[发明专利]自动确定反硝化碳源最优投加比及连续投加稳定时间的装置及方法

说明书

本发明公开了自动确定反硝化碳源最优投加比及连续投加稳定时间的装置及方法。本发明自动确定反硝化外加碳源最优投加比的装置包括：反应系统，用于模拟活性污泥脱氮的反硝化环境；搅拌系统，用于搅拌反应系统内活性污泥并保证溶解氧浓度为零；在线监测系统，用于监测反应系统内溶解氧浓度和硝氮浓度；碳源投加系统，用于向反应系统内投加碳源；控制系统，用于控制反应系统活性污泥进入、搅拌、监测数据传输、碳源投加；数据采集和处理系统，用于采集和处理监测数据，确定反硝化外加碳源最优投加比。本发明通过在线测量硝酸盐来自动确定反硝化外加碳源最优投加比，时间短、速度快、无需测量COD，降低了时间和经济成本，准确计量碳源投加比。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及自动确定反硝化碳源最优投加比及连续投加稳定时间的装置及方法。

背景技术

我国南方城镇污水厂普遍存在C/N比偏低的特性，且由于降雨量、用水量等因素影响，北方城镇污水处理厂在雨季同样存在C/N比低的情况，此时需要投加外碳源以满足TN的去除。在冬季低温条件下，反硝化细菌活性降低，直接导致反硝化速率降低，严重影响污水厂TN的达标，同样需要投加外碳源保证TN的去除。为了保证反硝化的高效进行，并达到日益严格的出水标准，投加外碳源已成为我国污水厂实现达标排放的主要途径之一。

污水厂使用的外碳源具有多样性，不仅包括传统碳源(乙酸钠、葡萄糖、甲醇等)、新型碳源(复合碳源、生物质碳源等)，随着相关政策的出台，更有部分生化性较好的废水也可被用作污水厂外碳源。碳源的投加过程是按需投加的过程，投加量不足将引起反硝化过程不充分，使出水TN超标，投加量太多，会增加外加碳源的运行成本、增加耗氧量及剩余污泥的产生，也增加了碳足迹和碳排放。

当前外碳源投加采用手动恒量投加或基于出水TN的反馈控制。无论采用哪种控制方式，核心都是确定去除单位TN所需的外部碳源投加量。根据反硝化过程方程式，可以计算COD/dN理论值。比如，在不考虑细胞合成的情况下：6NO₃^-+5CH₃OH→3N₂+5CO₂+7H₂O+6OH^-，甲醇投加量为2.86g/gN，折算4.29gCOD/gN；如果考虑细胞合成的情况下：NO₃^-+1.08CH₃OH→0.065C₅H₇NO₂+0.47N₂+1.68CO₂+HCO₃^-，甲醇投加量为3.70g/gN，折算5.55gCOD/gN。

但是，外部碳源的实际投加量与理论投加量一般存在较大的偏差。理论投加量可以指导工艺设计，但对于工艺运行缺乏指导意义。这是因为碳源投加量受到碳源种类、进水COD含量、污泥活性等诸多因素的影响，往往大幅度偏移理论投加量。例如，长期低负荷运行的污水处理系统，活性污泥吸收和合成趋势增强，投加的外碳源极易被微生物吸收而不参与反硝化过程，此时理论投加量就不具备指导意义。

因此，很有必要快速获取当前工况下的最优碳源投加量，才能保证准确投加碳源，在达标的前提下减少浪费。如何确定不同外碳源的最优投加比，是污水处理厂的一个运行管理难题。目前，污水处理厂大多采用化验室序批式实验的方法来确定最优投加量。由于污泥的活性经常发生变化、不同批次碳源的质量也有差异，因此经常需要开展类似的试验。由于这类实验过程比较繁琐，操作及数据整理的耗时较长，对化验人员的技能和责任心要求较高，难以满足实际工作的需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了自动确定反硝化碳源最优投加比及连续投加稳定时间的装置及方法，适用于不同污水处理系统，对提高反硝化碳源的投加和利用效率，实现污水厂处理高效、稳定低碳运行具有重要意义。