[发明专利]硝化及亚硝化过程的运行优化方法

说明书

本发明涉及一种硝化及亚硝化过程的运行优化方法，属于污水生物处理技术领域。该方法包括以下步骤：构建动态控制系统：根据NH₄⁺‑N→NO₂^‑‑N和NO₂^‑‑N→NO₃^‑‑N两步硝化过程中涉及到的参数，建立亚硝化及硝化过程的动力学模型；并根据硝化过程中涉及到的物质变化、反应器流态、反应器单元特点，建立整个硝化过程的物料平衡方程组；结合上述动力学模型和物料平衡方程组，构建仿真的硝化过程动态模拟控制系统；模拟运行：获取上述亚硝化及硝化过程的动力学模型中硝化过程涉及到的参数，代入上述动态模拟控制系统中，运行获得亚硝化及硝化反应结果。上述方法对污水处理过程中氨氮的硝化过程进行定量描述，对两步式硝化过程进行了精确的模拟。

技术领域

本发明涉及污水的生物处理技术领域，特别是涉及一种硝化及亚硝化过程的运行优化方法。

背景技术

随着城市污水中碳源的日益匮乏，传统生物脱氮工艺面临固有碳源不足的问题，从而致使其处理后的排放水中氮指标存在不达标的风险。近年来，国内外学者对生物脱氮技术进行了大量的研究，提出了一些新型生物脱氮工艺，如同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等新工艺。

而这些新型的生物脱氮工艺，大多依赖于将污水生物处理过程中氨氮的硝化完全或部分控制于亚硝化状态，而后以亚硝酸盐为反应基质实现氮的去除。在这之中，短程硝化是利用氨氧化菌(AOB)的特性将传统的硝化过程控制在亚硝化阶段，而后由反硝化菌直接还原亚硝酸盐(NO₂^-)，这样缩短了生物脱氮的反应历程，从而降低了硝化反应所需的能耗。

通过对生物脱氮技术的大量研究，国内外学者提出了控制边界条件，如溶解氧(DO)、温度和pH等，使生化反应环境利于AOB的生长、而亚硝酸盐氧化菌(NOB)则处于劣势，从而将NH₄⁺-N的氧化过程控制在NO₂^--N的阶段，避免亚硝酸盐氧化菌将亚硝酸盐氧化为硝酸盐，而后由反硝化菌将NO₂^--N还原为N₂，实现氮的去除。如此，既缩短了生物脱氮的硝化历程、又缩短了反硝化历程，约节省硝化阶段25％的曝气量和反硝化阶段40％的碳源需求。

而污水生物脱氮过程是一个复杂的系统工程，短程硝化工艺较传统的完全硝化工艺更为复杂，需要控制硝化反应进程、并使之停留在亚硝酸盐氮阶段。而实际工艺中污水处理反应器均为开放的非纯培养系统，为了实现稳定的短程硝化工艺，存在影响因素复杂、控制条件苛刻、抗干扰能力差的特点。因此，现有的新型生物脱氮工艺未得到广泛的推广和应用。在这之中，如何稳定高效的控制硝化过程于亚硝化阶段、实现亚硝酸盐的稳定高效累积，成为新型生物脱氮工艺进一步推广的技术瓶颈。而另一方面，数学模型可以利用计算机技术来设计、描述、辨识和分析处理过程，并通过对不同环境问题的仿真与模拟，对污水生物处理过程进行精确的模拟；目前，数学模型技术已经在污水处理厂的管理和新(改)建污水厂的建设中得到了广泛的应用，实现了污水处理设施的高效运行和精确化管理。

但是，对于污水生物处理过程中硝化过程的模拟，现有的研究仅限于氨氮直接被氧化至硝态氮的一步式硝化过程，简化了实际生物过程中氨氮先至亚硝态氮而后至硝态氮的两步式硝化过程，未对氨氮的硝化过程进行精确的模拟。随着城市污水中可利用碳源的匮乏、城市污水排放标准中氮指标的日益严格，如何精确控制氨氮的硝化过程成为现有新型脱氮工艺顺利进行的关键。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种硝化及亚硝化过程的运行优化方法。该方法将亚硝化及硝化过程作为一个系统来进行设计，通过系统仿真和出水水质预测对两步式硝化过程进行控制，从而达到对硝化及亚硝化过程的模拟运行，进而优化的目的。

一种硝化及亚硝化过程的运行优化方法，包括以下步骤：