生物脱氮工艺过度曝气的预防控制方法与流程

本发明属于废水生物脱氮技术领域，具体涉及一种生物脱氮工艺过度曝气的预防控制方法。

背景技术：

中国近五年平均每年氨氮排放量245万吨，总量大，污染重，逐年下降幅度小，远超生态环境承载能力。众多工业行业中，冶金行业、半导体行业、化肥行业、石化行业及农副食品加工业等废水均具有较高的氨氮排放量，而氮素污染导致河流、湖泊富营养化现象严重。面对日益严峻的污染形势，我国相关污染物排放标准也日趋严格，目前城镇污水处理厂现有最高排放标准中一级A标准规定值为：氨氮5mg/L、总氮15mg/L；而工业废水排放标准中关于氨氮和总氮的限值虽因行业而异，但多数都要求分别低于15mg/L和35mg/L。

一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器在运行过程中应避免曝气量的变化引起溶解氧波动而破坏体系内的功能菌群结构稳定甚至影响其活性。当体系内溶解氧含量上升，氨氧化菌将更多的氨氮转化为亚硝氮，而亚硝酸盐氧化菌则有更多基质进行氮素转化，其后果有：(1)系统产生的硝态氮浓度升高；(2)硝化反应的进行将消耗系统碱度，导致碱度不足，pH降低，如果持续进行而不加以调控，则会引起系统溶解氧激增，控制紊乱；(3)亚硝酸盐氧化菌因具备了基质和氧气两个必要条件而使活性提高，而厌氧氨氧化菌因溶解氧的抑制而活性降低，其在与亚硝酸盐氧化菌对亚硝氮的竞争中处于劣势，从而影响系统的厌氧氨氧化进程。现有研究中，对该问题的控制，多采用在自控系统中安装溶解氧在线电极，设置其高、低限值来控制。但由于一体式系统中的厌氧氨氧化的限制，其溶解氧供应只能采取微量曝气的形式，且在缺氧条件下进行厌氧氨氧化反应时，溶解氧电极很难灵敏地发挥指示反应体系氧化还原状态的作用。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种生物脱氮工艺过度曝气的预防控制方法，以便解决上述问题的至少之一。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种生物脱氮工艺过度曝气的预防控制方法，包括以下步骤：

将待处理的废水通过进水泵导入反应器中进行搅拌；所述反应器控制单元循环运行的主控制逻辑执行如下步骤：

判断所述反应器内液位是否达到或超过设定液位上限值，如果是则关闭进水泵；如果否则维持进水泵继续运转；

关闭进水泵一定时间后，启动曝气泵，判断反应器内的氨氮浓度是否等于或小于设定低值，如果是则停止曝气泵；如果否则继续曝气；

停止曝气后继续搅拌一定时间，停止搅拌后静沉一定时间，再开启出水电动阀，待液位达到设定低值后关闭出水电动阀；

闲置一定时间后开启第二轮循环，重复执行上述主控制逻辑，待循环达到设定次数，则结束循环。

优选地，所述反应器控制单元还设置有如下ORP保护控制逻辑：

曝气过程中如果ORP大于或等于设定高值，则停止曝气；

如果小于设定低值则继续曝气，同时判断氨氮浓度是否达到设定低值，如果是则停止曝气并执行后续搅拌、静沉、排水等步骤；如果否则继续曝气。

优选地，所述反应器控制单元还设置有如下酸碱调控逻辑：

当该反应器内pH值低于设定低值时，启动碱投加泵，一定时间后如果pH值大于设定值则关闭碱投加泵，如果否则继续开启碱投加泵；

当该反应器内pH值高于设定高值时，启动酸投加泵，一定时间后如果pH值小于设定值则关闭酸投加泵，如果否则继续开启酸投加泵。

优选地，所述反应器为一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器。

从上述技术方案可以看出，本发明的生物脱氮工艺过度曝气的预防控制方法具有以下有益效果：

(1)提供了一种稳定高效的序批式生物反应器处理高氨氮废水的控制方法，可以在处理废水的同时，减少温室气体的排放，无需外加碳源，因曝气量低而节省能源、节约运行成本；

(2)通过该控制方法在进水氨氮达到800mg/L时，使出水氨氮浓度达到30mg/L甚至更低，其氨氮去除率在95％以上；

(3)使用ORP在线调控的方法控制反应器的运行，可有效避免因曝气过量而破坏菌群结构，维持反应器运行效果；

(4)酸碱泵的在线调控能够将反应体系的pH和碱度维持在最佳范围，避免随着部分亚硝化的进行而消耗碱度，因碱度不足而导致体系DO值激增，影响控制逻辑的正常执行。

附图说明

图1为本发明实施例中生物脱氮工艺的ORP-NH4⁺-N-液位联合实时调控方法的控制逻辑图；

图2为本发明实施例中生物脱氮工艺装置示意图；

【附图元件说明】

1-进水桶； 2-一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器；

3-电脑； 4-PLC控制单元；

5-pH、DO、NH4⁺-N、ORP、液位控制器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种生物脱氮工艺过度曝气的预防控制方法，通过实时监控ORP、pH、氨氮和液位值的变化，控制一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的进、出水泵和酸碱投加泵以及曝气泵的启停，从而提高一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的处理效能和系统运行稳定性。本发明可以在处理废水的同时，减少温室气体的排放，无需外加碳源，因曝气量低而节省能源、节约运行成本。

具体地，本发明的调控方法，以一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器为基础，以ORP、pH、氨氮和液位联合实时调控为核心的技术。图2为本发明实施例中生物脱氮工艺装置示意图。如图2所示，生物脱氮工艺装置包括：进水桶1、一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器2、电脑3、PLC控制单元4和pH、DO、NH4⁺-N、ORP、液位控制器5。

通过设定的程序和在线传感器实时监控ORP、pH、氨氮和液位值的变化，控制一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器的进、出水泵和酸碱投加泵以及曝气泵的启停，从而实时调控一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器反应器的稳定运行。

图1为本发明一实施例中的生物脱氮工艺的ORP-NH4⁺-N-液位联合实时调控方法的控制逻辑图。如图1所示，该控制逻辑包括主控制逻辑、保护逻辑和酸碱调节逻辑共三部分。

一、主控制逻辑：

循环开始后，首先启动搅拌桨，然后开启进水泵；再判断反应器内液位是否达到设定上限，如达到上限则进水泵停止运转，如未达到设定上限则继续运行进水泵；

待进水完毕，继续搅拌一段时间以使进水产生的溶氧被全部消耗；再开启曝气泵，若氨氮电极读数等于或低于设定低值，则停止曝气泵；若氨氮电极读数大于设定低值，则继续开启曝气泵；

当曝气泵因氨氮读数达到设定低值而关闭后，继续搅拌一定时间以使气体从泥水混合液中脱除，改善污泥沉降效果；

当搅拌桨停止运行后，反应器进入静沉阶段，泥水分离一段时间后，即可开启出水电动阀进行排水；

当排水过程中液位达到设定低值，则关闭出水电动阀；闲置一定时间后即可进入新一轮的控制循环。

二、保护逻辑：

在连续曝气阶段，若ORP电极读数大于或等于设定高值，则停止曝气泵；

当ORP电极读数小于或等于设定值，则继续启动曝气泵，同时判断氨氮电极读数，若其值低于或等于设定低值，则停止曝气泵；若其值大于设定低值，则应继续曝气。

三、酸碱调控：

当该反应器内pH值低于设定低值时，启动碱投加泵，持续一定时间后若pH值大于设定值则关闭碱投加泵，若否则继续开启碱投加泵；

当该反应器内pH值高于设定高值时，启动酸投加泵，持续一定时间后若pH值小于设定值则关闭酸投加泵，若否则继续开启酸投加泵。

实施例1一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器处理人工配制的高氨氮废水

以一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器处理人工废水，采用ORP-NH4⁺-N-pH-液位联合调控方法。所用进水氨氮浓度为800mg/L，曝气流量为300mL/min，一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器交换比为1/3，系统有效容积为60L，采用水浴加热使其温度稳定在33±1℃，水力停留时间取决于系统内功能菌活性及氨氮排水阈值，通过排泥控制其污泥停留时间为40天。表1为人工废水配方，表2为微量元素配方。

表1人工废水配方

表2微量元素溶液配方

该反应器除配有进水泵、出水泵和曝气泵外，还配有酸投加泵、碱投加泵、DO传感器、pH传感器、ORP传感器、液位传感器、PLC控制柜。

当反应器开始运行时，启动搅拌器、进水泵，当液位达到上限时停止进水泵，持续搅拌一段时间以消耗进水过程中带入的氧气。再启动曝气泵，当系统内氨氮低于留存浓度(设置低值)时，关闭曝气泵，继续进行搅拌、静沉和排水步骤。若氨氮未达到留存浓度，而ORP高于设定限值，则应停止曝气，继续搅拌一段时间以消耗过量的氧气，并及时查看反应器曝气系统是否出现问题；待ORP读数低于设定低值且氨氮浓度未达到出水标准，则继续进行曝气。在反应器运行过程中，尤其是当ORP高于设定限值时，自控系统依据pH读数开启碱液添加泵，对其进行调控。当启动碱投加泵运行一段时间后，若pH达到设定值，则停止碱投加泵。

在用此一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器处理人工废水时，采用本发明的控制逻辑，其进、出水氨氮浓度分别为800mg/L、30mg/L，氨氮平均去除率在95％以上。

综上，本发明所述的生物脱氮工艺过度曝气的预防控制方法可以在处理废水的同时，减少温室气体的排放，无需外加碳源，因曝气量低而节省能源、节约运行成本。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。