本发明涉及沼气池，具体涉及一种沼气池氨氮浓度动态控制方法。
背景技术：
1、资源与环境是人类发展主题，有机废物处理是其中重要一环。
2、面对有机废物环境压力，人类发展了各种处理技术，其中，堆肥发酵是我国农耕文明史的瑰宝，并演化成沼气池厌氧发酵技术，成为环保行业主力设施。上世纪国家政策大力支持，沼气事业飞速发展，问题也随之而来：沼气发酵系统由众多古细菌和真细菌构成，其系列生化反应易受影响并停止产气，于是面临沼液、沼渣的后续处理问题，要么脱水制肥，但能耗巨大费时费力，要么回归农田，但须先存放半年，且储、运麻烦；因大量沼液难以消纳，常有偷排现象，造成次生污染和养分资源浪费，很多沼气工程干脆弃用；沼液、沼渣处理问题客观上成为制约沼气事业发展的一大瓶颈。
3、目前，学界公认影响沼气池产气因素：温度、酸碱度、氧浓度（氧化还原电位）、碳氮比、负荷、氨氮浓度等，其中大部分因素可在生产过程中调节，比如冬天增加沼气池覆盖来提高温度，又比如加入草木灰或石灰来防止沼液酸化、调节酸碱度，还比如提高沼气池密封性以降低氧浓度和氧化还原电位，再比如调整有机废物加料量、配比来调节负荷、碳氮比等等；唯有氨氮浓度不能在生产过程中调节，只能停产、换料解决；氨氮是沼气发酵系统液相末端产物，起初低浓度的氨氮，对沼气池甲烷菌群有刺激作用，但随着浓度不断上升超过800mg/l，就开始抑制甲烷菌群活性，导致厌氧系统失稳并停止产气。如果说沼液、沼渣后续处理是沼气工程最大痛点，氨氮就是藏身于细节中的致痛魔鬼，现有对沼气池氨氮的研究基本以达标排放和氨回收利用为目标，未见有对沼气池氨氮浓度进行动态控制的报道。
4、自定义术语：氨氮——氨态氮化物总称。脱碳——含碳有机物逐级降解，最终以甲烷或二氧化碳气体释放的系列生化反应过程。增氨——有机氮化物逐级降解，导致氨氮浓度增加的系列生化反应过程。脱氨——硝化菌群将氨氮氧化生成其它含氮化合物，释放化学能的系列生化反应过程。增碳——硝化菌群利用氨氮氧化释放的化学能，将二氧化碳合成含碳有机物的系列生化反应过程。顺流管——反应液从沼气池流向硝化池方向的管道。回流管——反应液从硝化池流向沼气池方向的管道。
技术实现思路
1、鉴于此，本发明构建双池偶联的一种沼气池氨氮浓度动态控制方法，沼气池、硝化池构建双池偶联模式，经顺流管、回流管实现双向互通。
2、沼气池提供厌氧环境，甲烷菌群进行严格厌氧发酵、脱碳增氨；硝化池提供好氧避光环境，硝化菌群进行好氧化能自养、增碳减氨；基于偶联双池两大古老菌群生化反应互补性、以及偶联双池反应液间歇式循环，从而实现沼气池氨氮浓度动态控制。
3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：沼气池高浓度氨氮通过顺流管批式导出至硝化池脱氨，并通过回流管回流沼气池；偶联双池的顺流管、回流管设有自动控制机构，每当沼气池氨氮浓度升至800mg/l时，氨氮传感器信号触发管道控制机构，反应液在厌氧、好氧环境间批式（比如：沼气池1/20容积）间歇互换，实现批式脱氨处理、回流循环。
4、优选的，偶联双池顺流管、回流管的控制机构包括：氨氮传感器、处理器、电磁阀×2、管道增压泵×2、电磁流量计×2；顺流管、回流管路各安装一套电磁阀、管道增压泵、电磁流量计，氨氮传感器安装在沼气池回流管入口上方池高中间位置；氨氮传感器、电磁阀、管道增压泵、电磁流量计连接处理器。
5、优选的，偶联双池间歇式循环由处理器预设参数控制；触发信号：氨氮传感器读数升至设定参数值800mg/l，触发处理器参数指令，启动间歇式循环，处理器控制电磁阀打开、管道增压泵开始工作、电磁流量计开始计算流量；截止信号：电磁流量计计数增量达到设定参数值沼气池1/20容积，处理器收到截止信号，处理器控制相应管路的电磁阀关闭、管道增压泵停止工作，反应液停止流动，进入间歇期；完成一个循环，等待下一次触发信号。
6、优选的，硝化池满足如下参数：溶解氧2~3mg/l，温度25~30℃，ph7.5~8.5，通风避光。
7、优选的，硝化池、沼气池的容积匹配原则：沼气池容积/硝化池容积=单位沼气池容积产生氨氮速度平均值/单位硝化池容积脱氨氮速度平均值。
8、双池偶联体现在多层次多维度，有丰富内涵：厌氧环境与好氧环境，甲烷菌群与硝化菌群，厌氧发酵与好氧硝化，甲烷反应与化能自养，脱碳增氨与脱氨增碳，酸化反应与碱性环境等等；两大古老菌群生化反应互补性、双池反应液间歇式循环，赋予偶联模式前所未有的有益效果：1、偶联双池动态控制氨氮浓度，从根本上解除了氨氮所致停产风险，延长沼气池产气寿命，提高沼气池产气效率。2、大大减少沼液、沼渣排放数量，提高有机废物处理的减量化、资源化、无害化效果。3、沼液通过管道进入硝化池，硝化菌群利用其中的氨进行化能自养作用，将二氧化碳合成有机物，增碳后的反应液回流至沼气池，为甲烷菌群提供有机碳源从而提高沼气产量。4、硝化池的溶解氧通过间歇式循环，创造沼气池瞬时微氧环境，促进了颗粒性有机物的水解和挥发性脂肪酸的降解，增强了甲烷菌群内部兼性有机物降解菌和氢营养性产甲烷菌之间的互营关系，还可通过氧化作用消除沼气池硫化氢有害成分，有利于提高沼气池产气效率和质量。5、沼气池酸化问题更容易解决。沼气池有机物降解会不断产生有机酸和二氧化碳以致酸化，需及时准确加碱稳定ph值以免导致发酵系统失衡，这一直是严格密封沼气池日常操作的大麻烦。间歇式循环将加碱防酸化操作，从严格密封沼气池迁移到开放的硝化池进行，具有明显的优点：首先操作更容易；其次二氧化碳能被硝化菌同化，作为化能自养作用的碳源；再次硝化池反应液偏碱性，ph7.5~8.5，正好互补中和。
9、实施方式
10、下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
11、在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
12、本发明所涉及的菌群均为自然界广泛存在的古老环境生物群体，是系列生化反应相关的种群，非单一菌种，无需专门提供，可以在设定条件下进行强化筛选获得，原始培养物来源都可以是江河湖泊、沼泽、阴沟、排水沟的污泥，也就是说，同样的培养物来源，歧化的选择方向，可以产生两个不同的菌群：甲烷菌群、硝化菌群。
13、设定培养参数：温度25~45℃，ph值7.0~7.3，氧化还原电位-150至-400毫伏，碳氮比12~16，干物质浓度6%~12%，可筛选出甲烷化反应相关的一类细菌~甲烷菌群；该歧化选择方向演化成人类为甲烷菌群设计的沼气池（现实中，很多沼气池直接用各种污泥培养筛选甲烷菌群），模拟生命起源初期地球无氧大气环境，也是甲烷菌群喜好的安居环境；我国专门为甲烷菌安居工程设立标准，即行业标准《ny/t 1220.1~2006 沼气工程技术规范—工艺设计》，本发明具体实施所需的沼气池可依此标准设计建造，这里需要说明：不同的沼气池，或者同一沼气池的不同使用条件，甚至同一沼气池相同使用条件的不同时段，甲烷菌群的菌种构成和优势菌种一直处于动态变化中；沼气发酵启动时，接种物/原料/水以1/2/5的比例配料，启动原料进入沼气池前，应在含水率60%～70%左右的条件下堆沤3～6天，并加盖塑料薄膜封闭，以聚集热量和富集菌种。
14、设定培养参数：避光，氨氮浓度20~60mg/l，溶解氧2~3mg/l，温度25~30℃，ph7.5~8.5，则筛选出硝化反应相关的一类细菌~硝化菌群；该歧化选择方向则演化成硝化池（现实中，很多硝化池直接用各种污泥培养筛选硝化菌群）；在这里避光环境容易被忽视，硝化菌的生长与光没有直接关系，但与硝化菌存在竞争关系的蓝细菌可以进行光合作用，对光有特别偏好，光照会使得硝化菌在竞争中处于弱势地位；本发明偶联的硝化池可以理解为专门为硝化菌群脱氨设计的曝气池；常见的曝气池曝气方式有多种：推流爆气、完全混合爆气、鼓风曝气、机械曝气 、射流爆气、旋流爆气、序批式爆气，这些爆气方式各有特点，有的传统、有的经典、有的简单、有的高效、有的耐用，只要达到设定参数，均适用于本发明；作为实施例，我们选择最传统的推流曝气方式：液体的流动沿池纵长方向从池子进口端顺序地流向出口端。
15、沼气池、硝化池容积匹配原则：沼气池容积/硝化池容积=单位沼气池容积产氨氮速度平均值/单位硝化池容积脱氨氮速度平均值。沼气池容积设计需要考虑的主要因素：有机废物种类、数量、沼气发酵控制（如：高温发酵、中温发酵、低温发酵）等，依据实际情况计算确定；在确定沼气池容积后，即可根据上述原则得出相匹配的硝化池容积。
16、沼气池通过顺流管、回流管与硝化池偶联；沼气池中，顺流出口安装在池壁液面高度80%处，回流入口安装在顺流管出口对面池壁的接近池底位置，两个管口安装于尽量远的对角线位置，最大限度减少双池反应液间歇互换时相互干扰；硝化池中，顺流管入口安装在推流式硝化池的进口端，回流管出口安装在推流式硝化池的出口端；氨氮传感器安装在沼气池回流管入口的上方。
17、偶联双池的顺流管、回流管设有自动控制机构，偶联双池顺流管、回流管的控制机构包括：氨氮传感器、处理器、电磁阀×2、管道增压泵×2、电磁流量计×2；顺流管管路、回流管管路各安装一套电磁阀、管道增压泵、电磁流量计；氨氮传感器、电磁阀、管道增压泵、电磁流量计连接处理器。
18、工作原理：偶联双池间歇式循环由处理器预设参数控制；触发信号：氨氮传感器读数升至设定参数值800mg/l，触发处理器参数指令，启动间歇式循环，处理器控制电磁阀打开、管道增压泵开始工作、电磁流量计开始计算流量；截止信号：电磁流量计计数增量达到设定参数值沼气池1/20容积，处理器收到截止信号，处理器控制相应管路的电磁阀关闭、管道增压泵停止工作，反应液停止流动，进入间歇期；完成一个循环，等待下一次触发信号。
19、采用间歇式反应液同时对流互换方式，有利于创造沼气池瞬时微氧环境提高沼气池系列生化反应效率，也有利于保持沼气池密闭空间的压力稳定；综合考虑，间歇互换的批量优选为沼气池1/10~1/50容积，本实施方案选择批量为沼气池1/20容积，可依据实操情况具体调整。