一种基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制方法及系统与流程

本申请涉及生物脱氮控制，具体而言，涉及一种基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制方法及系统。

背景技术：

1、传统生物脱氮依赖外加碳源，痛点明显。反硝化过程需异养微生物以有机碳为电子供体将硝酸盐还原为氮气，污水处理厂常需投加乙酸钠、甲醇等外源碳，推高运行成本；投加过量还会导致出水cod超标，引发二次污染。

2、co2捕集耦合反硝化是替代路径，但存在隐蔽风险。部分先进厂尝试将工业废气co2经光生物反应器转化为内源有机碳以替代外加碳源。然而，当上游工况波动使废气中微量杂质变化时，会引发微生物代谢偏移，造成内源碳“量足质劣”——总有机物达标，但有效电子供体比例下降。现有控制系统仅依据总量和最终脱氮效果反馈，无法识别品质劣化，导致脱氮效率下降。

3、劣质内源碳会引发连锁反应，威胁系统稳定。未被反硝化菌充分利用的有机物进入后续好氧池，成为好氧异养菌的额外食源，加剧有机负荷并大量耗氧，造成局部“氧债”。低溶氧环境抑制硝化菌活性，降低氨氮去除率；长期投加还会改变微生物群落结构，引发污泥膨胀、泡沫等问题。

4、综上，亟须突破“量足质劣”的识别瓶颈，实现对内源碳品质的实时监测与精准调控。

技术实现思路

1、本申请公开了一种基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制方法和系统，旨在解决传统生物脱氮工艺对外部有机碳源依赖性高、运行成本昂贵、易导致出水cod超标以及集成系统中内源有机碳品质波动难以识别和应对的问题。

2、本申请的技术方案如下：

3、第一方面，本申请公开了一种基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制方法，应用于集成系统，该方法包括：

4、获取光生物反应器产出的内源有机碳的有效电子供体量；

5、获取反硝化池的进水氮负荷信息；

6、获取反硝化池内微生物的代谢状态信息；

7、根据进水氮负荷信息和代谢状态信息计算反硝化菌群对有效电子供体需求量；

8、比较有效电子供体需求量与有效电子供体量，识别有效电子供体的品质缺口；

9、根据品质缺口调整内源有机碳的投加量，或补充外部碳源，或同时调整内源有机碳的投加量和补充外部碳源，以避免出水cod穿透超标；

10、获取反硝化池的出水硝态氮浓度信息和出水cod浓度信息，并根据出水硝态氮浓度信息和出水cod浓度信息优化碳源投加策略。

11、第二方面，本申请还公开了一种基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制系统，应用于集成系统，该系统包括：

12、内源有机碳信息获取模块，用于获取光生物反应器产出的内源有机碳的有效电子供体量；

13、氮负荷获取模块，用于获取反硝化池的进水氮负荷信息；

14、代谢状态获取模块，用于获取反硝化池内微生物的代谢状态信息；

15、需求计算模块，用于根据进水氮负荷信息和代谢状态信息计算反硝化菌群对有效电子供体需求量；

16、品质缺口识别模块，用于比较有效电子供体需求量与有效电子供体量，识别有效电子供体的品质缺口；

17、碳源调整模块，用于根据品质缺口调整内源有机碳的投加量，或补充外部碳源，或同时调整内源有机碳的投加量和补充外部碳源，以避免出水cod穿透超标；

18、策略优化模块，用于获取反硝化池的出水硝态氮浓度信息和出水cod浓度信息，并根据出水硝态氮浓度信息和出水cod浓度信息优化碳源投加策略。

19、本申请公开的基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制方法及系统，通过引入对光生物反应器产出的内源有机碳的有效电子供体量、反硝化池的进水氮负荷信息以及反硝化池内微生物代谢状态信息的获取，并在此基础上计算反硝化菌群对有效电子供体的需求量，进而识别有效电子供体的品质缺口。该方法能够精准判断内源有机碳是否存在“量足质劣”的问题，克服了现有技术仅依据总量和最终脱氮效果进行反馈调节的局限性。通过根据品质缺口动态调整内源有机碳的投加量或补充外部碳源，有效避免了出水cod穿透超标的风险，解决了传统工艺中碳源投加不当导致的二次污染问题。

20、此外，该方法还通过获取出水硝态氮浓度和出水cod浓度信息来优化碳源投加策略，实现了碳源的精细化管理，显著降低了运行成本，并提升了生物脱氮的整体效率和稳定性。据此，本申请有效解决了现有技术中碳源依赖性高、运行成本昂贵、易导致出水cod超标以及集成系统中内源有机碳品质波动难以识别和应对的技术难题，具有显著的经济效益和环境效益。

1.一种基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制方法，应用于集成系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制方法，其特征在于，所述反硝化池内设置双层功能填料，上层填料先脱氧以将进水溶解氧控制在反硝化反应所需的缺氧水平，为下层缺氧反硝化提供所需生境条件，下层填料附着异养反硝化菌群利用所述内源有机碳进行反硝化脱氮。

3.根据权利要求1所述的基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制方法，其特征在于，所述反硝化池内设置氧梯度精准调控装置，通过控制不同区域的溶解氧浓度形成氧梯度分布，上层好氧区用于cod深度去除，下层缺氧区用于反硝化脱氮。

4.根据权利要求1所述的基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制方法，其特征在于，所述获取光生物反应器产出的所述内源有机碳的有效电子供体量的步骤，包括：

5.根据权利要求4所述的基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制方法，其特征在于，所述将所述完整发射光谱数据分别与预先存储的所述有效电子供体纯荧光光谱指纹和所述细胞外聚合物标准荧光光谱指纹进行比对的步骤，包括：

6.根据权利要求1所述的基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制方法，其特征在于，所述获取所述反硝化池内微生物的代谢状态信息的步骤，包括：

7.根据权利要求1所述的基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制方法，其特征在于，所述根据所述品质缺口调整所述内源有机碳的投加量，或补充外部碳源，或同时调整所述内源有机碳的投加量和补充所述外部碳源的步骤，包括：

8.根据权利要求7所述的基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制方法，其特征在于，所述监测所述微生物群落结构参数或所述污泥沉降性能参数，并根据所述微生物群落结构参数或所述污泥沉降性能参数调整所述外部碳源的投加策略或种类的步骤，包括：

9.根据权利要求8所述的基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制方法，其特征在于，所述获取所述微生物群落结构参数或所述污泥沉降性能参数的步骤中，所述反硝化池内微生物群落中关键功能酶的活性数据通过以下任一方式获取：

10.一种基于碳捕集耦合反硝化的生物脱氮控制系统，应用于集成系统，其特征在于，包括：