监测污水好氧生物处理过程中氧化亚氮产生的模拟装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种监测污水好氧生物处理过程中氧化亚氮产生的模拟装置。本发明的技术方案要点为：监测污水好氧生物处理过程中氧化亚氮产生的模拟装置，包括反应罐和设置于反应罐上的密封盖，所述的密封盖上设有进样口和气体采样口，该气体采样口与气态氧化亚氮监测系统相连接，所述的反应罐内设有溶解态氧化亚氮监测系统、溶解氧控制系统、pH控制系统和温度控制系统。本发明可以监测污水好氧生物处理过程中N2O的产生，能够精确测量反应中N2O的产生量和变化规律，适用于污水中污染物负荷、溶解氧、pH值和温度等环境条件对污水好氧生物处理过程中N2O产生的影响的研究。
【专利说明】监测污水好氧生物处理过程中氧化亚氮产生的模拟装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种污水好氧生物处理模拟装置，具体涉及一种监测污水好氧生物处理过程中氧化亚氮产生的模拟装置。
【背景技术】
[0002]随着人类经济的发展和社会的进步，全球范围内的温室效应逐渐增强。N2O是一种强热温室气体，其100年全球增温潜能为CO2的296倍，N2O对全球大气温室效应的贡献已经达到了 5-6%，并且释放量正在以每年3%的速度增长。一些研究表明,N2O大量产生于城市污水的处理过程中，主要产生环节为污水生物脱氮的硝化过程和反硝化过程。污水处理的目的是去除环境中的污染物，但其运行过程中释放的温室气体却加剧了环境负担，违背了人们进行污水处理的初衷。在碳排放日益受到限制的国际环境下，碳税的征收将不可避免，日后污水处理过程中产生的温室气体极有可能实施排放收费，如何减少温室气体的排放已经成为污水处理行业需要面对的新课题。因此，清楚认识污水处理过程中N2O产生的影响因素和作用机理成为温室气体减排的关键前提。
[0003]已有多位学者发现，污水生物处理过程中的好氧过程是N2O释放的主要工段，而在此过程中，污水的TN、NH/-N、N03_-N和Ν02_-Ν浓度，以及溶解氧、pH和温度都会对N2O的生成产生影响。而在实际污水处理厂中，由于环境复杂，众多条件的不可控性，通过实际污水处理过程的调查研究分析N2O产生的影响条件和其产生机理并不可行。因此，需要一种进水水质和环境条件可控，并能对N2O产生实施精确监控的实验模拟装置对该问题进行研究。合适的实验模拟装置不但能够促进对N2O产生条件和产生机理的了解，还能够提高研究的精度和效率。但目前还没有一种专门针对污水好氧生物处理过程，能够达到上述要求的实验模拟装置。因此，设计一种能够在线监测N2O产生的污水好氧生物处理模拟装置，对认识污水好氧生物处理过程中不同污染物负荷和环境条件对N2O产生的影响和了解N2O的产生机理具有重要意义。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题是提供了一种监测污水好氧生物处理过程中氧化亚氮产生的模拟装置，该装置能够同时监测污水好氧生物处理中溶解态和气态氧化亚氮的浓度，并能够模拟不同的运行环境如溶解氧、PH值和温度等，可用于研究污染负荷和环境条件对污水好氧生物处理过程中氧化亚氮的产生机理。
[0005]本发明的技术方案为:监测污水好氧生物处理过程中氧化亚氮产生的模拟装置，包括反应罐和设置于反应罐上的密封盖，其特征在于:所述的密封盖上设有进样口和气体采样口，其中进样口用于加入污水和活性污泥，气体采样口与气态氧化亚氮监测系统相连接，该气态氧化亚氮监测系统主要由气相色谱和连接管道组成，所述的反应罐内设有溶解态氧化亚氮监测系统、溶解氧控制系统、pH控制系统和温度控制系统,其中溶解态氧化亚氮监测系统主要由氧化亚氮电极和氧化亚氮监测仪组成，通过氧化亚氮电极在线监测污水中溶解态氧化亚氮的浓度，溶解氧控制系统主要由溶解氧控制仪、溶解氧探头、气泵、气体流量控制仪和曝气头组成，通过控制气泵曝气量来调节反应罐中污水的溶解氧浓度，PH控制系统主要由pH控制仪、pH电极和酸碱贮槽组成，通过控制添加酸或碱来调节反应罐中污水的PH值，温度控制系统主要由温度探头、温度控制仪和加热器组成，用于调节反应罐中污水的温度为10-40°C，所述的反应罐的下部设有液体采样口，用于液体样品的采集。
[0006]本发明所述的pH控制系统中的酸为摩尔浓度6-10mol/L的盐酸，碱为摩尔浓度6-1OmoI/L的氢氧化钠溶液。
[0007]本发明所述的反应罐设计成圆柱体、正方体或长方体，为了使污水与活性污泥混合均匀，优选为圆柱体。
[0008]本发明的操作方法为:将实际废水或人工配置废与新鲜活性污泥混合均匀后从进样口加入反应罐，污泥浓度维持在2000-300()mg/L，通过溶解氧控制系统、pH控制系统和温度控制系统调节反应罐中泥水混合物的溶解氧、pH值和温度,反应罐中的污水和活性污泥通过曝气搅拌均匀，分别通过溶解态N2O监测系统和气态N2O监测系统监测污水中溶解态N2O和逸散的气态N2O浓度，反应过程中定时从液体采样口采集液体样品，进行相关化学分析，反应时间根据实际实验需要可适当延长或缩短，一般为2-5h。
[0009]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:(I)通过N2O监测系统精确监测污水好氧生物处理过程N2O的产生特点和产生量，包括溶解态N2O和气态N2O ; (2)通过溶解氧控制系统、PH控制系统和温度控制系统 对反应罐中污水溶解氧、pH和温度的调节，模拟不同环境条件对污水好氧生物处理过程中N2O产生的影响；(3)通过人工配置污水或在实际污水中添加污染物，模拟不同污染物负荷对污水好氧生物处理过程中N2O产生的影响；(4)将N2O电极和气相色谱与污水好氧生物处理过程相结合，大大提高了对队0监测的精度；(5)结合多种控制系统，将多个影响因素结合到一个装置中，可以实现对污水好氧生物处理过程多条件模拟，有效提高装置的实用性和利用效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的结构示意图，图2是本发明实施例1中溶解态和气态氧化亚氮的浓度随时间的变化曲线，图3是本发明实施例1中COD、TN、NH4+-N、N03_-N和Ν02__Ν的浓度随时间的变化曲线，图4是本发明实施例2中溶解态和气态氧化亚氮的浓度随时间的变化曲线，图5是本发明实施例2中C0D、TN、NH4+-N、N03_-N和Ν02__Ν的浓度随时间的变化曲线。
[0011]图面说明:1、液态氧化亚氮监测仪，2、气体采样口，3、pH控制仪，4、酸碱贮槽，5、进样口，6、加热器，7、pH电极，8、液体采样口，9、曝气头，10、气体流量控制仪，11、气泵，12、反应罐，13、氧化亚氮电极，14、温度探头，15、溶解氧探头，16、密封盖，17、溶解氧控制仪，18、温度控制仪，19、气相色谱。
【具体实施方式】
[0012]结合附图详细描述实施例。一种监测污水好氧生物处理过程中氧化亚氮产生的模拟装置，包括反应罐12和设置于反应罐12上的密封盖16，所述的密封盖16上设有进样口5和气体采样口 2，其中进样口 5用于加入污水和活性污泥，气体采样口 2与气态氧化亚氮监测系统相连接，该气态氧化亚氮监测系统主要由气相色谱19和连接管道组成，所述的反应罐12内设有溶解态氧化亚氮监测系统、溶解氧控制系统、pH控制系统和温度控制系统，其中溶解态氧化亚氮监测系统主要由氧化亚氮电极13和氧化亚氮监测仪I组成,通过氧化亚氮电极13在线监测污水中溶解态氧化亚氮的浓度，溶解氧控制系统主要由溶解氧控制仪17、溶解氧探头15、气泵11、气体流量控制仪10和曝气头9组成，通过控制气泵11曝气量来调节反应罐12中污水的溶解氧浓度，pH控制系统主要由pH控制仪3、pH电极7和酸碱贮槽4组成，通过控制添加酸或碱来调节反应罐12中污水的pH值，温度控制系统主要由温度探头14、温度控制仪18和加热器6组成，用于调节反应罐12中污水的温度为10-40°C，所述的反应罐12的下部设有液体采样口 8，用于液体样品的采集。所述的pH控制系统中的酸为摩尔浓度6-10mol/L的盐酸，碱为摩尔浓度6-10mol/L的氢氧化钠溶液。所述的反应罐12设计成圆柱体、正方体或长方体，为了使污水与活性污泥混合均匀，优选为圆柱体。
[0013]实施例1
将实际生活污水和新鲜活性 污泥混合液(污泥浓度3000mg/L)通过进样口加入到反应罐中，污水水质为:C0D 71mg/L、NH4+-N 35.2mg/L、NO3^-N 3.3mg/L 和 NOfN 0.3mg/L,液面距密封盖5cm，关闭进样口，分别在溶解氧控制系统、pH控制系统和温度控制系统上设定反应过程所需的溶解氧为2.0mg/L，pH=7.5，温度为25°C，打开气泵开始反应，反应时间为4.5h，通过溶解态N2O监测系统和气态队0监测系统同时监测溶解在污水中和逸散到空气中的N2O浓度变化，通过计算得到N2O产生总量为0.35mg,间隔30min从液体采样口取液体样品，进行化学分析(COD、TN、NH4+-N、N03_-N和N02_-N等)，得到污水好氧生物处理过程中污染物的变化。对结果中N2O产生量变化与污水中污染物浓度变化进行相关分析，结果见附图2和附图3。
[0014]实施例2
将生活污水和新鲜活性污泥混合液(污泥浓度3000mg/L)通过进样口加入到反应罐中，污水水质为:C0D 59mg/L、NH4+-N 35.3mg/L,NO3^-N 0.5mg/L和 NOf-N 0.2mg/L,液面距密封盖5-10cm,关闭进样口，分别在溶解氧控制系统、pH控制系统和温度控制系统上设定反应过程所需的溶解氧为2.0mg/L,pH=6.5，温度为25°C，打开气泵开始反应，反应时间为5h，通过溶解态N2O监测系统和气态N2O监测系统同时监测溶解在污水中和逸散到空气中的N2O浓度变化，通过计算得到N2O产生总量为1.12mg,间隔30min从液体采样口取液体样品，进行化学分析(COD、TN、NH4+-N、N03_-N和Ν02_-Ν等)，得到污水好氧生物处理过程中污染物的变化，对结果中N2O产生量变化与污水中污染物浓度变化进行相关分析，结果见附图4和附图5。
[0015]以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。
【权利要求】
1.监测污水好氧生物处理过程中氧化亚氮产生的模拟装置，包括反应罐和设置于反应罐上的密封盖，其特征在于:所述的密封盖上设有进样口和气体采样口，其中进样口用于加入污水和活性污泥，气体采样口与气态氧化亚氮监测系统相连接，该气态氧化亚氮监测系统主要由气相色谱和连接管道组成，所述的反应罐内设有溶解态氧化亚氮监测系统、溶解氧控制系统、pH控制系统和温度控制系统,其中溶解态氧化亚氮监测系统主要由氧化亚氮电极和氧化亚氮监测仪组成，通过氧化亚氮电极在线监测污水中溶解态氧化亚氮的浓度，溶解氧控制系统主要由溶解氧控制仪、溶解氧探头、气泵、气体流量控制仪和曝气头组成，通过控制气泵曝气量来调节反应罐中污水的溶解氧浓度，PH控制系统主要由pH控制仪、pH电极和酸碱贮槽组成，通过控制添加酸或碱来调节反应罐中污水的pH值，温度控制系统主要由温度探头、温度控制仪和加热器组成，用于调节反应罐中污水的温度为10-40°C，所述的反应罐的下部设有液体采样口，用于液体样品的采集。
2.根据权利要求1所述的监测污水好氧生物处理过程中氧化亚氮产生的模拟装置，其特征在于:所述的pH控制系统中的酸为摩尔浓度6-10mol/L的盐酸，碱为摩尔浓度6-1OmoI/L的氢氧化钠溶液。
3.根据权利要求1所述的监测污水好氧生物处理过程中氧化亚氮产生的模拟装置，其特征在于:所述的反应罐设计成圆柱体、正方体或长方体。
【文档编号】G01N33/00GK104007235SQ201410216487
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】闫旭, 孙剑辉, 冯精兰, 崔延瑞, 皮运清, 苏现伐, 薛载坤 申请人:河南师范大学