專利名稱：在分級循環(huán)序列式生物反應(yīng)器中處理富氮排放物的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過在將反應(yīng)階段分級的序列式生物反應(yīng)器中將銨氧 化成亞硝酸鹽然后將亞硝酸鹽脫硝成氮?dú)鈦硖幚砀坏欧盼?effluents)的方法，才艮據(jù)該方法，將要處理的流入物(affluent) 的體積倒入含硝化(nitrifiantes)細(xì)菌的反應(yīng)器中，操作條件的提 供要使得亞硝酸鹽化(nitritantes )細(xì)菌的作用優(yōu)先并最大限度抑制 硝酸鹽化(nitratantes)細(xì)菌的作用，包括具有至少一個引起硝化的 曝氣階段和隨后的停止曝氣并在反應(yīng)器中引入碳源以用于將亞硝酸鹽 轉(zhuǎn)化成氮的階段的處理循環(huán)。本發(fā)明更特別地涉及其氮濃度高于100 mg N/1的排放物的處理。
技術(shù)背景富集排放物的氮的處理眾多的污染物處理設(shè)備面臨越來越多的與其含氮(主要是含氨) 廢料(rejets)在宿主環(huán)境中的控制和處理有關(guān)的困難。氨容易引起 環(huán)境損害，如水生環(huán)境中的氧損耗、對魚的毒性或者富營養(yǎng)化現(xiàn)象。 為了限制這些影響，各種法規(guī)作出了越來越嚴(yán)格的排放限制，這通常 要求現(xiàn)有處理站進(jìn)行昂貴的修整。處理氮的主要方法之一是硝化/脫硝生物法，根據(jù)該方法，在曝氣 條件下在兩個步驟中將銨首先氧化成亞硝酸鹽，然后氧化成硝酸鹽， 并且最后在缺氧條件中還原成氮?dú)?。在富集排放物的情況下，通過控 制各種參數(shù)，可以通過部分硝化成亞硝酸鹽然后將其直接脫硝來簡化 這種生物過程。已經(jīng)在EP-A-826639和WO 00/05176中描述了這種方 法，也稱作"回避硝酸鹽(shunt des nitrates)"，其在理論上能 夠?qū)⑾趸玫难踺斎肓拷档?5 %并將脫硝用的可生物降解碳的輸入 量降低40%，并且能夠減少相關(guān)的異養(yǎng)污泥的生成。配有厭氧消化器的廢水凈化站在污泥處理線中產(chǎn)生富含銨(大約1000 mgN/1)的料流(flux),其在回到設(shè)備前端時可以占總含氮進(jìn) 料(charge)的最多20%。因此在許多情況下對它們進(jìn)行特定處理以 避免主要處理線為達(dá)到排放限制而進(jìn)行昂貴修整。此外，越來越多的 場所不得不處理生成的臭氣或氣體排放物，產(chǎn)生非常富含氨形式的冷 凝物，這絕對必須最小化。最后，垃圾場的滲濾液構(gòu)成了第三類排放 物，對于該排放物來說銨離子是主要污染源。所有這些排放物通常含很少的可生物降解碳，這意味著該生物處 理設(shè)備可以幾乎完全針對氮的處理來確定尺寸。"回避硝酸鹽"類型 的生物處理因此與傳統(tǒng)的硝化/脫硝相比能夠明顯降低成本。 SBR (序列式生物反應(yīng)器)配置中的回避硝酸鹽 Fux， C" Unge K, ， Faessler， A. ， Huber， P, ， Grueniger， B. 和Siegrist， H. (2003)在雜志《Water Science and Technology ( 7jc 科學(xué)與技術(shù))》，第48巻，No. 8，第9-18頁(2003 )的名為"Nitrogen removal from digester supernatant via nitrite—SBR or SHARON (從消化器上清液中去除氮是通過亞硝酸鹽-SBR還是SHARON )"的 文章中證實(shí)了包括供料、(啄氣+缺氧)反應(yīng)、沉降和潷析階段的序 列式生物反應(yīng)器(SBR)用于對富氮排放物回避硝酸鹽法的優(yōu)點(diǎn)。這是 因?yàn)?，這種SBR配置通過在相同反應(yīng)器中保留生物質(zhì)可以施加大體積 進(jìn)料，這與SHARON法(專利EP-A-826639 )不同，對SHARON法而言，定浸濾。根據(jù)Fux等人的SBR法，將在完整循環(huán)中要處理的流入物的 體積以相繼的體積級分倒入反應(yīng)器中，該完整處理循環(huán)被分成相繼的 子循環(huán)，每一子循環(huán)包括體積級分供料階段，隨后是引起硝化的膝氣 階段，隨后是缺氧階段，在該缺氧階段中停止曝氣并在反應(yīng)器中引入 含碳源以便將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮。對于廢料如厭氧消化器上清液、氣體處理冷凝物和垃圾場滲濾液 來說，由于以下的兩個主要原因，優(yōu)化亞硝酸鹽生成和還原反應(yīng)是特 別困難的 這些廢料在流量和銨濃度方面經(jīng)受非常大的變化，這要求不斷 地調(diào)節(jié)操作標(biāo)準(zhǔn)以提供性質(zhì)恒定的排放物。 高度富含鹽和各種離子化合物的介質(zhì)(例如本發(fā)明涵蓋的那些) 容易對探針的靈敏度產(chǎn)生負(fù)面影響(氧化還原探針特別被硫化 物污染)并造成偏差，這導(dǎo)致迅速轉(zhuǎn)變成變差的延遲模式。魯棒的管理系統(tǒng)的開發(fā)因而希望確保在SBR反應(yīng)器中通過回避硝 酸鹽處理富集排放物的氮的可靠性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出了在序列式生物反應(yīng)器(SBR)中通過硝化/脫硝方法 從富集排放物中去除氮的方法，該生物反應(yīng)器的序列包括多個分級的 供料/曝氣/缺氧階段，這些階段的數(shù)目和持續(xù)時間以及含碳試劑的添 加通過在要處理的排放物中、在廢料中和在生物反應(yīng)器中的一 系列實(shí) 時測量來調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明，其涉及開頭所限定類型的富氮排放物的處理方法， 根據(jù)該方法，在完整循環(huán)中要處理的流入物的體積以相繼的體積級分 被倒入到反應(yīng)器中，該完整處理循環(huán)被分成相繼的子循環(huán)，每個子循 環(huán)包括用體積級分的供料階段，隨后是引起硝化的膝氣階段，然后是 缺氧階段，在該缺氧階段中停止曝氣并在反應(yīng)器中引入含碳源以用于 將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮，該方法的特征在于，在要處理的排放物中、在 廢料中和在生物反應(yīng)器中進(jìn)行一系列實(shí)時測量，評估流入物中要處理 的含氮體積進(jìn)料，并根據(jù)這種含氮進(jìn)料和反應(yīng)器中的最小液體體積， 按下列公式確定完整循環(huán)的供料階段的數(shù)目Na 1 im由=-^-([A^4+u,「[A^4+:u)*、in*A^其中，Nalimmin:供料循環(huán)的最小數(shù)目 FNH4,j:每日含氮進(jìn)料[NH4+]eff:從反應(yīng)器出來的排放物中的銨濃度 Vrain:最小液體體積(提取之后和供料之前) NSBR:每天的完整SBR循環(huán)的數(shù)目[NH4+]inhib:抑制亞硝酸鹽化生物質(zhì)的銨濃度， 由此，注入的體積級分的氮濃度在留在反應(yīng)器中的液體體積中被稀釋， 這使得能夠避免對亞硝酸鹽化細(xì)菌的抑制，不過該體積級分的含氮進(jìn) 料足以保證反應(yīng)器中在每一級分倒入時氨進(jìn)料的"突增U coup)"或峰值，這有利于生成亞硝酸鹽的生物質(zhì)的發(fā)育。優(yōu)選地，通過測量流入物的電導(dǎo)率(X)和流量(Q)來評估在流 入物中要處理的含氮體積進(jìn)料。優(yōu)選地，測量并控制反應(yīng)器中的溶解氧濃度以通過限制曝氣階段 的持續(xù)時間和通過調(diào)節(jié)要處理的進(jìn)料中的氧輸入量來將其保持在低 值?？梢源_定需氧/缺氧子循環(huán)的最小數(shù)目Nbiol^以避免超出給定的 生物反應(yīng)總持續(xù)時間，對其進(jìn)行選擇以便將溶解氧濃度的波動限制在 0至2 mg 02/1。測量反應(yīng)器中的pH值并通過將pH值波動限定在6. 5至8. 5,優(yōu) 選7至8，通過接近(rapproch&s )的硝化和脫硝階段的交替，來提 供pH值的自調(diào)節(jié)。預(yù)先確定具有膝氣和缺氧階段的固定持續(xù)時間的"需氧/缺氧"型 生物循環(huán)，并根據(jù)循環(huán)數(shù)NC計(jì)算這些反應(yīng)階段的總持續(xù)時間tC:tC= ( t )/NC其中，t sbr : 總 SBR循環(huán)持續(xù)時間talim:總供料持續(xù)時間(未分級)tsedim:沉降階段持續(xù)時間textract 提取階段持續(xù)時間。有效應(yīng)用的"需氧/缺氧"生物循環(huán)是其膝氣持續(xù)時間最好與使用 輸入的進(jìn)料、反應(yīng)器啄氣系統(tǒng)的配置和反應(yīng)動力所計(jì)算出的理論膝氣 持續(xù)時間相對應(yīng)的生物循環(huán)。限制非膝氣(non a6"es)階段的持續(xù) 時間以限制厭氧生活的風(fēng)險。非啄氣階段中含碳源的注入時間由輸入的含氮進(jìn)料的測量來決定。優(yōu)選地，計(jì)算氮去除效率并與最低效率進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果， 通過調(diào)節(jié)要處理的進(jìn)料中的試劑的輸入，優(yōu)化非曝氣階段中含碳源的 注入。該方法有利地用于厭氧消化器上清液的處理，或用于氣體處理冷 凝物的處理，或用于垃圾場滲濾液的處理。本發(fā)明還涉及用于處理富氮排放物，尤其是含有多于100 mg N/1 的富氮排放物的設(shè)備，該處理如下進(jìn)行在反應(yīng)階段分級的序列式生 物反應(yīng)器中將銨氧化成亞硝酸鹽然后將亞硝酸鹽脫硝成氮?dú)猓龇?應(yīng)器含有硝化細(xì)菌，操作條件的提供要使得亞硝酸鹽化細(xì)菌的作用優(yōu)先并最大限度抑制硝酸鹽化細(xì)菌的作用，在完整循環(huán)中要處理的流入 物的體積以相繼的體積級分被倒入到反應(yīng)器中，該完整處理循環(huán)被分 成相繼的子循環(huán)，每個子循環(huán)包括用體積級分的供料階段，隨后是引 起硝化的啄氣階段，然后是缺氧階段，在該缺氧階段中停止膝氣并在 反應(yīng)器中引入含碳源以用于將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮，該設(shè)備的特征在于 其包括用于評估流入物中要處理的含氮體積進(jìn)料的裝置，特別是借助 用于測量電導(dǎo)率(X)的探針和借助用于測量流入物流量(Q)的流量 計(jì)，以及根據(jù)這種含氮進(jìn)料和反應(yīng)器中的最小液體體積計(jì)算和控制完 整循環(huán)的供料階段的數(shù)目的裝置，以使注入的體積級分的氮濃度在留 在反應(yīng)器中的液體體積中被稀釋，這使得能夠避免對亞硝酸鹽化細(xì)菌 的抑制，不過該體積級分的含氮進(jìn)料足以保證反應(yīng)器中在每一級分倒 入時氨進(jìn)料的"突增"或峰值，這有利于生成亞硝酸鹽的生物質(zhì)的發(fā) 育。該設(shè)備可以包括在離開的排放物中的電導(dǎo)率測量探針和流量計(jì)， 以及在反應(yīng)器中的各種傳感器，特別是電導(dǎo)率、溶解氧濃度、氧化還 原電勢和pH值的傳感器，所有這些探針和傳感器均連接到用于連續(xù)監(jiān) 控該處理的進(jìn)展和校正動作(actions)的控制的控制器上。優(yōu)選地，該設(shè)備包括含碳源和由缺氧階段中的含碳源注入時間的 控制器控制的計(jì)量泵，所述注入時間由輸入的含氮進(jìn)料的測量來確定。該設(shè)備包含由該控制器根據(jù)溶解氧濃度的測量控制的膝氣裝置。通過將SBR循環(huán)的供料、膝氣和非膝氣步驟優(yōu)化分級成多個階段，本發(fā)明可以對通過回避硝酸鹽的氮處理產(chǎn)生有益的作用a) 氨進(jìn)料的"突增"在連續(xù)供料系統(tǒng)中，例如根據(jù)EP 0 826 639的系統(tǒng)中，反應(yīng)器中 的底物濃度等于在反應(yīng)器出口處測得的濃度。由于氨濃度直接決定了 亞硝酸鹽的產(chǎn)生動力，因此同時獲得高轉(zhuǎn)化速度和轉(zhuǎn)化效率是非常困 難的。在SBR中，通過相繼的體積級分或批料進(jìn)行的操作可以在子循環(huán) 開始時濃縮銨離子并且通過抑制硝酸鹽化細(xì)菌來增強(qiáng)亞硝酸鹽化細(xì)菌 的作用，并且由此獲得高反應(yīng)速率。相反，考慮到介質(zhì)的高氨濃度， 將這些突增進(jìn)料分級以使它們在反應(yīng)器中稀釋并避免抑制生成亞硝酸 鹽的生物質(zhì)是重要的。本發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)供料的最佳分級以使銨轉(zhuǎn)化速率最大化， 同時避免對生物質(zhì)的抑制。b) 受限曝氣的管理該SBR配置使得能夠保留生物質(zhì)。相應(yīng)地，通過限制污泥齡來選 擇生成亞硝酸鹽的生物質(zhì)(EP 0 826 639的方法的原理)不再適用。 因此，必須在啄氣階段中保持生物池中的低溶解氧濃度，從而在避免 形成硝酸鹽的同時確保亞硝酸鹽的形成。由于要處理的排放物的廣泛變化性，因此存在氧輸入差調(diào)節(jié)的風(fēng) 險(量不足或在需氧/缺氧序列中隨時間的不適當(dāng)?shù)难醴植?。本發(fā)明用于實(shí)現(xiàn)在低值下的溶解氧濃度的更好控制，同時限制曝 氣階段的持續(xù)時間并調(diào)節(jié)要處理的進(jìn)料中的氧輸入。c) 介質(zhì)pH值的自調(diào)節(jié)保持6. 5至8. 5的pH值可以避免抑制對銨氧化性的生物質(zhì)。實(shí)際 上，用于回避硝酸鹽的SBR法容易在每批開始時增強(qiáng)氨進(jìn)料對于對銨 氧化性的生物質(zhì)的沖擊，并間接引起膝氣階段中較低的pH值。這是因 為，在亞硝酸鹽生成過程中釋放出質(zhì)子，并且在脫硝過程中釋放出羥 離子。如果它們在分批操作中累積的話，它們對介質(zhì)pH值的影響更大。本發(fā)明能夠通過接近的硝化和脫硝階段的交替來實(shí)現(xiàn)介質(zhì)PH值 的更好自調(diào)節(jié)。d)缺氧階段的優(yōu)化管理在低進(jìn)料條件下保持延長的非曝氣持續(xù)時間可導(dǎo)致厭氧條件的建 立，該方法的操作可能劣化并且可造成所用傳感器的污染。本發(fā)明能夠通過限制非曝氣階段的持續(xù)時間來限制厭氧生活的風(fēng)險。此外，必須保證非膝氣階段中可生物降解碳的可用性以完成脫硝。 由于所考慮的排放物通常含有非常少的可生物降解碳，因此脫硝步驟 通常需要添加外部源。對加入試劑的量的優(yōu)化是非常重要的，這構(gòu)成 了該方法的主要成本項(xiàng)目之一。通常，根據(jù)預(yù)定的平均含氮進(jìn)料，依 照理論化學(xué)計(jì)量比或?qū)嶒?yàn)建立的比率來施加某一恒定劑量。本發(fā)明能夠通過調(diào)節(jié)要處理的進(jìn)料中的試劑輸入量來優(yōu)化可生物 降解碳的添加。


除了如上所述的配置之外，本發(fā)明還包括下面結(jié)合示例性但非限 制性實(shí)施方案(參照附圖描述)更確切論述的許多其它設(shè)置。 在這些附圖中圖l是用于實(shí)施本發(fā)明方法的具有序列式生物反應(yīng)器的設(shè)備圖。 圖2是顯示在處理循環(huán)中隨時間而變的反應(yīng)器中的液面變化的圖。圖3顯示了具有子循環(huán)的循環(huán)的相繼階段。 圖4是根據(jù)該方法運(yùn)行的設(shè)備的方框圖。圖5是顯示隨繪制在橫坐標(biāo)上的時間(小時)而變的繪制在縱坐 標(biāo)上的反應(yīng)器中的下列值的變化的圖 -以米(m)表示的水的高度， —以mg/l表示的溶解氧濃度， —pH值，-以mS/cm (毫西門子/厘米)表示的電導(dǎo)率X-和以mg N/l表示的銨濃度，并且 圖6是顯示隨繪制在橫坐標(biāo)上的時間(天)而變的繪制在縱坐標(biāo) 上的以mg N/1表示的氨濃度和以m7天(立方米/天)表示的流量的變 化的圖。
具體實(shí)施方式
附圖的圖l顯示了用于處理通常具有高于lOOmgN/1氮濃度(IOO 毫克氮/升)的富銨排放物的設(shè)備。該設(shè)備包含序列式生物反應(yīng)器1， 對于完整循環(huán)來說，該反應(yīng)器通過體積級分或批料進(jìn)行裝料，并在處 理后卸料。倒入反應(yīng)器1中的排放物也被稱作"流入物"。卸料后在 反應(yīng)器l中存在最小液體體積Vmin，所述液體的液面由圖1中的水平 線2表示。簡寫為SBR的序列式生物反應(yīng)器含有硝化細(xì)菌，包括亞硝酸鹽化 細(xì)菌(將銨氧化成亞硝酸鹽)和硝酸鹽化細(xì)菌(將亞硝酸鹽氧化成硝菌的作用優(yōu)先并最大限度抑制硝酸鹽化細(xì)菌的作用，從而避免亞硝酸 鹽轉(zhuǎn)化成硝酸鹽。在反應(yīng)器1的上游提供緩沖槽3。通過安裝在來自緩沖槽3的管 道5上的泵4來保證反應(yīng)器1的要處理的流入物的供料。例如通過泵 6和管道7來保證卸料，管道7形成直到液面2的浸入管。提供含碳 源8，例如甲醇貯器，以使計(jì)量泵9能夠在缺氧階段中向反應(yīng)器中注 入一定劑量的曱醇或另外的含碳源。在反應(yīng)器1底部提供啄氣裝置10， 例如經(jīng)由電動閥12連接到加壓空氣源(例如增壓器11)上的穿孔管。在處理子循環(huán)中，在體積級分的供料之后，在第一需氧階段中， 通過將空氣送入管道10并通過在反應(yīng)器中所含的流入物中形成氣泡 來進(jìn)行反應(yīng)器1的膝氣，從而在亞硝酸鹽化細(xì)菌作用下使銨轉(zhuǎn)化成亞 硝酸鹽(硝化)。在隨后的缺氧階段中，停止啄氣并使用計(jì)量泵9向 反應(yīng)器l中引入含碳源，例如甲醇，從而將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮。需氧 階段和缺氧階段的組合構(gòu)成了該子循環(huán)的生物循環(huán)。術(shù)語"完整循環(huán)，，用于表示為處理與在最大液面13和最小液面2之間的反應(yīng)器容量相對應(yīng)的體積而進(jìn)行的操作總和。在完整循環(huán)開始時，液面最低，然后將反應(yīng)器裝料直至最大液面13，并且在處理后， 將反應(yīng)器卸料至其最小液面2。對于完整循環(huán)，反應(yīng)器1通過相繼的體積級分進(jìn)行供料。每一級 分的流入物體積僅占反應(yīng)器容量的一部分，因此流入物的氮濃度在反 應(yīng)器內(nèi)容物中被稀釋并保持可接受，從而避免過高的氮濃度對亞硝酸鹽化細(xì)菌的抑制。因此，引入反應(yīng)器中的流入物的相繼級分導(dǎo)致液面 在所考慮的實(shí)施例中以相繼的進(jìn)程14、 15、 16和13(圖2)(即四個 進(jìn)程)增加。如果輸入的流入物的濃度明顯高于不應(yīng)超過的抑制亞硝 酸鹽化細(xì)菌的濃度，則分級供料使得倒入反應(yīng)器1中已存在的液體體 積中的級分被稀釋，由此避免了超過抑制濃度。在流入物的每個體積級分的注入開始時，出現(xiàn)氨進(jìn)料的"突增" 或峰值P (圖5 )，這有利于對硝酸鹽化生物質(zhì)有害的亞硝酸鹽化生物 質(zhì)的發(fā)育，盡管保留了反應(yīng)器1專用的污泥。優(yōu)選地，峰值P在至多 等于子循環(huán)持續(xù)時間1/4的時間過程中保持大于表征相關(guān)子循環(huán)結(jié)束 的氨濃度的125%。在該設(shè)備的各種位置提供測量探針和傳感器。在排放物入口管上 提供用于測量排放物電導(dǎo)率的探針17和流量計(jì)18。將測量結(jié)果以電 信號形式送入電子計(jì)算和控制裝置，特別是由具有微處理器的計(jì)算機(jī) 或控制器C形成的裝置。這些電導(dǎo)率和流量測量使得C能夠確定在給 定時間間隔內(nèi)進(jìn)入反應(yīng)器1中的含氮進(jìn)料。在卸料管上提供電導(dǎo)率測 量探針19和流量計(jì)20，也將測量結(jié)果送入控制器C。在構(gòu)成生物池的 反應(yīng)器l的液體中，提供測量溶解氧的探針21、測量氧化還原電勢的 探針22、測量pH值的探針23和溫度傳感器24。所有這些探針或傳感 器均連接到控制器C上，其命令泵4、 6和9的啟動或停止，以及電動 閥12的打開或關(guān)閉及增壓器11的運(yùn)行或停止。如圖3的下部示意性所示，完整循環(huán)包括多個相繼的子循環(huán)，每 個子循環(huán)包括下列步驟—體積級分供料，—以及生物循環(huán)，包括用于硝化需氧處理的啄氣階段和用于將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮的缺氧階段。 完整循環(huán)結(jié)束于沉降步驟后接卸料。 各個階段和步驟的持續(xù)時間可變。圖3的上部示意性顯示了由每一子循環(huán)開始時的供料所引起的氨 進(jìn)料[NH4+]的以mg N/1表示的"突增"或峰值P。峰值P更精確地顯 示在圖5所示的圖上。為了使該方法的操作適應(yīng)要處理的流入物的變化性，在以下三個 方面，通過控制器C,依照輸入所述控制器中的程序，由實(shí)時測量來 確定階段數(shù)目和持續(xù)時間以及含碳試劑8的添加1) 在原料流入物中，確定輸入的含氮進(jìn)料并精確確定"供料/曝 氣/缺氧"子循環(huán)的數(shù)目、膝氣時間和含碳源的添加，2) 在廢料中，測定處理效率并允許該方法的追溯調(diào)節(jié)，3) 在生物反應(yīng)器中，控制膝氣和非啄氣循環(huán)中生物過程的良好進(jìn) 展。下面詳細(xì)描述本發(fā)明方法的各種要素。 1)要處理的流入物中的測量的使用例如通過用探針17測量電導(dǎo)率和用流量計(jì)18測量流量或者通過 使用特定傳感器，從而確定在給定時間間隔內(nèi)輸入的含氮進(jìn)料 進(jìn)行在總SBR循環(huán)過程中的供料的最佳分級，以通過氨濃度的 突增來強(qiáng)化(doper )亞硝酸鹽生成動力，但避免細(xì)菌活性的劣 化。通過命令泵4的運(yùn)行或停止來獲得這種分級。
根據(jù)所安裝的啄氣容量和所用啄氣/非啄氣循環(huán)的數(shù)目估測每天的氧需求，以及滿足這種需求所需的啄氣階段的持續(xù)時間。相應(yīng)地由C控制增壓器11和閥12。
由理論或?qū)嶒?yàn)比率計(jì)算可生物降解碳的需求，并相應(yīng)地設(shè)定缺氧階段中含碳試劑的計(jì)量泵9的運(yùn)行時間。由C控制泵9的運(yùn)行。由控制器c根據(jù)要處理的含氮體積進(jìn)料(較高的進(jìn)料需要增加循 環(huán)數(shù))確定完整SBR循環(huán)的最小供料階段數(shù)Nal immin (或相繼的體積級 分?jǐn)?shù))，以避免被氨濃度抑制。可以使用下式計(jì)算應(yīng)用于每日進(jìn)料的 最小分級Nalimrain=——^-^-([a7/4+ ]油，—[m/4+ ) * ymin * TV哪其中，Nalimmin:供料階段(或體積級分)的最小數(shù)目 FNH4,j:每日含氮進(jìn)料[NH4+]eff:從反應(yīng)器出來的排放物中的銨濃度 Vmin:最小液體體積(卸料/提取之后和供料之前) NSBR:每天的完整SBR循環(huán)的數(shù)目[NH/]inhib:抑制亞硝酸鹽化生物質(zhì)的銨濃度，其以下列形式取決 于介質(zhì)的pH值和溫度和反應(yīng)器中存在的抑制細(xì)菌種群的氨濃度[NH3]inhi b ■[NH41 inhib=M*[NH""^，+io,，其中Kw/Kb = e344/""+^ 17 10p//大約10 mg N-NH3/1的濃度對于亞硝酸鹽化細(xì)菌可能已經(jīng)是有毒的?？刂破鰿確定最小需氧/缺氧子循環(huán)數(shù)Nbiolmin，以便不超過給定 的生物反應(yīng)的總持續(xù)時間，其選擇要避免溶解氧濃度和pH值的過度波 動，以及延長的缺氧周期。為了保持該處理的魯棒性(robustesse)和規(guī)律性，合適的是， 使供料數(shù)與需氧/缺氧子循環(huán)數(shù)一致，以便應(yīng)用單一的"供料/需氧/ 缺氧"子循環(huán)。有效應(yīng)用的子循環(huán)數(shù)NC因此是Nalim由與Nbiol^之 間的最高值。一旦確定"供料/需氧/缺氧"子循環(huán)數(shù)，則預(yù)先確定一定數(shù)目的 "需氧/缺氧"型子循環(huán)(其曝氣和缺氧階段的持續(xù)時間被固定)。根 據(jù)子循環(huán)數(shù)NC計(jì)算這些反應(yīng)階段的總持續(xù)時間tC:tC = ( tsBR 一 t alim 一 lsedim [extract )/NC有效應(yīng)用的"需氧/缺氧"子循環(huán)是其曝氣持續(xù)時間最好與理論啄 氣持續(xù)時間相對應(yīng)的子循環(huán)，該理論曝氣持續(xù)時間通過控制器C由輸 入的進(jìn)料、反應(yīng)器曝氣系統(tǒng)的配置和反應(yīng)動力來計(jì)算。同樣地，甲醇 的計(jì)量泵9的運(yùn)行時間可以通過C由輸入的含氮進(jìn)料的測量來確定。在相關(guān)周期內(nèi)，例如在生物循環(huán)持續(xù)時間的周期、供料周期、水 力停留時間或該天中，進(jìn)行平均含氮進(jìn)料的計(jì)算，這是因?yàn)榭紤]到要 處理的排放物類型的固有變化性，過短的時間間隔會造成該系統(tǒng)的不 穩(wěn)定，而過長的時間間隔會造成曝氣水平和/或含碳源的添加通常不適 合要處理的排放物的性質(zhì)。2)在廢料中的測量的使用根據(jù)該生物處理的氮去除效率(通過C由反應(yīng)器1的入口和出口 處的在線測量結(jié)果計(jì)算)，通過進(jìn)行自動追溯調(diào)節(jié)，從而可以改進(jìn)膝 氣控制。為了優(yōu)化含碳試劑的添加，可以安裝用于由生物池入口 (17， 18) 和出口 (19， 20)處的測量結(jié)果自動追溯調(diào)節(jié)計(jì)量泵9的運(yùn)行時間的 系統(tǒng)。如果通過控制器C計(jì)算出的氮去除效率高于預(yù)定的最小效率， 則控制器C命令減少計(jì)量泵9的運(yùn)行時間，以減少含碳試劑的添加量 (最初根據(jù)引入的進(jìn)料計(jì)算)。在離開反應(yīng)器1的處理過的流入物的 質(zhì)量變差的情況下，控制器C控制的第一校正動作是恢復(fù)計(jì)量泵9的 最初運(yùn)行時間。這種再調(diào)節(jié)的周期性應(yīng)該達(dá)到至少三個污泥齡，以避 免在系統(tǒng)中引入過多干擾。要回顧的是，污泥齡是反應(yīng)器中存在的污 泥質(zhì)量與每日從反應(yīng)器中提取的污泥質(zhì)量的比率。這種應(yīng)用特別可用于適用于本發(fā)明方法的富氮排放物的處理，對 此已經(jīng)確定了替代性的自養(yǎng)脫硝過程，從而導(dǎo)致幾乎完全不需要可生 物降解碳。為了控制適當(dāng)?shù)男Ｕ齽幼?，通?？梢詫⑦@種信息與在生物池(即 在反應(yīng)器1所含的液體中)的系統(tǒng)狀態(tài)的對照傳感器所提供的信息相 結(jié)合。3)在生物池中的測量的使用該方法可以使用生物池中的各種傳感器所提供的信息，這些傳感 器例如是電導(dǎo)率傳感器21、溶解氧濃度傳感器22、氧化還原電勢傳感 器23和pH值傳感器24,這些傳感器與控制器C相連并且使得能夠連 續(xù)監(jiān)控該處理的進(jìn)展和命令校正動作。提供溫度傳感器測量反應(yīng)器 中的溫度，并調(diào)節(jié)該溫度以將其保持在5至45匸。最初根據(jù)要處理的含氮進(jìn)料且任選地根據(jù)氮去除效率確定的曝氣 和非曝氣階段的持續(xù)時間因而可以由控制器C根據(jù)電導(dǎo)率、溶解氧濃 度、氧化還原電勢和/或pH值的設(shè)定點(diǎn)或閾值來調(diào)節(jié)。因此，曝氣裝 置10, 11的運(yùn)行可以—根據(jù)溶解氧的設(shè)定點(diǎn)和/或氧化還原電勢和/或電導(dǎo)率的導(dǎo) 數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)；—根據(jù)溶解氧和/或氧化還原電勢和/或pH值的閾值停止或重 啟，控制器C命令增壓器11的啟動或停止，以及閥12的打開或關(guān)閉。傳感器的選擇和曝氣調(diào)節(jié)類型的選擇根據(jù)該系統(tǒng)的特定技術(shù)和經(jīng) 濟(jì)需求來確定。附圖4中的示意圖顯示了基于反應(yīng)器1的入口和出口處的流量Q 和電導(dǎo)率X的測量并且基于生物反應(yīng)器1中的溶解氧濃度02、 pH值、 氧化還原電勢ORP和電導(dǎo)率X的測量的完整管理系統(tǒng)。反應(yīng)器入口處 的進(jìn)料的測量可以確定持續(xù)時間tC的子循環(huán)數(shù)NC,以及啄氣階段的 持續(xù)時間(taer)和非啄氣階段的持續(xù)時間(t anox )。根據(jù)效率(R ) 的計(jì)算和在生物反應(yīng)器中的在線測量來進(jìn)行低選項(xiàng)C (x-l)或高選項(xiàng)對于平均濃度為600 mg N-NH47l但在400至1000 N-NH47l之間 變化來說，消化污泥離心上清液的平均含氮進(jìn)料為150 kg N/天。還 考慮在大約第20天的離心機(jī)故障后停止進(jìn)料3天，產(chǎn)生零流量(圖6 )。實(shí)施例這種含氮進(jìn)料在容量為450立方米且液面高度3至4米的序列式 生物反應(yīng)器(SBR)中在8 h/天的三個完整循環(huán)中進(jìn)行處理。通過下 列假設(shè)計(jì)算4個階段的最小供料分級(Nalimmin): [NH/]eff = 50mg N/l， [NH3]inhib-10 mg N-NH3/1， pH = 8. 3， T-25匸。所得90分鐘的生物時 間tC與對該系統(tǒng)設(shè)定的最小值一致。因此，在沉降和潷析步驟之前應(yīng) 用四個"供料/膝氣/缺氧"子循環(huán)，以避免在最高pH值下受到氨濃度 的抑制，以應(yīng)用足夠的膝氣持續(xù)時間并避免延長的缺氧周期。在這種 配置中，定義了五個生物反應(yīng)持續(xù)時間選項(xiàng)(曝氣/缺氧)(表l)。表1:用于通過回避硝酸鹽來處理消化器排放物的氮的SBR反應(yīng)器的 完整循環(huán)和(子循環(huán)的)生物循環(huán)SBR循環(huán)數(shù)/天3SBR循環(huán)持續(xù)時間8小時供料持續(xù)時間60分鐘沉降持續(xù)時間30分鐘提取持續(xù)時間30分鐘生物循環(huán)數(shù)/SBR循環(huán)4生物時間/SBR循環(huán)90分鐘生物循環(huán)分鐘/循環(huán)小時/天曝氣缺氧啄氣缺氧循環(huán)11575618循環(huán)23060915循環(huán)345451212循環(huán)46030159循環(huán)57515186通過探針17提供的電導(dǎo)率測量平均數(shù)和流量計(jì)18提供的供料流 量，由控制器C每天一次計(jì)算引入的含氮進(jìn)料。對于這種排放物，已 預(yù)先建立了電導(dǎo)率/銨的關(guān)系。通過證實(shí)反應(yīng)動力不受限制，根據(jù)氧需 求(相對于亞硝酸鹽中間體而言)，由要處理的進(jìn)料計(jì)算理論膝氣和 非曝氣時間。由此，應(yīng)用5個預(yù)定持續(xù)時間選項(xiàng)中最接近的一個。同時，通過證實(shí)動力不受限制，根據(jù)引入的進(jìn)料的可生物降解碳的需求(相對于亞硝酸鹽中間體而言)確定甲醇的計(jì)量泵9的運(yùn)行時間。圖5顯示了在8小時完整循環(huán)的四個子循環(huán)中在反應(yīng)器1中的監(jiān) 控參數(shù)的典型進(jìn)展 溶解氧濃度溶解氧探針22使得能夠在1-2 mg 02/1設(shè)定點(diǎn)之間調(diào)節(jié)曝氣； 較長的曝氣階段持續(xù)時間意味著增壓器11較頻繁的停止和重 啟。圖5中的虛線曲線02代表02濃度的變化，其在需氧條件中增 加并在缺氧條件中降低至0。
pH值pH值曲線顯示了 pH值的變化，其在需氧階段中降低并在缺氧階 段中增加。pH值保持在6.5至8.5，實(shí)際中為7至8。 如果供料沒有被分級，則pH值在需氧階段中可能較低，直至達(dá) 到抑制對銨氧化性的細(xì)菌的活性的值。
電導(dǎo)率X (電導(dǎo)率)曲線顯示了缺氧脫硝階段中由含氮離子形式轉(zhuǎn)化成 氮?dú)馑鸬碾妼?dǎo)率的降低。在該周期結(jié)束時，電導(dǎo)率的導(dǎo)數(shù) 趨向于0，這反映了完全脫硝。NH4+曲線顯示了在每一體積級分供料開始時氨濃度的峰值P或 氨"進(jìn)料的突增"，其與水高度H曲線的增加相對應(yīng)。峰值P 達(dá)到100 mg N/1，并且只在小于子循環(huán)持續(xù)時間的1/4的時間 間隔內(nèi)保持高于65 mg N/1 (在子循環(huán)結(jié)束時測量的52 mg N/1 的125%)。通過回避硝酸鹽，通過在膝氣階段中將銨氧化成亞硝酸鹽并且由 于甲醇的添加在缺氧階段中將亞硝酸鹽還原成氮?dú)猓瑥亩M(jìn)行該系統(tǒng) 的氨性氮的去除。在每一生物子循環(huán)開始時由氨"進(jìn)料的突增"所施 加的壓力結(jié)合啄氣階段中低溶解氧濃度的保持，使得能夠選擇性地發(fā) 育對硝酸鹽化生物質(zhì)有害的亞硝酸鹽化生物質(zhì)，盡管保留了該SBR反應(yīng)器專用的污泥。在該處理結(jié)束時通過探針19測量電導(dǎo)率，這使得能夠定期評估氮 去除效率，并用作校正該系統(tǒng)的任何偏差的警報(bào)。因此，設(shè)定80%的 最低效率，在應(yīng)用生物循環(huán)No. 2時其已降至70%?？刂破鰿核實(shí)在這 天的曝氣階段中溶解氧濃度不超過l mg/1，這反映了氨進(jìn)料的不完全 氧化，并且命令進(jìn)行包括更長曝氣階段的循環(huán)No. 3。在生物反應(yīng)器中 通過傳感器21測量電導(dǎo)率也被證實(shí)是有用的。因此，在數(shù)天后，已經(jīng) 觀察到效率的再次降低，而缺氧階段中電導(dǎo)率測量的導(dǎo)數(shù)不趨于0， 這反映了不完全脫硝。隨后的動作是實(shí)施循環(huán)No. 2。最后安裝用于再調(diào)節(jié)所添加甲醇的添加的回路，以便每隔15天減 少計(jì)量泵9的運(yùn)行時間。在氮去除效率降至低于最小設(shè)定值的情況下， 將泵9的運(yùn)行時間恢復(fù)至之前的值。本發(fā)明的方法顯著節(jié)省了曝氣能量(25%)、含碳試劑的添加(最 少40%)和污泥的生成(大約30%)，同時持續(xù)提供對于處理序列式生 物反應(yīng)器中的污染進(jìn)料足夠的空氣和碳的量。與之前所述的通過回避 硝酸鹽處理氮的其它連續(xù)供料反應(yīng)器相比，這種配置使得能夠釆用更 大體積進(jìn)料。
權(quán)利要求
1.通過在將反應(yīng)階段分級的序列式生物反應(yīng)器中將銨氧化成亞硝酸鹽然后將亞硝酸鹽脫硝成氮?dú)鈦硖幚砀坏欧盼锏姆椒?，這種反應(yīng)器含有硝化細(xì)菌，操作條件的提供要使得亞硝酸鹽化細(xì)菌的作用優(yōu)先并最大限度抑制硝酸鹽化細(xì)菌的作用，根據(jù)該方法，在完整循環(huán)中要處理的流入物的體積以相繼的體積級分被倒入到反應(yīng)器中，該完整處理循環(huán)被分成相繼的子循環(huán)，每個子循環(huán)包括用體積級分的供料階段，隨后是引起硝化的曝氣階段，然后是缺氧階段，在該缺氧階段中停止曝氣并在反應(yīng)器中引入含碳源以用于將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮，該方法的特征在于，在要處理的排放物中、在廢料中和在生物反應(yīng)器中進(jìn)行一系列實(shí)時測量，評估流入物中要處理的含氮體積進(jìn)料，并根據(jù)這種含氮進(jìn)料和反應(yīng)器中的最小液體體積，按下列公式確定完整循環(huán)的供料階段的最小數(shù)目
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過測量流入物的電導(dǎo) 率(X)和流量(Q)來評估在流入物中要處理的含氮體積進(jìn)料。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在每一級分倒入時的氨進(jìn)料的峰值(P)在至多等于子循環(huán)持續(xù)時間I/4的時間過程中保持大于表征相關(guān)子循環(huán)結(jié)束的氨濃度的125%。
4. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于測量并控制反應(yīng) 器中的溶解氧濃度以通過限制曝氣階段的持續(xù)時間和通過調(diào)節(jié)要處理 的進(jìn)料中的氧輸入來將其保持在低值。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于通過需氧/缺氧子循環(huán) 的最小數(shù)目Nbiol^將溶解氧濃度的波動限制在0至2 mg 02/1。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于有效應(yīng)用的子循環(huán)數(shù) (NC)是Nalim^和Nbiolmu之間的最高值。
7. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于測量反應(yīng)器中的 pH值并通過將pH值波動限定在6. 5至8. 5，優(yōu)選7至8，通過接近的 硝化和脫硝階段的交替，來提供pH值的自調(diào)節(jié)。
8. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于測量反應(yīng)器中的 溫度，并提供該溫度的調(diào)節(jié)，以使其保持5至45X:。
9. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于預(yù)先確定具有曝 氣和缺氧階段的固定持續(xù)時間的"需氧/缺氧"型生物循環(huán)，并根據(jù)循 環(huán)數(shù)NC計(jì)算這些反應(yīng)階段的總持續(xù)時間tC:tC = ( tsBR 一 taiim ■ sedi邁 ^extract )/NC其中，tsBR: 總 SBR循環(huán)持續(xù)時間talim:總供料持續(xù)時間(未分級)tsedim:沉降階段持續(xù)時間Lextract 提取階段持續(xù)時間。
10. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于由輸入的含氮 進(jìn)料的測量來確定非啄氣階段中含碳源的注入時間。
11. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于其用于厭氧消 化器上清液的處理。
12. 如權(quán)利要求1至IO之一所述的方法，其特征在于其用于氣體 處理冷凝物的處理。
13. 如權(quán)利要求1至IO之一所述的方法，其特征在于其用于垃圾 場滲濾液的處理。
14. 用于處理富氮排放物，尤其是含有多于100mgN/l的富氮排 放物的設(shè)備，該處理如下進(jìn)行在將反應(yīng)階段分級的序列式生物反應(yīng) 器(1 )中將銨氧化成亞硝酸鹽然后將亞硝酸鹽脫硝成氮?dú)?，所述反?yīng) 器含有硝化細(xì)菌，操作條件的提供要使得亞硝酸鹽化細(xì)菌的作用優(yōu)先 并最大限度抑制硝酸鹽化細(xì)菌的作用，在完整循環(huán)中要處理的流入物 的體積以相繼的體積級分被倒入到反應(yīng)器中，該完整處理循環(huán)被分成 相繼的子循環(huán)，每個子循環(huán)包括用體積級分的供料階段，隨后是引起 硝化的膝氣階段，然后是缺氧階段，在該缺氧階段中停止曝氣并在反 應(yīng)器中引入含碳源以用于將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮，該設(shè)備的特征在于其包括用于在要處理的排放物中、在廢料中和 在生物反應(yīng)器中進(jìn)行一 系列實(shí)時測量，并且用于評估流入物中要處理 的含氮體積進(jìn)料的裝置U7， 18， C),特別是借助用于測量電導(dǎo)率(X) 的探針(17)和借助用于測量流入物流量(Q)的流量計(jì)(18)，以及 根據(jù)這種含氮進(jìn)料和反應(yīng)器中的最小液體體積計(jì)算和控制完整循環(huán)的 供料階段的數(shù)目的裝置(C)，以使注入的體積級分的氮濃度在留在反 應(yīng)器中的液體體積中被稀釋，這使得能夠避免對亞硝酸鹽化細(xì)菌的抑 制，不過該體積級分的含氮進(jìn)料足以保證反應(yīng)器中在每一級分倒入時 氨進(jìn)料的"突增"或峰值(P)，這有利于生成亞硝酸鹽的生物質(zhì)的發(fā) 育。
15. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括在離開的 排放物中的電導(dǎo)率測量探針(19)和流量計(jì)(20)，以及在反應(yīng)器(l) 中的各種傳感器，特別是電導(dǎo)率傳感器(21 )、溶解氧濃度傳感器(22 )、 氧化還原電勢傳感器(23)和pH值傳感器(24)，所有這些探針和傳 感器均連接到用于連續(xù)監(jiān)控該處理的進(jìn)展和校正動作的控制的控制器(C)上。
16. 如權(quán)利要求14或15所述的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括含 碳源(8)和由缺氧階段中的含碳源注入時間的控制器(C)控制的計(jì)量泵(9)，所述注入時間由輸入的含氮進(jìn)料的測量來確定。
17.如權(quán)利要求14至16之一所述的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包 括由控制器(C)根據(jù)溶解氧濃度的測量控制的曝氣裝置(IO、 11、 12)。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過在序列式生物反應(yīng)器(1)中將銨氧化成亞硝酸鹽然后將亞硝酸鹽脫硝成氮?dú)鈦硖幚砀坏欧盼锏姆椒?，根?jù)該方法，將要處理的流入物的體積用相繼的體積級分倒入該反應(yīng)器中，該完整處理循環(huán)被分成相繼的子循環(huán)，每個子循環(huán)包括供料階段，隨后是引起硝化的曝氣階段，然后是缺氧階段，在該缺氧階段中在反應(yīng)器中引入含碳源以用于將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮。評估流入物中要處理的含氮體積進(jìn)料，特別是通過測量流入物的電導(dǎo)率(X)和流量(Q)來進(jìn)行，并且根據(jù)這種含氮進(jìn)料和反應(yīng)器中的最小液體體積確定完整循環(huán)的供料階段的數(shù)目，以使注入的氮濃度在液體體積中被稀釋，不過該體積級分的含氮進(jìn)料足以保證反應(yīng)器中氨進(jìn)料的“突增”或峰值，這有利于生成亞硝酸鹽的生物質(zhì)的發(fā)育。
文檔編號G05B15/00GK101258108SQ200680032327
公開日2008年9月3日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月1日
發(fā)明者A·岡薩雷斯奧斯皮納, S·馬丁 申請人:蘇伊士環(huán)境集團(tuán);德格雷蒙公司