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制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于污水处理
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术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。本专利技术的第一个目的是提供一种自动确定反硝化外加碳源投加比的装置。本专利技术提供的一种自动确定反硝化外加碳源投加比的装置，包括，反应系统，用于模拟活性污泥脱氮的反硝化缺氧环境；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，用于监测反应系统中的溶解氧浓度和硝氮浓度；碳源投加系统，用于向所述反应系统内投加碳源；控制系统，用于控制所述反应系统中活性污泥的进入、所述搅拌系统的搅拌、所述在线监测系统监测数据的传输、所述碳源投加系统碳源的投加；数据采集和处理系统，用于采集和处理由所述控制系统传输的监测数据，自动确定反硝化外加碳源投加比。进一步地，所述自动确定反硝化外加碳源投加比的装置中，所述反应系统包括活性污泥生物反应器和进水泵；所述控制系统通过控制所述进水泵控制所述反应系统中活性污泥的进入；所述搅拌系统包括搅拌器和变频控制器；所述控制系统通过控制所述变频控制器控制所述搅拌器；所述在线监测系统包括溶解氧传感器探头、硝氮传感器探头和显示存储器；所述控制系统通过控制所述显示存储器传输所述在线监测系统的监测数据；所述碳源投加系统包括碳源加药泵和电磁流量计；所述控制系统通过控制所述碳源加药泵和所述电磁流量计控制所述碳源投加系统碳源的投加；所述数据采集与处理系统包括上位机。更进一步地，所述自动确定反硝化外加碳源投加比的装置中，所述活性污泥生物反应器的进水口通过设有所述进水泵的管路与进水电磁阀连接；所述进水泵与所述控制系统连接；所述搅拌器固定于所述活性污泥生物反应器中；所述搅拌器与所述变频控制器连接；所述变频控制器与所述控制系统连接；所述溶解氧传感器探头和所述硝氮传感器探头均置于所述活性污泥生物反应器中；所述溶解氧传感器探头和所述硝氮传感器探头分别与所述显示存储器连接；所述显示存储器与所述控制系统连接；所述碳源加药泵的进水端通过管路与碳源存储罐连接，所述碳源加药泵的出水端通过管路与所述电磁流量计连接，所述电磁流量计的出水端通过管路进入所述活性污泥生物反应器；所述电磁流量计和所述碳源加药泵与所述控制系统连接；所述上位机与所述控制系统连接。上述自动确定反硝化外加碳源投加比的装置中，所述搅拌器宜为小直径高转速的搅拌器，所述搅拌器的叶轮宜选桨式或涡轮式。上述自动确定反硝化外加碳源投加比的装置中，所述DO传感器可为采用荧光法测量技术测量DO浓度的传感器。上述自动确定反硝化外加碳源投加比的装置中，所述硝氮传感器可为采用紫外光谱法测量硝氮浓度的传感器。本专利技术的第二个目的是提供一种自动确定反硝化外加碳源最优投加比的方法。本专利技术提供的利用上述任一项所述的装置自动确定反硝化外加碳源最优投加比的方法，包括如下步骤：S1、进水：控制活性污泥进入所述反应系统；S2、搅拌：根据所述监测系统监测的溶解氧浓度，控制所述搅拌系统的搅拌速度保持污泥完全混合且维持溶解氧为0mg/L；S3、添加氮源：在所述反应系统中添加硝酸盐氮；S4、计算并设定外碳源投加量：采用公式(1)计算并设定投加到反应系统后的外碳源浓度：COD1＝4.29(N0-Ns)/n(1)公式(1)中，COD1表示投加到反应系统后的外碳源浓度，单位为mgCOD/L；N0表示投加到反应系统的硝酸盐氮浓度，单位为mgNO3-N/L；Ns表示反硝化反应达到稳定时反应系统的硝酸盐氮浓度，单位为mgNO3-N/L；n表示碳源投加次数；S5、单次投加碳源：控制所述碳源投加系统，按照设定投加量COD1单次投加碳源；控制所述在线监测系统，监测所述反应系统内的硝氮浓度；按照设定的时间点提取监测的硝酸盐氮浓度，确定反硝化稳定阶段的起始时间，提取该起始时间对应的硝酸盐氮浓度；根据公式(2)自动计算单次投加碳源的最优投加比：ΔCOD/ΔN＝COD1/(N0-Nt0)(2)公式(2)中，ΔCOD/ΔN表示单次投加碳源的最优投加比；COD1表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动确定反硝化外加碳源投加比的装置，包括，/n反应系统，用于模拟活性污泥脱氮的反硝化缺氧环境；/n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；/n在线监测系统，用于监测反应系统中的溶解氧浓度和硝氮浓度；/n碳源投加系统，用于向所述反应系统内投加碳源；/n控制系统，用于控制所述反应系统中活性污泥的进入、所述搅拌系统的搅拌、所述在线监测系统监测数据的传输、所述碳源投加系统碳源的投加；/n数据采集和处理系统，用于采集和处理由所述控制系统传输的监测数据，自动确定反硝化外加碳源投加比。/n

【技术特征摘要】
1.一种自动确定反硝化外加碳源投加比的装置，包括，
反应系统，用于模拟活性污泥脱氮的反硝化缺氧环境；
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，用于监测反应系统中的溶解氧浓度和硝氮浓度；
碳源投加系统，用于向所述反应系统内投加碳源；
控制系统，用于控制所述反应系统中活性污泥的进入、所述搅拌系统的搅拌、所述在线监测系统监测数据的传输、所述碳源投加系统碳源的投加；
数据采集和处理系统，用于采集和处理由所述控制系统传输的监测数据，自动确定反硝化外加碳源投加比。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述反应系统包括活性污泥生物反应器和进水泵；所述控制系统通过控制所述进水泵控制所述反应系统中活性污泥的进入；
所述搅拌系统包括搅拌器和变频控制器；所述控制系统通过控制所述变频控制器控制所述搅拌器；
所述在线监测系统包括溶解氧传感器探头、硝氮传感器探头和显示存储器；所述控制系统通过控制所述显示存储器传输所述在线监测系统的监测数据；
所述碳源投加系统包括碳源加药泵和电磁流量计；所述控制系统通过控制所述碳源加药泵和所述电磁流量计控制所述碳源投加系统碳源的投加；
所述数据采集与处理系统包括上位机。


3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述活性污泥生物反应器的进水口通过设有所述进水泵的管路与进水电磁阀连接；所述进水泵与所述控制系统连接；
所述搅拌器固定于所述活性污泥生物反应器中；所述搅拌器与所述变频控制器连接；所述变频控制器与所述控制系统连接；
所述溶解氧传感器探头和所述硝氮传感器探头均置于所述活性污泥生物反应器中；所述溶解氧传感器探头和所述硝氮传感器探头分别与所述显示存储器连接；所述显示存储器与所述控制系统连接；
所述碳源加药泵的进水端通过管路与碳源存储罐连接，所述碳源加药泵的出水端通过管路与所述电磁流量计连接，所述电磁流量计的出水端通过管路进入所述活性污泥生物反应器；所述电磁流量计和所述碳源加药泵与所述控制系统连接；
所述上位机与所述控制系统连接。


4.利用权利要求1-3中任一项所述的装置自动确定反硝化外加碳源最优投加比的方法，包括如下步骤：
S1、进水：控制活性污泥进入所述反应系统；
S2、搅拌：根据所述监测系统监测的溶解氧浓度，控制所述搅拌系统的搅拌速度保持污泥完全混合且维持溶解氧为0mg/L；
S3、添加氮源：在所述反应系统中添加硝酸盐氮；
S4、计算并设定外碳源投加量：
采用公式(1)计算并设定投加到反应系统后的外碳源浓度：
COD1＝4.29(N0-Ns)/n(1)
公式(1)中，COD1表示投加到反应系统后的外碳源浓度，单位为mgCOD/L；N0表示投加到反应系统的硝酸盐氮浓度，单位为mgNO3-N/L；Ns表示反硝化反应达到稳定时反应系统的硝酸盐氮浓度，单位为mgNO3-N/L；n表示碳源投加次数；
S5、单次投加碳源：
控制所述碳源投加系统，按照设定投加量COD1单次投加碳源；
控制所述在线监测系统，监测所述反应系统内的硝氮浓度；按照设定的时间点提取监测的硝酸盐氮浓度，确定反硝化稳定阶段的起始时间，提取该起始时间对应的硝酸盐氮浓度；根据公式(2)自动计算单次投加碳源的最优投加比：
ΔCOD/ΔN＝COD1/(N0-Nt0)(2)
公式(2)中，ΔCOD/ΔN表示单次投加碳源的最优投加比；COD1表示投加到反应系统内的外碳源浓度，单位为mgCOD/L；N0表示投加到反应系统的硝酸盐氮浓度，单位为mgNO3-N/L；Nt0表示反硝化稳定阶段起始时间的硝酸盐氮浓度t0对应的硝酸盐氮的浓度，单位为mgN...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱勇，刘雪洁，田宇心，
申请(专利权)人：清华苏州环境创新研究院，清华大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32