[发明专利]基于过程控制的SBR法反应过程N2O气体收集装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及SBR法生物处理的工艺及N₂O气体收集装置，尤其是能够进行脱氮和过程控制的SBR工艺及装置，适用于工业污水和小城镇污水的生物处理过程。 

背景技术

20世纪70年代以来，世界范围内的水体富营养化问题日渐突现，生物处理技术成为解决水体富营养化的有效途径，但是污水处理过程中所产生的气体，尤其是温室气体（二氧化碳、甲烷和氮氧化物）问题，值得引起注意。其中，二氧化碳主要由异养菌在好氧及缺氧状态下产生；甲烷主要是在厌氧生物处理过程中产生；而氧化亚氮主要产生于生物脱氮过程。二氧化碳、甲烷和氧化亚氮是目前受人类活动影响较明显的三种主要温室气体,虽然这些气体占不到大气总量的0.04%，但其浓度的增加却是引起全球气候变化的重要原因。到目前为止，全世界对温室气体的源和汇进行了大量的试验研究工作，但由于研究方法和研究条件的限制，对某些生态系统仍缺乏细致、定量的研究。 

SBR法，是一种结构形式简单、运行方式灵活多变、空间上完全混合、时间上理想推流的污水生物处理工艺。传统SBR法一个运行周期一般包括五阶段，即进水、反应、沉淀、排水和闲置阶段。SBR法的反应时间一般通过设定固定时间进行控制。为降低工艺运行的能量消耗，SBR法的反应时间可应用在线检测的控制参数根据原污水的水质水量变化准确的控制。同时通过改变SBR法的运行方式可进一步提高SBR法的处理效率。 

在对SBR法处理工艺进行研究的同时，对生化反应过程中产生的N₂O气体进行收集与检测，尤其是温室气体的产生量进行研究，不但具有一定的理论意义，而且具有重要的实际意义。SBR反应器的进一步优化和改进是解决对生化反应过程产生气体进行分析的前提和基础。 

发明内容

本发明的目的在于，通过提供一种基于过程控制的SBR法反应过程N₂O气体收集装置与方法，有效地解决气体收集过程、SBR法污水处理过程及其在线过程控制同时进行的问题。 

本发明是采用以下技术手段实现的： 

基于过程控制的SBR法反应过程N₂O气体收集装置，该装置包括污水处理SBR反应器、气体收集系统、恒温控制装置、压力调节计量装置和在线检测系统；污水处理SBR反应器由反应器1、进水泵2、曝气泵3、气体流量计4、胶结砂芯曝气头5、机械搅拌器6、取水样口12、排泥管13、排水管14、放空管15、搅拌浆17组成；气体收集系统由反应器密封盖和收集管路组成；收集管路系统由可调节三通22、干燥管23、气体采样袋24、辅助支持气体气瓶25、分压表26组成；转换可调节三通22和开关辅助支持实现单管路和双管路收集系统的转化；恒温控制装置由温度控制器7和加热棒8组成；压力调节计量装置由压力计量瓶34、刻度标示35、压力调节胆36、压力计连接口37和压力计接入口30组成；在线检测系统由在线传感器、测定仪和数据传输线组成。 

前述的反应器密封盖由取气口、辅助支持气接入口20、气体收集管路接入口21、法兰盘27、胶垫28、螺母29、压力计接入口30、水封外套筒31、水封内套筒32和内套筒套封柱33组成。 

前述的取气口19采用可随时取下更换的胶盖密封； 

基于过程控制的SBR法反应过程N₂O气体收集方法，包括以下步骤： 

准备步骤；将传感器探头安装于反应器上，连接气体收集管路，根据试验最先进行的阶段，选择相应的管路连接方式；此阶段保持取样口敞开。 

进水步骤；首先打开进水阀门，启动进水泵2将待处理的废水注入SBR反应器，当达到指定液位时，关闭进水阀，停止进水泵；也可以通过过程实时控制系统设定进水时间，满足时间条件后关闭进水泵和进水阀门，进入下一工序；此阶段结束后，将取样口的密封胶帽盖好，并设定在线参数的实时采集，开启恒温控制装置； 

曝气步骤；打开进气阀门，启动曝气泵，调节至适量的曝气量对反应系统进行曝气，由曝气泵提供的压缩空气由进气管进入胶结砂芯曝气头，以微小气泡向活性 污泥混合液高效供氧，并且使污水和活性污泥充分接触，同时收集气体，达到曝气时间后，关闭进气阀及曝气泵，转化气体收集管路并更换气体采样袋，待进入下一工序； 

搅拌步骤；在搅拌过程中进入缺氧反硝化脱氮过程或者厌氧阶段，此阶段需开启辅助支持气将气体收集管路转换至单管路，此过程同时进行数据的在线采集，达到搅拌时间前，排放剩余污泥，而后关闭搅拌器，系统进入下一工序；