采用液相N2O濃度在線檢測儀判斷SBR工藝亞硝化進程的方法與流程

本發明屬于環境工程技術領域，涉及一種判斷sbr(序批式生物反應器)亞硝化進程的方法，尤其是一種采用液相n2o濃度在線檢測儀判斷sbr工藝亞硝化進程的方法。

背景技術：

短程硝化反硝化生物脫氮工藝是將硝化過程控制在no2^-階段，隨后提供碳源進行反硝化。和傳統的全程硝化反硝化工藝相比，該工藝省去了由no2^-氧化為no3^-和由no3^-還原為no2^-的兩個多余過程，從而在理論上可節省25％的o2和40％的反硝化碳源(以ch3oh為反硝化碳源計)。除此之外，該工藝還具有污泥生成量小、反應器容積小和占地面積小等優點。短程硝化反硝化工藝是目前生物脫氮領域的研究熱點，但由于工程實際應用中難以將nh4⁺-n的氧化控制在no2^--n階段，即實現亞硝化的積累，目前的研究大多仍處于實驗室研究階段。因此，運用sbr反應器實時控制的優點和短程硝化反硝化工藝結合，研究亞硝化的實現、維持和控制問題，無疑具有十分重要的現實意義。其研究成果將為sbr短程脫氮工藝的工程應用和實時控制提供技術支持。

n2o是一種溫室氣體，在亞硝化過程中，n2o主要由不完全氨氧化和氨氧化細菌(aob)的反硝化作用產生。實驗研究發現，短程硝化過程隨著氨的氧化和亞硝態氮的積累會出現液相n2o濃度的升高和再降低的變化規律，且升高和降低的過程近似呈現對稱性，液相n2o濃度曲線特征能夠間接反映氨氧化的進程。因此，可通過對液相n2o濃度的在線監測，以實時判斷溶液中nh4⁺-n氧化反應程度。目前，關于亞硝化過程中n2o的產生的研究甚多，但都未提及n2o可作為控制參數來實現對亞硝化工藝的實時控制這一技術。

污水處理工程的一個顯著發展趨勢是工藝運行由經驗判斷走向定量分析，將在線傳感器與plc(可編程邏輯控制器)應用于各種污水處理過程中，來確定工藝參數和優化運行方案。目前普遍采用的控制參數有ph、do和orp。若采用n2o作為實時控制參數對亞硝化過程進行監控，則可拓寬n2o在線檢測系統在污水處理工程中的適用范圍，并為污水亞硝化反應器的實時控制提供了一個實時觀測性強和可量化的新型控制參數。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種采用液相n2o濃度在線檢測儀判斷sbr亞硝化進程的方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明采用液相n2o濃度在線檢測儀判斷sbr工藝亞硝化進程的方法為：通過在線監測低氧氨氧化過程中液相n2o的濃度曲線，依據曲線特征判斷亞硝化反應完成的時間。

進一步，在曝氣條件下，當n2o的濃度經歷先上升后下降直至下降到接近開始上升時的最低點時，即此點作為亞硝化完成的判斷點，該點對應溶液中亞硝態氮濃度最高，從而實現亞硝態氮的積累和對sbr亞硝化過程的精準控制；如果曝氣時間過長，即超過該點后繼續曝氣，則會導致亞硝態氮向硝態氮的轉化，使得亞硝酸鹽的累積率降低。

進一步，氨的亞硝化過程總是伴隨n2o的先升高和后降低，當n2o接近最低點時，由此判斷亞硝化反應完成的時間點，以達到對亞硝化反應的精準控制，防止亞硝酸鹽被進一步氧化為硝酸鹽，實現亞硝酸鹽的最大累積。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

(1)本發明提出的亞硝化工藝控制參數完全不同于現有技術，為短程硝化工藝的研究和實際工程應用提供了一種有益的方法。

(2)本發明與傳統控制參數相比，n2o作為控制亞硝化完成的參數的優勢為：在線監測的n2o曲線能間接反映氨氧化的進程，且可根據曲線特征預測氨氧化完成所需時間。

(3)本發明拓寬了n2o在線監測系統在污水處理工程的適用范圍，其即可監測溫室氣體的排放，也可輔助工藝運行參數優化。

附圖說明

圖1為本發明氨氧化過程n2o產生途徑及用于監控亞硝化進程示意；

圖2為sbr活性污泥反應器亞硝化階段液相n2o濃度及相關參數變化曲線；

圖3為sbr生物膜反應器亞硝化階段液相n2o濃度及相關參數變化曲線，其中(a)和(b)為兩種氨濃度進水時各參數變化過程曲線。

具體實施方式

參見圖1：本發明采用液相n2o濃度在線檢測儀判斷sbr工藝亞硝化進程的方法，是通過在線監測低氧氨氧化過程中液相n2o的濃度曲線，依據曲線特征判斷亞硝化反應完成的時間。具體為：在曝氣條件下，當n2o的濃度經歷先上升后下降直至下降到接近開始上升時的最低點時，即此點作為亞硝化完成的判斷點(停止曝氣的時間點)。該點對應溶液中亞硝態氮濃度最高，從而實現亞硝態氮的積累和對sbr亞硝化過程的精準控制。如果曝氣時間過長(超過該點后繼續曝氣)則會導致亞硝態氮向硝態氮的轉化，使得亞硝酸鹽的累積率降低。氨的亞硝化過程總是伴隨n2o的先升高和后降低，當n2o接近最低點時，可以由此判斷亞硝化反應完成的時間點，以達到對亞硝化反應的精準控制，防止亞硝酸鹽被進一步氧化為硝酸鹽，實現亞硝酸鹽的最大累積。

以下結合附圖2和圖3，對本發明作進一步的解釋說明：

在氨氧化過程中，當溶液中累積一定量的no2^-后，反應器中開始產生n2o，在一定的曝氣量下，當n2o的產生速率大于曝氣等外界條件引起的溶解態n2o的逸出速率后，溶解態n2o濃度開始逐漸上升，氨以一定的氧化速率逐漸降低，當氨濃度降低到某一濃度后，n2o的產生量也會隨之降低，即隨著氨氧化的進行，溶解態n2o會出現明顯上升、之后再下降的趨勢。綜上，可依據在線監測溶解態n2o的曲線來判斷氨氧化反應的進程，從而選擇合適的曝氣時間，將氨氧化控制在亞硝化階段。

根據利用液相n2o濃度作為控制參數對實驗室sbr亞硝化反應器氨氧化進程判斷的結果可知，隨著氨氧化反應的進行，在線監測的液相n2o確實出現了明顯的上升下降趨勢，且出現的波峰基本對稱。通過定時監測溶液中的氨濃度發現：當n2o下降到開始上升時的最低點時，溶液中氨濃度已降低到2mg/l以下，即此點可作為亞硝化完成的判斷點，同時，溶液中ph和溶解氧在此點快速上升，可知n2o、ph和溶解氧作為控制參數得到的結果一致。由于n2o波峰曲線的對稱性，當觀測到溶液中n2o上升到峰值時即可提前推測氨氧化結束的時間點，即n2o作為控制參數具有前瞻性，優于依據ph和溶解氧的突變以判斷亞硝化完成。

溶液中氨濃度直接影響著n2o的產生，通過在線監測n2o濃度變化可以更清楚直接的探視氨氧化反應進程。

技術特征：

技術總結
本發明公開了一種采用液相N2O濃度在線檢測儀判斷SBR工藝亞硝化進程的方法，該方法通過在線監測氨氧化過程中液相N2O的濃度曲線，依據曲線特征判斷亞硝化反應完成的時間。本發明提出了采用N2O作為亞硝化控制參數的一種新技術，比傳統的亞硝化控制技術相比，該技術以更清晰和直觀的方式實時觀測亞硝化反應的進程。

技術研發人員：趙劍強;葛光環;陳瑩;楊文娟;胡博;李曉玲;吳沛;劉珺
受保護的技術使用者：長安大學
技術研發日：2017.06.29
技術公布日：2017.09.29