一种低C/N比污水反硝化除磷一氧化二氮减量的装置及方法与流程

本发明属于污水生物处理技术领域，尤其是一种低c/n比污水反硝化除磷一氧化二氮减量的装置及方法。

背景技术：

反硝化除磷是利用反硝化聚磷菌(dpaos)在厌氧/缺氧交替的环境下，以硝酸盐或亚硝酸盐代替氧气作为电子受体，同步实现脱氮和除磷。与传统生物脱氮除磷技术相比，该技术因具有较高的氮磷去除效率，且能有效节省碳源和动力消耗、降低污泥产量，具有广阔的发展前景。然而，研究表明反硝化除磷过程会产生大量温室气体一氧化二氮，明显降低了反硝化除磷技术的优势，限制了其大规模推广应用。

碳源是影响生物脱氮除磷的关键因素，城市生活污水中，乙酸、丙酸是两种最主要的有机碳源。与乙酸相比，丙酸不但能够增强氮磷的去除，而且能够维持反硝化除磷系统的稳定性。此外，很多研究表明分别以乙酸和丙酸为碳源时，厌氧段合成的聚-β-羟基烷酸酯(polyhydroxyalkanoate，phas)类型不同。反硝化除磷是以胞内聚合物phas为碳源进行反硝化，因此不同乙酸/丙酸配比会影响反硝化除磷系统氮磷去除及一氧化二氮的产生。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种低c/n比污水反硝化除磷一氧化二氮减量的装置及方法，其解决当前污水处理中一氧化二氮排放的问题，调控不同乙酸/丙酸配比考察一氧化二氮的释放规律，并在此基础上构建一套实时控制系统，通过在线传感器与可编程逻辑控制器(plc)应用于污水处理工艺中，来确定工艺参数、优化运行方案、预测运行中可能出现的问题及采取的防止措施，为城镇污水处理厂的提标改造和优化运行给予理论基础和技术支持。

为了实现上述目的，本发明所设计的一种低c/n比污水反硝化除磷一氧化二氮减量的装置，包括原水水箱、sbr反应器、出水水箱、一氧化二氮收集装置、在线控制箱、do探头、orp探头以及计算机；所述原水水箱通过sbr反应器与出水水箱相连，所述原水水箱内设有cod传感器；所述出水水箱内设有no3--n传感器以及no2--n传感器；所述sbr反应器与一氧化二氮收集装置相连，所述sbr反应器内设有do探头以及orp探头，do探头通过do传感器与在线控制箱相连，orp探头通过orp传感器与在线控制箱相连，所述cod传感器、no3--n传感器、no2--n传感器均与在线控制箱相连；所述在线控制箱与计算机相连，所述sbr反应器左端设有进水管道，原水水箱通过进水管道与sbr反应器相连，所述sbr反应器右端设有出水管道，sbr反应器通过出水管道与出水水箱相连，sbr反应器下端设有出料管道；sbr反应器内设有搅拌装置，sbr反应器内设有曝气装置，所述曝气装置设置在出料管道的上方，所述sbr反应器上端设有密封盖，所述密封盖上设有一氧化二氮收集装置以及加药管道，所述一氧化二氮收集装置包括集气口、集气袋、第二流量计以及气相色谱仪，所述集气口通过集气袋依次与第二流量计、气相色谱仪相连。

进一步，所述曝气装置包括依次相连曝气头、第一流量计以及鼓风机，所述进水管道上设有进水泵；所述出料管道上设有排泥阀。

本发明在原水水箱中，投加不同浓度乙酸、丙酸，通过cod传感器在线监测，便于调控配比；于sbr反应器内，生活污水先进行厌氧反应，然后投加电子供体进行缺氧条件下的反硝化除磷反应，通过第二流量计、气相色谱仪实时监测一氧化二氮的释放情况；再经好氧处理后进行沉淀，分别取得上清液和沉淀污泥，上清液进入出水水箱，沉淀污泥定期排放。采用do传感器、orp传感器在线监测反应进程，结合出水水箱中no3--n传感器、no2--n传感器在线监测电子受体的转化途径及反硝化除磷特性。

本发明还公开了一种低c/n比污水反硝化除磷一氧化二氮减量装置控制方法，其具体包括以下步骤：

1)原水水箱中，投加乙酸或丙酸的混合液，通过cod传感器在线监测来调控配比；

2)混合液经进水泵打入sbr反应器的进水管道，通过搅拌装置充分混合后开始厌氧反应，并使污泥浓度3000-5000mg/l；

3)厌氧反应结束后，通过加药管道投加电子受体，开始缺氧反应；

4)缺氧反应结束后，关闭搅拌装置，开启鼓风机，开始好氧反应，并通过第一流量计将溶解氧控制在2.0～3.0mg/l；

5)好氧反应结束后，关闭鼓风机，静置0.5-1.0h后，上清液经出料管道进入出水水箱，上清液的排水比为0.6～0.8，剩余污泥从反应器底部排泥阀排出。

进一步，所述步骤1)中乙酸和丙酸的浓度比为3:1-9。

进一步，所述步骤2)中厌氧反应时间1.5～2.5h；所述步骤4)中好氧反应时间0.5～1.0h。

进一步，所述步骤3)中电子受体为聚-β-羟基烷酸酯，所述电子受体的浓度为30～50mg/l；缺氧反应时间为3.0-4.0h。

本发明与现有技术相比，具有下列优点：

1)调控进水乙酸/丙酸配比，有利于提高碳源利用率并进一步优化反硝化除磷效率。

2)减少反硝化除磷过程温室气体一氧化二氮的排放，为实际工程低c/n比污水的精细管理和高效运行提供参考。

3)传感器在线监测指标浓度以及反应进程，便于实时调整运行参数，节能减排，优化系统运行效果。

4)在线实时控制，提高装置的实用性和可控性，灵活性高，操作简单，维护管理方便。

附图说明：

图1是实施例1中一种低c/n比污水反硝化除磷一氧化二氮减量的装置的结构示意图。

附图标记中：1、原水水箱，2、进水泵，3、sbr反应器，4、进水管道，5、搅拌装置，6、集气口，7、集气袋，8、加药管道，9、密封盖，10、do传感器，11、orp传感器，12、出水水箱，13、曝气头，14、进水管道，15、鼓风机，16、第一流量计，17、排泥阀，18、do探头，19、orp探头，20、cod传感器，21、no3--n传感器，22、no2--n传感器，23、在线控制箱，24、计算机，25、第二流量计，26、出料管道，27、气相色谱仪。

具体实施方式

下面结合实施例对发明创造作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供的一种低c/n比污水反硝化除磷一氧化二氮减量的装置，包括原水水箱1、sbr反应器3、出水水箱12、一氧化二氮收集装置、在线控制箱23、do探头18、orp探头19以及计算机24；所述原水水箱1通过sbr反应器3与出水水箱12相连，所述原水水箱1内设有cod传感器20；所述出水水箱12内设有no3--n传感器21以及no2--n传感器22；所述sbr反应器3与一氧化二氮收集装置相连，所述sbr反应器3内设有do探头18以及orp探头19，do探头18通过do传感器10与在线控制箱23相连，orp探头19通过orp传感器11与在线控制箱23相连，所述cod传感器20、no3--n传感器21、no2--n传感器22均与在线控制箱23相连；所述在线控制箱23与计算机24相连，所述sbr反应器3左端设有进水管道4，原水水箱1通过进水管道4与sbr反应器3相连，所述sbr反应器3右端设有出水管道14，sbr反应器3通过出水管道14与出水水箱12相连，sbr反应器3下端设有出料管道26；sbr反应器3内设有搅拌装置5，sbr反应器3内设有曝气装置，所述曝气装置设置在出料管道26的上方，所述sbr反应器3上端设有密封盖9，所述密封盖9上设有一氧化二氮收集装置以及加药管道8，所述一氧化二氮收集装置包括集气口6、集气袋7、第二流量计25以及气相色谱仪27，所述集气口6通过集气袋7依次与第二流量计25、气相色谱仪27相连。

进一步，所述曝气装置包括依次相连曝气头13、第一流量计16以及鼓风机15，所述进水管道4上设有进水泵2；所述出料管道26上设有排泥阀17。

本实施例在原水水箱中，投加不同浓度乙酸、丙酸，通过cod传感器在线监测，便于调控配比；于sbr反应器内，生活污水先进行厌氧反应，然后投加电子供体进行缺氧条件下的反硝化除磷反应，通过第二流量计、气相色谱仪实时监测一氧化二氮的释放情况；再经好氧处理后进行沉淀，分别取得上清液和沉淀污泥，上清液进入出水水箱，沉淀污泥定期排放。采用do传感器、orp传感器在线监测反应进程，结合出水水箱中no3--n传感器、no2--n传感器在线监测电子受体的转化途径及反硝化除磷特性。

本实施例还公开了一种低c/n比污水反硝化除磷一氧化二氮减量装置控制方法，其具体包括以下步骤：

1)原水水箱1中，投加乙酸或丙酸的混合液，通过cod传感器20在线监测来调控配比；

2)混合液经进水泵2打入sbr反应器3的进水管道4，通过搅拌装置充分混合后开始厌氧反应，并使污泥浓度3000-5000mg/l；

3)厌氧反应结束后，通过加药管道8投加电子受体，开始缺氧反应；

4)缺氧反应结束后，关闭搅拌装置，开启鼓风机15，开始好氧反应，并通过第一流量计16将溶解氧控制在2.0～3.0mg/l；

5)好氧反应结束后，关闭鼓风机，静置0.5-1.0h后，上清液经出料管道26进入出水水箱12，上清液的排水比为0.6～0.8，剩余污泥从反应器底部排泥阀排出。

进一步，所述步骤1中乙酸和丙酸的浓度比为3:1-9。

进一步，所述步骤2中厌氧反应时间1.5～2.5h；所述步骤4中好氧反应时间0.5～1.0h。

进一步，所述步骤3中电子受体为聚-β-羟基烷酸酯，所述电子受体的浓度为30～50mg/l；缺氧反应时间为3.0-4.0h。

本实施例与现有技术相比，具有下列优点：

1调控进水乙酸/丙酸配比，有利于提高碳源利用率并进一步优化反硝化除磷效率。

2减少反硝化除磷过程温室气体一氧化二氮的排放，为实际工程低c/n比污水的精细管理和高效运行提供参考。

3传感器在线监测指标浓度以及反应进程，便于实时调整运行参数，节能减排，优化系统运行效果。

4在线实时控制，提高装置的实用性和可控性，灵活性高，操作简单，维护管理方便。

具体步骤如下：

采用人工配制原水，主要水质特征如下：cod182.5+35.7mg/l，tp5.5+1.3mg/l，由于不进行硝化，原水不含nh4+-n。sbr反应器3每天运行3个周期，每个周期为8.0h，每工作一次闲置50min。

1)原水水箱1中，投加乙酸或丙酸的混合液，乙酸或丙酸的浓度比为3:1-9，通过cod传感器20在线监测来调控配比；

cod传感器20在线采集原水水箱1中的cod浓度，通过计算机24的输出，得到实时控制变量。当cod浓度≥300mg/l时，减小配比为1:1，延长厌氧反应时间为2.0～2.5h或减小排水比为0.6～0.7；当cod浓度≤100mg/l时，增加配比为3:1或1:3，同时缩短厌氧反应时间为1.5～2.0h或增大排水比为0.7～0.8；

2)混合液经进水泵2打入sbr反应器3的进水管道4,并在5min内进水完毕后，通过搅拌装置5充分混合后开始厌氧反应厌氧1.5～2.5h，并使反应器有效容积为5l，平均污泥浓度4000mg/l；一氧化二氮收集系统实时监测不同运行条件下一氧化二氮的释放情况；

3)厌氧反应结束后，通过加药管道8投加聚-β-羟基烷酸酯30～50mg/l，开始缺氧反应3.0～4.0h；

4)缺氧反应结束后，关闭搅拌装置5，开启鼓风机15，开始好氧反应0.5～1.0h，并通过第一流量计16将溶解氧控制在2.0～3.0mg/l；

5)好氧反应结束后，关闭鼓风机15，静置0.5-1.0h后，上清液经出水管道14进入出水水箱12，上清液的排水比为0.6～0.8，剩余污泥从反应器底部排泥阀17排出，排水5min。

步骤1、2、4中，通过do探头18连接do显示仪以及orp探头19连接orp显示仪，在线监测厌氧释磷、缺氧反硝化除磷以及好氧吸磷过程do和orp的变化。

cod传感器20、no3--n传感器21、no2--n传感器22、do传感器10、orp传感器11通过在线控制箱23和计算机24连接。根据各传感器采集到的信号，通过计算机24运算输出，针对不同乙酸/丙酸配比3:1，2:1，1:1，1:2，1:3，调节厌氧、缺氧反应时间、电子受体浓度或排水比，实现反硝化除磷过程的优化运行。

实施例2：

no3--n传感器21、no2--n传感器22在线采集出水水箱12中的no3--n、no2--n浓度，通过计算机24的输出，得到实时控制变量。当no3--n+no2--n浓度≥15mg/l时，减小电子受体投加量为30～40mg/l或延长缺氧反应时间为3.5～4.0h；当no3--n+no2--n浓度≤5mg/l时，增加电子受体投加量为40～50mg/l或缩短缺氧反应时间为3.0～3.5h。

实施例3：

第二流量计25、气相色谱仪26实时监测一氧化二氮的排放量，结合cod传感器20、no3--n传感器21、no2--n传感器22、do传感器10、orp传感器11，通过计算机24的输出，得到实时控制变量。当no2--n积累率no2--n/(no3--n+no2--n)≥30％或一氧化二氮排放量增幅≥5％，调节乙酸/丙酸配比为1:2或1:3，减小电子受体投加量为30～40mg/l或延长缺氧反应时间为3.5～4.0h；当no2--n积累率no2--n/(no3--n+no2--n)≤5％，调节乙酸/丙酸配比为1:1，增加电子受体投加量为40～50mg/l或缩短缺氧反应时间为3.0～3.5h；当do浓度≥3mg/l或orp≥100mv，停止好氧曝气。

实施例4：

本实施例公开了一种低c/n比污水反硝化除磷一氧化二氮减量装置控制方法，其具体包括以下步骤：

1)原水水箱1中，投加乙酸或丙酸的混合液，通过cod传感器20在线监测来调控配比；

2)混合液经进水泵2打入sbr反应器3的进水管道4，通过搅拌装置充分混合后开始厌氧反应，并使污泥浓度3000mg/l；

3)厌氧反应结束后，通过加药管道8投加电子受体，开始缺氧反应；

4)缺氧反应结束后，关闭搅拌装置，开启鼓风机15，开始好氧反应，并通过第一流量计16将溶解氧控制在2.0mg/l；

5)好氧反应结束后，关闭鼓风机，静置0.5h后，上清液经出料管道26进入出水水箱12，上清液的排水比为0.6，剩余污泥从反应器底部排泥阀排出。

进一步，所述步骤1中乙酸和丙酸的浓度比为3:2。

进一步，所述步骤2中厌氧反应时间1.5h；所述步骤4中好氧反应时间0.5～1.0h。

进一步，所述步骤3中电子受体为聚-β-羟基烷酸酯，所述电子受体的浓度为30～50mg/l；缺氧反应时间为3.0h。

实施例5：

本实施例公开了一种低c/n比污水反硝化除磷一氧化二氮减量装置控制方法，其具体包括以下步骤：

1)原水水箱1中，投加乙酸或丙酸的混合液，通过cod传感器20在线监测来调控配比；

2)混合液经进水泵2打入sbr反应器3的进水管道4，通过搅拌装置充分混合后开始厌氧反应，并使污泥浓度5000mg/l；

3)厌氧反应结束后，通过加药管道8投加电子受体，开始缺氧反应；

4)缺氧反应结束后，关闭搅拌装置，开启鼓风机15，开始好氧反应，并通过第一流量计16将溶解氧控制在3.0mg/l；

5)好氧反应结束后，关闭鼓风机，静置1.0h后，上清液经出料管道26进入出水水箱12，上清液的排水比为0.8，剩余污泥从反应器底部排泥阀排出。

进一步，所述步骤1中乙酸和丙酸的浓度比为3:5。

进一步，所述步骤2中厌氧反应时间2.5h；所述步骤4中好氧反应时间0.5～1.0h。

进一步，所述步骤3中电子受体为聚-β-羟基烷酸酯，所述电子受体的浓度为30～50mg/l；缺氧反应时间为4.0h。

实施例6：

本实施例公开了一种低c/n比污水反硝化除磷一氧化二氮减量装置控制方法，其具体包括以下步骤：

1)原水水箱1中，投加乙酸或丙酸的混合液，通过cod传感器20在线监测来调控配比；

2)混合液经进水泵2打入sbr反应器3的进水管道4，通过搅拌装置充分混合后开始厌氧反应，并使污泥浓度4500mg/l；

3)厌氧反应结束后，通过加药管道8投加电子受体，开始缺氧反应；

4)缺氧反应结束后，关闭搅拌装置，开启鼓风机15，开始好氧反应，并通过第一流量计16将溶解氧控制在2.3mg/l；

5)好氧反应结束后，关闭鼓风机，静置0.8h后，上清液经出料管道26进入出水水箱12，上清液的排水比为0.7，剩余污泥从反应器底部排泥阀排出。

进一步，所述步骤1中乙酸和丙酸的浓度比为3:4。

进一步，所述步骤2中厌氧反应时间2h；所述步骤4中好氧反应时间0.5～1.0h。

进一步，所述步骤3中电子受体为聚-β-羟基烷酸酯，所述电子受体的浓度为30～50mg/l；缺氧反应时间为3.5h。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。