申请日2018.04.02
公开(公告)日2018.07.06
IPC分类号C02F3/30; C02F101/16
摘要
一种污水生物脱氮工艺中N2O削减的控制方法及系统，该方法是利用SBR法在厌氧‑好氧活性污泥脱氮处理工艺中，采用OPR‑pH联合控制厌氧‑好氧段的水力停留时间(HRT)，自动控制外源营养物的添加量;进一步地，提供了用于实现该控制方法的系统。本发明能够在达到控制温室气体N2O排放的基础上，保证稳定的处理水质，氨氮去除率可达99%以上，并减少能量消耗。
权利要求书
1.一种污水生物脱氮工艺中N2O削减的控制方法，其特征在于，利用SBR法循环进行包括以下步骤在内的自动控制：
步骤1：在设定时间5～10min内完成污水的进水;
步骤2：使污水进入兼氧/厌氧阶段，对污水的ORP值进行实时监测以获取ORP监测曲线，若该ORP曲线在设定时间10～20min内出现硝酸盐膝点时，则直接进入下一步骤，反之，则在设定时间10～20min后分批投加碳源，待该ORP曲线上出现硝酸盐膝点时，进入下一步骤;
步骤3：对污水进行曝气以使污水进入好氧阶段，对污水的pH值进行实时监测以获取pH监测曲线，若该pH监测曲线在设定时间90～120min内出现氨谷点时，则直接进入下一步骤，反之，则在设定时间90～120min后进入下一步骤;
步骤4：在设定时间30～40min内完成污水的出水。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
当ORP随时间的变化率dORP/dt由大于设定值α变为小于设定值α时，则判断在ORP曲线上出现硝酸盐膝点，设定值α介于-5～-5.5之间;
当pH随时间的变化率dpH/dt在设定时间90～120min内由小于零变为大于零时，则判断在pH曲线上出现氨谷点。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，步骤2中，所述分批投加碳源的步骤包括：按设定时间15～30s分批投加碳源，并在每批碳源投加后进行判断：
若自投加碳源起在设定时间90～100min内，dORP/dt小于该设定值α或者ORP小于设定值β，其中设定值β介于-300～-330mV，则进入下一步骤，反之则在设定时间90～100min后进入下一步骤。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤2中，所述碳源选自乙酸钠、甲醇、葡萄糖或禽畜粪便。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在步骤2后还包括步骤2’：使污水继续在兼氧/厌氧阶段处理一设定时间15～20min，以便污水进入厌氧阶段以促进磷的释放。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在步骤3后还包括步骤3’：使污水继续在好氧阶段处理一设定时间15～20min，以便进一步降解废水中可生化COD以及促进磷的吸收。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤4中，在污水进入好氧阶段的同时开始出水。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的控制方法，其特征在于，所述污水为畜禽养殖废水、生活污水或垃圾渗滤液。
9.一种污水生物脱氮工艺中N2O削减的控制系统，包括：
SBR反应器;
曝气装置，用于向所述SBR反应器内提供曝气;
碳源投加泵，用于向所述SBR反应器中投加碳源;
进水泵，用于向所述SBR反应器输送污水;
出水泵，用于从所述SBR反应器中输出污水;
传感器，用于实时监测所述SBR反应器内的ORP值及pH值;以及
PLC控制单元，用于根据传感器实时监测的ORP值及pH值，控制所述曝气装置、碳源投加泵、进水泵以及出水泵，以执行如权利要求1至8任意一项所述的控制方法。
10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于：
所述SBR反应器为膜生物反应器;
所述传感器包括ORP电极以及pH电极。
说明书
污水生物脱氮工艺中N2O削减的控制方法及系统
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种污水生物脱氮工艺中N2O削减的控制方法及系统。
背景技术
N2O是一种强温室气体，其百年全球变暖潜能值(GWP)为CO2的300倍，大气中90%以上的N2O来自于微生物的脱氮过程，其中污水处理被认为是N2O的一个重要释放源。据估算，污水处理过程中每年排放的N2O总量约为(0.3-3)*1012kg，占全球N2O排放量总量的2.5-25%。因此，有效降低污水生物脱氮过程中N2O的释放对于减少人为活动温室气体排放具有重要的意义。
污水排放标准的不断收紧是目前世界各国普遍的发展趋势;以控制富营养化为目的的脱氮除磷已成为各国主要的奋斗目标。传统的序列间歇式活性污泥法采用连续的厌氧-好氧过程(即反硝化-硝化过程)大量应用于中小污水处理场。但是处理中采用固定时间控制程序，由于进水水质多变，造成大部分反应中曝气量过剩。同时为保证反硝化的进行，外源营养物的投加量也往往过剩。在厌氧阶段过剩的外源营养物又会增加好氧阶段的曝气量。当今，全球普遍强调的可持续发展经济模式在污水处理领域也得到体现。因此，研究开发以优化能(资)源消耗的处理系统十分紧迫。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种污水生物脱氮工艺中N2O削减的控制方法及系统，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
作为本发明的一个方面，提供一种污水生物脱氮工艺中N2O削减的控制方法，利用SBR法循环进行包括以下步骤在内的自动控制：
步骤1：在设定时间5～10min内完成污水的进水;
步骤2：使污水进入兼氧/厌氧阶段，对污水的ORP值进行实时监测以获取ORP监测曲线，若该ORP曲线在设定时间10～20min内出现硝酸盐膝点时，则直接进入下一步骤，反之，则在设定时间10～20min后分批投加碳源，待该ORP曲线上出现硝酸盐膝点时，进入下一步骤;
步骤3：对污水进行曝气以使污水进入好氧阶段，对污水的pH值进行实时监测以获取pH监测曲线，若该pH监测曲线在设定时间90～120min内出现氨谷点时，则直接进入下一步骤，反之，则在设定时间90～120min后进入下一步骤;
步骤4：在设定时间30～40min内完成污水的出水。
优选地，当ORP随时间的变化率dORP/dt由大于设定值α变为小于设定值α时，则判断在ORP曲线上出现硝酸盐膝点，设定值α介于-5～-5.5之间;
当pH随时间的变化率dpH/dt在设定时间90～120min内由小于零变为大于零时，则判断在pH曲线上出现氨谷点。
优选地，步骤2中，所述分批投加碳源的步骤包括：按设定时间15～30s分批投加碳源，并在每批碳源投加后进行判断：若自投加碳源起在设定时间90～100min内，dORP/dt小于该设定值-5～-5.5或者ORP小于设定值-300～-330mV，则进入下一步骤，反之则在设定时间90～100min后进入下一步骤。
优选地，步骤2中，所述碳源选自乙酸钠、甲醇、葡萄糖或禽畜粪便。
优选地，在步骤2后还包括步骤2’：使污水继续在兼氧/厌氧阶段处理一设定时间15～20min，以便污水进入厌氧阶段以促进磷的释放。
优选地，在步骤3后还包括步骤3’：使污水继续在好氧阶段处理一设定时间15～20min，以便进一步降解废水中可生化COD以及促进磷的吸收。
优选地，步骤4中，在污水进入好氧阶段的同时开始出水。
优选地，所述污水为畜禽养殖废水、生活污水或垃圾渗滤液。
作为本发明的另一个方面，提供一种污水生物脱氮工艺中N2O削减的控制系统，包括：
SBR反应器;
曝气装置，用于向所述SBR反应器内提供曝气;
碳源投加泵，用于向所述SBR反应器中投加碳源;
进水泵，用于向所述SBR反应器输送污水;
出水泵，用于从所述SBR反应器中输出污水;
传感器，用于实时监测所述SBR反应器内的ORP值及pH值;以及
PLC控制单元，连接至所述曝气装置、碳源投加泵、进水泵、出水泵以及传感器，用于根据传感器实时监测的ORP值及pH值，控制所述曝气装置、碳源投加泵、进水泵以及出水泵，以执行如上所述的控制方法。
优选地，所述SBR反应器为膜生物反应器;所述传感器包括ORP电极以及pH电极。
基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：
(1)采用ORP-pH联合控制厌氧-好氧阶段的水力停留时间，自动控制碳源(即外源营养物)的添加量，保证反硝化-硝化过程的完成，控制温室气体N2O排放，保证稳定的处理水质，氨氮去除率可达99%以上。
(2)在兼氧/厌氧阶段过程，采用脉冲方式投加碳源，同时判断ORP曲线上是否出现硝酸盐膝点，有利于自动控制的同时，有效避免碳源过剩的情况，减少后续好氧阶段的曝气量，减少能量消耗。
(3)设置当碳源投加时间超时或者ORP小于设定值时，结束投加碳源，可以避免在实际应用过程中，碳源投加程序进入死循环。
(4)在好氧阶段以pH检测曲线上的氨谷点作为实时控制点，自动调控好氧阶段的时间长度，保证硝化完全，减少能量消耗。
