CN101618909A - 一种脱氮序列间歇式活性污泥反应碳源投加方法 - Google Patents
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Abstract
一种对于低C/N比含氮废水脱氮处理的序列间歇式活性污泥法中的优化补充碳源实时控制系统。在传统的序列厌氧－好氧间歇式活性污泥法中，该自动控制系统中采用氧化还原电位(ORP)，pH及DO曲线的斜率变化值为控制参数，特别是在厌氧(缺氧)阶段最优化反硝化外加碳源添加的自动化控制技术。在反应的好氧阶段控制控制曝气时间，在反应的厌氧阶段，自动控制外源营养物的添加量，达到系统最优化作用。该系统可根据体系处理状况如进水水质，硝化及反硝化程度自动调节各反应过程的水力停留时间，保证稳定的处理水质(氨氮去除率可达99％以上)及能量消耗的最优化。
Description
技术领域
本发明属于废水处理中实时自动控制的应用领域，详细地，是一种对于低C/N比含氮废水脱氮处理的序列间歇式活性污泥法中的实时控制的方法。
背景技术
污水排放标准的不断收紧是目前世界各国普遍的发展趋势；以控制富营养化为目的的氮、磷脱除已成为各国主要的奋斗目标。传统的序列间歇式活性污泥法采用连续的厌氧-好氧过程(即反硝化-硝化过程)大量应用于污水处理场。但是处理中采用固定时间控制程序，由于进水水质多变，造成大部分反应中曝气量过剩。同时为保证反硝化的进行，外加碳源的投加量也往往过剩。在厌氧阶段过剩的外加碳源将增加好氧阶段的曝气量。当今，全球普遍强调的可持续发展经济模式在污水处理领域也得到体现。因此，研究开发以优化能(资)源消耗的处理系统十分紧迫。1983年以氧化还原电位(ORP)为好氧控制参数的污水处理场在欧洲建成(Chapentier J.，Martin G.，Wacheux H.and Gilles P.(1998).ORP regulation and activatedsludge：15 years of experience.Wat.Sci.Tech.，38(3)，197-208)，此后，加拿大，日本，韩国等国家的研究者对于ORP，pH及DO为好氧控制参数的实时控制系统进行了研究。Cheng N.，采用pH作为实时控制参数处理进行集约化养猪场废水处理研究，系统根据处理硝化过程pH曲线上出现的硝化点作为控制曝气依据，在硝化反应结束时，停止曝气，达到能量消耗最小，达到最佳处理效果的作用。(Cheng N.，Lo K.V.and Yip K.H.(2000).Swine wastewater treatment in a two stage sequencing batch reactor usingreal-time control.J.Environ.Sci.health，B35(3)，379-398)Ra C.S.等人的研究表明，用ORP曲线的突变点控制进水量，根据进水水质变化调整适当的进水量，使反应器内保持适当的污染物浓度，易于生物处理的进行。(RaC.S.，Lo K.V.and Mavinic D.S.(1998).Real-time control of two-stagesequencing，batch reactor system for the treatment of animal wastewater.Environ.Tech.，19，343-356)
以上的研究的共同点在于，研究在序列间歇式活性污泥反应器中采用ORP、pH及DO为实时自动化控制系统的控制参数，但其研究主要是针对好氧过程进行实时控制，达到曝气控制能量最优化的作用。对于厌氧阶段的由于缺少碳源导致反硝化不能顺利进行的条件未有报导。
发明内容
本发明的目的是提供一种脱氮序列间歇式活性污泥反应碳源投加方法，使碳源的添加量随进水水质及处理状况的变化而自动调节至最佳投加量。
为实现上述目的，本发明提供的脱氮序列间歇式活性污泥反应碳源投加方法，在厌氧阶段添加碳源，以氧化还原电位和/或pH值为控制参数，其步骤是：
a)对含氮废水开始厌氧时，添加碳源至氧化还原电位或pH值开始下降；
b)进行曝气至氧化还原电位或pH值升至顶点。
所述的方法，其中，含氮废水是畜牧废水、垃圾渗滤液和生活污水。
所述的方法，其中，碳源是指甲醇或禽畜粪便。
所述的方法，其中，碳源是采用脉冲加入方式。
本发明的效果是，可根据体系处理状况如进水水质，硝化及反硝化程度自动调节各反应过程的水力停留时间，保证稳定的处理水质(氨氮去除率可达99％以上)及能量消耗的最优化。
附图说明
图1是本发明采用的系统结构示意图。
图2是本发明实施例1的碳源添加示意图。
图3是本发明碳源添加时的程序示意图。
图4是本发明实施例2的碳源添加示意图。
图5是本发明的方法用于TOC/TN比为0.5-1.6大范围内变化的ORP及pH曲线。
具体实施方式
本发明在序列间歇式活性污泥法的厌氧阶段采用脉冲式碳源的添加方式，并以ORP和/或pH值作为自动控制技术参数。
本发明采用的序列间歇式活性污泥反应器(SBR)为公知技术，给出的图1是为了便于对本发明作更清楚的说明。在该反应器中，ORP和/或pH及DO(溶解氧)电极插入SBR反应器内，其输出数值由计算机记录并计算其单位时间内的变化值。序列间歇式活性污泥反应器的反应阶段由5个阶段组成，进水-厌氧(缺氧)-好氧-沉淀-出水。上述5个阶段的反应中，进水、搅拌器、曝气泵、进水泵、出水泵及外源营养物投加泵分别与计算机相连，由计算机控制上述5个阶段的进行。出水及沉淀采用传统的固定时间控制方式，而厌氧(缺氧)、好氧阶段根据反应进行引起ORP和/或pH及DO的变化值为依据采用实时自动控制方式。进水开始时，反应器搅拌开动，之后进入而厌氧(缺氧)阶段。当系统判断反应体系内碳源不足不能进行完全反硝化时，开启碳源投加泵进行脉冲式投加，之后继续以ORP和/或pH的单位时间变化值为判据判断，如此循环，直至适量的外加碳源保证完全反硝化。关闭碳源投加泵，如果废水处理过程中还需要考虑除磷，此时可延长适当的时间保证磷释放。之后开启空气泵进入好氧阶段。在ORP和/或pH及DO的曲线上硝化点出现后，适当延长曝气时间使得残留BOD氧化可停止曝气，关闭搅拌，进入沉淀出水阶段。出水后，进入下一反应循环。整个循环采用计算机系统自动控制。下面由实施例进一步说明本发明。
实施例1：某集约化养猪废水处理中，进水中的总有机碳/总氮(TOC/TN)为0.69时，由于进水中明显碳源不足，本实施例中以畜禽粪便作为外加碳源。采用本发明系统处理的示踪分析如图2所示。A为进水后厌氧(缺氧)开始。随废水进入系统及上一循环好氧过程中产生的硝酸盐利用进水中的碳源进行反硝化反应，由于进水中碳源不足，从B点开始稀释的畜禽粪便以每脉冲10克加入体系，当第一次加入后，硝酸盐浓度仅由12mg/L缓慢降至10mg/L，由于没有达到完全反硝化，第二次投加开始。如此循环至第6次投加，硝酸盐浓度接近零，而同时ORP曲线上出现明显的斜率改变，C点为反硝化控制点。在C点处外源营养物添加停止。D点为曝气开始点，ORP迅速上升。随硝化反应的进行氨态氮的浓度急速下降，至E点，硝化反应完成。ORP及pH曲线上均出现波谷状斜率改变，此点为硝化点。经延长曝气时间达到有机碳源的良好去除至F点曝气停止，进入沉淀出水期。
实施例1中，计算机控制程序如图3所示(以厌氧段采用ORP为控制参数，好氧段以pH为控制参数为例)。厌氧阶段开始后，计算机系统开始自动读取ORP数值并计算dORP/dt值，然后通过与预先输入的一设定值比较检验反硝化点(该设定值为ORP曲线上出现波谷状斜率改变时的数值，即硝化点的数值)。若经过设定时间仍未达到完全反硝化，即为系统缺乏足够碳源，开始外加碳源投加，之后通过投加循环判定反硝化点后，结束外源营养物投加。在好氧段，同样读取pH并计算dpH/dt值，然后与设定值进行对照检验硝化点。
实施2：垃圾渗滤液处理过程中，低C/N比进水条件下，本实施例中以甲醇为外加碳源，采用本发明的系统处理的示踪分析如图4所示。由于进水中碳源不足，从B点开始稀释的甲醇以每脉冲10毫升加入体系，当第一次加入后，硝酸盐浓度仅由12mg/L缓慢降至10mg/L，由于没有达到完全反硝化，第二次投加开始。如此循环至第3次投加，硝酸盐浓度接近零，而同时ORP曲线上出现明显的斜率改变，C点为反硝化控制点。在C点处外源营养物添加停止。D点为曝气开始点，ORP迅速上升。随硝化反应的进行氨态氮的浓度急速下降，至E点，硝化反应完成。ORP及pH曲线上均出现波谷状斜率改变，此点为硝化点。经延长曝气时间达到有机碳源的良好去除至F点曝气停止，进入沉淀出水期。
实施例3：由于管理方式及季节变化，畜产废水的水质变化很大，特别是废水中氨态氮含量很高，图5为本发明用于TOC/TN比为0.5-1.6大范围内变化的ORP及pH曲线，在TOC/TN比为1.3-1.6的范围里，进水提供的碳源可以保证反硝化顺利进行，厌氧(缺氧)及好氧阶段的反硝化点及硝化点均很明显地出现，在TOC/TN比为0.5-0.8的范围内，需要补加外加碳源达到完全反硝化。在这里，变化的HRT与C/N比成反比，即较高C/N比对应较短的HRT。在两种C/N比范围内，HRT分别为6.3天和10天。这是由于在低C/N比进水条件下，系统需要判断是否在进水中存在足够碳源用于反硝化反应。该自动控制体系可以最大程度优化外加营养物的添加量但导致较长的HRT。
表1为采用本发明系统处理畜牧废水10个月连续运行的结果。
Claims (4)
1、一种脱氮序列间歇式活性污泥反应碳源投加方法，在厌氧阶段添加碳源，以氧化还原电位和/或pH值为控制参数，其步骤是：
a)对含氮废水开始厌氧时，添加外源营养物至氧化还原电位或pH值开始下降；
b)进行曝气至氧化还原电位或pH值升至顶点。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，含氮废水是畜牧废水、垃圾渗滤液和生活污水。
3、根据权利要求1所述的方法，其中，碳源是指甲醇或禽畜粪便。
4、根据权利要求1所述的方法，其中，碳源是采用脉冲加入方式。
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