流量为0. 2L/min, 进水10分钟后约进水4L，关闭进水泵、搅拌器和进水阀门，进入第II道工序；II曝气打开进气阀n,启动鼓风机，初始曝气量设定为0.6 m7h，对反应系统进行曝气，由鼓风机提供的压缩空气由进气管进入 曝气器，以微小气泡的形式向活性污泥混合液高效供氧，并且使污水 和活性污泥充分接触，通过观察反应池内所安置的溶解氧传感器来调 节供气量，当混合液中的溶解氧浓度大于lmg/L时，就关小空气阀门， 减少曝气量，当混合液中的溶解氧浓度小于lmg/L时，就开大空气阀 门，增大曝气量，保证系统内的溶解氧浓度维持在1.0mg/L;整个过程由过程实时控制系统实施控制，主要根据反应池内所安 置pH传感器在反应过程中所表现出的特征点来间接获取反应进程的 信息，pH的范围为0-14,分別对应4~20mA电流信号，将采集的 pH值电流信号经变送器输入模拟数字转换器A/D，转换成数字信号， 并再通过数据采集卡实时将所获得的数据信息传输到计算机进行滤 波和求导处理，当pH值的一阶导数由负变正，且曝气时间t〉2h，即 得到了表征硝化完成的信号，关闭鼓风机及进气阀，停止曝气，进入 下一工序。III加原污水搅拌在过程实时控制系统的调节下打开进水泵和 进水阀门，投加原水并开启搅拌器，设定第二次进水时间为20分钟， 第二次的加入污水的量约为札，当进水时间达到20分钟后关闭进水 阀门和进水泵，系统在搅拌过程中进入缺氧反;肖化脱氮过程，反硝化 进程由pH值在线传感器监控，并通过数据采集卡实时将所获得的数 据信息传输到计算机进行处理，最终达到对搅拌时间的控制，当pH 值一阶导数由正变负，且搅拌时间t〉0. 5h,关闭搅拌器；IV系统返回第II道工序，重复进行曝气过程，并根据pH值的一 阶导数由负变正，且曝气时间t〉2h,停止曝气；V重复投加原污水进行工序III和IV中的反硝化和曝气的过程； VI投加外碳源反硝化设定乙醇的投量为0. 5ml,开启碳源投加 管上的阀门和乙醇投加泵，投加的乙醇0. 5ml后关闭碳源投加泵和碳 源投加管上的阀门，投加碳源的同时开启搅拌器，反硝化进程由pH 在线传感器监控，与工序III相同，反硝化结束后，关闭搅拌器，进入 第VII道工序；VII沉淀由过程实时控制系统中的时间控制器根据预先设定的 沉淀时间为l小时，此时进水阀门、进气阀门、排水阀门和排泥阀门 均关闭；VIII排水在过程实时控制系统调节下，滗水器开始工作，将处理 后水经出水管排到反应器外，排水结束后，关闭出水管上的阀门；IX闲置根据需要，设定闲置时间为2小时，排泥时间为5分钟， 在过程实时控制系统调节下，开启排泥泵，当达到预先设定的排泥时 间后，关闭排泥泵，当达到预先设定的闲置时间2小时后，系统停止 运行或进行下一个周期的运行。利用快速实现SBR法短程深度脱氮的方法后，如图l所示，运行 的结果显示，系统最终出水中总氮小于5 mg/L，远低于国家一级排 放标准所要求的总氮浓度。同时系统的亚硝化率(亚硝化率 =——甜2一-^v——xl00D/。)可较长时间保持在95%以上，达到了良好的短程深度脱氮效果。
权利要求
1. 一种快速实现SBR法短程深度脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤I进水将污水加入SBR反应器，进水的同时启动搅拌器进行搅拌；II曝气进水结束后开启鼓风机对系统进行曝气，通过调节供气量控制污水中溶解氧浓度在0.8-1.2mg/l范围内，采集pH值电流信号经变送器输入模拟数字转换器A/D，转换成数字信号，并通过数据采集卡实时将所获得的数字信号传输到计算机进行滤波和求导处理，当pH值的一阶导数由负变正，且曝气时间t＞2h，停止曝气；III加原污水投加等量原污水并同时启动搅拌器，反硝化进程由pH值在线传感器监控，并通过数据采集卡实时将所获得的数据信息传输到计算机进行滤波和求导处理，当pH值一阶导数由正变负，且搅拌时间t＞0.5h，关闭搅拌器；IV曝气开启鼓风机对系统进行曝气，通过调节供气量控制污水中溶解氧浓度在0.8-1.2mg/l范围内，采集pH值电流信号经变送器输入模拟数字转换器A/D，转换成数字信号，并通过数据采集卡实时将所获得的数字信号传输到计算机进行滤波和求导处理，当pH值的一阶导数由负变正，且曝气时间t＞2h，停止曝气；V加原污水投加第三批等量原污水后，重复进行工序III中的反硝化过程，并根据pH值一阶导数由正变负，且搅拌时间t＞0.5h，关闭搅拌器；VI曝气重复进行工序IV中的曝气过程，并根据pH值的一阶导数由负变正，且曝气时间t＞2h，停止曝气；VII投加外加碳源投加外加碳源进行反硝化反应并开启搅拌器，反硝化进程由pH值在线传感器监控，并通过数据采集卡实时将所获得的数据信息传输到计算机进行滤波和求导处理，当pH值一阶导数由正变负，且搅拌时间t＞0.5h，关闭搅拌器；VIII沉淀和排水根据设定的时间进行沉淀，排水；IX闲置据设定的时间启动排泥泵排放掉污泥，保持系统的污泥平均停留时间在12-15天；工序I至IX中反应温度保持在30-33℃范围内。
全文摘要
一种快速实现SBR法短程深度脱氮的方法涉及一种含氮废水生物处理工艺的快速实现方法。现有短程生物脱氮技术不适于处理低C/N比的污水。本发明方法包括进水、曝气、加等量原污水、曝气、再加等量原污水、曝气、加外加碳源、曝气、沉淀排水和闲置过程。其中，整个反应过程的温度在控制在30-33℃；硝化阶段水中溶解氧浓度在0.8-1.2mg/l范围内；控制系统污泥平均停留时间12-15天；并通过基于在线参数pH值变化特征点实时控制SBR法短程深度脱氮的曝气量和反硝化时间。本发明具有脱氮效果好、自动化水平高、节能降耗、操作方便、成本低、适于处理低C/N比的污水等优点。
文档编号C02F3/30GK101264978SQ200810104988
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月25日 优先权日2008年4月25日
发明者江 常, 彭永臻, 李勇智, 庆 杨, 甘一萍, 顾升波 申请人:北京工业大学