CN104828937B - 一种序批式厌氧氨氧化系统的实时控制方法 - Google Patents

一种序批式厌氧氨氧化系统的实时控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种对于废水处理的序批式厌氧氨氧化系统进行实时控制的方法。装置包括原水箱、序批式反应器、PLC控制箱、计算机、pH传感器、电导率传感器、氧化还原电位传感器、温度传感器。所述方法是在序批式厌氧氨氧化系统中，以pH、电导率、氧化还原电位为监测对象提供一种判断厌氧氨氧化系统运行进程的方法。由于进水水质和系统处理状况的不稳定，对以固定周期为反应时间的序批式厌氧氨氧化系统可能造成出水不达标和运行不合理的问题，根据系统处理状况如进水水质、污泥活性，通过对厌氧氨氧化系统进行实时控制，以所得监测对象的特征点作为判断厌氧氨氧化反应结束的指示参数，从而达到系统稳定的出水水质及合理运行。

Description

一种序批式厌氧氨氧化系统的实时控制方法
技术领域
本发明属于废水处理中间歇式活性污泥法的应用领域，详细的，是一种对序批式厌氧氨氧化系统的实时控制方法
背景技术
随着水污染问题对环境影响的加重，污水的排放标准也日趋严格，目前我国新的污水排放标准规定总氮浓度一级排放标准为不超过15mg/L。目前污水处理厂主要采用的生物脱氮工艺为硝化—反硝化工艺，为了实现NH4 +-N的转化，硝化过程中需要充足的曝气量来维持氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌的活性。在反硝化过程中需要提供充足的外加碳源作为电子供体使反硝化菌进行反硝化，从而实现低C/N比生活污水中总氮的去除。这样不但增加了额外设施和处理成本，还会造成污泥产量增大，难以保证低C/N废水的脱氮效率。因此，如何降低成本和提高总氮去除率成为处理低C/N污水所面临的主要问题。近年来，随着新的生物脱氮途径的发现，厌氧氨氧化技术作为高效低耗的生物脱氮工艺脱颖而出，在实践应用方面也取得了很大的进展。
厌氧氨氧化反应方程式为NH4 ++1.32NO2 -+0.066HCO3 -+0.13H+→1.02N2+0.26NO3 -+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O，在缺氧条件下厌氧氨氧化菌以NO2 --N为电子受体，NH4 +-N为电子供体进行厌氧氨氧化反应，无需曝气和外加碳源。因此该工艺能够降低能耗和运行费用。
目前普遍的序批式厌氧氨氧化系统均为根据一定的原水浓度确定固定的反应周期，而当序批式厌氧氨氧化系统的进水浓度低于特定浓度或厌氧氨氧化污泥活性提高时，该系统处理出水达到国家排放标准所需要的反应周期时间比固定的反应周期时间短，而导致该系统在某段时间内并未进行污水总氮的去处，不但减少了该系统的处理量，而且造成了资源和能源的浪费；当序批式厌氧氨氧化系统的进水浓度高于此特定浓度或该系统的厌氧氨氧化污泥活性低时，该系统处理出水达到国家排放标准所需要的反应周期时间比固定的反应周期时间长，而导致在固定的反应周期内序批式厌氧氨氧化系统并未完成污水的总氮去除，造成该系统的出水水质不达标。此外若该系统并未反应完全，在静置沉淀阶段，由于厌氧氨氧化反应产生大量的氮气，使得厌氧氨氧化污泥不易沉淀，在排水阶段容易造成厌氧氨氧化污泥的流失，从而进一步导致下一周期该系统中厌氧氨氧化污泥量的减少。本发明针对由于进水水质多变、厌氧氨氧化污泥活性不稳定，而造成的反应器出水不达标或反应器运行不合理等问题。以pH、Cond和ORP为监测对象，通过这三个控制参数对当前系统的运行情况进行判断，在进水水质不稳定和厌氧氨氧化污泥活性不稳定的时候，对序批式厌氧氨氧化系统进行合理的调控，既达到反应器的合理运行又保证稳定的出水水质。
发明内容
由于进水水质和处理状况的不稳定，对以固定周期运行的间歇式活性污泥法厌氧氨氧化系统进行实时控制和在线监测。本发明的目的是以pH、Cond、ORP为监测对象提供一种判断厌氧氨氧化反应进程的方法，通过监测对象的特征点来判断厌氧氨氧化反应系统的运行情况，结束后立即进入下一个周期，从而达到反应器的合理运行。对于以固定周期为反应时间的系统所出现的由于污泥活性差而导致的出水水质不达标的问题，通过本发明的实时控制和监测系统可以很好地解决，保证稳定的出水水质。具体操作步骤是：
1)原水由原水箱经过原水泵进入序批式反应器，进水结束后搅拌器开始搅拌，加热控制器开始加热，进行厌氧氨氧化反应。搅拌器转速设置为30r/min，从而避免转速过快而导致水中的溶解氧增加，加热控制器加热温度为30～35℃，避免温度过高或过低对厌氧氨氧化活性造成影响。
2)在厌氧氨氧化反应过程中，控制DO为0～0.1mg/L，温度为30～35℃；pH传感器、Cond传感器、ORP传感器将在线采集到的信号传给PLC控制箱和计算机。厌氧氨氧化反应开始进行缺氧搅拌时，pH值开始升高，随着反应的进行过pH值呈线性升高，反应结束时pH升至顶点并随后趋于水平(±0.05范围内波动可以认为趋于水平，但不局限于此范围)；Cond开始呈线性下降，反应结束后降至最低点后趋于水平(±5μS/cm范围内波动可以认为趋于水平，但不局限于此范围)；ORP逐渐下降，降至最低点后升高，在反应结束后出现拐点，然后趋于水平(±10mV范围内波动可以认为趋于水平，但不局限于此范围)。当pH、Cond、ORP这三个监测对象出现特征点时意味着厌氧氨氧化反应结束。
3)通过pH、Cond、ORP这三个监测对象的特征点判断厌氧氨氧化系统反应结束后，搅拌器停止搅拌、加热控制器也停止加热。静置沉淀0.5小时，排水阀打开，上清液排出。重复以上运行方式不断运行。
pH、Cond、ORP这三个监测对象的特征点会几乎同时出现，为了判断准确性，一般等到这三个监测对象的特征点全部出现后作为反应结束。
本发明的效果是，根据监测对象的特征点，在进水水质、系统的处理状况不稳定的情况下，判断厌氧氨氧化反应系统的运行情况，保证在在一个反应周期结束后才会进入下一个周期，既保证了稳定的出水水质又达到反应器的合理运行。
厌氧氨氧化系统实时控制方法具有以下优点：
1)DO、温度作为影响厌氧氨氧化活性的主要影响因素，本发明对厌氧氨氧化系统反应过程中的DO、温度进行在线监测，出现不利于厌氧氨氧化细菌生存的条件出现时及时调整，为厌氧氨氧化细菌营造一个良好的生长环境。
2)自动化水平高，节能降耗效果显著，由于厌氧氨氧化序批式反应器采用了pH、Cond、ORP作为厌氧氨氧化过程的三个控制参数可根据进水水质的波动、厌氧氨氧化污泥的活性的变化采取有效的改变反应时间。达到在进水水质、系统的处理状况不稳定的情况下，判断厌氧氨氧化反应系统的运行情况，保证在在一个反应周期结束后才会进入下一个周期，既保证了稳定的出水水质又达到反应器的合理运行，从而也节省了运行费用。
附图说明
图1是序批式厌氧氨氧化系统的实时控制装置示意图。
图1中：1-原水水箱；2-进水泵；3-序批式厌氧氨氧化反应器；4-进水阀；5-搅拌器；6-加热棒；7-排水阀；8-溶解氧(DO)传感器；9-pH传感器；10-电导率(Cond)传感器；11-氧化还原电位(ORP)传感器；12-温度传感器；13-PLC控制箱；14-计算机；15-排泥阀
图2是序批式厌氧氨氧化系统的实时监测效果图。
具体实施方式：
本发明对序批式厌氧氨氧化系统进行实时控制，在线监测pH、Cond、ORP，判断污水处理中序批式厌氧氨氧化系统的运行情况，既达到反应器的合理运行又保证稳定的出水水质。该系统包括原水箱1、序批式厌氧氨氧化反应器3、PLC控制箱13、计算机14；原水由原水箱通过原水泵2从进水口4进入序批式厌氧氨氧化反应器；所述序批式厌氧氨氧化反应器设有搅拌器5、加热控制器6；进水后搅拌器开始搅拌，加热控制器打开，开始加热。在序批式反应器中进行厌氧氨氧化反应，待反应结束后搅拌器停止搅拌，加热控制器停止加热。系统进入静置沉淀阶段，沉淀完全后排水阀7打开，上清液排出，此时一个周期结束，厌氧氨氧化重复以上方式不断运行；所述PLC控制箱13连接溶解氧DO传感器8、pH传感器9、电导率Cond传感器10、氧化还原电位ORP传感器11、温度传感器12和计算机14；根据每个传感器采集到的信号，通过计算机输出在线监测序批式厌氧氨氧化反应器内的DO、pH、Cond、ORP、温度值。
现结合实施例进行具体说明。
实施例1：
以某大学实验室的10L的序批式厌氧氨氧化反应器为研究对象，进行实时控制，所用原水取自居民生活区污水的半短程出水，其水质指标为：COD＝40mg/L，NH4 +-N＝31.113mg/L，NO2 --N＝56.282mg/L，NO3 --N＝1.616mg/L，pH＝7.5，总碱度＝498.6mg/L碳酸氢钾，DO＝1.5～2.5mg/L，C/N为0.45。在反应过程中连续监测pH、Cond、ORP，所得规律如图2所示。
在实施例1中，原水由原水箱1通过原水泵2从进水口4进入序批式厌氧氨氧化反应器，进水后搅拌器开始搅拌，加热控制器打开，开始加热。系统进水结束后初始pH为7.48，随着反应的进行pH值逐渐上升在第70分钟处pH升至7.92，随后趋于水平。初始电导率为2140μS/cm，随后逐渐下降，第80分钟降至1854μS/cm后趋于水平，ORP初始值为177mV，随着反应的进行迅速下降，37min后降至最低点-119，随后缓慢上升在78min处升至-81mV，因此pH、Cond、ORP均在80min前出现特征点。而80min后NH4 +-N从31.11mg/L降解为0.77mg/L，NO2 --N从56.282mg/L降解为1.010mg/L，NO3 --N从1.616mg/L升至5.196mg/L，在80min时反应进行完成。
通过图2我们发现pH、Cond、ORP的特征点与厌氧氨氧化反应的结束点保持一致。因此在针对反应器的运行不合理和出水水质不稳定的情况下，可以通过对厌氧氨氧化系统进行实时控制和在线监测，以pH、Cond、ORP为监测对象判断污水处理中间歇式活性污泥法的厌氧氨氧化系统的运行情况。

Claims (1)

1.序批式厌氧氨氧化系统的实时控制方法，应用如下装置，该装置包括原水箱(1)、序批式反应器(3)、PLC控制箱(13)、计算机(14)；原水由原水箱通过原水泵(2)连接序批式反应器；所述序批式反应器设有搅拌器(5)、加热控制器(6)、排水阀(7)；所述PLC控制箱(13)连接溶解氧(DO)传感器(8)、pH传感器(9)、电导率Cond传感器(10)、氧化还原电位ORP传感器(11)、温度传感器(12)和计算机(14)；
其特征在于包括如下步骤：
1)原水由原水箱(1)经过原水泵(2)进入序批式反应器(3)，进水结束后搅拌器(5)开始搅拌，厌氧氨氧化反应开始进行；搅拌器转速设置为30r/min，从而避免转速过快而导致水中的溶解氧增加；加热控制器(6)将反应器内泥水混合液温度加热为30～35℃，避免温度过高或过低对厌氧氨氧化活性造成影响；
2)在厌氧氨氧化反应过程中，DO为0～0.1mg/L，温度为30～35℃；pH传感器(9)、电导率Cond传感器(10)和氧化还原电位ORP传感器(11)将在线采集到的信号传给PLC控制箱(13)和计算机(14)，计算机(14)将各个传感器采集到的信号处理成随时间变化的曲线；厌氧氨氧化反应开始进行缺氧搅拌时，pH值开始升高，Cond开始下降，ORP开始下降；随着反应的进行pH值升高，Cond下降，ORP先下降后升高；反应结束时pH升至顶点并在之后趋于水平，Cond降至最低点此后趋于水平，ORP出现拐点然后趋于水平；当pH、Cond、ORP这三个监测参数出现特征点时证明厌氧氨氧化反应已经结束；
3)通过pH、Cond、ORP这三个监测对象的特征点来判断厌氧氨氧化反应结束后，搅拌器(5)停止搅拌、加热控制器(6)也停止加热；静置沉淀0.5小时，排水阀(7)打开，上清液排出；此前为一个周期，随后重复以上运行方式不断运行。
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