專利名稱：含氨廢水硝化過程中氮損失量的確定方法
技術領域：
本發明涉及一種含氨廢水硝化過程中氮損失量的確定方法。通過所構建的數學模型快速確定氮損失量，可直接應用于廢水硝化過程中氮素的物料平衡計算。
背景技術：
在廢水生物脫氮工藝中，硝化反應過程是必不可少的環節。為了對硝化反應器進行有效調控，需要建立反應器運行過程的動力學模型，而氮素的物料平衡方程是建立動力學模型的重要前提。在進行氮素的物料平衡時，總會發現硝化過程有氮損失。研究證明，曝氣過程中的氨逃逸是導致系統中氮損失的重要原因。目前，尚未建立有效的方法來快速確定氮損失量，因而無法確定硝化過程中氮素的物料平衡方程，直接影響到反應器動力學模型的建立和硝化反應器的放大。
發明內容
本發明的目的是提供一種含氨廢水硝化過程中氮損失量的確定方法。
方法的步驟如下1)啟動硝化反應器采用逐漸提高氨氮負荷的方法啟動硝化反應器，開始時進水氨氮濃度為5～6mmol/L，之后逐步增加氨氮濃度。將溫度控制在28～32℃，pH控制在7.8-8.2，DO控制在2.5～3.0mg/L，氨氮去除率直至95～100％；2)測定模型待定系數KNH3的值向反應器中加入5～10mg/L的解偶聯劑，微生物被抑制后，保持反應器中溫度為28～32℃、pH值為7.8～8.2，分別測定反應器中氨氮濃度為1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、7mmol/L、9mmol/L時的氮損失速率，由獲得的5組數據對氮損失模型進行擬合，得到待定系數KNH3的值；3)停止加入解偶聯劑，硝化細菌的活性恢復正常，反應器運行穩定時，測定反應器中的溫度t、pH值以及氨氮濃度C0，每次測定設三個重復，當三個測定值相對誤差的絕對值小于5％時，以3個測定值的平均值作為測定結果。
4)根據已知的KNH3及穩定運行時的溫度t、pH值以及氨氮濃度C0，直接計算出硝化過程的氮損失量。
本發明的優點是提出了一種簡捷的確定含氨廢水硝化過程中氮損失量的方法。實際操作中，只需監測反應器中的氨氮濃度C0、溫度t、pH值這三個常見的易于測定的狀態參數，就能快速而有效地確定硝化過程的氮損失量。具體實施結果表明，該方法簡便易行，具有較高的準確性。
具體實施例方式
含氨廢水硝化過程中，氨逃逸導致氮損失，由于尚未建立有效的方法來快速確定氮損失量，因而無法確定硝化過程中氮素的物料平衡方程，直接影響到反應器動力學模型的建立及反應器的調控。為了解決目前無法快速確定硝化過程中氮損失量的問題，本發明提供了一種新的模型確定方法。該方法只需提供幾個常見的易于測定的狀態參數，就能快速而準確地計算出硝化過程中的氮損失量，可直接應用于氮素的物料平衡方程。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是基于雙膜理論和熱力學原理，構建了硝化反應器運行過程中氮損失速率的機理性數學模型，可表示為VL=KNH3C01+exp(6250.902273.15+t-2.303pH+0.335).]]>其中，反應器中的氨氮濃度C0、溫度t、pH值是決定穩態運行時氮損失量的三個狀態參數，KNH3為模型中的待定系數，與具體操作方式、混合液的理化性質以及反應器的內部結構有關，穩態運行時基本衡定，而與穩態運行時各狀態參數無關。本發明通過以下具體步驟來確定氮損失量1)啟動硝化反應器采用逐漸提高氨氮負荷的方法啟動硝化反應器，開始時進水氨氮濃度為5～6mmol/L，之后逐步增加氨氮濃度。將溫度控制在28～32℃，pH控制在7.8-8.2，DO控制在2.5～3.0mg/L，以促進整個硝化細菌菌群的快速增長，富集足量的硝化細菌。當氨氮去除率達到95％以上且穩定運行時，視為啟動成功。
2)為方便測定模型待定系數KNH3的值，向反應器中加入一定量的解偶聯劑(2，4-二硝基酚)，在短時間內抑制硝化細菌的微生物反應以消除實驗誤差；3)微生物被抑制后，保持反應器中溫度t、pH值基本恒定，測定此時反應器中的氨氮濃度C0隨時間的變化，獲得5～7個氨氮濃度下的氮損失速率；4)由3)中獲得的數據，對所建模型進行擬合，得到模型待定系數KNH3的值。
5)在硝化細菌的活性恢復正常，反應器運行穩定的情況下，測定反應器中的溫度t、pH值以及氨氮濃度C0。為保證C0測定的準確性，每次測定設三個重復，當三個測定值相對誤差的絕對值小于5％時，以3個測定值的平均值作為測定結果。
6)根據已知的KNH3及穩定運行時的溫度t、pH值以及氨氮濃度C0，可直接計算出硝化過程的氮損失量。
本發明的有益效果是將氮損失量與硝化反應器運行過程中的常見狀態參數相關聯，提出了一種簡捷的確定含氨廢水硝化過程中氮損失量的方法，為硝化過程中氮素的物料平衡方程的建立提供了有力依據。
實施例11)以模擬含氨廢水作為處理對象，啟動內循環流化床硝化反應器。啟動過程中，開始時進水中的氨氮濃度為5mmol/L，之后進水中的氨氮濃度逐步增加到30mmol/L。將溫度控制在28℃左右，pH控制在7.8左右，DO控制在2.5mg/L左右，以富集足量的硝化細菌。當氨氮去除率達到95％以上且穩定運行時，視為啟動成功；2)向反應器中加入5mg/L的解偶聯劑(2，4-二硝基酚)，在短時間內抑制硝化細菌的微生物反應；3)保持反應器中溫度為28℃、pH值為7.8，分別測定反應器中氨氮濃度為1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、7mmol/L、9mmol/L時的氮損失速率，由獲得的5組數據對氮損失模型進行擬合，得到待定系數KNH3的值；4)保持反應器穩定運行，采用較為復雜的間接方法測定氮損失量(即氮損失量＝進水中的氨氮量-反應器中的無機氮增加量-出水中的無機氮量-反應過程中增加的微生物細胞的含氮量)，得到以下五個狀態(①溫度27.3℃、pH值7.86，反應器中氨氮濃度1.96mmol/L；②溫度28.2℃、pH值8.12，反應器中氨氮濃度1.32mmol/L；③溫度28.5℃、pH值8.05，反應器中氨氮濃度2.10mmol/L；④溫度26.5℃、pH值8.20，反應器中氨氮濃度3.51mmol/L；⑤溫度27.0℃、pH值8.08，反應器中氨氮濃度2.79mmol/L)下24h的氮損失量分別為1.422mmol、2.013mmol、2.493mmol、5.037mmol、3.075mmol。而用本發明公開的方法可直接計算得到上述五個狀態下的氮損失量分別為1.489mmol、1.862mmol、2.602mmol、5.260mmol、3.348mmol。兩種方法的相對誤差分別為4.71％、7.50％、4.36％、4.43％、8.89％，平均相對誤差僅為5.98％。
實施例21)以模擬含氨廢水作為處理對象，啟動內循環流化床硝化反應器。啟動過程中，開始時進水中的氨氮濃度為5mmol/L，之后進水中的氨氮濃度逐步增加到30mmol/L。將溫度控制在30℃左右，pH控制在8.0左右，DO控制在2.8mg/L左右，以富集足量的硝化細菌。當氨氮去除率達到95％以上且穩定運行時，視為啟動成功；2)向反應器中加入7mg/L的解偶聯劑(2，4-二硝基酚)，在短時間內抑制硝化細菌的微生物反應；3)保持反應器中溫度為30℃、pH值為8.0，分別測定反應器中氨氮濃度為1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、7mmol/L、9mmol/L時的氮損失速率，由獲得的5組數據對氮損失模型進行擬合，得到待定系數KNH3的值；4)保持反應器穩定運行，采用較為復雜的間接方法測定氮損失量(即氮損失量＝進水中的氨氮量-反應器中的無機氮增加量-出水中的無機氮量-反應過程中增加的微生物細胞的含氮量)，得到以下五個狀態(①溫度30.1℃、pH值7.92，反應器中氨氮濃度1.68mmol/L；②溫度28.6℃、pH值8.05，反應器中氨氮濃度2.16mmol/L；③溫度29.7℃、pH值8.11，反應器中氨氮濃度3.53mmol/L；④溫度31.5℃、pH值7.95，反應器中氨氮濃度2.41mmol/L；⑤溫度30.5℃、pH值8.02，反應器中氨氮濃度3.19mmol/L)下24h的氮損失量分別為1.839mmol、2.531mmol、4.990mmol、3.041mmol、3.918mmol。而用本發明公開的方法可直接計算得到上述五個狀態下的氮損失量分別為1.743mmol、2.693mmol、5.352mmol、2.914mmol、4.205mmol。兩種方法的相對誤差分別為5.21％、6.39％、7.26％、4.17％、7.34％，平均相對誤差僅為6.07％。
實施例31)以市政污水處理廠的高氨氮污泥濾液作為處理對象，啟動內循環流化床硝化反應器。啟動過程中，先將原廢水稀釋至氨氮濃度為6mmol/L，之后逐步降低含氨廢水的稀釋倍數以增加進水中的氨氮濃度，直至進水氨氮濃度達到30mmol/L或直接以原廢水作為進水。將溫度控制在32℃左右，pH控制在8.2左右，DO控制在3.0mg/L左右，以富集足量的硝化細菌。當氨氮去除率達到95％以上且穩定運行時，視為啟動成功；2)向反應器中加入10mg/L的解偶聯劑(2，4-二硝基酚)，在短時間內抑制硝化細菌的微生物反應；3)保持反應器中溫度為32℃、pH值為8.2，分別測定反應器中氨氮濃度為1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、7mmol/L、9mmol/L時的氮損失速率，由獲得的5組數據對氮損失模型進行擬合，得到待定系數KNH3的值；4)保持反應器穩定運行，采用較為復雜的間接方法測定氮損失量(即氮損失量＝進水中的氨氮量-反應器中的無機氮增加量-出水中的無機氮量-反應過程中增加的微生物細胞的含氮量)，得到以下五個狀態(①溫度32.3℃、pH值8.16，反應器中氨氮濃度2.69mmol/L；②溫度31.2℃、pH值8.27，反應器中氨氮濃度1.65mmol/L；③溫度30.9℃、pH值8.15，反應器中氨氮濃度3.20mmol/L；④溫度33.0℃、pH值8.20，反應器中氨氮濃度4.28mmol/L；⑤溫度32.5℃、pH值8.31，反應器中氨氮濃度3.64mmol/L)下24h的氮損失量分別為4.863mmol、3.624mmol、6.099mmol、10.280mmol、9.014mmol。而用本發明公開的方法可直接計算得到上述五個狀態下的氮損失量分別為5.292mmol、3.796mmol、5.673mmol、9.507mmol、9.754mmol。兩種方法的相對誤差分別為8.82％、4.73％、6.97％、7.51％、8.21％，平均相對誤差僅為7.25％。
由實施例可知，本發明公開的一種含氨廢水硝化過程中氮損失量的確定方法簡便易行，具有較高的準確性。
權利要求
1.一種含氨廢水硝化過程中氮損失量的確定方法，其特征在于，方法的步驟如下1)啟動硝化反應器采用逐漸提高氨氮負荷的方法啟動硝化反應器，開始時進水氨氮濃度為5～6mmol/L，之后逐步增加氨氮濃度。將溫度控制在28～32℃，pH控制在7.8-8.2，DO控制在2.5～3.0mg/L，氨氮去除率直至95～100％；2)測定模型待定系數KNH3的值向反應器中加入5～10mg/L的解偶聯劑，微生物被抑制后，保持反應器中溫度為28～32℃、pH值為7.8～8.2，分別測定反應器中氨氮濃度為1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、7mmol/L、9mmol/L時的氮損失速率，由獲得的5組數據對氮損失模型進行擬合，得到待定系數KNH3的值；3)停止加入解偶聯劑，硝化細菌的活性恢復正常，反應器運行穩定時，測定反應器中的溫度t、pH值以及氨氮濃度C0，每次測定設三個重復，當三個測定值相對誤差的絕對值小于5％時，以3個測定值的平均值作為測定結果。4)根據已知的KNH3及穩定運行時的溫度t、pH值以及氨氮濃度C0，直接計算出硝化過程的氮損失量。
2.根據權利要求1所述的一種含氨廢水硝化過程中氮損失量的確定方法，其特征在于所說的解偶聯劑為2，4-二硝基酚。
3.根據權利要求1所述的一種含氨廢水硝化過程中氮損失量的確定方法，其特征在于所說的氮損失模型為KNH3C01+exp(6250.902273.15+t-2.303pH+0.335).]]>
全文摘要
本發明公開了一種含氨廢水硝化過程中氮損失量的確定方法。方法的步驟如下1)啟動硝化反應器；2)加入解偶聯劑抑制硝化細菌的活性，測定模型待定系數
文檔編號C02F3/30GK1562807SQ20041001747
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月2日 優先權日2004年4月2日
發明者鄭平, 盧剛 申請人:浙江大學