CN113003704A - 一种污物短程硝化的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种污物的短程硝化的方法和装置，所述短程硝化的方法包括，提供一污物；对所述污物进行曝气步骤和搅拌步骤，得到一处理后的污物；排出所述处理后的污物的一部分，并对所述处理后的污物的剩余部分进行沉淀步骤，分层后滤出水；其中，所述污物中DO值控制在0.20～0.80mg/L之间，并以pH值和pH变化率作为判断所述曝气步骤结束时间点的依据。根据本发明的短程硝化的方法操作简便、成本低、能耗低、可靠性强，更有利于实现资源和能源的区域循环。

Description

一种污物短程硝化的方法和装置

技术领域

本发明属于污物处理领域，具体涉及一种污物短程硝化的方法和装置。

背景技术

近年来，随着可持续发展的概念的普及，对于污物，例如市政污物、生活污物等的净化，受到广大科研工作者的关注。目前，短程硝化/厌氧氨氧化工艺(PN/Anammox)被认为是目前最有前景的生物脱氮技术。相比于传统的硝化反硝化工艺，可节省62.5％的曝气量和100％的有机碳源需要量，并大大减少剩余污泥的产量。短程硝化是PN/Anammox关键步骤。

然而，当前短程硝化的关键在于对亚硝酸盐氧化菌(NOB)的选择性抑制和洗脱，对于高氨氮浓度(≥500mgNH₄-N/L)，通过游离氨(FA)、游离亚硝酸(FNA)和低溶解氧(DO)对NOB的抑制作用，并合理控制泥龄(SRT)，可较为容易实现NOB从系统中洗脱，但对于低氨氮浓度(≤80mgNH₄-N/L)和中氨氮浓度(100-300mgNH₄-N/L)的污物，FA和FNA浓度不足以抑制NOB的活性，更难以对其洗脱。因此，提供一种操作简便、成本低、能耗低、可靠性强的污物短程硝化的方法和装置十分重要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的之一在于提供一种污物短程硝化的方法，所述污物短程硝化的方法操作简便、成本低、能耗低、可靠性强，更有利于实现资源和能源的区域循环。

本发明的另一目的是提供一种污物短程硝化的装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种污物的短程硝化的方法，所述方法包括，提供一污物；对所述污物进行曝气步骤和搅拌步骤，得到一处理后的污物；排出所述处理后的污物的一部分，并对所述处理后的污物的剩余部分进行沉淀步骤，分层后滤出水；其中，所述污物中DO值控制在0.20～0.80mg/L之间，并以pH值和pH变化率作为判断所述曝气步骤结束时间点的依据。

在本发明公开的一具体实施方式中，所述pH值小于等于α，pH变化率大于等于β，所述α值域为5.5～7.0，所述β值域为-0.001～0min^-1。

在本发明公开的一具体实施方式中，所述曝气步骤的时长为6～24h。

在本发明公开的一具体实施方式中，所述处理后的污物的一部分的量为：排泥量(以占所述污物的体积比计)＝1/SRT；其中，SRT表示泥龄。

在本发明公开的一具体实施方式中，所述沉淀步骤的时长为0.5～1.5h。

在本发明公开的一具体实施方式中，所述污物中的氨氮浓度为100～300mgNH₄-N/L。

在本发明公开的一具体实施方式中，所述方法通过序批式的周期运行方式进行，其中，每个序批式的周期包括进水阶段、曝气阶段、排泥阶段、沉淀阶段、排水阶段，以及闲置阶段。

在本发明公开的一具体实施方式中，在所述每个序批式的周期内，所述进水阶段的充水比为0.2～0.8，进水时间为5～60min。

在本发明公开的一具体实施方式中，在所述每个序批式的周期内，所述排泥阶段的排泥量为：每个周期排泥量(以占序批式反应池有效体积比计)＝1/(n·SRT)；其中，所述n表示每天运行的周期数；SRT表示泥龄。

在本发明公开的一具体实施方式中，总的序批式的周期为24h或为24h整数倍。

本发明还提供了一种污物短程硝化的装置，所述装置包括，反应池，容纳有待短程硝化的污物；进出口装置，连接于所述反应池；搅拌装置，位于所述反应池内，用于对所述污物进行搅拌；曝气装置，连接于所述反应池，用于提供空气和/或氧气，以对所述污物进气曝气；控制装置，连接于所述进出口装置、所述搅拌装置，以及所述曝气装置，所述控制装置预存储有所述污物短程硝化的控制程序，并获知所述污物的DO浓度控制值、pH值和pH变化率；其中，所述污物中DO值控制在0.20～0.80mg/L之间，并以pH值和pH变化率作为判断所述曝气步骤结束时间点的依据。

在本发明公开的一具体实施方式中，所述污物短程硝化的装置还包括位于所述反应池内的空气扩散装置。

在本发明公开的一具体实施方式中，所述进出口单元装置，进水管道，连接于所述反应池；进水泵，连接于所述进水管道，并连接所述控制装置，用于向所述反应池供水；排水管道，连接于所述反应池；排水泵，连接于所述排水管道，并连接所述控制装置，用于将所述反应池内的水排出；排泥管道，连接于所述反应池；排泥泵，连接于所述排泥管道，并连接所述控制装置，用于将所述反应池内的泥渣排出。

在本发明公开的一具体实施方式中，所述控制装置包括，DO传感器，位于所述反应池内；pH传感器，位于所述反应池内；变送器；连接于所述DO传感器和所述pH传感器，用于将所述DO传感器和pH传感器的信号转换为标准通信信号，并发送；可编程逻辑控制器，连接于所述变送器，用于获取所述标准通信信号，并计算所述DO传感器测量值和所述pH传感器测量值，其中，所述可编程逻辑控制器中预存储有所述污物短程硝化的控制程序，并发送开关量信号；继电器，连接于所述可编程逻辑控制器，并连接于所述进出口装置、所述搅拌装置，以及所述曝气装置，用于获取所述可编程逻辑控制器的开关量信号，以控制所述污物短程硝化的装置的通断电。人机界面设备，连接于所述可编程逻辑控制器，用于显示和/或更改所述可编程逻辑控制器中控制程序的参数。

本发明提供了一种污物短程硝化的方法和装置，所述污物短程硝化的方法利用实时监测所述污物的DO值和pH值，控制DO值在0.20～0.80mg/L之间，并以pH值和pH变化率作为判断曝气步骤结束时间点的依据，合理调整曝气时间，抑制并洗脱亚硝酸盐氧化细菌，填补了实现污物短程硝化的技术不足，实现污物最大程度的短程硝化，降低曝气能耗，安全可靠，为污物厌氧氨氧化脱氮提供前提，相比于传统的硝化反硝化工艺，可节省62.5％的曝气量和100％的有机碳源需要量，并大大减少剩余污泥的产量；此外，与直接采用直接因子NH₄-N、NO₃-N控制终点的方法相比，本发明间接采用pH值及其导数确定曝气终点，不仅降低了传感器成本，减少了传感器维护量，还保证了曝气能耗最低，根据进水水质优化曝气阶段时间，实现最佳的短程硝化效果；与常规间歇曝气相比，本发明使用的低氧曝气模式，更能够保证污物短程硝化过程中亚硝酸盐氧化菌的抑制作用，且节省投资费用与运行费用。更进一步地，本发明还可以用于其它高氨氮或高有机氮废水的短程生物硝化过程控制，也可用于市政生活污物的短程生物脱氮控制。最后，本发明采用的泥龄控制方式为水力排泥，即直接从生化池或生化反应阶段排泥，不需要频繁测定污泥浓度，控制泥龄更简单，且能及时反映污水生化反应、沉淀过程状况，比目前广泛采用的从沉淀池排泥的方式更具优势。其他特征、益处和优势将通过本文详述的包括说明书和权利要求在内的本公开而显而易见。

附图说明

图1根据本发明提供的污物短程硝化的方法的一具体实施方式的流程图。

图2根据本发明提供的污物短程硝化的装置的一具体实施方式的示意图。

图3根据本发明提供的污物短程硝化的动态平均效果。

元件的标号与说明：

100 短程硝化的装置

1 反应池

21 进水泵

22 排水泵

23 排泥泵

3 搅拌装置

4 曝气装置

5 控制装置

51 DO传感器

52 pH传感器

53 变送器

54 PLC

55 继电器

56 人机界面设备

6 空气扩散装置

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1，本发明提供了一种污物的短程硝化的方法的，所述方法包括，

-S1，提供一污物；

-S2，对所述污物进行曝气步骤和搅拌步骤，得到一处理后的污物；

-S3，排出所述处理后的污物的一部分，并对所述处理后的污物的剩余部分进行沉淀步骤，分层后滤出水；

其中，所述污物中DO值控制在0.20～0.80mg/L之间，并以pH值和pH变化率作为判断所述曝气步骤结束时间点。

请接着参阅图1，在步骤S1中，所述污物例如为氨氮类或有机氮类污物，例如市政污物、生物污物、黑水，以及工厂污物，进一步地，基于提高所述污物短程硝化效果的观点，所述污物中氨氮浓度大于等于80mgNH₄-N/L，进一步地大于等于150mgNH₄-N/L，更进一步地大于等于200mgNH₄-N/L，例如100mgNH₄-N/L、180mgNH₄-N/L、250mgNH₄-N/L。

请接着参阅图1，在步骤S2中，对所述污物进行曝气处理的过程中，利用向所述污物中通入空气和/或氧气，曝气量可以为0.2～0.6L/min，例如0.2L/min、0.4L/min，进而与所述污物中的氨氮物质进行短程硝化反应。在所述曝气过程中，基于充分和稳定性的观点，所述DO浓度控制值为0.20～0.80mg/L，例如0.20mg/L、0.50mg/L、0.60mg/L、0.80mg/L。所述曝气步骤结束时间点根据pH值和pH变化率而定，当pH值≤α(α为pH阈值)，pH变化率≥β(β为pH变化率阈值)并维持2～10min，进一步地，例如3～5min，例如3min，结束曝气步骤，并进入步骤S3。所述α与污物的氨氮浓度、碱度和监控pH的装置有关，例如pH传感器的校正零点和斜率，例如需要根据试运行结果进行合理调整，基于提高短程硝化的观点，所述α为5.5～7.0，进一步地，例如5.5、5.6、7.0，β的值域为-0.001～0min^-1。设置最长曝气阶段时间为t，t为最长水力停留时间HRT_max和充水比的商值，HRT_max范围为6～24h，例如8h、10h、12h、15h。

请接着参阅图1，在步骤S2中，对所述污物进行搅拌处理过程中，所搅拌的速度可以为50～500r/min，例如100r/min、200r/min、300r/min；搅拌时间可以为1～240min，例如5min、15min、60min、180min。

请接着参阅图1，在步骤S3中，将步骤S2中获得的处理后的污物排出一定比例(体积比即，所述排泥量(V)/所述污物(V)＝1/SRT)，并对所述处理后的污物的剩余部分进行沉淀分层。所述沉淀的时长，例如可以为0.5～3h，基于充分沉淀分层和提高效率的观点，所述沉淀的时长的观点，例如可以为0.5～1.5h，例如1h、1.5h。

请接着参阅图1，在步骤S3中，对所述处理后的污物沉淀后，水与泥渣分层，滤出位于上层的水，完成所述污物的短程硝化作业。

请参阅图2，本发明还提供了一种污物短程硝化的装置100，例如序批式装置，以例如序批式反应池作为主要反应装置，使用实时控制装置对反应过程进行实时监测和控制，最终可实现最佳的短程硝化效果，为污物的厌氧氨氧化生物脱氮提供底物。

请接着参阅图2，所述污物短程硝化的装置100，包括反应池1、进出口装置、搅拌装置3、曝气装置4和控制装置5。

请接着参阅图2，所述反应池1例如可以采用序批式的反应池，所述反应池1的容纳量没有特别的限定，可以根据污水日处理量调整；所述反应池1材料和形状没有特别的限定，例如可以购自市售产品。

请接着参阅图2，所述进出口装置连接于所述反应池1，并电连接于所述控制装置5，在进行污物短程硝化的序批式作业时，所述进出口装置通过控制装置5的控制，向所述反应池1内输送污物，和将所述反应池1内的污物短程硝化后得到的水和泥渣排出。所述进出口装置包括进水管道，连接于所述反应池1，进水泵21，连接于所述进水管道，并电连接所述控制装置5，用于向所述反应池1供水；排水管道，连接于所述反应池1；排水泵22，连接于所述排水管道，并电连接所述控制装置5，用于将所述反应池1内的水排出；排泥管道，连接于所述反应池1；排泥泵23，连接于所述排泥管道，并电连接所述控制装置5，用于将所述反应池1内的泥渣排出。所述管道和泵21、22、23的结构没有特别的要求，例如可以购自市售的产品。

请接着参阅图2，所述搅拌装置3位于所述反应池1内，并电连接于所述控制装置5，所述搅拌装置3包括搅拌器，在进行污物短程硝化的序批式作业时，所述搅拌装置3通过所述控制装置5的控制程序对所述污物进行充分的搅拌。所述搅拌装置3的结构没有特别的要求，例如可以购自市售的产品。

请接着参阅图2，所述曝气装置4连接于所述反应池1，并电连接于所述控制装置5，在进行污物短程硝化的序批式作业时，所述曝气装置4通过所述控制装置5的控制程序，用于向所述反应池1内的污物提供空气和/或氧气，以对其短程硝化，曝气装置4的结构没有特别的要求，例如可以购自市售的产品。

请接着参阅图2，进一步地，在本发明公开一具体实施中，所述反应池1内还包括空气扩散装置6，具体地，所述曝气装置4连接于所述空气扩散装置6，从而充分向反应池1内的污物提供空气和/或氧气。所述空气扩散装置6的结构没有特别的要求，例如可以购自市售的产品。

请接着参阅图2，所述控制装置5包括，DO传感器51、pH传感器52、变送器53、可编程逻辑控制器(PLC)54、继电器55、人机界面设备56。

请接着参阅图2，所述DO传感器51位于所述反应池1内，并电连接于所述变送器53，用于对所述污物的中的DO值实时测量，所述DO传感器51的结构没有特别的限定，例如可以采用市售的产品。

请接着参阅图2，所述pH传感器52位于所述反应池1内，并电连接于所述变送器53，用于对所述污物的中的pH值实时测量，所述pH传感器52的结构没有特别的限定，例如可以采用市售的产品。

请接着参阅图2，所述变送器53分别连接于所述DO传感器51和所述pH传感器52，用于将所述DO传感器51和pH传感器52的信号转换为标准通信信号，并发送，所述变送器53的结构没有特别的限定，例如可以采用市售的产品。

请接着参阅图2，所述PLC 54连接于所述变送器53，获取变送器53发送的信号，计算DO传感器51的测量值和pH传感器52的测量值。PLC54中的CPU中预存储有所述污物短程硝化的控制程序，可按照用户需求进行编辑，设定短程硝化的参数，并发送开关量信号。所述PLC 54的结构没有特别的限定，例如可以采用市售的产品。

请接着参阅图2，所述继电器55包括进水泵继电器、排水泵继电器、排泥继电器、搅拌器继电器和曝气装置继电器，并分别并连接于所述进出口装置中的进水泵21、排水泵22、排泥泵23、所述搅拌装置3，以及所述曝气装置4，所述继电器55电连接于所述PLC 54，获取PLC54发送的开关量信号，控制所述污物短程硝化的装置100的通断电。所述继电器55的结构没有特别的限定，例如可以采用市售的产品。

请接着参阅图2，所述人机界面设备56，例如计算机，连接于所述PLC 54，用于显示和/或更改所述PLC54中控制程序的参数。所述人机界面设备56的结构没有特别的限定，例如可以采用市售的产品。

在进行所述污物的短程硝化的序批式作业时，所述污物短程硝化的装置100通过所述控制装置5中预存储的控制程序的控制完成所述短程硝化作业。每个序批式的周期包括进水阶段、曝气阶段、排泥阶段、沉淀阶段、排水阶段，以及闲置阶段，从而提高所述污物处理的效率和可靠性。

在所述的进水阶段，充水比为0.2～0.8，例如0.2、0.4、0.5、0.6、0.8。进水时间为5～60min，例如10min、20min、30min、40min。

在所述的曝气阶段，所述DO浓度控制值设置为0.20～0.80mg/L，例如0.20mg/L、0.50mg/L、0.60mg/L、0.80mg/L，并通过所述的实现污物短程硝化装置100中的曝气装置4的通电状态进行开关量量控制。曝气阶段结束时间点根据pH值和pH变化率而定。当pH值≤α(α为pH阈值)，pH变化率≥β(β为pH变化率阈值)并维持3～5min，结束曝气阶段，进入排泥阶段。α与黑水原水的氨氮浓度、碱度和pH传感器52校正零点和斜率有关，需要根据试运行结果进行合理调整，一般为5.5～7.0。β的值域为-0.001～0min^-1。pH变化率通过CPU数值求导获得。设置最长曝气阶段时间为t，t为最长水力停留时间HRT_max和充水比的商值，HRT_max范围为6～24h。

在所述排泥阶段，排泥阶段时长根据排泥泵工作负荷合理确定，每个周期的排泥量根据泥龄SRT设定和每天运行的周期数n确定，计算方式如下：

每个周期排泥量(以占序批式反应池体积比计)＝1/(n·SRT)

在所述的沉淀阶段，沉淀阶段时长为0.5～1.5h，例如1h、1.5h。

在所述的排水阶段，排水量为进水量与排泥量体积之差，排水阶段时长根据排水泵工作负荷合理确定。

在所述的闲置阶段，闲置阶段时间经过CPU实时计算可得，使总序批周期时间能整除24h或为24h整数倍。

在本发明公开的一具体实施例中，通过低氧曝气对所述污物进行短程硝化：采用的污物短程硝化的实时控制方法，整体以序批式运行，每个序批周期包括进水阶段、曝气阶段、排泥阶段、沉淀阶段、排水阶段和闲置阶段。周期总时间为12h，每天运行2个周期。具体安排如下：

1)所述的进水阶段，充水比为0.5，即4L，进水时间为15min。

2)所述的曝气阶段，DO浓度控制值设置为0.30mg/L，并通过所述的实现污物短程硝化的装置中的曝气装置的通电状态进行开关量量控制。曝气阶段结束时间点根据pH值和pH变化率而定。当pH值≤5.8，pH变化率≥-0.0005并维持3min，结束曝气阶段，进入排泥阶段。设置最长曝气阶段时间为10h。

3)所述的排泥阶段，排泥量为100mL，排泥时间为5min。

4)所述的沉淀阶段，沉淀阶段时长为1.0h。

5)所述的排水阶段，排水量3900mL，排水阶段时长为15min。

6)所述的闲置阶段，闲置阶段时间由PLC实时计算，使总序批周期时间为12h。

实施例进水为经过化学强化高负荷活性污泥法捕获碳源后的黑水，水质如表1所示。短程硝化平均效果如表2所示，运行过程中动态效果如图3所示。实施例的NH₄-N去除率、NO₂-N积累率和出水NO₂-N/NH₄-N平均值分别为55.5％、91.6％和1.00。比现行的间歇曝气方式分别高出4.1％、14.33％和0.18，短程硝化效果更优、更稳定。

表1.实施例进水水质(平均值±标准偏差)

表2.实施例短程硝化效果(平均值±标准偏差)

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种污物的短程硝化的方法，其特征在于，所述方法包括，

提供一污物；

对所述污物进行曝气步骤和搅拌步骤，得到一处理后的污物；

排出所述处理后的污物的一部分，并对所述处理后的污物的剩余部分进行沉淀步骤，分层后滤出水；

其中，所述污物中DO值控制在0.20～0.80mg/L之间，并以pH值和pH变化率作为判断所述曝气步骤结束时间点的依据。

2.根据权利要求1所述的污物短程硝化的方法，其特征在于，所述pH值小于等于α，pH变化率大于等于β，所述α值域为5.5～7.0，所述β值域为-0.001～0min^-1。

3.根据权利要求1所述的污物短程硝化的方法，其特征在于，所述曝气步骤的时长为6～24h。

4.根据权利要求1所述的污物短程硝化的方法，其特征在于，所述处理后的污物的一部分的量为：

排泥量(以占所述污物的体积比计)＝1/SRT；

其中，SRT表示泥龄。

5.根据权利要求1所述的污物短程硝化的方法，其特征在于，所述污物中的氨氮浓度为80～300mgNH₄-N/L。

6.根据权利要求1所述的污物短程硝化的方法，其特征在于，所述方法通过序批式的周期运行方式进行，其中，每个序批式的周期包括进水阶段、曝气阶段、排泥阶段、沉淀阶段、排水阶段，以及闲置阶段。

7.一种污物短程硝化的装置，其特征在于，所述装置包括，

反应池，容纳有待短程硝化的污物；

进出口装置，连接于所述反应池；

搅拌装置，位于所述反应池内，用于对所述污物进行搅拌；

曝气装置，连接于所述反应池，用于提供空气和/或氧气，以对所述污物进气曝气；

控制装置，连接于所述进出口装置、所述搅拌装置，以及所述曝气装置，所述控制装置预存储有所述污物短程硝化的控制程序，并获知所述污物的DO值、pH值和pH变化率，同时控制DO值；

其中，所述污物中DO值控制在0.20～0.80mg/L之间，并以pH值和pH变化率作为判断所述曝气步骤结束时间点的依据。

8.根据权利要求7所述的污物短程硝化的装置，其特征在于，所述污物短程硝化的装置还包括位于所述反应池内的空气扩散装置。

9.根据权利要求7所述的污物短程硝化的装置，其特征在于，所述进出口单元装置，

进水管道，连接于所述反应池；

进水泵，连接于所述进水管道，并连接所述控制装置，用于向所述反应池供水；

排水管道，连接于所述反应池；

排水泵，连接于所述排水管道，并连接所述控制装置，用于将所述反应池内的水排出；

排泥管道，连接于所述反应池；

排泥泵，连接于所述排泥管道，并连接所述控制装置，用于将所述反应池内的泥渣排出。

10.根据权利要求7所述的污物短程硝化的装置，其特征在于，所述控制装置包括，

DO传感器，位于所述反应池内；

pH传感器，位于所述反应池内；

变送器，连接于所述DO传感器和所述pH传感器，用于将所述DO传感器和pH传感器的信号转换为标准通信信号，并发送；

可编程逻辑控制器，连接于所述变送器，用于获取所述标准通信信号，并计算所述DO传感器测量值和所述pH传感器测量值，其中，所述可编程逻辑控制器中预存储有所述污物短程硝化的控制程序，并发送开关量信号；

继电器，连接于所述可编程逻辑控制器，并连接于所述进出口装置、所述搅拌装置，以及所述曝气装置，用于获取所述可编程逻辑控制器的开关量信号，以控制所述污物短程硝化的装置的通断电。

人机界面设备，连接于所述可编程逻辑控制器，用于显示和/或更改所述可编程逻辑控制器中控制程序的参数。

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