[發明專利]一種強化循環式活性污泥法脫氮的實時控制方法

有效

• 申請號: 200710177458.4
• 申請日: 2007-11-16
• 公開（公告）號: CN101182074A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發明（設計）人: 彭永臻;王少坡;馬娟;甘一萍;常江
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C02F3/30
• 分類號: C02F3/30;C02F3/12;G05B19/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種強化循環式活性污泥法脫氮性能的實時控制方法，屬于SBR法及其變型工藝污水生物脫氮技術領域，適用于城市污水深度處理。

背景技術

污水生物脫氮技術是當今水污染控制領域中的一個重要研究方向，已引起世界各國的普遍關注。由于常規的活性污泥工藝硝化作用不完全，反硝化作用則幾乎不發生，總氮的去除率僅在10％～30％之間。因此，對于城市污水，若采用常規的活性污泥法處理，出水中還含有大量的氮和磷，隨著地表水體“富營養化”現象的日益突出，促使人們對常規活性污泥工藝進行改造，以提高氮、磷的去除率。最具有代表性的就是A/O法、A2/O法等工藝，這些工藝在廢水脫氮除磷方面起到了一定作用，但同時也暴露出一些問題。如系統為維持較高的硝化細菌的濃度，必須進行污泥回流和硝化液回流，增加了運行成本和能源消耗，另一方面，工藝中增加了厭氧和缺氧段的處理構筑物，使得整個工藝的基建投資和占地面積增加。因此，研究開發高效、低能耗的生物脫氮工藝和裝置已成為當前水處理界重要的研究課題。

生物脫氮過程主要由兩段工藝共同完成，即通過硝化作用將氨氮轉化為硝酸鹽氮，再通過反硝化作用將硝酸鹽氮轉化為氮氣從水中逸出。在硝化階段，氨氮被轉化成硝酸鹽是由兩類獨立的細菌催化完成的兩個不同反應，首先由亞硝化菌(Nitrosomonas)將氨氮轉化為亞硝酸鹽(NO2-)，然后由硝化菌(Nitrobacter)將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽(NO3-)。傳統生物脫氮過程中硝化作用的最終產物是硝酸鹽，反硝化作用以NO3-為電子受體。實際上，從氮的微生物轉化過程來看，氨被氧化為硝酸鹽是由兩類獨立的細菌催化完成的兩個不同反應，應該可以分開。對于反硝化菌，無論是亞硝酸鹽還是硝酸鹽均可以作為最終受氫體，因而整個生物脫氮過程也可以經NH4+→NO2-→N2這樣的途徑完成，人們把經此途徑進行脫氮的技術定義為短程硝化反硝化生物脫氮工藝。從反應歷程來看，短程硝化-反硝化比全程硝化-反硝化減少兩步，因而它節省了好氧階段供氧量25％左右；節約反硝化所需碳源40％左右；減少污泥生成量；減少硝化過程的投堿量；縮短反應時間，相應地減少了反應器容積30％～40％左右。因此，該工藝對于實際工程應用具有重要意義。

但是，到目前為止，經NO2-途徑在實際工程中實現生物脫氮的成功應用并不多見。其主要原因是影響NO2-積累的控制因素比較復雜，并且硝酸菌能夠迅速地將NO2-轉化為NO3-，因此，造成已經實現的短程硝化脫氮工藝又恢復為全程硝化過程。

循環式活性污泥法(CAST)是SBR法的一種變形工藝，在SBR的基礎上增設一個生物選擇器，以期取得抑制絲狀菌污泥膨脹發生和良好脫氮除磷效果，然而在實踐中該工藝的脫氮除磷效果多不理想。

所要解決的技術問題

在現有的CAST工藝中，進水-反應、沉淀、排水各階段的時間是固定不變的，例如一個典型的運行周期包括4個小時，其中2小時為進水-曝氣階段，1小時為沉淀階段，另外1小時為排水階段，這樣的運行方式是針對原水的平均水質而確定的。而原水水質是波動變化并不是固定不變的，顯然這種固定的運行方式不是一種優化的方式。例如，當進水中污染物濃度比平均濃度增高時，如果2個小時的進水時間不變，同時曝氣量也不變，那么2個小時的曝氣反應時間就不足；同樣，當進水中污染物濃度降低時，那么2個小時的曝氣反應時間就過多而浪費。而且，2個小時的曝氣反應時間盡管可能滿足硝化反應的需要，但由于沒有足夠的缺氧反硝化時間，總氮的去除效率會受到影響。此外，恒定的好氧曝氣時間也不利于實現短程硝化。因此，為了實現節能降耗，并保證工藝出水水質，需要一種可根據原水水質調節各階段時間的優化運行方式。

發明內容

本發明中所述的循環式活性污泥法脫氮實時控制方法，其特征在于：

增加缺氧攪拌階段，并采用變時長好氧/缺氧的方式運行，而控制好氧曝氣和缺氧攪拌的時間由實時過程控制策略來實現。同時，由于短程硝化反硝化具有節省反應時間、節省能源消耗等優點，所以該方法不僅提高了處理效率、降低了運行成本，而且在進水污染物濃度發生較大變化時，由于采用了在線實時過程控制仍能準確地控制交替好氧/缺氧時間，使整個系統的抗沖擊負荷能力大大提高。