批次进水强化SBR工艺深度脱氮的方法与流程

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种批次进水强化sbr工艺深度脱氮的方法。

背景技术：

近年来水体富营养化问题引起人们普遍关注，氮是引起水体富营养化的主要因素之一。如何提高现行工艺脱氮效率，研究开发经济高效的脱氮新方法与新技术，是亟待解决的重要课题，同时这也是污废水深度处理研究的核心问题之一。

生物法是目前公认的经济有效的污废水脱氮处理方法。目前工程中广泛应用的生物脱氮工艺仍然是建立在传统生物脱氮理论基础上的组合工艺，如以a/o为代表的空间顺序连续流工艺和以sbr为代表的时间顺序间歇流工艺。特别是sbr工艺，由于其运行方式灵活，可以根据需要实现好氧、缺氧及厌氧状态交替的环境条件，已成为相对连续流工艺更有优势的脱氮工艺。

根据传统理论，生物脱氮过程主要包括两步反应过程，即先通过好氧的硝化作用将氨氮氧化为硝态氮(硝酸盐氮和亚硝酸盐氮)，然后再通过缺氧的反硝化作用，以有机物为电子供体将硝态氮还原为氮气，最终氮气从水中逸出。在硝化过程中，每氧化1g氨氮为硝酸盐氮要消耗7.14g碱度(以caco3计)，在反硝化过程中每还原1g硝酸盐氮为氮气，能够产生3.57g碱度(以caco3计)。

采用sbr工艺进行深度脱氮时，其基本的运行方式通常是：原水进入系统后，先通过好氧曝气运行，去除水中的有机物，并将氨氮氧化为硝态氮；然后再通过投加适量的碳源，在缺氧搅拌的条件下，完成硝态氮还原为氮气的反硝化脱氮反应过程。在这一过程中存在的主要问题是：

(1)为了实现深度脱氮，反硝化需要外加碳源；

(2)硝化过程要消耗碱度引起系统ph值下降，当被处理原水中的碱度相对不足时，需要向原水中补充碱度；

(3)系统运行管理复杂，且传统的固定时间程序控制方式，很难根据进水水质的实际变化情况及时调整运行参数，达到稳定的出水水质。

基于生物脱氮的硝化过程与ph、溶解氧(do)和氧化还原电位(orp)具有良好的相关性，反硝化过程与ph和orp也具有良好相关性的原理，近年来，国内外学者对sbr法在硝化与反硝化过程中ph、do和orp的变化规律进行了广泛和深入的研究。一致认为，可以ph、do和orp作为sbr法脱氮过程的在线控制参数，并以这些参数实现了在硝化反应结束(nh4⁺-n≈0mg/l)和反硝化反应结束(硝态氮≈0mg/l)时，实时停止好氧曝气与缺氧搅拌的脱氮在线控制。该研究成果，虽然可以实现sbr脱氮过程的自适应自动控制，但还是不能很好地解决上述的碳源问题和原水中碱度不足时需要补充碱度的问题。

本课题组最近研究发现，在反硝化系统中如果存在有氨氮成分(氨氮量应大于被还原降解硝态氮量9％以上)，会明显地提高反硝化脱氮速率，并且在反硝化降解硝态氮的过程中，还能同时降解占被还原降解的硝态氮量8％以上(均值)的氨氮成分。显然，上述基于ph、do和orp为参数的sbr法深度脱氮的在线控制控制方法，反硝化系统中的氨氮始终为0mg/l，这将无法获得氨氮对反硝化过程的促进作用。

为使进水中的有机物能够有效地被分配到反硝化段，同时使反硝化过程产生的碱度能够补充到硝化段，且能够利用进水中的氨氮成分来促进反硝化的脱氮进程，本发明结合“以ph和do为参数的在线控制sbr脱氮过程的方法”，提供一种“批次进水强化sbr工艺深度脱氮的方法”。

技术实现要素：

本发明是“氨氮促进反硝化现象”与“以ph、do参数在线控制sbr脱氮技术”的集成创新。

发明的基本依据

(1)反硝化过程中存在有适量氨氮成分(大于被还原降解硝态氮量9％以上)时，能够使反硝化速率有较大幅度提高；

(2)在生物脱氮的反硝系统中含有氨氮时，反硝化过程除还原降解硝态氮成分外，还同时能够去除约占被降解硝态氮量8％以上(均值)的氨氮成分；

(3)在sbr硝化反应结束时，在线监测的ph和do历时曲线上能够出现明显的特征点予以指示，在sbr反硝化反应结束时，在线监测的ph历时曲线上也能够出现明显的特征点予以指示。

本发明要求sbr反应器及其控制系统具有以下特征

sbr反应器连接有进水管、碳源投加管、曝气管、出水管和排泥管；sbr反应器由进水泵经进水阀、进水管供水，由碳源投加泵经碳源投加阀、碳源投加管投加碳源，由鼓风机经曝气进气阀、曝气管进行曝气；在sbr反应器出水管和排泥管上也设置相应的排水阀和排泥阀。

在sbr反应器中设置有搅拌器、液位传感器、ph传感器和do传感器；液位传感器和ph、do传感器的检测信号分别经采样、转换和处理后与过程控制器相连，根据预先设定的系统运行控制策略，通过过程控制器中的继电器对系统的运行过程实施在线控制。

系统的运行控制参数有：sbr反应器周期的总充水比例δ、充水次数n、每次充水量占周期总充水量的比例λ1～λn(充水方案)和相应的充水时间τ1～τn及每次充水结束时的液位h1～hn、曝气过程中ph和do信号的采样间隔t1、搅拌过程中ph信号的采样间隔t2、反硝化结束时ph对时间的平均变化率kphi值由正变负，并保持kphi<0的时间t3、碳源投加时间t4、短时曝气时间t5、沉淀时间t6、排水时间t7、排泥时间t8和闲置时间t9等。

反应过程的每一道工序，包括各种泵和阀门的启闭，曝气和搅拌系统的启闭，充水、投加碳源、排水、排泥、闲置等过程，均根据控制策略由控制系统实时在线控制完成。

本发明的技术方案

根据上述基本依据，本发明的基本思想是：①将sbr每周期预定处理的原水总量分n次(n≥3)充入反应器，采用充水搅拌反硝化/好氧硝化交替的方式运行，利用第2至n-1次进水中的有机物作为前一好氧硝化段的产物-硝态氮的反硝化碳源，同时利用进水中的氨氮促进缺氧搅拌的反硝化进程并回收相应的碱度；②限制第n次充水量，同时投加适量碳源缺氧搅拌反硝化；③由ph和do参数在线控制每一好氧段的硝化过程，由ph参数在线控制每一反硝化段的搅拌过程。限制第n次充水量的目的是既可以利用进水中的氨氮促进反硝化进程，又可以使第n次进水中的氨氮在反硝化过程中被部分去除而不影响出水水质，并兼顾为本次反硝化脱氮过程补充一定的碳源(具体充水方案见后)。

本发明可合理地分配进水中的有机物为反硝化脱氮服务，利用进水中的氨氮促进反硝化进程，同时使反硝化过程产生的碱度能够补充到硝化段，还能使进水中部分氨氮成分不经好氧硝化而在缺氧反硝化过程中被去除【去除的氨氮量约占被降解硝态氮量8％以上(均值)】，进而实现增效、节能、降耗和深度脱氮的目的。

本发明sbr反应器一个周期的运行方式为：【第一次充水搅拌/曝气硝化】→【第二次充水搅拌反硝化/曝气硝化】→……【第n-1次充水搅拌反硝化/曝气硝化】→【第n次充水并投加适量的碳源搅拌反硝化】→【短时曝气】→【沉淀/排水、排泥/闲置】。

设定了系统运行控制参数后，本发明提供的sbr反应器一个周期运行的基本技术工序如下：

(1)充水搅拌运行启动进水泵，同时打开进水阀门并开启搅拌器，将待处理的原水充入sbr反应器并搅拌运行。当达到预定的第一次充水水量(由设定的充水时间τ1并结合液位h1参数确定)时，由控制系统实时关闭进水阀门和进水水泵，同时关闭搅拌器。

(2)曝气运行由控制系统实时开启鼓风机和进气阀，对反应器曝气运行，去除水中的有机物，并将水中氨氮氧化为硝态氮。

在曝气过程中，实时在线监测ph和do信号。当进水中有较多的有机物存在时，曝气初期以降解有机物为主，监测的ph曲线呈上升状态(见图2中第一次充水后，ph曲线在曝气初期呈上升状态)。当监测到的ph值由上升转为稳定下降后，说明脱氮的硝化反应已开始正常发生，此时do历时曲线形状也进入近似为平台状态，或呈缓慢上升的状态(见图2)。随着硝化反应的进行，当监测到的ph曲线由下降转为上升出现“谷点”(见图2中a点)，同时do曲线呈快速上升状态(见图2中b点)，或ph曲线下降至较低(一般ph<6)后转为基本不变，同时do值上升至接近饱和状态(属于碱度不足的情况)时，表明脱氮的硝化反应已停止。据此并结合试验结果，制定好氧曝气运行的控制策略如下：

开始曝气后，在线监测的ph和do信号的采样间隔t1取60s。为消除干扰，对所采集的phi和doi值进行4值实时滑动滤波处理(即计算4个值滑动的平均值)，并实时计算相邻两个滑动滤波值phlbi-1、phlbi与dolbi-1、dolbi对时间的平均变化率kphi＝(phlbi-phlbi-1)/(ti-ti-1)和kdoi＝(dolbi-dolbi-1)/(ti-ti-1)值。在曝气过程中，当监测到kphi值连续4min以上均<0后，注意监测kphi和kdoi值变化的情况，当监测到kphi值由负变正(见图3中d点)，同时满足kdoi>kdoi-1>kdoi-2>kdoi-3>0(见图3中e点)，或监测到kphi的绝对值<0.002/min，同时dolbi>5mg/l时，由控制系统实时关闭鼓风机和进气阀，停止曝气运行。

(3)充水搅拌运行启动进水泵，同时打开进水阀并开启搅拌器，充水搅拌运行。当达到预定的充水水量【由设定的充水时间τi并结合液位hi(i≥2)参数确定】时，由控制系统实时关闭进水阀和进水水泵。

在搅拌过程中，反硝化菌利用进水中的有机物为电子供体，反硝化脱除上一好氧阶段产生硝态氮，同时利用进水中的氨氮促进反硝化进程，并在反硝化过程中也去除部分氨氮成分。

在搅拌过程中，实时在线监测ph信号。当系统稳定后，由于反硝化过程中产生碱度，在线监测的ph历时曲线会呈稳定上升状态(见图2)。随着搅拌时间的推移，当监测到ph历时曲线由上升转为稳定下降(见图2中c点)时，表明脱氮的反硝化反应已停止。据此并结合试验结果，制定缺氧搅拌运行的控制策略如下：

在线监测的ph信号的采样间隔t2取60s。同样为了消除干扰，在搅拌过程中，对所采集的phi值进行4值实时滑动滤波处理(即计算4个值滑动的平均值)，并实时计算相邻两个滑动滤波值phlbi-1与phlbi对时间的平均变化率kphi＝(phlbi-phlbi-1)/(ti-ti-1)。在搅拌过程中，当监测到kphi值连续3min以上均>0后，开始注意监测kphi值的正负变化情况。当监测到kphi值由正变负(见图3中f点)，并保持t3时间(取3～4min)以上kphi值均<0时，由控制系统实时停止搅拌运行。

(4)曝气运行由控制系统实时开启鼓风机和进气阀，对反应器曝气运行，去除水中可能剩余的有机物，并将水中氨氮氧化为硝态氮。

需要说明的是，每周期第2次及第2次以后的每次曝气开始时，由于进水中的大部分有机物已被反硝化利用，系统混合液中的有机物浓度会较低，因此曝气后系统会很快进入正常的硝化反应状态，即开始曝气后ph值会在较短的时间内出现稳定的下降现象。这与第1次曝气初期ph的变化情况会有所不同(见图2)。

当在线监测的ph和do历时曲线上表征硝化结束的特征点出现时，由控制系统实时关闭鼓风机和进气阀，停止曝气运行(第2次至第n-1次曝气过程的控制策略同第1次曝气运行的控制策略)。

停止曝气运行后，系统自动读取预先设定的充水次数n值。若读取的n值没有达到n-1次充水次数，系统将返回到工序(3)继续充水并搅拌运行；当达到第n-1次充水次数时，系统进入到工序(5)运行。

(5)第n次充水并投加碳源搅拌运行由控制系统实时开启进水泵和进水阀，向反应器进行第n次充水，同时由控制系统实时开启碳源投加阀和碳源投加泵投加碳源(甲醇等)，并启动搅拌器搅拌运行。当达到充水量和碳源投放量(由设定的充水时间τn和碳源投放时间t4并结合液位hn参数确定)时，由控制系统实时关闭进水阀、进水水泵和碳源投加泵、碳源投加阀。

碳源的投放量，根据第n-1次好氧硝化结束时混合液中硝态氮含量及第n次充水中的有机物情况，由人工实时进行调整，使其满足反硝化的需求(4.0<bod5/硝态氮<4.2)。

在搅拌过程中，反硝化菌利用第n次进水中的有机物和外加的碳源为电子供体，反硝化脱除第n-1次好氧阶段产生硝态氮，并利用第n次进水中的氨氮促进反硝化进程，同时也将第n次进水中的氨氮成分在反硝化过程中被部分去除。当在线监测的ph历时曲线上表征反硝化结束的特征点出现时【控制策略同工序(3)中的“缺氧搅拌运行的控制策略”】，由控制系统实时停止搅拌器，停止搅拌运行。

(6)短时间曝气运行停止缺氧搅拌后，再次由控制系统实时开启鼓风机和进气阀对反应器进行短时间鼓风曝气(曝气时间t5取7～30min)，主要目的是吹脱附着在污泥颗粒上的氮气和进一步降解可能剩余的有机物及氧化剩余的部分氨氮成分。当达到设定的曝气时间t5时，由控制系统实时关闭鼓风机和进气阀，停止曝气运行。

(7)沉淀停止短时间曝气运行后，使反应器中的混合液处于沉淀状态，实现泥水分离。

(8)排水和排泥待达到设定的沉淀时间t6(取40～70min)时，由控制系统实时开启排水管道上的排水阀门，将处理后的上清液排出反应器；根据设定的排泥方案，系统实时开启排泥管道上的排泥阀排泥。当达到设定的排水时间t7(取60～90min)和排泥时间t8(取5～25min)时，系统实时关闭排水阀和排泥阀。

(9)闲置反应器处于停止工作的待机状态，当达到预定的闲置时间t9(取10～50min)即完成sbr工艺一个周期的运行工序。这时，系统自动转入下一周期的循环运行。

对被处理原水的c/n值(碳氮比)、碱度和进水总氮的说明

为了获得深度脱氮的效果，本发明要求被处理原水中含有适宜的作为反硝化碳源的有机物(bod5/总氮>4.0)和满足生物脱氮过程所需要的碱度【总碱度(以caco3计)/凯氏氮>3.6】，水中的总氮以有机氮和氨氮(即凯氏氮)为主，并且凯氏氮浓度的变化范围为40～700mg/l，硝态氮<4mg/l。

当污水中的c/n值偏低(bod5/总氮<4.0)时，需在每次反硝化搅拌开始时，向反应器中补充投加适量的外碳源；当污水中碱度不足【总碱度(以caco3计)/凯氏氮<3.6】时，应在曝气过程中向反应器补充适量的碱度，否则按照本发明的控制策略，虽具有一定的节能增效效果，但无法实现深度脱氮的目的。

充水方案的确定

当被处理原水水质满足上述条件时，前n-1次充水可采用等量充水，为了能够得到氨氮对反硝化的促进作用，第n次充水量最少不能低于第n-1次充水量的9.0％。在满足脱氮处理目标的前提下，适当增加第n次充水量，有利于减少反硝化外碳源的投放量和降低系统的运行费用。为了既达到处理目标，又能获得理想的节能、降耗效果，第n次的充水水量应根据被处理原水的凯氏氮浓度son、脱氮的处理目标sen、一周期总的充水比例δ和充水次数n值确定，依据试验结果建立的充水方案计算公式如下：

当λn>λ1～(n-1)时，取λn＝λ1～(n-1)(2)

式中n为一周期总的充水次数(取3～4次)；

λ1～(n-1)为第1至n-1次充水量占周期总充水量的比例；

λn为第n次充水量占周期总充水量的比例；

son为被处理原水的凯氏氮浓度(取40～700mg/l)；

sen为处理后出水的总氮浓度(处理目标)；

δ为sbr反应器周期的总充水比例(取1/2～2/3)。

当λn>λ1～(n-1)时，将λn＝λ1～(n-1)带入(1)式得即n次的充水比例都相等。

增加充水次数n值，有利于原水中更多的碳源被分配到反硝化段，但这也增加了系统操作的复杂性。在实际应用中，充水次数n可取3～4次，总充水比例δ可取1/2～2/3。

按照上述方法确定充水方案，在实验室条件下，可以获得理想的脱氮处理结果。但在实际生产环境中，由于影响因素众多，不排除会出现系统的脱氮处理结果偏离处理目标sen的情况。当出现处理出水tn>sen时，可将λn按照递减2％～0.2％的方式进行调整，直到满足处理目标sen为止。

本发明的有益效果

现以被处理原水的凯氏氮浓度son为100mg/l，硝态氮为0mg/l，原水中的反硝化碳源和碱度均满足生物脱氮需求，处理目标为sen≤4mg/l，sbr反应器的周期总充水比例δ为2/3，反应器一周期的充水次数n＝3为例，来说明本发明的有益效果。

根据son＝100mg/l，sen＝4mg/l，δ＝2/3和n＝3，由公式(1)和(2)计算得到的充水方案为前两次的充水比例λ1＝λ2＝45.4％，第3次充水比例λ3＝9.2％。

根据上述充水方案，本发明提出的“批次进水强化sbr工艺深度脱氮的方法”与常规的一次充水、一次好氧硝化、一次投加外碳源缺氧搅拌反硝化运行，且反硝化段不存在氨氮的sbr脱氮的系统相比较，具有以下明显的优势：

(1)可以获得良好的脱氮效果，实现出水的总氮≤4mg/l。

一周期3次充水时，要经历2次好氧硝化和2次缺氧反硝化过程。在整个脱氮过程中：

①好氧硝化过程采用ph和do参数在线控制，可以保证两次硝化过程氨氮氧化充分；

②在两次的反硝化过程中，反硝化碳源充足(第1次缺氧搅拌是利用第2次进水中的有机物进行反硝化，第2次缺氧搅拌，除有第3次充水补充的碳源外，还有外加的碳源)，而且反硝化过程采用ph参数在线控制，可以保证两次的缺氧反硝化充分；

③第3次充水量仅为一周期总处理水量的9.2％，当第2次缺氧搅拌反硝化结束时，还能将第3次充水中的部分氨氮去掉，可以保证最终出水的总氮≤4mg/l。

(2)可以提高系统的脱氮能力。

因为在一周期的两次反硝化搅拌过程中，反硝化系统中都含有适量的氨氮成分(超过系统中硝态氮量的9％)。根据前述的结论，此时在反硝化过程中除正常还原降解硝态氮成分外，同时还能够增加去除平均占被降解硝态氮量8％以上的氨氮成分，因此提高了系统的脱氮能力。

(3)可使反硝化脱氮速率平均提高35％以上，使相应的反硝化搅拌动力能耗平均减少25％以上。

使反硝化脱氮速率平均提高35％以上是大量反复试验的结果。因为反硝化脱氮速率与反硝化搅拌的时间成反比，所以在相同的条件下，含有氨氮与不含氨氮两系统反硝化过程搅拌时间比的平均值将<1/1.35＝0.741，因此含有氨氮反硝化系统的搅拌时间可较不含氨氮的系统平均减少超过(1-0.741)＝25.9％，即反硝化搅拌过程可平均节能25％以上。

(4)可以大幅度地减少反硝化过程外碳源的投放量。

主要表现在三个方面，①第2次充水缺氧搅拌时不需要外碳源，该次充水缺氧搅拌承担了整个周期45.4％脱氮的反硝化任务；②第3次充水量占整个周期处理水量的比例为9.2％，因此第3次充水相当于提供了整个处理周期中9.2％的反硝化碳源；③反复试验结果表明，反硝化过程含有氨氮时可较不含氨氮的常规反硝化过程平均减少超过10％的反硝化碳源。这表明，可使64.6％(45.4％+9.2％+10％)的脱氮过程无需提供外碳源。

(5)可以大幅度减少脱氮好氧过程的动力消耗。

主要表现在三个方面，①一周期处理原水中54％以上的有机物(第2次充水量为45.4％，第3次水量为9.2％，其中的有机物量合计占一周期处理原水中的有机物量为54.6％)首先经历缺氧搅拌反硝化阶段，这部分有机物大部分将被反硝化过程所利用，不需要经过好氧过程；②反硝化过程降解的氨氮成分(平均占被降解硝态氮量8％以上)，不需要经过好氧硝化过程；③第2次充水中的有机物主要被第1次缺氧搅拌的反硝化所利用，可减轻进水中的有机物对第2次好氧硝化过程的影响，这有利于提高第2次的好氧硝化速率。可见，这三个方面减少的好氧动力消耗相当可观。

(6)可以减轻系统中碱度的波动幅度，节约进水中碱度不足时投加碱的费用。

主要依据：①交替好氧缺氧运行，可以使反硝化过程产生的碱度补充到硝化段；②在反硝化过程中增加降解的氨氮成分(平均占被降解硝态氮量8％以上)不需要经历好氧硝化过程，这可减少硝化过程对碱度的消耗。因此，可减轻系统中碱度的大幅度波动，节约进水中碱度不足时投加碱的费用。

(7)采用实时在线控制策略控制生物脱氮过程的好氧曝气时间和缺氧搅拌时间，不存在由于曝气或搅拌时间不足而引起的硝化或反硝化不完全现象，也不存在因过度曝气或过度搅拌而带来的增加运行能耗的现象。

(8)可以根据原水水质和系统运行状况等的变化，实时调整系统的运行控制参数和充水方案，获得在保证出水水质的前提下，节能降耗。

(9)可以使整个处理过程在线智能控制完成，管理操作方便。

当一周期的充水次数n>3时，由于每一次的充水量都要相应降低，因此可以进一步增大节省反硝化碳源、减少好氧动力消耗的比例和减轻系统中碱度波动幅度。

附图说明

图1为本发明的sbr工艺一个周期的运行模式；

图2为sbr反应器按照4次进水(前3次为等量进水，第4次进水量为第3次进水量的15％)典型周期中ph、do参数随氨氮和硝酸盐氮浓度(亚硝酸盐氮浓度始终为0mg/l，未在图中表示)变化的历时曲线(图中的do和ph是经4值滤波处理后的数据)；

图3为图2中ph、do参数对时间的变化率kph、kdo随氨氮和硝酸盐氮浓度变化的历时曲线；

图4为本发明的在线控制策略流程图。

由图2和图3可见，在每次硝化结束和反硝化结束时，在曲线上都能够表现出明显的特征点予以指示(图中所标字母处)。这为以ph、do参数在线控制实时停止硝化和反硝化过程提供了依据。

具体实施方式

本发明要求被处理原水应满足：原水中的凯氏氮浓度son的变化范围为40～700mg/l，硝态氮<4mg/l；原水中含有适宜反硝化碳源(bod5/总氮>4.0)且碱度充足【总碱度(以caco3计)/凯氏氮>3.6】。当碱度不足时，本发明虽具有一定的节能增效效果，但无法实现深度脱氮的目的。

具体实施方式如下：

第1步确定系统运行控制参数

针对已启动并稳定运行的sbr污水处理系统，根据处理目标和所掌握的被处理原水的水质特点，按照以下步骤确定系统运行控制参数：

(1)确定周期的总充水比例δ(取1/2至2/3)和一周期的充水次数n(取3～4次)，根据原水的凯氏氮浓度son和处理目标sen，由公式(1)和(2)确定充水方案λ1～(n-1)和λn；

(2)根据一周期总的处理水量和每次的充水比例λ1～λn，确定每次的充水量，进而确定相应的每次充水时间τ1～τn和每次充水结束时的液位h1～hn；

(3)确定曝气过程中ph和do信号的采样间隔t1(取60s)、搅拌过程中ph信号的采样间隔t2(取60s)；

(4)确定反硝化结束时kphi值由正变负，并保持kphi<0的时间t3(取3～4min)；

(5)根据第n-1次硝化结束时混合液中硝态氮含量及第n次充水中的有机物情况，依据4.0<bod5/硝态氮<4.2的条件，确定反硝化外碳源液体的投加量，进而确定碳源投加时间t4；

(6)根据需要确定短时曝气时间t5(取7～30min)和沉淀时间t6(取40～70min)；

(7)根据一周期的排水量确定排水时间t7(取60～90min)；

(8)以sbr反应器每周期反应结束时，混合液的污泥浓度为4000～5000mg/l为依据，确定每周期的排泥量，进而确定排泥时间t8(取5～25min)；

(9)根据需要确定闲置时间t9(取10～50min，在保证1天24小时的处理水量和运行周期数的前提下，t9的取值决定于原水凯氏氮浓度son变化情况，son升高时，系统处理的周期时间就会加长，则周期间的闲置时间t9就会相应缩短，反之t9就会延长)；

(10)在控制装置上完成对上述控制参数δ、n、λ1～λn、τ1～τn、h1～hn和t1～t9值的设定；

(11)按照图1的运行模式，在控制策略的支配下，实现对处理系统的在线控制运行。

第2步sbr反应器一个周期运行的基本技术工序

(1)充水搅拌运行启动进水泵，同时打开进水阀门并开启搅拌器，将待处理的原水充入sbr反应器并搅拌运行。当达到预定的第一次充水水量(即达到设定的充水时间τ1和液位h1)时，由控制系统实时关闭进水阀门和进水水泵，同时关闭搅拌器。

(2)曝气运行由控制系统实时开启鼓风机和进气阀，对反应器曝气运行，去除水中的有机物，并将水中氨氮氧化为硝态氮。在曝气运行过程中，根据控制策略，当在线监测的ph和do历时曲线上表征硝化结束的特征点出现时，由控制系统实时关闭鼓风机和进气阀，停止曝气运行。

(3)充水并搅拌运行启动进水泵，同时打开进水阀并开启搅拌器，当达到预定的充水水量【即达到设定的充水时间τi和液位hi(i≥2)】时，由控制系统实时关闭进水阀和进水水泵。

在搅拌过程中，反硝化菌利用进水中的有机物为电子供体，反硝化脱除上一好氧阶段产生硝态氮，同时利用进水中的氨氮促进反硝化进程，并在反硝化过程中也去除一定的氨氮成分。根据控制策略，当在线监测的ph历时曲线上表征反硝化结束的特征点出现时，由控制系统实时停止搅拌设备，停止搅拌运行。

(4)曝气运行由控制系统实时开启鼓风机和进气阀，对反应器曝气运行，去除水中可能剩余的有机物，并将水中氨氮氧化为硝态氮。在曝气运行过程中，根据控制策略，当在线监测的ph和do历时曲线上表征硝化结束的特征点出现时，由控制系统实时关闭鼓风机和进气阀，停止曝气运行。

第2次停止曝气运行后，系统自动读取预先设定的充水次数n，若没有达到n-1次进水次数时，系统将返回到工序(3)继续充水并搅拌运行；当达到第n-1次进水次数时，系统进入到工序(5)运行。

(5)第n次充水并投加碳源搅拌运行由控制系统实时开启进水泵和进水阀，向反应器进行第n次充水，同时由控制系统实时开启碳源投加阀和碳源投加泵投加碳源(甲醇等)，并启动搅拌设备。当达到充水量和碳源投放量(即达到设定的充水时间τn、碳源投放时间t4和液位hn)时，由控制系统实时关闭进水阀、进水水泵和碳源投加泵、碳源投加阀。

在搅拌过程中，反硝化菌利用第n次进水中的有机物和外加的碳源为电子供体，反硝化脱除第n-1次好氧阶段产生硝态氮，利用第n次进水中的氨氮促进反硝化进程，同时也将第n次进水中的氨氮成分在反硝化过程中被部分去除。根据控制策略，当在线监测的ph历时曲线上表征反硝化结束的特征点出现时，由控制系统实时停止搅拌设备，停止搅拌运行。

(6)短时曝气运行停止缺氧搅拌后，再次由控制系统实时开启鼓风机和进气阀对反应器进行短时间鼓风曝气，主要目的是吹脱附着在污泥颗粒上的氮气和进一步降解可能剩余的有机物及氧化剩余的部分氨氮成分。当达到设定的曝气时间t5时，由控制系统实时关闭鼓风机和进气阀，停止曝气运行。

(7)沉淀停止曝气运行后，使反应器中的混合液处于沉淀状态，实现泥水分离。

(8)排水和排泥待达到设定沉淀时间t6时，系统实时开启排水管道上的排水阀，将处理后的上清液排出反应器；根据设定的排泥方案，系统实时开启排泥管道上的排泥阀排泥。当达到设定的排水t7和排泥时间t8时，系统实时关闭排水阀和排泥阀。

(9)闲置反应器处于停止工作的待机状态，当待机达到预定的闲置时间t9时，即完成sbr工艺一个周期的运行工序。这时，系统自动转入下一周期循环运行。

本发明可广泛应用于含氮有机工业废水的深度脱氮处理。

应用实例

以模拟含氮有机污水为处理对象，来说明本发明的应用实例。

模拟污水以可溶性淀粉和乙酸钠为主要有机成分，cod值为630mg/l左右，采用nh4cl和kh2po4溶液调节水中n和p的浓度，水中的氨氮浓度为95～109mg/l，磷酸盐磷含量满足生物需求，采用nahco3调节碱度和ph值，使水中碱度充足，ph＝7.6～8.0。

sbr反应器有效容积为12l左右，设定脱氮的处理目标为sen<3mg/l。取反应器一周期的总充水比δ约为2/3，采用4次充水(第一次充水的氨氮浓度为95.5mg/l，后三次充水的氨氮浓度均为107.7mg/l)，总充水量为8.2l，前3次的充水量均为2.6l(λ1～λ3均为31.75％)，第4次充水量为0.4l(λ4＝4.88％)，第4次充水时投加的外碳源为甲醇。反应器充满水后的污泥浓度为5000mg/l左右。

按照上述的实施方式得到的周期处理污水的试验结果见表1。

表1sbr反应器一周期4次充水脱氮过程的试验结果^注

注：①在上述脱氮试验过程中，各反应阶段混合液中的亚硝酸盐氮浓度都近似为0mg/l，所以表中没有列入亚硝酸盐氮参数；

②模拟含氮有机污水的c/n比值>5.8，反硝化过程碳源充足，且在每次好氧硝化结束时cod浓度均<30mg/l，最终出水的cod浓度<30mg/l，所以表中没有列cod参数；

③表中所列的好氧硝化结束混合液中的氨氮和硝酸盐氮浓度数据，均为好氧硝化过程中，在do和ph历时曲线上指示硝化结束的特征点出现时的对应值；

④表中所列的搅拌反硝化结束混合液中的氨氮和硝酸盐氮浓度数据，均为搅拌反硝化过程中，在ph历时曲线上指示反硝化结束的特征点出现时的对应值。

由表1可见，在4次充水的脱氮过程中，获得了出水总氮<3mg/l的深度脱氮效果。分析上述脱氮过程可知，4次充水过程，除了可以获得氨氮对反硝化脱氮过程的有益影响外，与前述的3次充水相比较(见本发明的有益效果)，还可使进水中更多的有机物被分配到反硝化段，进而可节省更多的反硝化外加碳源和减少更多的好氧过程动力消耗。

前述的3次充水，被分配到反硝化段的有机物为54.6％(见本发明的有益效果)。本实例4次充水时，被分配到反硝化段的有机物合计为68.38％(包括第2次和第3次充水中的有机物合计为63.5％，第4次充水中的有机为4.88％，两者合计为68.38％)。再考虑反硝化过程中含有适量氨氮时可节省超过10％反硝化碳源的结论，4次充水时，可使78％以上的深度脱氮过程无需提供外碳源。可见，随着充水次数的增加，脱氮过程节能降耗的效果也随之增强。