一種硝酸鹽部分還原耦合氨氧化實現城市污水二級出水深度處理的裝置及實時控制方法與流程

文檔序號:17937082發布日期:2019-06-15 01:52
一種硝酸鹽部分還原耦合氨氧化實現城市污水二級出水深度處理的裝置及實時控制方法與流程

本發明涉及了一種硝酸鹽部分還原耦合氨氧化實現城市污水二級出水深度處理的裝置及實時控制方法,屬于污水生物處理技術領域。適用于城市污水和污水處理廠含有硝酸鹽的污水處理廠二級出水,充分利用城市污水中的有機碳源還原硝酸鹽成為亞硝酸鹽,為后續厭氧氨氧化提供底物,實現城市污水深度脫氮。



背景技術:

厭氧氨氧化技術是指,厭氧氨氧化菌將水中的氨氮和亞硝酸鹽氮轉化成氮氣和少量的硝酸鹽氮,該技術具有無需曝氣、無需外加碳源、污泥產量小等優點,是極具發展潛力的自養生物脫氮技術之一,近年來受到業內廣泛的關注,厭氧氨氧化技術與其他脫氮技術聯合脫氮的工藝也逐漸成熟起來。短程硝化是厭氧氨氧化反應底物NO2--N的產生途徑之一,在氨氧化菌的作用下將NH4+-N轉化為NO2--N,但此過程難以控制,尤其對于低氨氮的城市生活污水,短程硝化難以穩定維持,無法為厭氧氨氧化提供穩定的底物來源。因此,開發能夠穩定產生NO2--N的方法就顯得至關重要。

短程反硝化工藝是一種快速且穩定的NO2--N產生途徑,此法將反硝化過程控制在NO2--N階段,阻止反硝化菌利用碳源將NO2--N進一步還原為N2。與短程硝化相比,短程反硝化無需曝氣,反應時間縮短50%以上,且反應過程易與控制,因此具有巨大的工程應用潛力。但是,在利用實際城市污水短程反硝化處理低濃度硝酸鹽廢水時,往往存在有機碳源利用率不足,亞硝酸鹽積累率較低,反應不易控制等不足之處。

同時,厭氧氨氧化反應產生的NO3--N也可以作為短程反硝化的底物,進一步降低出水的NO3--N濃度。短程反硝化工藝具有重要的實際應用價值,故開發短程反硝化的裝置與過程控制方法具有重要的意義。



技術實現要素:

為了解決上述技術問題,本發明提出了一種硝酸鹽部分還原耦合氨氧化實現城市污水二級出水深度處理的裝置及實時控制方法。該裝置包括一套帶有線參數傳感器的序批式SBR反應器和一套計算機自控系統;過程控制方法則根據計算機內按照算法和規則計算得出的數據信號對反應器內短程反硝化過程進行實時調控,從而達到充分利用城市污水中有機碳源、獲得更高亞硝酸鹽積累的目的。

為了實現對硝酸鹽部分還原耦合氨氧化深度處理城市污水二級出水這一過程的實時控制,本發明提供了以下裝置:

(1)序批式SBR反應器;潛水攪拌器(1.1);浮球液位計(1.2);第一電磁排水閥(1.3);第二電磁排水閥(1.4);第三電磁排水閥(1.5);第一排空閥(1.6);COD濃度傳感器(1.7);硝酸鹽濃度傳感器(1.8);氨氮濃度傳感器(1.9);多參數在線監測儀(1.10);污水廠二級出水蓄水池(2);第一進水泵(2.1);第一溢流管(2.2);第二排空管(2.3);城市污水蓄水池(3);第二進水泵(3.1);第二溢流管(3.2);第三放空管(3.3);出水蓄水池(4);第三溢流管(4.1);第四放空管(4.2);外碳源水箱(5);外碳源投加泵(5.1);PLC自動控制系統(6);在線參數控制儀(6.1);反應器運行控制器(6.2);排水閥信號接收口(6.3);在線參數信號接收口(6.4);潛水攪拌器控制信號接收口(6.5);(進水泵信號接收口6.6);計算機(6.7)。

應用所述的裝置對硝酸鹽部分還原耦合氨氧化深度處理城市污水二級出水這一過程進行實時控制,其特征在于包括以下步驟:

(1)接種硝酸鹽至亞硝酸鹽轉化率高于50%的短程反硝化污泥,使SBR反應器內污泥濃度為2500-5000mg/L。開啟進水泵,進入含硝酸鹽廢水,硝酸鹽濃度為10~30mg/L,進水20-30min、關閉進水泵,開啟攪拌器,缺氧攪拌150-240min,關閉攪拌器,靜置沉淀30-45min、排水20-35min、閑置25-40min、上清液排水比為40%-60%。

(2)利用傳感器每5min在線采集反應器中COD濃度α、NH4+-N濃度β、NO3--N濃度θ;利用在線流量監測器采集第一進水泵的流量Q1、第二進水泵的流量Q2;SBR反應器的有效容積記為V,當前排水比記為P;所采集的信號由在線參數監測儀和反應控制器的控制面板以數字信號進行顯示,然后輸入自控系統的計算機中,經設定過程控制程序進行數據處理和轉換,以數值信號的形式輸出。

(3)(2)中所述過程控制程序如下:

Ⅰ:記R1=α/θ R2=θ/β R3=Q1/Q2 Q0=Q1+Q2

其中,COD濃度為α、NH4+-N濃度為β、NO3--N濃度為θ,R1為進水過程反應器內COD與NO3--N的質量濃度之比,R2為反應器內NO3--N與NH4+-N的質量濃度之比,R3為污水處理廠二級出水與城市污水的進水體積比,Q0為總進水量。

Ⅱ:如果計算所得的R1<2.0,則將調整信號傳遞給第一進水泵和第二進水泵,提高第一進水泵的轉速,或降低第二進水泵的轉速,直到滿足2.0<R1<3.5。如果R1>3.5,降低第一進水泵的轉速,或提高第二進水泵的轉速,直到滿足2.0<R1<3.5,如果計算得到的R1=2.0或3.5,則不調控進水泵的轉速,按照此時的轉速繼續進水。在此過程中,還必須滿足Q0<VP,保證反應器進水不過量;同時,考慮到城市污水與污水處理廠二級水質波動的情況,R3的數值應該滿足1.0<R3<4.0。

Ⅲ:如果計算所得的R2<1.0,則將調整信號傳遞給第二進水泵,提高第二進水泵的轉速,增大城市污水的進水量,直到滿足1.0<R2<1.8;如果R2>1.8,則降低第二進水泵的轉速,減少城市污水的進水量,直到滿足1.0<R2<1.8。如果計算得到的R2=1.0或1.8,則不調控進水泵的轉速,按照此時的轉速繼續進水。

IV:如果按照所給算法計算輸出的R1和R2參數不能同時滿足設定范圍,則優先滿足R2設定值,在1.0<R2<1.8基礎上,若R1小于或者等于2.0,則開啟外碳源投加泵,2.0<R1<3.5時停止投加外碳源;若R1大于或者等于3.5,調用過程控制程序,在pH曲線上升第二峰值點結束反應。本調控過程一直持續到進水結束。

V:計算該周期內亞硝酸鹽增加量與硝酸鹽減少量的比值,若比值大于或者等于70%,則下一周期過程控制的R1、R2與本周期的R1、R2保持一致。若比值<70%,則返回步驟I,控制程序的邏輯流程詳見圖1。

本發明的技術原理如下:

序批式SBR反應器設有COD在線傳感器、硝酸鹽在線傳感器、氨氮在線傳感器以及一套計算機自控系統。當短程反硝化過程處于運行階段時,自動采集反應器內COD、NH4+-N、NO3--N的濃度以及進水泵的流量等數據,輸入到自控系統的計算機內按照一定的算法進行計算,然后根據相應的規則輸出反饋信號到進水泵和傳感器的控制裝置,對短程反硝化過程進行相應的調控,使短程反硝化過程和后續進行的厭氧氨氧化過程都能保持最佳的基質濃度,獲得更高的亞硝酸鹽積累率和總氮去除率。

本發明涉及的一種硝酸鹽部分還原耦合氨氧化實現城市污水二級出水深度處理的裝置及實時控制方法具有如下優點:

(1)與一般城市污水短程反硝化裝置相比,本發明中涉及的裝置在序批式SBR反應器內安裝在線傳感器,整個反應器由一套完整的計算機自動控制系統進行控制。在線傳感器采集的數據輸入計算機進行計算和規則之后輸出反饋信號對短程反硝化過程進行自動調控,操作方便,易于實現。

(2)能夠充分利用城市污水中的有機碳源,提高了短程反硝化過程亞硝酸鹽的產生效率,有利于后續的厭氧氨氧化反應,運行費用低。

(3)本發明裝置實時采集COD、硝酸鹽、氨氮以及進水流量信號,根據進水水質實時調整流量,系統抵抗進水水質沖擊負荷的能力大大增強。

附圖說明

圖1是控制程序的邏輯流程圖。

圖2是硝酸鹽部分還原耦合氨氧化實現城市污水二級出水深度處理的裝置結構示意圖。

圖3是具體實施方式工藝的時間控制圖。

具體實施方式

進水從城市污水蓄水池(3)、污水處理廠二級出水蓄水池(2)、(5)外碳源水箱通過第一進水泵(2.1)和第二進水泵(3.1)泵入序批式SBR反應器(1);進水過程中,COD濃度傳感器(1.7)和硝酸鹽濃度傳感器(1.8)以及氨氮濃度傳感器(1.9)在線采集對應的化學信號,輸入到多參數在線監測儀(1.10),再通過在線參數信號接收口(6.4)輸入(6.1)在線參數控制儀并由(6.7)計算機處理計算,根據計算結果調控第一進水泵(2.1)和第二進水泵(3.1)以及(5.1)外碳源進水泵的轉速;當反應器內的水位達到預設水位時,浮球液位計(1.2)將信號傳回(5.2)反應器運行控制器,關閉第一進水泵(2.1)和第二進水泵(3.1);進水結束后,反應器運行控制器(6.2)通過潛水攪拌器控制信號接收口(6.5)啟動潛水攪拌器(1.1),開始缺氧/厭氧攪拌;攪拌階段結束后,潛水攪拌器(1.1)停止運行,進行靜置沉淀;靜置沉淀結束之后,反應器運行控制器(6.2)通過(6.3)排水閥信號接收口打開電磁排水閥(1.3)或(1.4)或(1.5進行排水,將上清液排出至出水蓄水池(4)。當反應器內水位下降到預設水位時,自動關閉排水閥,反應器進入閑置狀態,等待開始下一周期。

利用上述裝置對硝酸鹽部分還原耦合氨氧化深度處理城市污水二級出水進行實時控制,具體步驟如下:

城市污水蓄水池中的水取自北京市某污水處理廠的粗格柵出水,其水質如下:COD79mg/L~212mg/L:NH4+-N 19mg/L~58mg/L;NO2--N<0.2mg/L;NO3--N 0.1mg/L~0.67mg/L;污水處理廠二級出水蓄水池取自該污水處理廠的好氧池末端出水,其水質如下:COD 6.7mg/L~18.4mg/L:NH4+-N 0.15mg/L~1.13mg/L;NO2--N<0.1mg/L;NO3--N13.8mg/L~35.7mg/L;

(1)接種硝酸鹽至亞硝酸鹽轉化率高于50%的短程反硝化污泥,使SBR反應器內污泥濃度為2500-5000mg/L。開啟進水泵,進入含硝酸鹽廢水,硝酸鹽濃度為10~30mg/L,進水25min、關閉進水泵,開啟攪拌器,缺氧攪拌180min,關閉攪拌器,靜置沉淀40min、排水25min、閑置30min、上清液排水比為40%-60%,接種短程反硝化污泥之后,序批式SBR反應器內初始亞硝酸鹽積累率為50%。

(2)利用傳感器每5min在線采集反應器中COD濃度α、NH4+-N濃度β、NO3--N濃度θ;利用在線流量監測器采集第一進水泵的流量Q1、第二進水泵的流量Q2;SBR反應器的有效容積記為V,當前排水比記為P;所采集的信號由在線參數監測儀和反應控制器的控制面板以數字信號進行顯示,然后輸入自控系統的計算機中,經設定過程控制程序進行數據處理和轉換,以數值信號的形式輸出。

(3)(2)中所述過程控制程序如下:

Ⅰ:記R1=α/θ R2=θ/β R3=Q1/Q2 Q0=Q1+Q2

其中,COD濃度為α、NH4+-N濃度為β、NO3--N濃度為θ,R1為進水過程反應器內COD與NO3--N的質量濃度之比,R2為反應器內NO3--N與NH4+-N的質量濃度之比,R3為污水處理廠二級出水與城市污水的進水體積比,Q0為總進水量。

Ⅱ:如果計算所得的R1<2.0,則將調整信號傳遞給第一進水泵和第二進水泵,提高第一進水泵的轉速,或降低第二進水泵的轉速,直到滿足2.0<R1<3.5。如果R1>3.5,降低第一進水泵的轉速,或提高第二進水泵的轉速,直到滿足2.0<R1<3.5,如果計算得到的R1=2.0或3.5,則不調控進水泵的轉速,按照此時的轉速繼續進水。在此過程中,還必須滿足Q0<VP,保證反應器進水不過量;同時,考慮到城市污水與污水處理廠二級水質波動的情況,R3的數值應該滿足1.0<R3<4.0。

Ⅲ:如果計算所得的R2<1.0,則將調整信號傳遞給第二進水泵,提高第二進水泵的轉速,增大城市污水的進水量,直到滿足1.0<R2<1.8;如果R2>1.8,則降低第二進水泵的轉速,減少城市污水的進水量,直到滿足1.0<R2<1.8。如果計算得到的R2=1.0或1.8,則不調控進水泵的轉速,按照此時的轉速繼續進水。

IV:如果按照所給算法計算輸出的R1和R2參數不能同時滿足設定范圍,則優先滿足R2設定值,在1.0<R2<1.8基礎上,若R1小于或者等于2.0,則開啟外碳源投加泵,2.0<R1<3.5時停止投加外碳源;若R1大于或者等于3.5,調用過程控制程序,在pH曲線上升第二峰值點結束反應。本調控過程一直持續到進水結束。

V:計算該周期內亞硝酸鹽增加量與硝酸鹽減少量的比值,若比值大于或者等于70%,則下一周期過程控制的R1、R2與本周期的R1、R2保持一致。若比值<70%,則返回步驟I,控制程序的邏輯流程詳見圖1。

長期試驗結果表明:

硝酸鹽部分還原耦合氨氧化城市污水二級出水深度處理的裝置能夠穩定運行,安裝的計算機自動控制系統能夠對該反應過程進行實時控制,充分利用城市污水中的有機碳源,使序批式SBR反應器內短程反硝化反應和后續厭氧氨氧化過程基質濃度保持在最佳狀態,使亞硝酸鹽的產生效率從剛接種的平均50%提高到平均70%以上,并穩定運行7天以上。出水COD小于20mg/L,NO3--N小于5mg/L。

以上對本發明所提供的一種硝酸鹽部分還原耦合氨氧化實現城市污水二級出水深度處理的裝置及實時控制方法進行了詳細介紹,本文中應用具體個例對本發明的原理及實施方法進行了闡述,以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明及其核心思想;同時,對于本領域的一般技術人員,依據本發明的思想,在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之初、處,綜上所述,本說明書內容不應理解為對本發明的限制。

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