基于精准控制氧气输入的污水处理装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于精准控制氧气输入的污水处理装置，包括反应器本体、第一水泵、第二水泵以及控制两个水泵的控制单元，反应器本体的底部设置活性污泥，还包括推动反应器本体内污水循环流动形成空气‑水界面扰动和氧气浓度差的第一扰动装置，第一扰动装置与控制单元相连，为提高污水处理效果，还可在本装置上设置对反应器本体内污水表面形成空气‑水界面扰动和氧气浓度差的第二扰动装置；本申请还提供了一种基于精准控制氧气输入的污水处理装置的污水处理方法，实现了精确控制传输氧气量约等于理论需要量，确保好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的高活性，有效抑制亚硝酸盐氧化菌的活性，最终保证了长期、稳定、高效的污水脱氮效果。

Sewage treatment device and method based on precise control of oxygen input

【技术实现步骤摘要】
基于精准控制氧气输入的污水处理装置及方法
本专利技术涉及污水处理
，尤其涉及一种基于精准控制氧气输入的污水处理装置及方法。
技术介绍
随着人口的增长和人们生活水平的提高导致大量氨氮排放到水体中，氨氮是导致水体富营养化的主要污染物之一，水体富营养化频繁引发公共安全事件，消减氨氮及总氮排放是我国水环境保护的主要难题之一。常用的消减氨氮及总氮的工艺为生物脱氮技术，以硝化--异养反硝化为基础，以氧气为电子受体通过好氧氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌将废水中的氨氮逐步氧化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，然后以有机碳为电子供体通过异养反硝化将硝酸盐氮逐步还原为氮气从废水中去除，这种工艺需要消耗大量的氧气和有机碳，导致其经济性不高。厌氧氨氧化工艺作为一种新型的自养生物脱氮技术，不需要氧气和有机物，能够以污水中氨氮和亚硝酸盐氮为底物将其转化为氮气去除，其中，氨氮和亚硝酸盐氮的比例为1：1.3左右时，氨氮和亚硝酸盐氮的去除效果最好。一般污废水中的氮以氨氮为主，亚硝酸盐含量很低，所以厌氧氨氧化反应需要结合部分亚硝化反应，通过好氧氨氧化菌将大约57％的氨氮氧化为亚硝酸盐氮，一体式部分亚硝化--厌氧氨氧化工艺将亚硝化和厌氧氨氧化结合在一起，在同一个反应器中实现，和传统的硝化--异养反硝工艺相比，一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺能够减少63％的氧气需求(通过曝气提供)、100％的有机碳消耗和80％的污泥产量，是一种非常有前景的生物脱氮技术。一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺需要保证厌氧氨氧化菌和好氧氨氧化菌活性的同时，抑制亚硝酸盐氧化菌的活性，对于曝气的适当控制是实现一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺高效稳定运行的关键之一。氧气是和好氧氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的必需物，同时也是厌氧氨氧化菌的抑制物。实际运行中，不当的曝气会破坏反应器中微生物间的平衡，导致反应器脱氮效率下降，甚至反应器的崩溃：过高的曝气会促进亚硝酸盐氧化菌生长，抑制厌氧氨氧化菌，导致硝酸盐积累；过低的曝气降低好氧氨氧化菌的活性，导致氨氮的积累。现行的一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器中常采用传统的曝气手段为反应器中的好氧氨氧化菌等提供氧气，传统的曝气装置通常由风机、管道、阀门、扩散器、控制设备等组成，风机将空气压缩并将压缩空气通过管道、扩散器输送至反应器的污水中，使压缩空气溶解于污水中形成溶解氧，微生物，如好氧氨氧化菌，利用溶解氧进行氧化氨氮和亚硝酸盐氮的活动；控制设备通常由在线监测传感器(用于监测氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、溶解氧等的浓度以及pH、氧化还原电位等)、仪表、分布控制装置(接收来自仪表的信号和发出控制指令)及流量计等组成，控制装置通过监测反应器中的溶解氧、氧化还原电位、氮浓度、pH等指标间接评估曝气量的大小以及与曝气需求的关系，进而通过调节曝气流量等调节曝气量。曝气控制设备分析传感器发送的信号并发送指令到空气阀门等调控曝气速率，然后再根据传感器发送的信号执行打开、关小或者关停阀门等动作。然而这种使用传统曝气手段的一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺依赖于复杂的控制设备和算法，并不总是可靠和可控的。一方面是因为间接估计得到的曝气量和曝气需求的大小关系总是和实际情况有一定差距；另一方面，这种估计依赖于多种在线传感器的可靠性，而传感器的可靠性在实际运行中并不能得到保证，尤其是现行传感器对低浓度的氨氮浓度测定的可靠性不能保证，这会影响对氧气输入的控制。所以实际运行中的一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器，不能根据需求准确供应曝气是一大困难，导致曝气量与曝气需求量总是存在差距，处理效果的下降。根据对实际运行中采用传统曝气手段的一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器运行情况的调研，30％的反应器经历过持续数天至数星期的氨氮积累(曝气量<曝气需求量)，50％的反应器经历过持续数天的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的积累(曝气量>曝气需求量)。总的来说，使用传统的曝气手段的一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化装置存在的缺点有：不对脱氮的理论需氧量及实际氧气输入量进行测定评估，不能精准控制供氧量来满足需氧量，氧气供应控制的可靠性得不到保证，需要复杂的供应及监测控制设备等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决了一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化反应器中曝气量总是与曝气需求量存在差距的问题，还解决了如何测定去除氨氮的理论需氧量以及如何精准控制氧气输入量使其大致等于理论需氧量，在保证好氧氨氧化菌活性的同时，抑制亚硝酸盐氧化菌的活性，减少对厌氧氨氧化菌的抑制，进而保证稳定高效的脱氮效果，提供了一种基于精准控制氧气输入的污水处理装置及方法。为实现上述目的，本申请提供了一种基于精准控制氧气输入的污水处理装置，包括反应器本体、第一水泵、第二水泵以及控制所述第一水泵和所述第二水泵的控制单元，所述反应器本体的底部设置活性污泥，还设置了推动所述反应器本体内污水循环流动形成空气-水界面扰动和氧气浓度差的第一扰动装置，所述第一扰动装置与所述控制单元相连。作为本申请的进一步改进，还包括设置在所述反应器本体内污水表面形成空气-水界面扰动和氧气浓度差的第二扰动装置。作为本申请的进一步改进，所述第一扰动装置由第三水泵和与所述第三水泵相连使所述反应器本体内上部污水循环导入所述反应器本体底部的管道组成。作为本申请的进一步改进，所述第二扰动装置为设在与所述第三水泵相连的出水管道的路径上并将部分循环污水喷淋到所述反应器本体内污水表面的喷淋装置。作为本申请的进一步改进，所述喷淋装置至少为1个。作为本申请的进一步改进，所述反应器本体为圆筒形。为实现上述目的，本申请还提供了一种基于精准控制氧气输入的污水处理装置的污水处理方法，包括如下步骤：S1、计算待处理污水的理论需氧量：首先，测量所述待处理污水中的氨氮浓度和所述待处理污水的体积，计算所述待处理污水中的总氨氮质量；其次，根据亚硝化反应中氨氮与氧气反应的计量关系，计算消耗掉所述待处理污水中57％的氨氮所需要的氧气质量，即为理论需氧量，亚硝化反应中消耗掉氨氮的化学反应方程式如公式1：S2、建立处理步骤S1中所述待处理污水的第一扰动装置的调节参数、第二扰动装置的调节参数和实际氧气输入量之间的数学关系：首先，实际氧气输入量的计算方程式如公式2：实际氧气输入量，其中，Cs表示待处理污水的饱和溶解氧浓度，Ct表示待处理污水在t时间时的溶解氧浓度，C0表示待处理污水在0时间时的溶解氧浓度，V为待处理污水的体积，kLa表示待处理污水的氧传质系数；其次，根据实际氧气输入量的方程式推导并计算所述待处理污水的氧传质系数，计算方程式如公式3：根据计算出的氧传质系数，再应用到公式2中，进一步推导出实际氧气传输量；根据已知参数应用回归分析法建立实际氧气输入量与第一扰动装置的调节参数和第二扰动装置的调节参数之间的数学逻辑关系；S3、对步骤S1中的所述待处理污水进行处理：处理顺序依次包括进水阶段、反应阶段、闲置阶段和出水阶段；所述进水阶段中，将所述待处理污水导入底部已接种好氧氨氧化菌、厌氧氨氧化菌、亚硝酸盐氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于精准控制氧气输入的污水处理装置，其特征在于，包括反应器本体(1)、第一水泵(2)、第二水泵(3)以及控制所述第一水泵(2)和所述第二水泵(3)的控制单元(4)，所述反应器本体(1)的底部设置活性污泥(5)，还设置了推动所述反应器本体(1)内污水循环流动形成空气-水界面扰动和氧气浓度差的第一扰动装置(6)，所述第一扰动装置(6)与所述控制单元(4)相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于精准控制氧气输入的污水处理装置，其特征在于，包括反应器本体(1)、第一水泵(2)、第二水泵(3)以及控制所述第一水泵(2)和所述第二水泵(3)的控制单元(4)，所述反应器本体(1)的底部设置活性污泥(5)，还设置了推动所述反应器本体(1)内污水循环流动形成空气-水界面扰动和氧气浓度差的第一扰动装置(6)，所述第一扰动装置(6)与所述控制单元(4)相连。


2.如权利要求1所述的基于精准控制氧气输入的污水处理装置，其特征在于，还包括设置在所述反应器本体(1)内污水表面形成空气-水界面扰动和氧气浓度差的第二扰动装置(7)。


3.如权利要求2所述的基于精准控制氧气输入的污水处理装置，其特征在于，所述第一扰动装置(6)由第三水泵(9)和与所述第三水泵(9)相连使所述反应器本体(1)内上部污水循环导入所述反应器本体(1)底部的管道(8)组成。


4.如权利要求3所述的基于精准控制氧气输入的污水处理装置，其特征在于，所述第二扰动装置(7)为设在与所述第三水泵(9)相连的出水管道的路径上并将部分循环污水喷淋到所述反应器本体(1)内污水表面的喷淋装置(10)。


5.如权利要求4所述的基于精准控制氧气输入的污水处理装置，其特征在于，所述喷淋装置(10)至少为1个。


6.如权利要求1所述的基于精准控制氧气输入的污水处理装置，其特征在于，所述反应器本体(1)为圆筒形。


7.一种根据权利要求2所述的基于精准控制氧气输入的污水处理装置的污水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、计算待处理污水的理论需氧量：首先，测量所述待处理污水中的氨氮浓度和所述待处理污水的体积，计算所述待处理污水中的总氨氮质量；其次，根据亚硝化反应中氨氮与氧气反应的计量关系，计算消耗掉所述待处理污水中57％的氨氮所需要的氧气质量，即为理论需氧量，亚硝化反应中消耗掉氨氮的化学反应方程式如公式1：



S2、建立处理步骤S1中所述待处理污水的第一扰动装置(6)的调节参数、第二扰动装置(7)的调节参数和实际氧气输入量之间的数学关系：首先，实际氧气输入量的计算方程式如公式2：...

【专利技术属性】
技术研发人员：占新民，邱松凯，
申请(专利权)人：苏州业华环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32