申请日2004.04.02
公开(公告)日2005.01.12
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明公开了一种含氨废水硝化过程中氮损失量的确定方法。方法的步骤如下：1)启动硝化反应器;2)加入解偶联剂抑制硝化细菌的活性，测定模型待定系数的值;3)停止加入解偶联剂，硝化细菌的活性恢复正常，反应器运行稳定时，测定反应器中的温度t、pH值以及氨氮浓度C0;4)根据已知的及稳定运行时的温度t、pH值以及氨氮浓度C0，直接计算出硝化过程的氮损失量。本发明只需监测反应器中的氨氮浓度C0、温度t、pH值这三个常见的易于测定的状态参数，就能快速而有效地确定硝化过程的氮损失量。具体实施结果表明，该方法简便易行，具有较高的准确性。
权利要求书
1.一种含氨废水硝化过程中氮损失量的确定方法，其特征在于，方法的步骤如下：
1)启动硝化反应器：采用逐渐提高氨氮负荷的方法启动硝化反应器，开始时进水氨氮浓度为5～6mmol/L，之后逐步增加氨氮浓度。将温度控制在28～32℃，pH控制在7.8-8.2，DO控制在2.5～3.0mg/L，氨氮去除率直至95～100%;
2)测定模型待定系数KNH3的值：向反应器中加入5～10mg/L的解偶联剂，微生物被抑制后，保持反应器中温度为28～32℃、pH值为7.8～8.2，分别测定反应器中氨氮浓度为1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、7mmol/L、9mmol/L时的氮损失速率，由获得的5组数据对氮损失模型进行拟合，得到待定系数KNH3的值;
3)停止加入解偶联剂，硝化细菌的活性恢复正常，反应器运行稳定时，测定反应器中的温度t、pH值以及氨氮浓度C0，每次测定设三个重复，当三个测定值相对误差的绝对值小于5%时，以3个测定值的平均值作为测定结果。
4)根据已知的KNH3及稳定运行时的温度t、pH值以及氨氮浓度C0，直接计算出硝化过程的氮损失量。
2.根据权利要求1所述的一种含氨废水硝化过程中氮损失量的确定方法，其特征在于所说的解偶联剂为2，4-二硝基酚。
3.根据权利要求1所述的一种含氨废水硝化过程中氮损失量的确定方法，其特征在于所说的氮损失模型为：
说明书
含氨废水硝化过程中氮损失量的确定方法
技术领域
本发明涉及一种含氨废水硝化过程中氮损失量的确定方法。通过所构建的数学模型快速确定氮损失量，可直接应用于废水硝化过程中氮素的物料平衡计算。
背景技术
在废水生物脱氮工艺中，硝化反应过程是必不可少的环节。为了对硝化反应器进行有效调控，需要建立反应器运行过程的动力学模型，而氮素的物料平衡方程是建立动力学模型的重要前提。在进行氮素的物料平衡时，总会发现硝化过程有氮损失。研究证明，曝气过程中的氨逃逸是导致系统中氮损失的重要原因。目前，尚未建立有效的方法来快速确定氮损失量，因而无法确定硝化过程中氮素的物料平衡方程，直接影响到反应器动力学模型的建立和硝化反应器的放大。
发明内容
本发明的目的是提供一种含氨废水硝化过程中氮损失量的确定方法。
方法的步骤如下：
1)启动硝化反应器：采用逐渐提高氨氮负荷的方法启动硝化反应器，开始时进水氨氮浓度为5～6mmol/L，之后逐步增加氨氮浓度。将温度控制在28～32℃，pH控制在7.8-8.2，DO控制在2.5～3.0mg/L，氨氮去除率直至95～100%;
2)测定模型待定系数KNH3的值：向反应器中加入5～10mg/L的解偶联剂，微生物被抑制后，保持反应器中温度为28～32℃、pH值为7.8～8.2，分别测定反应器中氨氮浓度为1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、7mmol/L、9mmol/L时的氮损失速率，由获得的5组数据对氮损失模型进行拟合，得到待定系数KNH3的值;
3)停止加入解偶联剂，硝化细菌的活性恢复正常，反应器运行稳定时，测定反应器中的温度t、pH值以及氨氮浓度C0，每次测定设三个重复，当三个测定值相对误差的绝对值小于5%时，以3个测定值的平均值作为测定结果。
4)根据已知的KNH3及稳定运行时的温度t、pH值以及氨氮浓度C0，直接计算出硝化过程的氮损失量。
本发明的优点是：提出了一种简捷的确定含氨废水硝化过程中氮损失量的方法。实际操作中，只需监测反应器中的氨氮浓度C0、温度t、pH值这三个常见的易于测定的状态参数，就能快速而有效地确定硝化过程的氮损失量。具体实施结果表明，该方法简便易行，具有较高的准确性。
具体实施方式
含氨废水硝化过程中，氨逃逸导致氮损失，由于尚未建立有效的方法来快速确定氮损失量，因而无法确定硝化过程中氮素的物料平衡方程，直接影响到反应器动力学模型的建立及反应器的调控。为了解决目前无法快速确定硝化过程中氮损失量的问题，本发明提供了一种新的模型确定方法。该方法只需提供几个常见的易于测定的状态参数，就能快速而准确地计算出硝化过程中的氮损失量，可直接应用于氮素的物料平衡方程。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于双膜理论和热力学原理，构建了硝化反应器运行过程中氮损失速率的机理性数学模型，可表示为1)启动硝化反应器：采用逐渐提高氨氮负荷的方法启动硝化反应器，开始时进水氨氮浓度为5～6mmol/L，之后逐步增加氨氮浓度。将温度控制在28～32℃，pH控制在7.8-8.2，DO控制在2.5～3.0mg/L，以促进整个硝化细菌菌群的快速增长，富集足量的硝化细菌。当氨氮去除率达到95%以上且稳定运行时，视为启动成功。
2)为方便测定模型待定系数KNH3的值，向反应器中加入一定量的解偶联剂(2，4-二硝基酚)，在短时间内抑制硝化细菌的微生物反应以消除实验误差;
3)微生物被抑制后，保持反应器中温度t、pH值基本恒定，测定此时反应器中的氨氮浓度C0随时间的变化，获得5～7个氨氮浓度下的氮损失速率;
4)由3)中获得的数据，对所建模型进行拟合，得到模型待定系数KNH3的值。
5)在硝化细菌的活性恢复正常，反应器运行稳定的情况下，测定反应器中的温度t、pH值以及氨氮浓度C0。为保证C0测定的准确性，每次测定设三个重复，当三个测定值相对误差的绝对值小于5%时，以3个测定值的平均值作为测定结果。
6)根据已知的KNH3及稳定运行时的温度t、pH值以及氨氮浓度C0，可直接计算出硝化过程的氮损失量。
本发明的有益效果是：将氮损失量与硝化反应器运行过程中的常见状态参数相关联，提出了一种简捷的确定含氨废水硝化过程中氮损失量的方法，为硝化过程中氮素的物料平衡方程的建立提供了有力依据。
实施例1
1)以模拟含氨废水作为处理对象，启动内循环流化床硝化反应器。启动过程中，开始时进水中的氨氮浓度为5mmol/L，之后进水中的氨氮浓度逐步增加到30mmol/L。将温度控制在28℃左右，pH控制在7.8左右，DO控制在2.5mg/L左右，以富集足量的硝化细菌。当氨氮去除率达到95%以上且稳定运行时，视为启动成功;
2)向反应器中加入5mg/L的解偶联剂(2，4-二硝基酚)，在短时间内抑制硝化细菌的微生物反应;
3)保持反应器中温度为28℃、pH值为7.8，分别测定反应器中氨氮浓度为1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、7mmol/L、9mmol/L时的氮损失速率，由获得的5组数据对氮损失模型进行拟合，得到待定系数KNH3的值;
4)保持反应器稳定运行，采用较为复杂的间接方法测定氮损失量(即氮损失量=进水中的氨氮量-反应器中的无机氮增加量-出水中的无机氮量-反应过程中增加的微生物细胞的含氮量)，得到以下五个状态(①温度27.3℃、pH值7.86，反应器中氨氮浓度1.96mmol/L;②温度28.2℃、pH值8.12，反应器中氨氮浓度1.32mmol/L;③温度28.5℃、pH值8.05，反应器中氨氮浓度2.10mmol/L;④温度26.5℃、pH值8.20，反应器中氨氮浓度3.51mmol/L;⑤温度27.0℃、pH值8.08，反应器中氨氮浓度2.79mmol/L)下24h的氮损失量分别为1.422mmol、2.013mmol、2.493mmol、5.037mmol、3.075mmol。而用本发明公开的方法可直接计算得到上述五个状态下的氮损失量分别为1.489mmol、1.862mmol、2.602mmol、5.260mmol、3.348mmol。两种方法的相对误差分别为4.71%、7.50%、4.36%、4.43%、8.89%，平均相对误差仅为5.98%。
实施例2
1)以模拟含氨废水作为处理对象，启动内循环流化床硝化反应器。启动过程中，开始时进水中的氨氮浓度为5mmol/L，之后进水中的氨氮浓度逐步增加到30mmol/L。将温度控制在30℃左右，pH控制在8.0左右，DO控制在2.8mg/L左右，以富集足量的硝化细菌。当氨氮去除率达到95%以上且稳定运行时，视为启动成功;
2)向反应器中加入7mg/L的解偶联剂(2，4-二硝基酚)，在短时间内抑制硝化细菌的微生物反应;
3)保持反应器中温度为30℃、pH值为8.0，分别测定反应器中氨氮浓度为1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、7mmol/L、9mmol/L时的氮损失速率，由获得的5组数据对氮损失模型进行拟合，得到待定系数KNH3的值;
4)保持反应器稳定运行，采用较为复杂的间接方法测定氮损失量(即氮损失量=进水中的氨氮量-反应器中的无机氮增加量-出水中的无机氮量-反应过程中增加的微生物细胞的含氮量)，得到以下五个状态(①温度30.1℃、pH值7.92，反应器中氨氮浓度1.68mmol/L;②温度28.6℃、pH值8.05，反应器中氨氮浓度2.16mmol/L;③温度29.7℃、pH值8.11，反应器中氨氮浓度3.53mmol/L;④温度31.5℃、pH值7.95，反应器中氨氮浓度2.41mmol/L;⑤温度30.5℃、pH值8.02，反应器中氨氮浓度3.19mmol/L)下24h的氮损失量分别为1.839mmol、2.531mmol、4.990mmol、3.041mmol、3.918mmol。而用本发明公开的方法可直接计算得到上述五个状态下的氮损失量分别为1.743mmol、2.693mmol、5.352mmol、2.914mmol、4.205mmol。两种方法的相对误差分别为5.21%、6.39%、7.26%、4.17%、7.34%，平均相对误差仅为6.07%。
实施例3
1)以市政污水处理厂的高氨氮污泥滤液作为处理对象，启动内循环流化床硝化反应器。启动过程中，先将原废水稀释至氨氮浓度为6mmol/L，之后逐步降低含氨废水的稀释倍数以增加进水中的氨氮浓度，直至进水氨氮浓度达到30mmol/L或直接以原废水作为进水。将温度控制在32℃左右，pH控制在8.2左右，DO控制在3.0mg/L左右，以富集足量的硝化细菌。当氨氮去除率达到95%以上且稳定运行时，视为启动成功;
2)向反应器中加入10mg/L的解偶联剂(2，4-二硝基酚)，在短时间内抑制硝化细菌的微生物反应;
3)保持反应器中温度为32℃、pH值为8.2，分别测定反应器中氨氮浓度为1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、7mmol/L、9mmol/L时的氮损失速率，由获得的5组数据对氮损失模型进行拟合，得到待定系数KNH3的值;
4)保持反应器稳定运行，采用较为复杂的间接方法测定氮损失量(即氮损失量=进水中的氨氮量-反应器中的无机氮增加量-出水中的无机氮量-反应过程中增加的微生物细胞的含氮量)，得到以下五个状态(①温度32.3℃、pH值8.16，反应器中氨氮浓度2.69mmol/L;②温度31.2℃、pH值8.27，反应器中氨氮浓度1.65mmol/L;③温度30.9℃、pH值8.15，反应器中氨氮浓度3.20mmol/L;④温度33.0℃、pH值8.20，反应器中氨氮浓度4.28mmol/L;⑤温度32.5℃、pH值8.31，反应器中氨氮浓度3.64mmol/L)下24h的氮损失量分别为4.863mmol、3.624mmol、6.099mmol、10.280mmol、9.014mmol。而用本发明公开的方法可直接计算得到上述五个状态下的氮损失量分别为5.292mmol、3.796mmol、5.673mmol、9.507mmol、9.754mmol。两种方法的相对误差分别为8.82%、4.73%、6.97%、7.51%、8.21%，平均相对误差仅为7.25%。
由实施例可知，本发明公开的一种含氨废水硝化过程中氮损失量的确定方法简便易行，具有较高的准确性。
