CN107285464B - 一种基于液相n2o浓度监控的污水生物脱氮工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于液相N2O浓度监控的污水生物脱氮工艺，该方法通过在线监测氨氧化过程中液相N2O的浓度曲线和反硝化过程中液相N2O的浓度曲线，依据曲线特征判断亚硝化反应完成的时间和反硝化反应完成的时间。本发明提出了采用N2O作为亚硝化控制参数和反硝化控制参数从而实现高效脱氮的一种污水处理新技术，比传统的A/O/A‑SBR及A/O/A‑SBBR工艺相比，该技术以更清晰和间接的方式实时观测亚硝化反应的进程和反硝化反应的进程，从而实现污水高效脱氮。

Description

一种基于液相N2O浓度监控的污水生物脱氮工艺
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，涉及污水处理，尤其是一种采用液相N2O浓度在线检测仪监测N2O变化来判断A/O/A-SBR和A/O/A-SBBR 工艺亚硝化进程和反硝化进程的污水生物脱氮工艺。
背景技术
传统的污水处理厂的运行管理是按照工程设计单位设计的处理工艺、运行模式(连续流或间歇流)和反应时间(HRT和SRT)下运行的。尽管设计成果是根据设计处理水量、设计污泥负荷或容积负荷的精确计算得来的，在理想的情况下污水厂的实际出水水质应该是能够达到设计的目标出水水质(如污水处理厂污染物排放标准中的一级A标准)。
但是，不管是城市污水还是工业废水，污水水质水量的随时变化是其固有的特征之一，城市污水的水温及处理单元的环境温度也存在随季节变化的特征，因此，现有的污水处理厂的运行管理及运行工况调整在一定程度上具有盲目性和滞后性，即运行管理人员只能通过设计的出水指标值、或前一时段的运行监测结果来判断当下的处理效果，即使安装有进出水在线监测的城市污水处理厂，当发现出水水质超标时再对污水厂运行工况的调整也是滞后的，甚至是不可调整的，如连续流工艺。因此，对污水处理单元、特别是生化处理单元实施实时监控，以SBR生物脱氮为例，在氨氮被完全氧化后停滞曝气，在氧化态氮被完全还原后停止搅拌，则可以实现生物脱氮效率的最优化。这种实时调整曝气时间和缺氧反硝化搅拌时间(通过自动控制实现)的SBR工艺则可以实现脱氮效率的最优化和反应器容积利用的最大化，从而自适应水质水量及温度变化，而改善出水水质和降低运行费用。
目前，关于亚硝化过程中N2O的产生的研究报道很多，但都未提及 N2O可作为控制参数来实现对A/O/A-SBR或A/O/A-SBBR工艺亚硝化进程和反硝化进程的实时控制这一技术。
污水处理工程的一个显著发展趋势是工艺运行由经验判断走向定量分析，将在线传感器与PLC(可编程逻辑控制器)应用于各种污水处理过程中，来实时调整工艺参数和优化运行方案。目前普遍采用的控制参数有pH、DO和ORP。若采用液相N2O浓度作为实时控制参数，并与适宜的脱氮工艺(如A/O/A-SBR)相结合以监控亚硝化和反硝化进程，则可以实现脱氮效率的最优和出水水质的最佳。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于液相 N2O浓度监控的污水生物脱氮方法，其利用液相N2O浓度变化特征监控 A/O/A-SBR及A/O/A-SBBR亚硝化进程和反硝化进程，达到优化污水脱氮效率的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
这种基于液相N2O浓度监控的污水生物脱氮方法为：采用液相N2O 浓度在线检测仪间接监控A/O/A-SBR工艺或A/O/A-SBBR工艺的亚硝化反应进程及缺氧内源PHA反硝化进程，优化污水脱氮效率，达到最大的氨氮和总氮去除率。
进一步，通过在线监测微曝气低氧氨氧化过程及后缺氧反硝化过程中液相N2O的浓度变化曲线，依据曲线特征判断亚硝化反应及反硝化反应完成的时间。
进一步，在微量曝气的好氧段，当N2O的浓度经历先上升后下降直至下降到接近开始上升时的最低点时，以此点作为亚硝化完成的判断点，从而实现对亚硝化过程的精准控制；在停止曝气后的缺氧段，液相N2O 浓度又经历先升高后下降直至降低到接近开始上升时的最低点值，以此时间点作为缺氧反硝化完成的判断点；构成了由单一SBR或SBBR反应器在A/O/A运行模式下出水中氨氮和总氮达到低浓度的污水生物脱氮工艺。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提出的利用液相N2O浓度变化特征监控A/O/A-SBR及 A/O/A-SBBR亚硝化进程和反硝化进程，达到优化污水脱氮效率的污水处理技术完全不同于现有技术，为实际工程应用提供了一种新的处理技术。
(2)本发明与传统控制参数相比，N2O作为控制亚硝化完成和反硝化完成的参数的优势为：在线监测的N2O曲线能间接反映氨氧化进程和反硝化进程，且可根据曲线特征预测氨氧化完成和反硝化完成所需时间。
(3)本发明拓宽了N2O在线监测系统在污水处理工程的适用范围，其即可监测温室气体的排放，也可辅助工艺运行参数优化。
附图说明
图1为本发明厌氧/好氧/缺氧SBBR好氧亚硝化及缺氧反硝化过程 N2O及相关参数过程曲线。
具体实施方式
参见图1：本发明基于液相N2O浓度监控的污水生物脱氮工艺是通过在线监测氨氧化过程中液相N2O的浓度曲线和反硝化过程液相N2O 的浓度曲线，依据曲线特征判断亚硝化反应完成的时间点和反硝化反应完成的时间点。具体为：在好氧氨氧化过程中，当N2O的浓度经历先上升后下降直至下降到接近开始上升时的最低点时(同时借助DO浓度的突然升高)，以此点作为亚硝化完成的判断点；在缺氧反硝化过程中，当 N2O的浓度下降到接近开始上升时的最低点时(停止曝气的时间点)，以此点作为亚硝化完成的判断点。本发明采用液相N2O浓度在线检测仪间接监控A/O/A-SBR(厌氧/好氧/缺氧-序批式活性污泥生物反应器)工艺或A/O/A-SBBR(厌氧/好氧/缺氧-序批式生物膜反应器)工艺的亚硝化反应进程及缺氧内源PHA反硝化进程，优化污水脱氮效率，达到最大的氨氮和总氮去除率。
在氨氧化过程中，当溶液中累积一定量的NO2 -后，反应器中开始产生N2O，在一定的曝气量下，当N2O的产生速率大于曝气等外界条件引起的溶解态N2O的逸出速率后，溶解态N2O浓度开始逐渐上升，氨以一定的氧化速率逐渐降低，当氨浓度降低到某一浓度后，N2O的产生量也会随之降低，即随着氨氧化的进行，溶解态N2O会出现明显上升、之后再下降的趋势。综上，可依据在线监测溶解态N2O的浓度曲线来判断氨氧化反应的进程，从而选择合适的曝气时间，将氨氧化控制在亚硝化阶段。
根据利用液相N2O浓度作为控制参数对实验室A/O/A-SBR(厌氧/ 好氧/缺氧-序批式活性污泥生物反应器)工艺及A/O/A-SBBR(厌氧/好氧/缺氧-序批式生物膜反应器)工艺的亚硝化阶段氨氧化进程判断的结果可知，随着氨氧化反应的进行，在线监测的液相N2O确实出现了明显的上升下降趋势，且出现的波峰基本对称。通过定时监测溶液中的氨浓度发现：当N2O下降到开始上升时的最低点时，溶液中氨浓度已降低到 2mg/L以下(SBR)，即此点可作为亚硝化完成的判断点，同时，溶液中 pH和溶解氧在此点快速上升，可知N2O、pH和溶解氧作为控制参数得到的结果一致。由于N2O波峰曲线的对称性，当观测到溶液中N2O上升到峰值时即可提前推测氨氧化结束的时间点，即N2O作为控制参数具有前瞻性，优于依据pH和溶解氧的突变以判断亚硝化完成。
在A/O/A-SBR及A/O/A-SBBR的缺氧反硝化过程中，由于亚硝化结束时溶液中累积有一定量的NO2 -，当停止曝气后，会发生内源PHA 为碳源的异养反硝化反应，该反应产物主要为N2O，由于缺氧段N2O逸出速率低，大量的N2O会累积在液相，引起液相N2O浓度上升，当亚硝态氮被还原致使其浓度很低时，异养菌便以N2O为电子受体发生N2O 还原反应致使其浓度开始降低，当N2O浓度降低至接近开始上升时的最低点时，液相氧化态氮几乎全部被还原。因此，反硝化阶段溶解态N2O 也会出现明显上升、之后再下降的趋势。综上，可依据在线监测溶解态 N2O的浓度曲线来判断反硝化反应的进程，从而选择合适的停止搅拌的时间。
根据利用液相N2O浓度作为控制参数对实验室A/O/A-SBR及 A/O/A-SBBR缺氧段反硝化进程判断的结果可知，随着反硝化反应的进行，在线监测的液相N2O浓度确实出现了明显的上升下降趋势。通过定时监测溶液中的硝态氮和亚硝态氮浓度发现：当N2O下降到开始上升时的最低点时，溶液中硝态氮和亚硝态氮氨浓度已降低到1mg/L以下 (SBR)，即此点可作为亚硝化完成的判断点。因此，通过在线监测N2O 浓度变化可以清楚探视反硝化反应进程。
综上所述，本发明提出了采用液相N2O浓度实时监控A/O/A-SBR 和A/O/A-SBBR两种工艺亚硝化和反硝化进程、以实现精准控制脱氮效率的污水处理新技术。在A/O/A-SBR和A/O/A-SBBR工艺中，好氧段采用微曝气低DO(溶解氧)实现亚硝化，后缺氧段基于内源PHA(聚羟基烷酸酯)反硝化实现总氮的去除，利用作为亚硝化副产物和反硝化中间产物的N2O在液相中的浓度变化特征间接反映氨氧化进程和氧化态氮的还原进程，达到实时控制硝化和反硝化进程的目的。本专利申请人通过大量实验室试验验证了这一技术的可行性。

Claims (1)

1.一种基于液相N2O浓度监控的污水生物脱氮方法，其特征在于，采用液相N2O浓度在线检测仪间接监控A/O/A-SBR工艺或A/O/A-SBBR工艺的亚硝化反应进程及缺氧内源PHA反硝化进程，优化污水脱氮效率，达到最大的氨氮和总氮去除率；通过在线监测微曝气低氧氨氧化过程及后缺氧反硝化过程中液相N2O的浓度变化曲线，依据曲线特征判断亚硝化反应及反硝化反应完成的时间；在微量曝气的好氧段，当N2O的浓度经历先上升后下降直至下降到接近开始上升时的最低点时，以此点作为亚硝化完成的判断点，从而实现对亚硝化过程的精准控制；在停止曝气后的缺氧段，液相N2O浓度又经历先升高后下降直至降低到接近开始上升时的最低点值，以此时间点作为缺氧反硝化完成的判断点；构成了由单一SBR或SBBR反应器在A/O/A运行模式下出水中氨氮和总氮达到低浓度的污水生物脱氮技术。
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