CN107867756A - Sbr前置反硝化/厌氧氨氧化的试验装置与控制方法 - Google Patents

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Abstract

发明名称:SBR前置反硝化/厌氧氨氧化的试验装置与控制方法摘要:SBR前置反硝化/厌氧氨氧化的试验装置与控制方法,属于污水生物处理领域。该装置由配水箱(1)、SBR反应器(2)、出水桶(3)、计算机(4)、PLC控制箱(5)依次连接组成;模拟高氨氮废水首先进入SBR反应器(2)中,进行短时间搅拌,反硝化细菌利用原水中的COD和反应器剩余的NO3 ‑N进行反硝化脱氮;NO3 ‑N消耗完时,曝气打开,原水中较高的NH4 +‑N进行一体化厌氧氨氧化,本发明在减少无效反应时间,提高反应效率的同时,节省了氧耗和能耗,达到同步深度脱氮的目的。

Description

SBR前置反硝化/厌氧氨氧化的试验装置与控制方法
技术领域
本发明涉及SBR前置反硝化/厌氧氨氧化的试验装置与控制方法,属于污水生物处理技术领域,是一种模拟高氨氮废水的同步脱氮试验装置和控制方法。
背景技术
厌氧氨氧化( anaerobicammoniumoxidation,Anammox)是20世纪80年代末期新发现的一种氮的自养转化途径,指在厌氧或者缺氧条件下,厌氧氨氧化微生物以NO2 --N为电子受体,氧化NH4 +-N为氮气的生物过程。反硝化是指反硝化细菌在缺氧环境条件下,还原硝酸盐,释放出分子氮的过程,绝大部分消化细菌是厌氧异养菌,它以有机物为碳源和能量,进行无氧呼吸。近年研究发现,厌氧氨氧化菌可与反硝化菌共存在反应器内,发挥协同作用,为含氮有机废水的同步去除提供了一种思路。目前关于厌氧氨氧化耦合反硝化过程的研究主要集中在有机物种类、C/N比、温度和进水水力负荷等上面,而如何通过DO、ORP、pH参数的变化来控制一体化厌氧氨氧化耦合反硝化过程,尚没有人尝试,且没有形成一种有效的工艺控制模式。因此,针对上述问题,如何通过一体化自动控制系统,结合反应过程中DO、ORP与pH曲线的变化,实现总氮高效去除的同时,为厌氧氨氧化耦合反硝化过程的控制提供一种有效的工艺控制模式,值得研究。
发明内容
针对上述存在的技术问题,本发明提供一种厌氧氨氧化与反硝化耦合装置及控制运行方法,实现厌氧氨氧化在含有机碳源时与反硝化协同脱氮,此发明充分利用原水碳源、厌氧氨氧化菌和硝化菌的协同作用,解决了传统脱氮工艺出水 TN 浓度、氨氮浓度过高等问题,并节约了运行成本,厌氧氨氧化与反硝化耦合系统运行良好,出水稳定。
为提高反应效率,节省氧耗和能耗,达到同步深度脱氮地目的。本实验采用SBR前置反硝化/厌氧氨氧化系统,其特征在于,主要包括配水箱(1)、SBR反应器(2)、出水箱(3)、计算机(4)、PLC控制箱(5);其中一体化SBR反应器内置有气体流量计(6)、曝气头(7)、曝气泵(8)、搅拌器(9)、pH探头(10)、ORP探头(11)、DO探头(12)、取样口(13)、出水阀(14)、出水电磁阀(15)、蠕动泵(16)、上液位计(17)、下液位计(18)、加热棒(19);配水箱(1)通过蠕动泵(16)与反应器(2)相连接;反应器(2)经出水阀(14)、出水电磁阀(15)与出水箱(3)相连接;PLC 控制箱(5)内设有信号转换器 AD 转换接口(20)、信号转换器(DA)转换接口(21)、曝气继电器、搅拌继电器、ORP、pH、DO数据信号接口;PLC 控制箱(5)上的信号转换器 AD 转换接口(20)通过电缆线与计算机(4)相连接,将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机(4),计算机(4)通过信号转换器 DA 转换接口(21)与 PLC控制箱(5)相连接,将计算机(4)的数字指令传递给 PLC 控制箱(5),进而对处理系统进行实时控制;
本发明还提供了一种SBR前置反硝化/厌氧氨氧化的试验方法,其特征在于,包括以下内容:
系统启动,在SBR前置反硝化/厌氧氨氧化反应器中接种厌氧氨氧化污泥,使反应器内污泥浓度在3000mg/L左右;在此阶段,高氨氮配水首先进入SBR反应器,利用原水中的COD和反应器内剩余的NO3 --N进行反硝化脱氮,待NO3 --N消耗完时,曝气打开,利用配水中的NH4 +-N进行一体化厌氧氨氧化,当NH4 +-N小于3mg/L,总氮去除率在90%以上,氨氮去除率在99%以上时,即认为SBR前置反硝化/厌氧氨氧化系统启动成功。SBR反应器的运行方式由缺氧变为好氧,其周期性运行操作步骤如下:
1)在配水箱(1)以初沉水为基础加入氨氮和碳酸氢钠,模拟高氨氮废水,待系统开始后,若液位低于液位器上部(17),电磁阀打开蠕动泵(16),开始进水;
2)水位达到液位器上部时(17),停止进水,搅拌电磁阀和温控电磁阀打开,系统开始缺氧搅拌(9)+加热(19),当ORP值曲线出现拐点时停止搅拌;
3)当缺氧反硝化结束后,通过启动气泵电磁阀,打开曝气泵(8),通过气体流量计(6)调节气量,同时进行曝气+搅拌+加热,通过在线控制系统实时监测系统内的ORP、DO、pH,当DO出现特征点时,曝气、搅拌和加热电磁阀关闭,进行沉淀;
4)沉淀达到系统设置的时间后,排水电磁阀(15)打开,经出水阀排水(14),进入出水箱(3),排水比1/3;
5)当液位达到液位控制器下部(18)时,进入闲置阶段,由系统时间参数控制;
6)闲置结束后,系统发出信号,打开蠕动泵(16)电磁阀,开始进水,而后系统进入下一周期,重复以上步骤。
本发明SBR前置反硝化/厌氧氨氧化的试验装置与控制方法,与现有传统生物脱氮工艺相比具有以下优势:
1) 工艺流程简单,可操作性好,反应器可自动运行,出水水质稳定;
2) 最大程度地利用了原水中的有机碳源,反硝化厌氧氨氧化进行同步脱氮除处理,大大节省了碳源;
3) 污泥产率低,减少了剩余污泥处理费用;
4)反硝化过程中,通过ORP曲线上面的特征点判断反应结束位点,避免了无效的反应时间,提高了反应效率;
5)节约曝气量,减少能耗和运行成本;
附图说明:
图1为本发明 SBR前置反硝化/厌氧氨氧化装置的结构示意图。
图2为实际运行过程中具体控制过程。
图1中:1-进水桶;2-SBR反应器;3-出水桶;4-计算机;5-PLC控制器;6-气体流量计;7-曝气头;8-曝气泵;9-搅拌器;10-pH探头;11-ORP探头;12-DO探头;13-取样口;14-出水阀;15-出水电磁阀;16-蠕动泵;17-上液位控制器;18-下液位控制器;19-加热棒;20-AD接口;21-DA接口;22-数据线。
图2运行策略:首先系统发出开始信号,进水泵(16)打开,开始进水,若水位达到液位控制器上部(17),停止进水;搅拌器(9)和加热棒(19)打开,开始进行缺氧搅拌,若dORP/dt=0,缺氧搅拌结束;曝气泵(8)打开,开始进行好氧曝气阶段,若DO达到设定值4mg/L且保持5min,好氧曝气结束,曝气+搅拌+加热停止;开始静置沉淀,若达到设定的沉淀时间5min;开始排水,水位达到液位控制器下部(18),则停止排水;一个循环结束,下一步开始进水,如此循环往复。
具体实施方式:
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明:
如图1所示,本实验采用SBR前置反硝化/厌氧氨氧化的试验装置,其特征在于,主要包括配水箱(1)、SBR反应器(2)、出水箱(3)、计算机(4)、PLC控制箱(5);其中一体化SBR反应器内置有气体流量计(6)、曝气头(7)、曝气泵(8)、搅拌器(9)、pH探头(10)、ORP探头(11)、DO探头(12)、取样口(13)、出水阀(14)、出水电磁阀(15)、蠕动泵(16)、上液位计(17)、下液位计(18)、加热棒(19);配水原水箱(1)通过蠕动泵(16)与反应器(2)相连接;反应器(2)经出水阀(14)、出水电磁阀(15)与出水箱(3)相连接;PLC 控制箱(5)内设有信号转换器 AD 转换接口(20)、信号转换器(DA)转换接口(21)、曝气继电器、搅拌继电器、ORP、pH、DO数据信号接口;PLC 控制箱(5)上的信号转换器 AD 转换接口(20)通过电缆线与计算机(4)相连接,将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机(4),计算机(4)通过信号转换器 DA 转换接口(21)与 PLC控制箱(5)相连接,将计算机(4)的数字指令传递给 PLC 控制箱(5),进而对处理系统进行实时控制;
图2反应器运行策略:首先系统发出开始信号,进水泵(16)打开,开始进水,若水位达到液位控制器上部(17),停止进水;搅拌器(9)和加热棒(19)打开,开始进行缺氧搅拌,若dORP/dt=0,缺氧搅拌结束;曝气泵(8)打开,开始进行好氧曝气阶段,若DO达到设定值4mg/L且保持5min,好氧曝气结束,曝气+搅拌+加热停止;开始静置沉淀,若达到设定的沉淀时间5min;开始排水,水位达到液位控制器下部(18),则停止排水;一个循环结束,下一步开始进水,如此循环往复。
以北京高碑店污水厂初沉水为基础,添加NH4 +-N和NaHCO3模拟高氨氮废水,考察了自控系统脱氮性能的同时,监测ORP、DO、pH的变化趋势,发现ORP和DO曲线上面的特征点可以指示反硝化和一体化厌氧氨氧化的结束位点。
具体操作运行步骤和工艺运行参数如下:
系统启动,在SBR前置反硝化/厌氧氨氧化反应器中接种厌氧氨氧化污泥,使反应器内污泥浓度在3000mg/L左右;在此阶段,高氨氮配水首先进入SBR反应器,利用原水中的COD和反应器内剩余的NO3 --N进行反硝化脱氮,待NO3 --N消耗完时,曝气打开,利用配水中的NH4 +-N进行一体化厌氧氨氧化,当NH4 +-N小于3mg/L,总氮去除率在90%以上,氨氮去除率在99%以上时,即认为SBR前置反硝化/厌氧氨氧化系统启动成功。SBR反应器的运行方式由缺氧变为好氧,其周期性运行操作步骤如下:
1)在配水箱(1)以初沉水为基础加入氨氮和碳酸氢钠,模拟高氨氮废水,待系统开始后,若液位低于液位器上部(17),电磁阀打开蠕动泵(16),开始进水;
2)水位达到液位器上部时(17),停止进水,搅拌电磁阀和温控电磁阀打开,系统开始缺氧搅拌(9)+加热(19),当ORP值曲线出现拐点时停止搅拌;
3)当缺氧反硝化结束后,通过启动气泵电磁阀,打开曝气泵(8),通过气体流量计(6)调节气量,同时进行曝气+搅拌+加热,通过在线控制系统实时监测系统内的ORP、DO、pH,当DO出现特征点时,曝气、搅拌和加热电磁阀关闭,进行沉淀;
4)沉淀达到系统设置的时间后,排水电磁阀(15)打开,经出水阀排水(14),进入出水箱(3),排水比1/3;
5)当液位达到液位控制器下部(18)时,进入闲置阶段,由系统时间参数控制;
6)闲置结束后,系统发出信号,打开蠕动泵(16)电磁阀,开始进水,而后系统进入下一周期,重复以上步骤。
反应器采用有机玻璃制作,实验期间,反应器的有效容积90L,其进出水水质(平均值)如表1所示:
水质指标 TN NH4 +-N COD NO2 --N NO3 --N
进水(mg/L) 551.18 527.96 227.94 0 0
出水(mg/L) 33.01 1.68 52.37 6.35 19.78
实验结果表明,在上述操作步骤和运行条件下,SBR 前置反硝化/厌氧氨氧化反应器TN、NH4 +-N 、COD的平均去除率高达94.01%、99.68%、77.02%。
以上内容是结合具体的实验实施方式对本发明所做的进一步详细说明,便于该领域技术人员更好地理解和应用本发明,不能认为本发明的具体实施只限于这些说明,因此该领域技术人员对本发明所做的简单改进都在本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.SBR前置反硝化/厌氧氨氧化的试验装置,其特征在于,主要包括配水箱(1)、SBR反应器(2)、出水箱(3)、计算机(4)、PLC控制箱(5);其中SBR反应器内置有气体流量计(6)、曝气头(7)、曝气泵(8)、搅拌器(9)、pH探头(10)、ORP探头(11)、DO探头(12)、取样口(13)、出水阀(14)、出水电磁阀(15)、蠕动泵(16)、上液位计(17)、下液位计(18)、加热棒(19);配水箱(1)通过蠕动泵(16)与反应器(2)相连接 ;反应器(2)经出水阀(14)、出水电磁阀(15)与出水箱(3)相连接;PLC 控制箱(5)内设有信号转换器 AD 转换接口(20)、信号转换器(DA)转换接口(21)、曝气继电器、搅拌继电器、ORP、pH、DO数据信号接口;PLC 控制箱(5) 上的信号转换器 AD 转换接口(20)通过电缆线与计算机(4)相连接,将传感器模拟信号转换成数字信号传递给计算机(4),计算机(4)通过信号转换器 DA 转换接口(21)与 PLC控制箱(5)相连接,将计算机(4)的数字指令传递给 PLC 控制箱(5),进而对处理系统进行实时控制。
2.应用权利要求 1 所述装置的方法,其特征在于,包括以下步骤:
系统启动,在SBR前置反硝化/厌氧氨氧化反应器中接种厌氧氨氧化污泥,使反应器内污泥浓度在3000mg/L左右;在此阶段,模拟高氨氮废水首先进入SBR反应器,利用原水中的COD和反应器内剩余的NO3 --N进行反硝化脱氮,待NO3 --N消耗完时,曝气打开,利用配水中的NH4 +-N进行一体化厌氧氨氧化,当NH4 +-N小于3mg/L,总氮去除率在90%以上,氨氮去除率在99%以上时,即认为SBR前置反硝化/厌氧氨氧化系统启动成功。
3.其周期性运行操作步骤如下:
1)在配水箱(1)以初沉水为基础加入氨氮和碳酸氢钠,模拟高氨氮废水,待系统开始后,若液位低于液位器上部(17),电磁阀打开蠕动泵(16),开始进水;
2)水位达到液位器上部时(17),停止进水,搅拌电磁阀和温控电磁阀打开,系统开始缺氧搅拌(9)+加热(19),当ORP值曲线出现拐点时停止搅拌;
3)当缺氧反硝化结束后,通过启动气泵电磁阀,打开曝气泵(8),通过气体流量计(6)调节气量,同时进行曝气+搅拌+加热,通过在线控制系统实时监测系统内的ORP、DO、pH,当DO出现特征点时,曝气、搅拌和加热电磁阀关闭,进行沉淀;
4)沉淀达到系统设置的时间后,排水电磁阀(15)打开,经出水阀排水(14),进入出水箱(3),排水比1/3;
5)当液位达到液位控制器下部(18)时,进入闲置阶段,由系统时间参数控制;
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