專利名稱：含氨廢水硝化過程中氮損失量的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(gòu)建的數(shù)學(xué)模型快速確定氮損失量，可直接應(yīng)用于廢水硝化過程中氮素的物料平衡計(jì)算。
背景技術(shù)：
在廢水生物脫氮工藝中，硝化反應(yīng)過程是必不可少的環(huán)節(jié)。為了對(duì)硝化反應(yīng)器進(jìn)行有效調(diào)控，需要建立反應(yīng)器運(yùn)行過程的動(dòng)力學(xué)模型，而氮素的物料平衡方程是建立動(dòng)力學(xué)模型的重要前提。在進(jìn)行氮素的物料平衡時(shí)，總會(huì)發(fā)現(xiàn)硝化過程有氮損失。研究證明，曝氣過程中的氨逃逸是導(dǎo)致系統(tǒng)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(yīng)器動(dòng)力學(xué)模型的建立和硝化反應(yīng)器的放大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(dòng)硝化反應(yīng)器采用逐漸提高氨氮負(fù)荷的方法啟動(dòng)硝化反應(yīng)器，開始時(shí)進(jìn)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(cè)定模型待定系數(shù)KNH3的值向反應(yīng)器中加入5～10mg/L的解偶聯(lián)劑，微生物被抑制后，保持反應(yīng)器中溫度為28～32℃、pH值為7.8～8.2，分別測(cè)定反應(yīng)器中氨氮濃度為1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、7mmol/L、9mmol/L時(shí)的氮損失速率，由獲得的5組數(shù)據(jù)對(duì)氮損失模型進(jìn)行擬合，得到待定系數(shù)KNH3的值；3)停止加入解偶聯(lián)劑，硝化細(xì)菌的活性恢復(fù)正常，反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，測(cè)定反應(yīng)器中的溫度t、pH值以及氨氮濃度C0，每次測(cè)定設(shè)三個(gè)重復(fù)，當(dāng)三個(gè)測(cè)定值相對(duì)誤差的絕對(duì)值小于5％時(shí)，以3個(gè)測(cè)定值的平均值作為測(cè)定結(jié)果。
4)根據(jù)已知的KNH3及穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的溫度t、pH值以及氨氮濃度C0，直接計(jì)算出硝化過程的氮損失量。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提出了一種簡(jiǎn)捷的確定含氨廢水硝化過程中氮損失量的方法。實(shí)際操作中，只需監(jiān)測(cè)反應(yīng)器中的氨氮濃度C0、溫度t、pH值這三個(gè)常見的易于測(cè)定的狀態(tài)參數(shù)，就能快速而有效地確定硝化過程的氮損失量。具體實(shí)施結(jié)果表明，該方法簡(jiǎn)便易行，具有較高的準(zhǔn)確性。
具體實(shí)施例方式
含氨廢水硝化過程中，氨逃逸導(dǎo)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(yīng)器動(dòng)力學(xué)模型的建立及反應(yīng)器的調(diào)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(fā)明提供了一種新的模型確定方法。該方法只需提供幾個(gè)常見的易于測(cè)定的狀態(tài)參數(shù)，就能快速而準(zhǔn)確地計(jì)算出硝化過程中的氮損失量，可直接應(yīng)用于氮素的物料平衡方程。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是基于雙膜理論和熱力學(xué)原理，構(gòu)建了硝化反應(yīng)器運(yùn)行過程中氮損失速率的機(jī)理性數(shù)學(xué)模型，可表示為VL=KNH3C01+exp(6250.902273.15+t-2.303pH+0.335).]]>其中，反應(yīng)器中的氨氮濃度C0、溫度t、pH值是決定穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)氮損失量的三個(gè)狀態(tài)參數(shù)，KNH3為模型中的待定系數(shù)，與具體操作方式、混合液的理化性質(zhì)以及反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)基本衡定，而與穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)各狀態(tài)參數(shù)無關(guān)。本發(fā)明通過以下具體步驟來確定氮損失量1)啟動(dòng)硝化反應(yīng)器采用逐漸提高氨氮負(fù)荷的方法啟動(dòng)硝化反應(yīng)器，開始時(shí)進(jìn)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(jìn)整個(gè)硝化細(xì)菌菌群的快速增長(zhǎng)，富集足量的硝化細(xì)菌。當(dāng)氨氮去除率達(dá)到95％以上且穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，視為啟動(dòng)成功。
2)為方便測(cè)定模型待定系數(shù)KNH3的值，向反應(yīng)器中加入一定量的解偶聯(lián)劑(2，4-二硝基酚)，在短時(shí)間內(nèi)抑制硝化細(xì)菌的微生物反應(yīng)以消除實(shí)驗(yàn)誤差；3)微生物被抑制后，保持反應(yīng)器中溫度t、pH值基本恒定，測(cè)定此時(shí)反應(yīng)器中的氨氮濃度C0隨時(shí)間的變化，獲得5～7個(gè)氨氮濃度下的氮損失速率；4)由3)中獲得的數(shù)據(jù)，對(duì)所建模型進(jìn)行擬合，得到模型待定系數(shù)KNH3的值。
5)在硝化細(xì)菌的活性恢復(fù)正常，反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定的情況下，測(cè)定反應(yīng)器中的溫度t、pH值以及氨氮濃度C0。為保證C0測(cè)定的準(zhǔn)確性，每次測(cè)定設(shè)三個(gè)重復(fù)，當(dāng)三個(gè)測(cè)定值相對(duì)誤差的絕對(duì)值小于5％時(shí)，以3個(gè)測(cè)定值的平均值作為測(cè)定結(jié)果。
6)根據(jù)已知的KNH3及穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的溫度t、pH值以及氨氮濃度C0，可直接計(jì)算出硝化過程的氮損失量。
本發(fā)明的有益效果是將氮損失量與硝化反應(yīng)器運(yùn)行過程中的常見狀態(tài)參數(shù)相關(guān)聯(lián)，提出了一種簡(jiǎn)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(jù)。
實(shí)施例11)以模擬含氨廢水作為處理對(duì)象，啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)流化床硝化反應(yīng)器。啟動(dòng)過程中，開始時(shí)進(jìn)水中的氨氮濃度為5mmol/L，之后進(jìn)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(xì)菌。當(dāng)氨氮去除率達(dá)到95％以上且穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，視為啟動(dòng)成功；2)向反應(yīng)器中加入5mg/L的解偶聯(lián)劑(2，4-二硝基酚)，在短時(shí)間內(nèi)抑制硝化細(xì)菌的微生物反應(yīng)；3)保持反應(yīng)器中溫度為28℃、pH值為7.8，分別測(cè)定反應(yīng)器中氨氮濃度為1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、7mmol/L、9mmol/L時(shí)的氮損失速率，由獲得的5組數(shù)據(jù)對(duì)氮損失模型進(jìn)行擬合，得到待定系數(shù)KNH3的值；4)保持反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行，采用較為復(fù)雜的間接方法測(cè)定氮損失量(即氮損失量＝進(jìn)水中的氨氮量-反應(yīng)器中的無機(jī)氮增加量-出水中的無機(jī)氮量-反應(yīng)過程中增加的微生物細(xì)胞的含氮量)，得到以下五個(gè)狀態(tài)(①溫度27.3℃、pH值7.86，反應(yīng)器中氨氮濃度1.96mmol/L；②溫度28.2℃、pH值8.12，反應(yīng)器中氨氮濃度1.32mmol/L；③溫度28.5℃、pH值8.05，反應(yīng)器中氨氮濃度2.10mmol/L；④溫度26.5℃、pH值8.20，反應(yīng)器中氨氮濃度3.51mmol/L；⑤溫度27.0℃、pH值8.08，反應(yīng)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(fā)明公開的方法可直接計(jì)算得到上述五個(gè)狀態(tài)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(duì)誤差分別為4.71％、7.50％、4.36％、4.43％、8.89％，平均相對(duì)誤差僅為5.98％。
實(shí)施例21)以模擬含氨廢水作為處理對(duì)象，啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)流化床硝化反應(yīng)器。啟動(dòng)過程中，開始時(shí)進(jìn)水中的氨氮濃度為5mmol/L，之后進(jìn)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(xì)菌。當(dāng)氨氮去除率達(dá)到95％以上且穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，視為啟動(dòng)成功；2)向反應(yīng)器中加入7mg/L的解偶聯(lián)劑(2，4-二硝基酚)，在短時(shí)間內(nèi)抑制硝化細(xì)菌的微生物反應(yīng)；3)保持反應(yīng)器中溫度為30℃、pH值為8.0，分別測(cè)定反應(yīng)器中氨氮濃度為1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、7mmol/L、9mmol/L時(shí)的氮損失速率，由獲得的5組數(shù)據(jù)對(duì)氮損失模型進(jìn)行擬合，得到待定系數(shù)KNH3的值；4)保持反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行，采用較為復(fù)雜的間接方法測(cè)定氮損失量(即氮損失量＝進(jìn)水中的氨氮量-反應(yīng)器中的無機(jī)氮增加量-出水中的無機(jī)氮量-反應(yīng)過程中增加的微生物細(xì)胞的含氮量)，得到以下五個(gè)狀態(tài)(①溫度30.1℃、pH值7.92，反應(yīng)器中氨氮濃度1.68mmol/L；②溫度28.6℃、pH值8.05，反應(yīng)器中氨氮濃度2.16mmol/L；③溫度29.7℃、pH值8.11，反應(yīng)器中氨氮濃度3.53mmol/L；④溫度31.5℃、pH值7.95，反應(yīng)器中氨氮濃度2.41mmol/L；⑤溫度30.5℃、pH值8.02，反應(yīng)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(fā)明公開的方法可直接計(jì)算得到上述五個(gè)狀態(tài)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(duì)誤差分別為5.21％、6.39％、7.26％、4.17％、7.34％，平均相對(duì)誤差僅為6.07％。
實(shí)施例31)以市政污水處理廠的高氨氮污泥濾液作為處理對(duì)象，啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)流化床硝化反應(yīng)器。啟動(dòng)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(shù)以增加進(jìn)水中的氨氮濃度，直至進(jìn)水氨氮濃度達(dá)到30mmol/L或直接以原廢水作為進(jìn)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(xì)菌。當(dāng)氨氮去除率達(dá)到95％以上且穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，視為啟動(dòng)成功；2)向反應(yīng)器中加入10mg/L的解偶聯(lián)劑(2，4-二硝基酚)，在短時(shí)間內(nèi)抑制硝化細(xì)菌的微生物反應(yīng)；3)保持反應(yīng)器中溫度為32℃、pH值為8.2，分別測(cè)定反應(yīng)器中氨氮濃度為1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、7mmol/L、9mmol/L時(shí)的氮損失速率，由獲得的5組數(shù)據(jù)對(duì)氮損失模型進(jìn)行擬合，得到待定系數(shù)KNH3的值；4)保持反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行，采用較為復(fù)雜的間接方法測(cè)定氮損失量(即氮損失量＝進(jìn)水中的氨氮量-反應(yīng)器中的無機(jī)氮增加量-出水中的無機(jī)氮量-反應(yīng)過程中增加的微生物細(xì)胞的含氮量)，得到以下五個(gè)狀態(tài)(①溫度32.3℃、pH值8.16，反應(yīng)器中氨氮濃度2.69mmol/L；②溫度31.2℃、pH值8.27，反應(yīng)器中氨氮濃度1.65mmol/L；③溫度30.9℃、pH值8.15，反應(yīng)器中氨氮濃度3.20mmol/L；④溫度33.0℃、pH值8.20，反應(yīng)器中氨氮濃度4.28mmol/L；⑤溫度32.5℃、pH值8.31，反應(yīng)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(fā)明公開的方法可直接計(jì)算得到上述五個(gè)狀態(tài)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(duì)誤差分別為8.82％、4.73％、6.97％、7.51％、8.21％，平均相對(duì)誤差僅為7.25％。
由實(shí)施例可知，本發(fā)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(jiǎn)便易行，具有較高的準(zhǔn)確性。
權(quán)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(dòng)硝化反應(yīng)器采用逐漸提高氨氮負(fù)荷的方法啟動(dòng)硝化反應(yīng)器，開始時(shí)進(jìn)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(cè)定模型待定系數(shù)KNH3的值向反應(yīng)器中加入5～10mg/L的解偶聯(lián)劑，微生物被抑制后，保持反應(yīng)器中溫度為28～32℃、pH值為7.8～8.2，分別測(cè)定反應(yīng)器中氨氮濃度為1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、7mmol/L、9mmol/L時(shí)的氮損失速率，由獲得的5組數(shù)據(jù)對(duì)氮損失模型進(jìn)行擬合，得到待定系數(shù)KNH3的值；3)停止加入解偶聯(lián)劑，硝化細(xì)菌的活性恢復(fù)正常，反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，測(cè)定反應(yīng)器中的溫度t、pH值以及氨氮濃度C0，每次測(cè)定設(shè)三個(gè)重復(fù)，當(dāng)三個(gè)測(cè)定值相對(duì)誤差的絕對(duì)值小于5％時(shí)，以3個(gè)測(cè)定值的平均值作為測(cè)定結(jié)果。4)根據(jù)已知的KNH3及穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的溫度t、pH值以及氨氮濃度C0，直接計(jì)算出硝化過程的氮損失量。
2.根據(jù)權(quán)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(lián)劑為2，4-二硝基酚。
3.根據(jù)權(quán)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(fā)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(dòng)硝化反應(yīng)器；2)加入解偶聯(lián)劑抑制硝化細(xì)菌的活性，測(cè)定模型待定系數(shù)
文檔編號(hào)C02F3/30GK1562807SQ20041001747
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月2日
發(fā)明者鄭平, 盧剛 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)