[发明专利]一种实现低浓度氨氮废水短程硝化的自动控制装置与方法

说明书

本发明涉及一种实现低浓度氨氮废水短程硝化的自动控制装置与方法，所述装置由短程硝化反应器、进水系统、出水系统、水浴循环系统和自动控制系统5部分组成。采用在线监控装置，根据短程硝化反应器内氨氮浓度进行合理曝气，既保证氨氧化细菌细菌的活性不受影响，提高短程硝化效率，又能够避免亚硝氮进一步氧化为硝氮，同时还可以精确控制短程硝化反应器的水力停留时间，避免出现因出水氨氮浓度过低而不能满足厌氧氨氧化基质需求的情况，也能在一定程度上减少因水力停留时间过长使亚硝氮进一步氧化为硝氮的可能性，同时保证短程硝化反应器的pH和溶解氧处于最优范围内。

技术领域

本发明属于废水生物处理技术领域，涉及一种实现短程硝化的自动控制装置与方法。

背景技术

近年来，为了克服传统生物脱氮工艺流程复杂、能耗高、运行管理不便、产生污泥量大等弊端，以短程硝化-厌氧氨氧化为代表的新型生物脱氮技术成为了国际上水处理领域研究的热点和前沿。短程硝化-厌氧氨氧化工艺是将水中一半的氨氮氧化为亚硝酸氮，并阻止其被进一步氧化为硝酸盐，然后直接以亚硝酸氮作为电子受体，以水体中剩余的氨氮为电子供体进行反应实现氮素的去除。因此如何实现前体亚硝酸氮的有效积累，是厌氧氨氧化反应是否顺利进行的关键因素。目前，控制半硝化的主要思路是利用氨氧化细菌与亚硝酸盐氧化菌生理特性的不同，增加氨氧化细菌的生长和截留或抑制亚硝酸盐氧化菌的生长。在过去的20年内，短程硝化技术已广泛用于处理高氨氮废水处理，技术已经相对成熟，由于这类污水的游离氨和游离亚硝酸浓度高，配合溶解氧等条件控制，实现短程硝化相对较容易。而对于低浓度氨氮废水而言，游离氨与游离亚硝酸浓度低，不足以抑制亚硝酸盐氧化菌生长，短程硝化难以实现。

目前低氨氮浓度短程硝化的控制主要集中在四个方面，一是根据氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化菌的生长特性，控制溶解氧、水力停留时间、污泥停留时间、pH和碱度等为氨氧化细菌的最佳生长条件，使氨氧化细菌的生长速度超越亚硝酸盐氧化菌，逐渐占据优势地位，但由于亚硝酸盐氧化菌适应性极强很难实现。第二是将已驯化好的短程硝化污泥投加于低浓度短程硝化体系，生物添加效果明显，但是菌种难以在短程硝化反应器内持留，随出水流失，因此在长期的运行过程中不稳定或需不断补充已驯化好的污泥；第三是间歇曝气的方式，在好氧条件与缺氧条件来回转换时亚硝酸盐氧化菌会受到抑制，目前该方法的机理尚不清晰，在实际运行过程中，由于氨氮浓度较低导致水力停留时间大大缩短，实际操作不可行；第四是建立在线监测与控制体系，在线监测与控制体系能够实时监测短程硝化反应过程并相应的改变参数条件，目前已成为研究的热点。

本发明中短程硝化反应器配有在线监测探头，包括氨氮在线监测探头，溶解氧在线监测探头和pH在线监测探头，探头采集数据传输至PLC，后经控制元件使短程硝化反应器pH保持在8.0-8.5之间，短程硝化反应器内溶解氧恒小于0.3mg/L，且在较高氨氮浓度(30-50mg/L)条件下，溶解氧在0.15-0.3mg/L之间，在较低氨氮浓度(0-30mg/L)条件下，溶解氧在0.1-0.15mg/L之间，短程硝化反应器的水力停留时间由反应状态决定，当短程硝化反应器内氨氮浓度为反应开始时的一半，停止反应并自动计算并输出水力停留时间值。应用自动监测与控制体系能够根据短程硝化反应器内氨氮浓度合理曝气，避免亚硝氮进一步氧化为硝氮，同时精确控制短程硝化反应器的水力停留时间，这是传统的条件控制中做不到的。

发明内容

为了克服目前低氨氮浓度城镇废水短程硝化难以实现的问题，本发明提出一种新的自动控制装置与方法，为实现城镇废水短程硝化提供了有效的工艺模式。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是实现低浓度氨氮废水短程硝化的自动控制装置与方法，其特征在于：利用在线监控装置，可以根据短程硝化反应器内氨氮浓度进行合理曝气，既保证氨氧化细菌细菌的活性不受影响，又能够避免亚硝氮进一步氧化为硝氮，同时还可以精确控制短程硝化反应器的水力停留时间，避免出现因出水氨氮浓度过低而不能满足厌氧氨氧化基质需求的情况，也能在一定程度上减少因水力停留时间过长使亚硝氮进一步氧化为硝氮的可能性，在线监控还可以保证短程硝化反应器的pH处于最优范围。