供氧方式对SBR法硝化过程控制的影响_曾薇

供氧方式对SBR法硝化过程控制的影响1)曾薇王淑莹彭永臻陈韬2)(北京工业大学环境与能源工程学院,北京,100022)摘要采用SBR法对不同供氧方式下硝化过程的控制进行研究.结果表明:在曝气量恒定的条件下,DO和pH值可以联合作为硝化时间的控制参数,但ORP无法单独作为控制参数.在DO恒定的情况下,DO无法作为控制参数;pH值在硝化过程中缓慢下降或趋于稳定,当硝化反应结束时突然升高,因此,pH值可作为硝化时间较好的控制参数;ORP在硝化初期快速升高,然后升高的速度愈来愈慢,直至趋于平稳,对硝化结束的指示作用不是很明显,无法单独作为控制参数;为维持硝化过程中DO的恒定,曝气量将逐渐减小.只要系统污泥浓度和所要控制的DO水平相同,任何浓度的原水在硝化结束时调节的最小曝气量都是相同的,因此,将曝气量下限值的控制方法与pH值控制相结合,可使SBR硝化时间的控制更稳定可靠.关键词:SBR法,DO,ORP,pH,硝化,控制参数.SBR脱氮系统的大部分时间处于好氧状态,曝气量的大小和曝气时间的长短对于保证出水水质,节省能耗至关重要.供氧方式通常分为两种:控制反应过程中曝气量恒定和DO恒定.曝气量恒定就是在反应初始设定某一曝气量值,在后续反应过程中曝气量固定不变,其优点是操作简单,但浪费能耗.DO恒定是通过自控系统调节曝气量,使供氧与需氧平衡,反应过程中的DO维持在合适的水平,其优点是节约能耗,但控制繁琐[1,2].国内外的研究表明,活性污泥法中DO,ORP和pH值的变化规律能从不同角度不同程度反映有机物的降解,脱氮除磷生化反应的进程,以它们作为控制参数是可行的[3—6].因此,研究在不同供氧方式下,DO,ORP和pH值的变化规律及控制策略,为解决SBR法的自动控制问题提供依据.1材料与方法试验采用石油化工废水,主要含有乙酸、偏苯三酸及苯酐等多种有机化合物,呈酸性,处理前投加NaOH调节原水pH值为6—7.SBR首先处于好氧状态,主要进行硝化反应,同时也去除少部分有机物,并控制硝化反应至亚硝酸型硝化结束,然后缺氧反硝化.反应器装置如图1所示.反应器高70cm,直径30cm,有效容积38L.采用鼓风曝气,气1)国家自然科学基金重点项目(50138010).北京市自然科学基金项目(8002005).2)哈尔滨工业大学市政环境工程学院.第21卷第6期2002年11月环境化学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVol.21,No.6November2002体流量计调节曝气量控制DO浓度;温控仪和加热器控制水温30℃左右;在线检测DO,ORP和pH,并根据这些参数的变化情况在一定的时间间隔内取样测定COD,NH4-N,NO2-N,NO3-N和MLSS等指标.图1SBR试验系统与控制示意图1.氧化还原电位;2.温度控制仪;3.污泥池;4.搅拌器;5.ORP传感器;6.温度传感器;7.溶解氧仪传感器;8.排水口;9.溶解氧仪;10.转子流量计;11.压缩空气;12.曝气器;13.排泥管Fig.1SBRexperimentandcontrolsystem2结果与讨论2.1反应周期内曝气量恒定SBR硝化反应的初始氨氮浓度为32mg·l-1,COD为130mg·l-1,SBR在0.4m3·h-1的恒定曝气量下稳定运行多个周期后,又在0.6m3·h-1的恒定曝气量下运行多个周期,SBR在两档不同曝气量下的稳定运行情况如图2所示.控制污泥浓度(MLSS)为3000mg·l-1左右.由于硝化反应被控制在亚硝酸型硝化反应,NO3-N浓度在1mg·l-1以下,所以图2中没有示出.硝化过程中DO缓慢升高,这是由于随着氨氮浓度的降低,硝化反应速率和耗氧速率减小,在曝气量恒定的条件下,必然引起混合液中DO的上升;pH值在硝化反应中基本稳定或有所下降.由于混合液中碱度充足,硝化反应消耗的碱度不足以引起体系内pH值大幅度下降(图2(b)).硝化过程中ORP逐渐升高,但升高的速度愈来愈小,直至趋于平稳(图2(c)).当氨氮基本被耗尽时,DO升高的速度和幅度增大,出现一个小的跳跃;pH值也突然升高.在曝气量恒定条件下,DO和pH值的突然升高与氨氮的耗尽具有很好的对应关系,可以指示出曝气过程应该结束的时间.根据这种变化规律,及时停止曝气,进入缺氧反硝化阶段.因此,可以将DO和pH值联合作为SBR硝化反应时间的可靠的控制参数(图2(a,b)的箭头所示).2.2反应周期内DO恒定SBR硝化反应的初始COD和氨氮分别为190mg·l-1,52mg·l-1.每个周期通过改变曝气量控制DO恒定.试验中分别控制DO在0.7mg·l-1,1.8mg·l-1和2.6mg·l-1三个不同的水平.控制MLSS为3000mg·l-1左右,水温30℃.硝化反应属于亚硝酸型硝化反应,NO3-N由于浓度较低