申请日2006.04.17
公开(公告)日2007.04.04
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种前置反硝化工艺处理生活污水短程生物脱氮控制装置，缺氧池内有搅拌器，并与进水管、水箱和进水泵连通，好氧池内设有曝气器，二沉池与出水管连通，二沉池底部连接剩余污泥排泥管和污泥回流管，污泥回流管与缺氧池入口连通，其间连接污泥回流泵，好氧池出口与缺氧池入口之间连接内循环回流管和内循环回流泵，在缺氧池内设置ORP传感器，在好氧池内设置DO传感器和pH传感器;由内循环控制器动态控制系统的内循环回流量;由曝气量控制器动态控制系统的曝气量。具有脱氮效率高、工艺简单、运行成本低、运行管理灵活、耐冲击负荷强、占地面积少和不易发生污泥膨胀等优点。
权利要求书
1.一种前置反硝化工艺处理生活污水短程生物脱氮控制装置，包括 缺氧池、好氧池和二沉池，其特征在于：
其缺氧池分成至少两个底部相通的格室，好氧池分成至少五个上下交错相通的格室， 缺氧池内有搅拌器，并与进水管、水箱和进水泵连通，好氧池内设有曝气器，二沉池与出水 管连通，进水口连续进水，出水口连续出水，二沉池底部连接剩余污泥排泥管和污泥回流 管，污泥回流管与缺氧池入口连通，其间连接污泥回流泵，好氧池出口与缺氧池入口之间连 接内循环回流管和内循环回流泵，在缺氧池内设置与内循环控制器相连的氧化还原电位传感 器，即ORP传感器;在好氧池内设置与曝气量控制器相连的溶解氧浓度传感器和pH传感器， 溶解氧浓度传感器即DO传感器;
向内循环控制器输入ORP设定值和由ORP传感器检测的测定值，由内循环控制器将ORP设 定值与ORP测定值相比较，根据比较得到的差值向内循环回流泵输出相应的内循环控制变 量，动态控制系统的内循环回流量;
DO传感器和pH传感器向曝气量控制器输入DO浓度值和pH测定值，由曝气量控制器将DO 设定值与DO浓度值相比较，并将pH设定值与pH测定值相比较，根据比较得到的差值向控制曝 气量的鼓风机输入曝气量相应控制信息，动态控制系统的曝气量;
上述内循环控制器和曝气量控制器为单片机或计算机，包括输入键盘和模拟数字转换 器;用于存储上述ORP、DO、pH检测值和设定值的存储器;用于将采集上述ORP、DO、pH测定 值与ORP、DO、pH设定值进行比较的比较器;计算控制量偏差的微处理器;经数字模拟转换 器向内循环回流泵和控制曝气量的鼓风机输出控制信号的信号输出装置。
说明书
前置反硝化工艺处理生活污水短程生物脱氮控制装置
(一)、技术领域
本实用新型属于一种污水生物处理控制系统。
(二)、背景技术
污水生物脱氮技术是当今水污染控制领域中的一个重要研究方向，已引起世界各国的普 遍关注。采用常规的二级处理活性污泥工艺，总氮去除率仅在10%-30%之间。因此，对于城 市污水、含氮工业废水，采用常规的活性污泥法处理，出水中还会含有大量的氮和磷，随着 地表水体“富营养化”现象的日益突出，促使人们对常规活性污泥工艺进行改造，以提高 氮、磷的去除率。最具有代表性的就是A/O法、A2/O法等工艺，其中，A/O工艺是缺氧/好氧 (Anoxic/Oxic)生物脱氮工艺的简称，该工艺虽然在废水脱氮除磷方面起到了一定作用， 但同时也暴露出一些问题，普遍存在着流程长、能耗高、脱氮效率低、处理成本高等弱点。 因此，研究开发高效、低能耗的生物脱氮工艺和装置已成为当前水处理界重要的研究课题。
生物脱氮过程主要由两段工艺共同完成，即通过硝化作用将氨氮转化为硝酸盐氮，再通 过反硝化作用将硝酸盐氮转化为氮气从水中逸出。在硝化阶段，氨氮被转化成硝酸盐是由两 类独立的细菌催化完成的两个不同反应，首先由亚硝酸菌(Nitrosomonas)将氨氮转化为亚 硝酸盐(NO2 -)，然后由硝酸菌(Nitrobacter)将亚硝酸盐转化为硝酸盐(NO3 -)。传统生 物脱氮过程中硝化作用的最终产物是硝酸盐，反硝化作用以NO3 -为电子受体。实际上，从氮 的微生物转化过程来看，氨氮被氧化为硝酸盐氮是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反 应，应该可以分开。对于反硝化菌，无论是亚硝酸盐还是硝酸盐均可以作为最终受氢体，因 而整个生物脱氮过程也可以经NH4 +→NO2 -→N2这样的途径完成，人们把经此途径进行脱氮的 技术定义为短程硝化反硝化生物脱氮工艺。从反应历程来看，短程硝化-反硝化比全程硝化 -反硝化减少两步，因而从理论上可节省好氧阶段供氧量25%左右;节约反硝化所需碳源40% 左右;减少污泥生成量;减少硝化过程的投碱量;缩短反应时间，相应地减少反应器容积 30%-40%左右。因此，该工艺对于实际工程应用具有重要意义。
但是，到目前为止，国内外对短程硝化反硝化的研究大部分基于间歇运行工艺-SBR法 ，且具有采用小试试验装置、处理模拟废水、间歇运行的特点，通过控制温度、pH、DO、游 离氨浓度等因素可以很容易地实现短程硝化反硝化反应。然而关于连续流运行系统短程硝化 反硝化的研究很少，由于影响因素较多，一般很难实现短程硝化反硝化。因此对处理实际生 活污水A/O中试系统的短程硝化反硝化的研究当前国内外还未见其报道。另外NO2 -的积累很 不稳定，硝酸菌能够迅速地将NO2 -转化为NO3 -，因此，造成已经实现的短程硝化脱氮工艺又 恢复为全程硝化过程。
(三)、实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种前置反硝化工艺处理生活污水短程生物脱氮控制装置，要 解决A/O工艺实现系统短程硝化反硝化、维持NO2 -积累率稳定、实现系统优化运行、在线控 制的问题;并解决传统生物脱氮工艺由于碳源缺乏引起的污水脱氮效果不稳定、脱氮率较低 的问题。
本实用新型的技术方案：
这种前置反硝化工艺处理生活污水短程生物脱氮控制装置，包括缺氧池、好氧池和二沉 池，其特征在于：
其缺氧池分成至少两个底部相通的格室，好氧池分成至少五个上下交错相通的格室，缺 氧池内有搅拌器，并与进水管、水箱和进水泵连通，好氧池内设有曝气器，二沉池与出水管 连通，进水口连续进水，出水口连续出水，二沉池底部连接剩余污泥排泥管和污泥回流管， 污泥回流管与缺氧池入口连通，其间连接污泥回流泵，好氧池出口与缺氧池入口之间连接内 循环回流管和内循环回流泵，在缺氧池内设置氧化还原电位传感器，即ORP传感器，在好氧 池内设置溶解氧浓度传感器，即DO传感器和pH传感器;
向内循环控制器输入ORP设定值和由ORP传感器检测的测定值，由内循环控制器将ORP设 定值与ORP测定值相比较，根据比较得到的差值向内循环回流泵输出相应的内循环控制变 量，动态控制系统的内循环回流量;
DO传感器和pH传感器向曝气量控制器输入DO浓度值和pH测定值，由曝气量控制器将DO设 定值与DO浓度值相比较，并将pH设定值与pH测定值相比较，根据比较得到的差值向控制曝气 量的鼓风机输入曝气量相应控制信息，动态控制系统的曝气量;
上述内循环控制器和曝气量控制器为单片机或计算机，包括输入键盘和模拟数字转换器 ;用于存储上述ORP、DO、pH检测值和设定值的存储器;用于将采集上述ORP、DO、pH测定值 与ORP、DO、pH设定值进行比较的比较器;计算控制量偏差的微处理器;经数字模拟转换器 向内循环回流泵和控制曝气量的鼓风机输出控制信号的信号输出装置。
实用新型与传统技术相比的有益效果：
本实用新型对DO浓度和曝气量的控制(即根据原水水质水量的变化来调节和控制，在保 证出水氨氮满足排放标准的前提下、实现NO2 -积累的稳定性，并节省能耗)是工艺实现短程 硝化反硝化、系统高效稳定运行的关键所在。本实用新型针对不同生活污水水质，在常温条 件下，选择能够在线检测、响应时间短、精确度较高的DO和pH传感器，通过在线测定好氧区 各格室DO浓度和pH值的变化规律，从而明确有机物降解、硝化反应的进程，另外明确不同 DO浓度和硝化反应类型、同步硝化反硝化现象的关系，从而对曝气量进行精确控制，来解决 A/O工艺短程硝化反硝化实现困难，NO2 -积累不稳定的问题。本实用新型经大量试验研究， 获得了DO浓度的控制范围，DO、pH变化规律和硝化程度、硝化类型具有较好的相关性。为了 实现传统脱氮过程快速转化为短程硝化反硝化运行方式，建立了A/O工艺短程硝化反硝化过 程强化系统，从而全速启动短程硝化反硝化过程。另外，解决了内循环回流量不足导致系统 反硝化不充分，脱氮效率降低;以及内循环回流量过量，导致进水碳源被消耗，内循环回流 运行费用增加的问题，实现了内循环回流量的优化和控制。
本实用新型克服了传统脱氮技术缺乏稳定优化运行和不能在线控制的缺陷，实现了短程 硝化反硝化生物脱氮的稳定运行和在线控制，在A/O工艺中试装置中处理实际生活污水条件 下，通过控制DO浓度实现了短程硝化反硝化反应;实时控制曝气量能够在常温下维持系统亚 硝酸盐积累率稳定。通过动态控制内循环回流量维持缺氧区末端的ORP值处于优化控制范围 ，可以实现反硝化反应的优化控制。该方法不仅能够控制反应体系内稳定的亚硝酸盐积累， 使硝化类型稳定在短程硝化上，而且具有工艺简单、运行费用低、管理灵活、脱氮效率高、 外投碳源少等优点。本实用新型实现A/O工艺短程硝化反硝化后，在反硝化阶段可以节约 40%的碳源，因此当进水碳源一定时，采用短程硝化反硝化工艺可以明显提高系统脱氮率， 可一定程度上解决传统工艺反硝化碳源不足的问题，特别适用于低C/N比城市生活污水的处 理。
另外通过控制内循环回流量可以充分保证缺氧池的反硝化环境，避免内循环回流量不足 ，从而无法发挥缺氧区的反硝化潜力，导致硝酸氮去除下降、出水氮浓度超标排放的可能。 另外避免内循环回流量过量时增加系统运行费用以及增加回流液中溶解氧含量，氧作为电子 受体将消耗一部分碳源，并破坏系统的缺氧环境。
控制低DO浓度A/O工艺不但实现了短程硝化反硝化，获得较好的硝化效果，另外相对于 全程硝化可以节约15~25%的曝气量。另外低DO浓度下好氧区还可以实现同步硝化反硝化现象 ，从而进一步提高系统脱氮率、降低运行费用。
适时控制曝气量，避免过度曝气(短程硝化已完成，仍继续曝气)现象的发生，不为硝 酸菌在亚硝酸盐积累条件下提供充足的溶解氧，使反应器内硝化产生的亚硝酸盐氮回流到缺 氧区还原为氮气，不为硝酸菌提供生长的环境，从根本上抑制硝酸菌的生长。因此，从根本 上减小了短程硝化向传统全程硝化转化的可能性，使短程硝化类型更稳定、持久。
采用ORP、DO和pH传感器不仅能在线检测、响应时间短、而且精度高、便于与作为内循 环控制器和曝气量控制器的计算机接口。由于A/O工艺是我国城市污水处理厂应用最广泛的 生物脱氮工艺，因此，A/O工艺短程硝化反硝化实现和维持技术及其中试控制系统的应用， 可根据原水水质水量的变化实时控制曝气量和内循环回流量，避免传统脱氮技术存在的缺点 ，不仅能提高A/O工艺的运行稳定性、减少曝气能耗、提高脱氮效率，而且对进一步实现其 它生物脱氮工艺的短程硝化反应过程控制也有重要的理论意义与应用价值。
本实用新型在常温下应用A/O工艺中试试验装置处理实际生活污水，控制反应器内低DO 浓度，基于DO和pH在线测定信息，动态控制系统曝气量和内循环回流量，可实现稳定的短程 硝化反硝化反应，亚硝酸氮平均积累率在85%以上，氨氮去除率可达95%，在进水COD/TN比( 2.9)较低的情况下，总氮去除率可达72%以上，相对于传统的全程硝化反硝化脱氮理论，曝 气量可以节约20%，总氮去除率可提高15%。