本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及污水處理，尤其是一種采用液相n2o濃度在線(xiàn)檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)n2o變化來(lái)判斷a/o/a-sbr和a/o/a-sbbr工藝亞硝化進(jìn)程和反硝化進(jìn)程的污水生物脫氮工藝。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的污水處理廠的運(yùn)行管理是按照工程設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)的處理工藝、運(yùn)行模式(連續(xù)流或間歇流)和反應(yīng)時(shí)間(hrt和srt)下運(yùn)行的。盡管設(shè)計(jì)成果是根據(jù)設(shè)計(jì)處理水量、設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷或容積負(fù)荷的精確計(jì)算得來(lái)的，在理想的情況下污水廠的實(shí)際出水水質(zhì)應(yīng)該是能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的目標(biāo)出水水質(zhì)(如污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn))。

但是，不管是城市污水還是工業(yè)廢水，污水水質(zhì)水量的隨時(shí)變化是其固有的特征之一，城市污水的水溫及處理單元的環(huán)境溫度也存在隨季節(jié)變化的特征，因此，現(xiàn)有的污水處理廠的運(yùn)行管理及運(yùn)行工況調(diào)整在一定程度上具有盲目性和滯后性，即運(yùn)行管理人員只能通過(guò)設(shè)計(jì)的出水指標(biāo)值、或前一時(shí)段的運(yùn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)判斷當(dāng)下的處理效果，即使安裝有進(jìn)出水在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的城市污水處理廠，當(dāng)發(fā)現(xiàn)出水水質(zhì)超標(biāo)時(shí)再對(duì)污水廠運(yùn)行工況的調(diào)整也是滯后的，甚至是不可調(diào)整的，如連續(xù)流工藝。因此，對(duì)污水處理單元、特別是生化處理單元實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，以sbr生物脫氮為例，在氨氮被完全氧化后停滯曝氣，在氧化態(tài)氮被完全還原后停止攪拌，則可以實(shí)現(xiàn)生物脫氮效率的最優(yōu)化。這種實(shí)時(shí)調(diào)整曝氣時(shí)間和缺氧反硝化攪拌時(shí)間(通過(guò)自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn))的sbr工藝則可以實(shí)現(xiàn)脫氮效率的最優(yōu)化和反應(yīng)器容積利用的最大化，從而自適應(yīng)水質(zhì)水量及溫度變化，而改善出水水質(zhì)和降低運(yùn)行費(fèi)用。

目前，關(guān)于亞硝化過(guò)程中n2o的產(chǎn)生的研究報(bào)道很多，但都未提及n2o可作為控制參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)a/o/a-sbr或a/o/a-sbbr工藝亞硝化進(jìn)程和反硝化進(jìn)程的實(shí)時(shí)控制這一技術(shù)。

污水處理工程的一個(gè)顯著發(fā)展趨勢(shì)是工藝運(yùn)行由經(jīng)驗(yàn)判斷走向定量分析，將在線(xiàn)傳感器與plc(可編程邏輯控制器)應(yīng)用于各種污水處理過(guò)程中，來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)和優(yōu)化運(yùn)行方案。目前普遍采用的控制參數(shù)有ph、do和orp。若采用液相n2o濃度作為實(shí)時(shí)控制參數(shù)，并與適宜的脫氮工藝(如a/o/a-sbr)相結(jié)合以監(jiān)控亞硝化和反硝化進(jìn)程，則可以實(shí)現(xiàn)脫氮效率的最優(yōu)和出水水質(zhì)的最佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于液相n2o濃度監(jiān)控的污水生物脫氮方法，其利用液相n2o濃度變化特征監(jiān)控a/o/a-sbr及a/o/a-sbbr亞硝化進(jìn)程和反硝化進(jìn)程，達(dá)到優(yōu)化污水脫氮效率的目的。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

這種基于液相n2o濃度監(jiān)控的污水生物脫氮方法為：采用液相n2o濃度在線(xiàn)檢測(cè)儀間接監(jiān)控a/o/a-sbr工藝或a/o/a-sbbr工藝的亞硝化反應(yīng)進(jìn)程及缺氧內(nèi)源pha反硝化進(jìn)程，優(yōu)化污水脫氮效率，達(dá)到最大的氨氮和總氮去除率。

進(jìn)一步，通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)微曝氣低氧氨氧化過(guò)程及后缺氧反硝化過(guò)程中液相n2o的濃度變化曲線(xiàn)，依據(jù)曲線(xiàn)特征判斷亞硝化反應(yīng)及反硝化反應(yīng)完成的時(shí)間。

進(jìn)一步，在微量曝氣的好氧段，當(dāng)n2o的濃度經(jīng)歷先上升后下降直至下降到接近開(kāi)始上升時(shí)的最低點(diǎn)時(shí)，以此點(diǎn)作為亞硝化完成的判斷點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)亞硝化過(guò)程的精準(zhǔn)控制；在停止曝氣后的缺氧段，液相n2o濃度又經(jīng)歷先升高后下降直至降低到接近開(kāi)始上升時(shí)的最低點(diǎn)值，以此時(shí)間點(diǎn)作為缺氧反硝化完成的判斷點(diǎn)；構(gòu)成了由單一sbr或sbbr反應(yīng)器在a/o/a運(yùn)行模式下出水中氨氮和總氮達(dá)到低濃度的污水生物脫氮工藝。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明提出的利用液相n2o濃度變化特征監(jiān)控a/o/a-sbr及a/o/a-sbbr亞硝化進(jìn)程和反硝化進(jìn)程，達(dá)到優(yōu)化污水脫氮效率的污水處理技術(shù)完全不同于現(xiàn)有技術(shù)，為實(shí)際工程應(yīng)用提供了一種新的處理技術(shù)。

(2)本發(fā)明與傳統(tǒng)控制參數(shù)相比，n2o作為控制亞硝化完成和反硝化完成的參數(shù)的優(yōu)勢(shì)為：在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的n2o曲線(xiàn)能間接反映氨氧化進(jìn)程和反硝化進(jìn)程，且可根據(jù)曲線(xiàn)特征預(yù)測(cè)氨氧化完成和反硝化完成所需時(shí)間。

(3)本發(fā)明拓寬了n2o在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在污水處理工程的適用范圍，其即可監(jiān)測(cè)溫室氣體的排放，也可輔助工藝運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明厭氧/好氧/缺氧sbbr好氧亞硝化及缺氧反硝化過(guò)程n2o及相關(guān)參數(shù)過(guò)程曲線(xiàn)。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1：本發(fā)明基于液相n2o濃度監(jiān)控的污水生物脫氮工藝是通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)氨氧化過(guò)程中液相n2o的濃度曲線(xiàn)和反硝化過(guò)程液相n2o的濃度曲線(xiàn)，依據(jù)曲線(xiàn)特征判斷亞硝化反應(yīng)完成的時(shí)間點(diǎn)和反硝化反應(yīng)完成的時(shí)間點(diǎn)。具體為：在好氧氨氧化過(guò)程中，當(dāng)n2o的濃度經(jīng)歷先上升后下降直至下降到接近開(kāi)始上升時(shí)的最低點(diǎn)時(shí)(同時(shí)借助do濃度的突然升高)，以此點(diǎn)作為亞硝化完成的判斷點(diǎn)；在缺氧反硝化過(guò)程中，當(dāng)n2o的濃度下降到接近開(kāi)始上升時(shí)的最低點(diǎn)時(shí)(停止曝氣的時(shí)間點(diǎn))，以此點(diǎn)作為亞硝化完成的判斷點(diǎn)。本發(fā)明采用液相n2o濃度在線(xiàn)檢測(cè)儀間接監(jiān)控a/o/a-sbr(厭氧/好氧/缺氧-序批式活性污泥生物反應(yīng)器)工藝或a/o/a-sbbr(厭氧/好氧/缺氧-序批式生物膜反應(yīng)器)工藝的亞硝化反應(yīng)進(jìn)程及缺氧內(nèi)源pha反硝化進(jìn)程，優(yōu)化污水脫氮效率，達(dá)到最大的氨氮和總氮去除率。

在氨氧化過(guò)程中，當(dāng)溶液中累積一定量的no2^-后，反應(yīng)器中開(kāi)始產(chǎn)生n2o，在一定的曝氣量下，當(dāng)n2o的產(chǎn)生速率大于曝氣等外界條件引起的溶解態(tài)n2o的逸出速率后，溶解態(tài)n2o濃度開(kāi)始逐漸上升，氨以一定的氧化速率逐漸降低，當(dāng)氨濃度降低到某一濃度后，n2o的產(chǎn)生量也會(huì)隨之降低，即隨著氨氧化的進(jìn)行，溶解態(tài)n2o會(huì)出現(xiàn)明顯上升、之后再下降的趨勢(shì)。綜上，可依據(jù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)溶解態(tài)n2o的濃度曲線(xiàn)來(lái)判斷氨氧化反應(yīng)的進(jìn)程，從而選擇合適的曝氣時(shí)間，將氨氧化控制在亞硝化階段。

根據(jù)利用液相n2o濃度作為控制參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)室a/o/a-sbr(厭氧/好氧/缺氧-序批式活性污泥生物反應(yīng)器)工藝及a/o/a-sbbr(厭氧/好氧/缺氧-序批式生物膜反應(yīng)器)工藝的亞硝化階段氨氧化進(jìn)程判斷的結(jié)果可知，隨著氨氧化反應(yīng)的進(jìn)行，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的液相n2o確實(shí)出現(xiàn)了明顯的上升下降趨勢(shì)，且出現(xiàn)的波峰基本對(duì)稱(chēng)。通過(guò)定時(shí)監(jiān)測(cè)溶液中的氨濃度發(fā)現(xiàn)：當(dāng)n2o下降到開(kāi)始上升時(shí)的最低點(diǎn)時(shí)，溶液中氨濃度已降低到2mg/l以下(sbr)，即此點(diǎn)可作為亞硝化完成的判斷點(diǎn)，同時(shí)，溶液中ph和溶解氧在此點(diǎn)快速上升，可知n2o、ph和溶解氧作為控制參數(shù)得到的結(jié)果一致。由于n2o波峰曲線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)性，當(dāng)觀測(cè)到溶液中n2o上升到峰值時(shí)即可提前推測(cè)氨氧化結(jié)束的時(shí)間點(diǎn)，即n2o作為控制參數(shù)具有前瞻性，優(yōu)于依據(jù)ph和溶解氧的突變以判斷亞硝化完成。

在a/o/a-sbr及a/o/a-sbbr的缺氧反硝化過(guò)程中，由于亞硝化結(jié)束時(shí)溶液中累積有一定量的no2^-，當(dāng)停止曝氣后，會(huì)發(fā)生內(nèi)源pha為碳源的異養(yǎng)反硝化反應(yīng)，該反應(yīng)產(chǎn)物主要為n2o，由于缺氧段n2o逸出速率低，大量的n2o會(huì)累積在液相，引起液相n2o濃度上升，當(dāng)亞硝態(tài)氮被還原致使其濃度很低時(shí)，異養(yǎng)菌便以n2o為電子受體發(fā)生n2o還原反應(yīng)致使其濃度開(kāi)始降低，當(dāng)n2o濃度降低至接近開(kāi)始上升時(shí)的最低點(diǎn)時(shí)，液相氧化態(tài)氮幾乎全部被還原。因此，反硝化階段溶解態(tài)n2o也會(huì)出現(xiàn)明顯上升、之后再下降的趨勢(shì)。綜上，可依據(jù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)溶解態(tài)n2o的濃度曲線(xiàn)來(lái)判斷反硝化反應(yīng)的進(jìn)程，從而選擇合適的停止攪拌的時(shí)間。

根據(jù)利用液相n2o濃度作為控制參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)室a/o/a-sbr及a/o/a-sbbr缺氧段反硝化進(jìn)程判斷的結(jié)果可知，隨著反硝化反應(yīng)的進(jìn)行，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的液相n2o濃度確實(shí)出現(xiàn)了明顯的上升下降趨勢(shì)。通過(guò)定時(shí)監(jiān)測(cè)溶液中的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮濃度發(fā)現(xiàn)：當(dāng)n2o下降到開(kāi)始上升時(shí)的最低點(diǎn)時(shí)，溶液中硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮氨濃度已降低到1mg/l以下(sbr)，即此點(diǎn)可作為亞硝化完成的判斷點(diǎn)。因此，通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)n2o濃度變化可以清楚探視反硝化反應(yīng)進(jìn)程。

綜上所述，本發(fā)明提出了采用液相n2o濃度實(shí)時(shí)監(jiān)控a/o/a-sbr和a/o/a-sbbr兩種工藝亞硝化和反硝化進(jìn)程、以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制脫氮效率的污水處理新技術(shù)。在a/o/a-sbr和a/o/a-sbbr工藝中，好氧段采用微曝氣低do(溶解氧)實(shí)現(xiàn)亞硝化，后缺氧段基于內(nèi)源pha(聚羥基烷酸酯)反硝化實(shí)現(xiàn)總氮的去除，利用作為亞硝化副產(chǎn)物和反硝化中間產(chǎn)物的n2o在液相中的濃度變化特征間接反映氨氧化進(jìn)程和氧化態(tài)氮的還原進(jìn)程，達(dá)到實(shí)時(shí)控制硝化和反硝化進(jìn)程的目的。本專(zhuān)利申請(qǐng)人通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證了這一技術(shù)的可行性。