CN109879430A - 短程硝化的分段进水sbr工艺玉米淀粉废水脱氮方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短程硝化的分段进水SBR工艺玉米淀粉废水脱氮方法适用于玉米淀粉废水及类似工业废水脱氮处理。分段进水SBR工艺一个处理周期有个串联的A/O时段，引适量高COD浓度水提升进水C/N，在各A时段初集中进水。第1次进低C/N水，第2~n‑1次进具有适宜C/N的混合水，第n次只进适量高COD浓度水；由pH、DO控制各段好氧硝化、由pH控制各段反硝化；采用高氨、高温、高pH和低DO策略启动短程硝化，然后借助废水自身温度和氨氮浓度，通过合理控制DO维持系统短程硝化长期稳定运行。本发明可在充分发挥分段进水SBR工艺优势的同时，改善出水水质、简化运行控制条件，实现提标节能和降耗目的。

Description

短程硝化的分段进水SBR工艺玉米淀粉废水脱氮方法

技术领域

本发明属于污废水生物处理技术领域，具体涉及一种短程硝化的分段进水SBR工艺玉米淀粉废水脱氮方法。SBR是序批式反应器的英文缩写。

背景技术

我国是一个农业大国，玉米深加工产业发达。玉米淀粉废水是以玉米为原料生产淀粉或以淀粉为原料生产淀粉糖的过程中各工序产生的废水总称。玉米淀粉及其制品的生产不仅用水量大，排污量也很大，而且其废水具有“4高1低”的特点，即化学需氧量(COD)高、固体悬浮物高、总氮高、总磷高、pH低，末端治理难度很大。

由于玉米淀粉废水无毒且生化性很好，目前共识的做法是采用以“厌氧+好氧”为主体的生物处理技术，并结合物理和化学处理的组合技术实现处理目标。在该处理技术中，厌氧工艺段的出水基本属于高氨氮、高磷、低碳/氮(C/N)比(通常只有1~2)的水，水中的磷通常可以在好氧工艺段前或后，采用加药法(化学法)去除，但水中的氮由于其化合物的分子量小，一般不能采用化学法去除，采用反渗透膜技术除氮，虽然方法有效，但成本昂贵，难于推广。因此，基于传统生物脱氮原理运行的好氧工艺段【通常为间歇进水的SBR工艺或连续进水的缺氧/好氧(A/O)工艺】普遍存在氧化氨氮的能耗高、碱耗高(因为进水的C/N低，反硝化不充分，缺少反硝化对碱度的补充作用，高浓度氨氮的氧化过程需向水中补充大量的碱)的问题，而且随着行业标准(GB25461-2010)的实施，出水总氮严重超标的问题更显得尤为突出。如何降低玉米淀粉废水的处理能耗，减少氧化氨氮过程中碱的投放量，进一步提高系统对总氮的去除效果，是目前我国玉米淀粉行业亟待解决的重要课题，同时这也是降低玉米淀粉废水处理成本、改善处理效果、实现中水回用研究的难点问题和核心课题。

将氨氧化至亚硝酸盐阶段直接进行反硝化的短程硝化反硝化脱氮过程，具有很好的节能降耗效果，它可减少25%的供氧量和40%的反硝化碳源，还能够大幅度提高反硝化速率和减少污泥产量等。有利于实现短程硝化的条件是高游离氨、高温、高pH及低溶解氧(DO)等，玉米淀粉废水同时具有高氨氮和高温的特点，这对于玉米淀粉废水实现短程硝化非常有利，但实践表明若不加以驯化及控制，其短程硝化也很难实现。

分段进水的SBR脱氮工艺，可以充分利用原水中的有机物为反硝化脱氮服务，尤其适合低C/N比的污废水深度脱氮处理。但为了获得理想的深度脱氮效果，该工艺常需要根据进水C/N比值的变化情况，来调整每一段进水的水量，而且在最后一段曝气结束后通常是利用内碳源来进行长时间的搅拌反硝化，或者通过投加外碳源来强化反硝化脱氮过程，才能获得理想的脱氮效果。显然，这不仅会使运行控制过程变得很复杂，而且对于高氨氮的玉米淀粉废水来说，不论是利用反硝化速率很慢的内碳源来进行反硝化，还是利用外碳源来强化反硝化过程都是很不经济的。

发明内容

为了充分发挥分段进水SBR脱氮工艺的优势，缓解上述不足，结合玉米淀粉废水具有高氨氮、高温及其原水本身具有高有机物浓度且生化性好的特点，本发明通过对进水方案的调整，提供一种进水C/N比恒定的“短程硝化的分段进水SBR工艺玉米淀粉废水脱氮方法”，为现行玉米淀粉企业废水处理站生物处理技术的升级改造和新建站的设计提供技术支持。

本发明的基本思想

（1）以企业废水站“厌氧+好氧”工艺中厌氧段的低C/N比出水，即其好氧段的进水为主要处理对象，将传统的SBR工艺的一个运行周期划分为个缺氧/好氧(A/O)时段(A₁/O₁~A_n/O_n)交替缺/氧好氧运行；

（2）引适量的厌氧段之前高COD浓度的进水，提升系统进水的C/N比，采用分段进水的方式，在每个A/O的A时段开始时集中进水，满足反硝化对碳源的需要；

（3）采用pH和DO参数在线控制各好氧硝化段的运行，采用pH参数在线控制各缺氧搅拌反硝化段的运行；

（4）在驯化阶段，采用游离氨、温度、pH和DO四重因素联合抑制亚硝酸盐氧化菌，驯化启动具有短程硝化与反硝化功能的活性污泥；

（5）驯化完成后，在实施对硝化过程进行在线控制的同时，合理控制各曝气时段中的DO浓度，并结合玉米淀粉废水本身较高的温度和氨氮浓度，维持系统短程硝化反硝化脱氮长期稳定运行。

本发明所述的脱氮方法可以合理分配进水中的有机物为反硝化脱氮服务，同时回收碱度，并获得短程硝化反硝化脱氮的长期稳定运行。它可在充分发挥分段进水SBR脱氮工艺优势的同时，改善出水水质、简化工艺的运行控制条件，实现提标、节能和降耗的目的。

本发明技术方案

将玉米淀粉企业废水站“厌氧+好氧”工艺中的厌氧段出水称为第一浓度水，将厌氧段的进水称为第二浓度水。

本发明所述分段进水SBR工艺脱氮方法的技术工序如下：

（1）系统稳定运行阶段，对分段进水SBR反应器进水的调配

① 经第一浓度水箱进水管6引第一浓度水至第一浓度水箱1，经第二浓度水箱进水管7引第二浓度水至第二浓度水箱2。

② 第一浓度水配水泵15和第二浓度水配水泵17分别自第一浓度水箱1和第二浓度水箱2取水，经第一浓度水配水阀16和第二浓度水配水阀18及相应的配水管8，将第一浓度水和第二浓度水按比例配入混合水箱3。

根据第一浓度水、第二浓度水的COD浓度C₁、C₂和第一浓度水的氨氮浓度C_N，确定第二浓度水在混合水箱3中的配入比例λ₁；λ₁确定后，第一浓度水配入混合水箱的比例为1-λ₁。

③ λ₁值由式(1)确定

（1）

式中λ₁为配入混合水箱3中第二浓度水所占的比例；

C₁为第一浓度水中COD浓度；

C₂为第二浓度水中COD浓度；

C_N为第一浓度水中氨氮浓度。

④ 每天根据废水水质的变化情况，检测C₁、C₂和C_N值，根据检测结果由式(1)修改λ₁值，然后根据修正的λ₁调整第一浓度水与第二浓度水配入混合水箱3的比例，使混合水箱3中的混合水具有稳定的C/N比，以满足反硝化的需要。

⑤ 每天检测废水的总碱度，总碱度以CaCO₃计，当检测到第一浓度水箱1和第二浓度水箱2中的第一浓度水和第二浓度水的总碱度/氨氮<4.0时，采用碳酸氢钠溶液调节第一浓度水箱和第二浓度水箱中水的碱度，使其总碱度/氨氮>4.0，以满足生物脱总氮过程对碱度的需求。

（2）系统稳定运行阶段，分段进水SBR反应器一个处理周期的进水方式

① 在一个处理周期中，具有个串联的A/O运行时段，在每一个A/O的A时段开始时集中进水，共有n次进水。第1次进第一浓度水箱1中的第一浓度水；第2次~第n-1次进混合水箱3中的混合水；第n次只进第二浓度水箱2中的第二浓度水。

② 控制SBR反应器前n-1次为等量进水，即第1次第一浓度水的进水量Q₁与第2次~第n-1次混合水的进水量Q₂~Q_n-1相等(Q₁=Q₂…=Q_n-1)；第n次第二浓度水的进水量Q_n按照其占第n-1次混合水进水量Q_n-1的比例λ₂确定，即。

③ Q_n占Q_n-1的比例λ₂由式(2)确定

(2)

式中C₂和C_N的含义同式(1)。

Q_n占SBR一个处理周期全部处理水量的比例λ₃由式(3)确定

(3)

在SBR一个处理周期中引入的第二浓度水占全部处理水量的比例λ₄由式(4)确定

(4)

式(3)和式(4)中的n为SBR反应器一个处理周期的进水次数，λ₂的含义同式(2)；式(4)中λ₁的含义同式(1)。

④ 根据每天检测得到的C₂和C_N值，由式(2)修正λ₂，根据修正的λ₂调整Q_n。

（3）系统稳定运行阶段，分段进水SBR反应器一个处理周期的运行控制方式

① 进第一浓度水搅拌运行：在A₁时段，实时开启第一浓度水进水泵23和第一浓度水进水阀24，自第一浓度水箱1引水，经第一浓度水进水管9向SBR反应器5进水，同时开启搅拌器31搅拌运行。当达到预定的进水量时(由设定的进水时间τ₁并结合液位H₁参数确定)，实时关闭第一浓度水进水阀24和第一浓度水进水泵23，然后继续搅拌t₁时间(取0~20min)后关闭搅拌器31，停止搅拌运行。

② 曝气运行：在时段，实时开启鼓风机29和曝气阀30，对SBR反应器5曝气运行，去除水中的有机物，并将水中氨氮成分氧化成为硝态氮；在曝气运行过程中，控制正常硝化段的DO浓度不超过2.0mg/L，所谓正常硝化段是指在固定曝气量的条件下，曝气硝化过程中反应器混合液中DO浓度基本不变的阶段。

曝气过程的在线控制策略：

开始曝气后，实时在线监测pH和DO信号，在线监测的pH和DO信号的采样间隔t₂取60s。为了消除干扰，对所采集的pH_i和DO_i值进行4值实时滑动滤波处理，即计算4个值的滑动平均值，并实时计算相邻两个滑动滤波值pH_Lbi-1、pH_Lbi与DO_Lbi-1、DO_Lbi对时间的平均变化率K_pHi=(pH_Lbi-pH_Lbi-1)/(t_i-t_i-1)和K_DOi=(DO_Lbi-DO_Lbi-1)/(t_i-t_i-1)值。在曝气过程中，当监测到K_pHi值连续3min以上均<0后，注意监测K_pHi和K_DOi值的变化情况，当监测到K_pHi值由负变正，同时满足K_DOi>K_DOi-1>K_DOi-2>K_DOi-3>0时，实时关闭鼓风机29和曝气阀30，停止曝气运行。

停止曝气运行后，系统读取预先设定的进水次数n值 ；若读取的n值没有达到n-1次进水次数，系统进入工序③运行，当达到第n-1次进水次数时，系统跳转到工序④运行。

③ 进混合水搅拌运行：在A_i(i≥2)时段，实时开启混合水进水泵25和混合水进水阀26，自混合水箱3引水，经混合水进水管10向SBR反应器5进水，同时开启搅拌器31搅拌运行，当达到预定的进水量时【由设定的进水时间τ₁并结合液位H_i(i≥2)参数确定】，实时关闭混合水进水阀26和混合水进水泵25，停止进水。

搅拌过程的控制策略如下：

开始搅拌后，实时在线监测pH信号，在线监测pH信号的采样间隔t₃取60s。同样为了消除干扰，在搅拌过程中，对所采集的pH_i值进行4值实时滑动滤波处理，即计算4个值的滑动平均值，并实时计算相邻两个滑动滤波值pH_Lbi-1与pH_Lbi对时间的平均变化率K_pHi=(pH_Lbi-pH_Lbi-1)/(t_i-t_i-1)。在搅拌过程中，当监测到K_pHi值连续3min以上均>0后，注意监测K_pHi值的正负变化情况，当监测到K_pHi值由正变负，并保持t₄时间(取2~3min)以上K_pHi值均<0时，实时关闭搅拌器31，停止搅拌运行，然后系统返回到工序②曝气运行。

④ 进第二浓度水搅拌运行：在A_n时段，实时开启第二浓度水进水泵27和第二浓度水进水阀28，自第二浓度水箱2引水，经第二浓度水进水管11向SBR反应器5进行第n次进水，同时启动搅拌器31搅拌运行，当达到进水量（由设定的进水时间τ₂并结合液位H_n参数确定）时，实时关闭第二浓度水进水阀28和第二浓度水进水泵27，停止进水。

在搅拌的过程中，当在线监测的pH历时曲线上表征反硝化结束的特征点出现时(控制策略同上述工序③中的“缺氧搅拌运行的控制策略”)，实时关闭搅拌器31，停止搅拌运行。

⑤ 短时间曝气运行：停止搅拌后，再次实时开启鼓风机29和曝气阀30对SBR反应器5进行短时间鼓风曝气(曝气时间t₅取15~35min)，目的是吹脱附着在污泥颗粒上的氮气和进一步降解系统剩余的有机物及氧化部分剩余的氨氮成分。当达到设定的曝气时间t₅时，实时关闭鼓风机29和曝气阀30，停止曝气运行。

⑥ 沉淀：停止短时间曝气运行后，使反应器中的混合液处于沉淀状态，实现泥水分离。

⑦ 排水和排泥：待达到设定的沉淀时间t₆(取40~70min)时，实时开启排水阀32，将处理后的上清液经排水管13排出SBR反应器5；根据设定的排泥方案，实时开启排泥阀33，经排泥管14排泥。当达到设定的排水时间t₇(取30~70min)和排泥时间t₈(取5~20min)时，实时关闭排水阀32和排泥阀33，停止排水和排泥。

⑧ 闲置：反应器处于停止工作的待机状态，当达到预定的闲置时间t₉(取5~50min)即完成SBR工艺一个周期的运行工序。这时，系统转入下一周期的循环运行。

（4）分段进水SBR脱氮系统的启动

① 接种污泥：接种具有硝化与反硝化功能的活性污泥，充入SBR反应器5，使反应器充满时的污泥浓度为4500~5000mg/L。

② 接种污泥活性的恢复：按照上述工序（1）~（3）运行分段进水SBR工艺，在运行过程中，控制各好氧时段的溶解氧充足，待系统稳定后，进入下一阶段。

③ 短程硝化的启动：采用游离氨、温度、pH和DO四重因素联合抑制亚硝酸盐氧化菌的策略启动系统的短程硝化，方法如下：

维持反应器充满时的污泥浓度为4500~5000mg/L、系统的温度不低于28℃，同时控制O₁~O_n-1时段内正常硝化段的DO浓度不超过1.0mg/L，采用碳酸氢钠溶液调节SBR反应器进水的碱度，使各好氧时段末的pH值不低于7.8，如果进水的氨氮浓度小于350mg/L，采用氯化铵溶液将第一浓度水和混合水的氨氮浓度调至不低于350mg/L，然后按照上述工序（1）~（3）运行分段进水SBR工艺。但在短程硝化的驯化初期，为了保证反硝化过程中碳源充足，需增大混合水箱3中第二浓度水的配入比例λ₁和A_n时段第二浓度水的进水量Q_n(即增大λ₂)，然后随着曝气过程中亚硝酸盐氮积累率的增加，逐渐减小λ₁和Q_n，直至完成短程硝化启动后再按照上述工序（1）中式(1)确定λ₁、按照工序（2）中式(2)确定λ₂。在驯化过程中，每天监测各好氧时段末混合液中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮浓度，当各好氧时段末混合液中的亚硝酸盐氮的积累率大于80%时，即完成短程硝化的启动。

（5）分段进水SBR脱氮系统的长期稳定运行

① 短程硝化驯化完成后，不再对系统进水的氨氮浓度和对各曝气时段末pH值的限制，可按照上述工序（1）~（3）运行分段进水SBR工艺，在运行过程中，控制反应器充满时的污泥浓度为4500~5000mg/L，并注意控制各曝气时段内正常硝化段的DO浓度不超过2.0mg/L，即可保证系统的长期稳定运行。

② 系统短程硝化长期稳定运行的保安措施

现场废水处理站在运行过程中，会受到某些极端因素的影响，出现反应器中的短程硝化向全程硝化转化的现象，为了保证系统短程硝化的稳定运行，当监测到各曝气时段末混合液中亚硝酸盐氮积累率降低到小于70%时，可再次按照上述工序（4）中③的步骤，及时将亚硝酸盐氮积累率调整恢复到80%以上。

本发明要求所述分段进水SBR脱氮系统具有以下特征：

包括第一浓度水箱1、第二浓度水箱2、混合水箱3、碱液箱4、SBR反应器5、鼓风机29、数据处理器41及过程控制器45。

第一浓度水箱1设有第一浓度水箱进水管6，第二浓度水箱2设有第二浓度水箱进水管7；第一浓度水箱1和第二浓度水箱2分别通过第一浓度水配水泵15及第一浓度水配水阀16、第二浓度水配水泵17及第二浓度水配水阀18和相应的配水管8与混合水箱3相连；碱液箱4通过第一浓度水投碱泵19、第一浓度水投碱阀20和第二浓度水投碱泵21、第二浓度水投碱阀22及相应的管道分别与第一浓度水箱1和第二浓度水箱2相连。

SBR反应器5连接有第一浓度水进水管9、混合水进水管10、第二浓度水进水管11、曝气管12、排水管13和排泥管14；在前三条管9~11上分别设有第一浓度水进水泵23及第一浓度水进水阀24、混合水进水泵25及混合水进水阀26、第二浓度水进水泵27及第二浓度水进水阀28，在这三条管的另一端分别与第一浓度水箱1、混合水箱3、第二浓度水箱2相连；在曝气管12、排水管13和排泥管14上分别设有曝气阀30、排水阀32和排泥阀33，在曝气管12的两端分别与鼓风机29和曝气头37相连。

在SBR反应器5中设置有搅拌器31、pH传感器34、DO传感器35和液位传感器36；34~36三个传感器分别与pH测定仪38、DO测定仪39和液位测定仪40相连接；38~40三个测定仪与数据处理器41的信号输入端42相连；数据处理器41设有参数设置与显示端43；数据处理器信号输出端44与过程控制器45相连；过程控制器的第一浓度水配水泵继电器46及第一浓度水配水阀继电器47、第二浓度水配水泵继电器48及第二浓度水配水阀继电器49、第一浓度水投碱泵继电器50及第一浓度水投碱阀继电器51、第二浓度水投碱泵继电器52及第二浓度水投碱阀继电器53、第一浓度水进水泵继电器54及第一浓度水进水阀继电器55、混合水进水泵继电器56及混合水进水阀继电器57、第二浓度水进水泵继电器58及第二浓度水进水阀继电器59、鼓风机继电器60及曝气阀继电器61、搅拌器继电器62、排水阀继电器63、排泥阀继电器64经由过程控制器信号输出端65，分别与第一浓度水配水泵15及第一浓度水配水阀16、第二浓度水配水泵17及第二浓度水配水阀18、第一浓度水投碱泵19及第一浓度水投碱阀20、第二浓度水投碱泵21及第二浓度水投碱阀22、第一浓度水进水泵23及第一浓度水进水阀24、混合水进水泵25及混合水进水阀26、第二浓度水进水泵27及第二浓度水进水阀28、鼓风机29及曝气阀30、搅拌器31、排水阀32、排泥阀33相连。

所述脱氮系统的主要运行控制参数有：配入混合水箱3中第二浓度水所占的比例λ₁、第n次进水量Q_n占第n-1次进水量Q_n-1的比例λ₂、反应器一周期的进水次数、第1次~第n-1次进水时间τ₁、第n次进水时间τ₂、每次进水结束时的液位H₁~H_n、反应器一处理周期首次进水后的继续搅拌时间t₁、曝气过程中pH和DO信号的采样间隔t₂、搅拌过程中pH信号的采样间隔t₃、反硝化结束时pH对时间的平均变化率K_pHi值由正变负并保持K_pHi<0的时间t₄、短时曝气时间t₅、沉淀时间t₆、排水时间t₇、排泥时间t₈和闲置时间t₉。

反应过程的每一道工序，包括各种泵和阀门的启闭，曝气和搅拌系统的启闭，充水、排水、排泥、闲置等过程，均根据控制策略由控制系统实时在线控制完成。

本发明的技术原理

如附图1，本发明所述分段进水SBR反应器在一个处理周期的运行过程中，具有个串联的A/O运行时段，在每一个A/O的A时段开始时集中进水，共进n次水。第1次只进第一浓度水，第2次~第n-1次的进水是配入了一定比例第二浓度水的混合水，前n-1次为等量进水，第n次只进适量的第二浓度水。

A₁时段采用固定时间的短时搅拌，其主要功能是利用进水中有限的碳源，通过搅拌将上一周期残留在反应器中硝态氮经反硝化去除。

O₁时段的功能是通过好氧曝气作用，降解经A₁时段作用后反应器中剩余的有机物和对氨氮进行硝化处理，采用在线控制策略控制好氧硝化过程，氨氮氧化充分。

A₂时段的功能是利用第2次进水中的有机物，将O₁时段产生的硝态氮通过搅拌作用进行反硝化脱氮反应，同时回收碱度。第2次的进水为提升C/N比后的混合水，通过对混合水中第二浓度水的配入比例λ₁的控制，使该进水具有稳定的C/N比，并且其中的碳源恰好满足对硝态氮的反硝化需要，同时结合在线控制策略控制反硝化过程，反硝化脱氮充分。

接下来的O₂~O_n-1曝气时段的功能与O₁时段相同，A₃~A_n-1时段的功能与A₂时段相同，因为第2次~第n-1次进水的氮负荷与第1次基本相同，因此O₂~O_n-1时段的曝气工作过程与O₁时段相同、A₃~A_n-1时段的搅拌工作过程与A₂时段相同。

A_n时段的功能是利用第n次进水中的有机物，将O_n-1时段产生的硝态氮通过搅拌作用进行反硝化脱氮反应，同时回收碱度。第n次的进水为高COD浓度的第二浓度水，通过对第n次进水量Q_n占第n-1次进水量Q_n-1的比例λ₂的控制，来限制第n次的进水量Q_n，使其中的碳源恰好满足对硝态氮的反硝化需要，同时结合在线控制策略控制反硝化过程，反硝化脱氮也充分。由于第n次进水量很少，池中混合液的氨氮浓度不高。

O_n时段采用固定时间的短时曝气，其主要作用是①吹脱附着在污泥颗粒上的氮气，有利于沉淀过程中的泥水分离；②氧化混合液中的部分氨氮成分，实现出水的氨氮达标；③氧化混合液中剩余的有机物，实现出水COD达标。

试验结果表明，短程硝化驯化完成后，通过控制各曝气时段中正常硝化段的DO浓度不超过2.0mg/L，并结合对硝化过程的在线控制策略，就可以实现短程硝化系统的长期稳定运行。这是因为在此条件下，在仅以氨氧化菌为优势菌的短程硝化污泥中，实施对硝化过程的在线控制，可以在氨氧化菌将氨完全氧化为亚硝酸盐的同时，实时停止曝气进程，从而可有效地抑制在继续曝气过程中亚酸盐氧化菌的增殖，进而可避免亚硝酸盐被继续氧化为硝酸盐。

本发明的有益效果

（1）脱氮效果优于常规的分段进水SBR工艺

常规的分段进水SBR工艺，只有一种进水水质，在无外加碳源的条件下，当进水的C/N比偏低或者进水虽然有适宜的C/N比，但其氨氮浓度较高时，系统的出水中必然含有较高浓度的硝态氮而影响出水水质。

本发明提供的分段进水SBR工艺，各A时段进水的C/N比恒定，且反硝化碳源充足，同时O₁~O_n-1时段和A₂~A_n时段的运行过程均采用在线控制，其硝化与反硝化充分，系统出水的总氮只决定于A_n时段第二浓度水的进水量Q_n。由于第二浓度水中的有机物浓度高，A_n时段的进水量Q_n很少，例如当取n=4时，在一个处理周期中，该进水量一般不超过总处理水量的12%，而且其中的氮还要经过A_n时段和O_n时段的同化作用的去除，因此系统出水的总氮较低。

根据淀粉废水治理工程技术规范(HJ2043-2014)，我国玉米淀粉废水的典型水质COD为6000~15000mg/L，B/C为0.4，总氮为300~400mg/L。课题组在试验中使用的玉米淀粉废水取自吉林省某大型玉米淀粉企业的废水处理站，其第二浓度水的COD为3500~9000mg/L，B/C为0.5，生化性很好，第一浓度水的氨氮浓度高时可超过400mg/L。

以常用的n=4为例，如果取第二浓度水的COD浓度C₂=3500mg/L，这是对脱总氮不利的COD下限值，则根据上述技术方案中所述的式(2)和式(3)并结合试验结果可得：

① 当第一浓度水的氨氮浓度C_N在317~420mg/L间变化时，A_n时段第二浓度水的进水量Q_n占总处理水量的比例λ₃仅为10.5%~13.5%，系统出水的总氮可以达到行业标准(GB25461-2010)中的间排标准，即总氮<55mg/L，氨氮<35mg/L；

② 当C_N<317mg/L时，Q_n占总处理水量的比例λ₃<10.5%，系统出水的总氮可以满足行业标准(GB25461-2010)中直排标准，即总氮<30mg/L，氨氮<15mg/L。

在试验过程中，第一浓度水的常见氨氮浓度C_N<400mg/L，当n=4时，若取C₂=5000mg/L，则由上述中所述的式(2)和式(3)得，与C_N=400mg/L对应的λ₃仅为9.0%~9.4%，相应的出水总氮不会超过35mg/L。因此，对于C_N<400mg/L的常见玉米淀粉废水，若C₂>5000mg/L，其出水的总氮和氨氮浓度都可以达到或接近行业标准(GB25461-2010)中的直排标准。

（2）可以获得良好的节能降耗效果

① 与传统的SBR工艺相比较，本发明提供的分段进水SBR脱氮方法除了具有短程硝化反硝化脱氮的节能降耗效果外，还具有以下优势：

各段进水中的碳源充足，反硝化脱氮充分，因此可将反硝化产生的碱度补充到后面的硝化时段，减少了pH的波动和投碱的费用；

各段进水中的碳源恰好满足反硝化的需求，因此可有效地减少好氧时段中氧化有机物的能耗和提高自养硝化菌的硝化速率。

② 可以有效地减小废水处理站厌氧段的处理负荷和厌氧反应器进水的提升能耗

用于提升进水C/N比的第二浓度水没有经过厌氧段处理，被直接引入SBR系统，这部分水中的有机物主要是在反应器的A₂~A_n时段中被反硝化去除；另一方面，厌氧反应器进水的提升高度一般都大于10m，而位于整个处理系统末端的好氧工艺段，通常可依靠重力流或者依靠很小的提升高度就可以引水。因此，本发明所述的脱氮方法既减小了厌氧段的处理负荷，也减小了厌氧段进水的提升能耗。

仍以n=4为例，若取第一浓度水的COD浓度C₁=500mg/L、氨氮浓度C_N为400mg/L，第二浓度水的COD浓度C₂=5000mg/L，则本发明所述的脱氮SBR工艺在一个处理周期的运行过程中，第二浓度水的总引入量占系统全部处理水量的比例λ₄为22.2%~23.6%。可见其减小厌氧段处理负荷和降低厌氧段进水提升能耗的幅度超过了20%。

（3）本发明所述的分段进水SBR工艺进水的C/N比稳定且反硝化碳源充足，不仅脱氮效果稳定，系统的运行控制过程也简单方便。

（4）本发明所述的分段进水SBR工艺非常便于对传统SBR工艺系统的升级改造。

附图说明

图1为本发明所述分段进水SBR反应器一个处理周期的运行模式。

图2为本发明所述分段进水SBR脱氮系统的结构示意图。

图3为本发明所述分段进水SBR脱氮过程在线控制流程图。

图2中：1—第一浓度水箱、2—第二浓度水箱、3—混合水箱、4—碱液箱、5—SBR反应器、6—第一浓度水箱进水管、7—第二浓度水箱进水管、8—配水管、9—第一浓度水进水管、10—混合水进水管、11—第二浓度水进水管、12—曝气管、13—排水管、14—排泥管、15—第一浓度水配水泵、16—第一浓度水配水阀、17—第二浓度水配水泵、18—第二浓度水配水阀、19—第一浓度水投碱泵、20—第一浓度水投碱阀、21—第二浓度水投碱泵、22—第二浓度水投碱阀、23—第一浓度水进水泵、24—第一浓度水进水阀、25—混合水进水泵、26—混合水进水阀、27—第二浓度水进水泵、28—第二浓度水进水阀、29—鼓风机、30—曝气阀、31—搅拌器、32—排水阀、33—排泥阀、34—pH传感器、35—DO传感器、36—液位传感器、37—曝气头、38—pH测定仪、39—DO测定仪、40—液位测定仪、41—数据处理器、42—信号输入端、43—参数设置与显示端、44—数据处理器信号输出端、45—过程控制器、46—第一浓度水配水泵继电器、47—第一浓度水配水阀继电器、48—第二浓度水配水泵继电器、49—第二浓度水配水阀继电器、50—第一浓度水投碱泵继电器、51—第一浓度水投碱阀继电器、52—第二浓度水投碱泵继电器、53—第二浓度水投碱阀继电器、54—第一浓度水进水泵继电器、55—第一浓度水进水阀继电器、56—混合水进水泵继电器、57—混合水进水阀继电器、58—第二浓度水进水泵继电器、59—第二浓度水进水阀继电器、60—鼓风机继电器、61—曝气阀继电器、62—搅拌器继电器、63—排水阀继电器、64—排泥阀继电器、65—过程控制器信号输出端。

具体实施方式

1. 所述分段进水SBR脱氮系统的设置

见附图2，本发明所述的SBR脱氮系统包括，第一浓度水箱1、第二浓度水箱2、混合水箱3、碱液箱4、SBR反应器5、鼓风机29、数据处理器41及过程控制器45，实施方式如下：

（1）对分段进水SBR反应器进水调配系统的设置

第一浓度水箱1设置有第一浓度水箱进水管6，第二浓度水箱2设置有第二浓度水箱进水管7；第一浓度水箱1和第二浓度水箱2分别通过第一浓度水配水泵15及第一浓度水配水阀16、第二浓度水配水泵17及第二浓度水配水阀18和相应的配水管8与混合水箱3相连；碱液箱4通过第一浓度水投碱泵19、第一浓度水投碱阀20和第二浓度水投碱泵21、第二浓度水投碱阀22分别与第一浓度水箱1和第二浓度水箱2相连。

（2）对分段进水SBR反应器管道系统的设置

SBR反应器5连接有第一浓度水进水管9、混合水进水管10、第二浓度水进水管11、曝气管12、排水管13和排泥管14；在前三条管9~11上分别设有第一浓度水进水泵23及第一浓度水进水阀24、混合水进水泵25及混合水进水阀26、第二浓度水进水泵27及第二浓度水进水阀28，在这三条管的另一端分别与第一浓度水箱1、混合水箱3、第二浓度水箱2相连；在曝气管12、排水管13和排泥管14上分别设有曝气阀30、排水阀32和排泥阀33，在曝气管12的两端分别与鼓风机29和曝气头37相连。

（3）对分段进水SBR反应器在线控制系统的设置

分段进水SBR反应器的控制系统包括数据处理器41和过程控制器45两个部分。

在SBR反应器5中设置有搅拌器31、pH传感器34、DO传感器35和液位传感器36；34~36三个传感器分别与pH测定仪38、DO测定仪39、液位测定仪40相连；38~40三个测定仪与数据处理器41的信号输入端42相连；数据处理器41设有参数设置与显示端43；数据处理器信号输出端44与过程控制器45相连；过程控制器的第一浓度水配水泵继电器46及第一浓度水配水阀继电器47、第二浓度水配水泵继电器48及第二浓度水配水阀继电器49、第一浓度水投碱泵继电器50及第一浓度水投碱阀继电器51、第二浓度水投碱泵继电器52及第二浓度水投碱阀继电器53、第一浓度水进水泵继电器54及第一浓度水进水阀继电器55、混合水进水泵继电器56及混合水进水阀继电器57、第二浓度水进水泵继电器58及第二浓度水进水阀继电器59、鼓风机继电器60及曝气阀继电器61、搅拌器继电器62、排水阀继电器63、排泥阀继电器64经由过程控制器信号输出端65，分别与第一浓度水配水泵15及第一浓度水配水阀16、第二浓度水配水泵17及第二浓度水配水阀18、第一浓度水投碱泵19及第一浓度水投碱阀20、第二浓度水投碱泵21及第二浓度水投碱阀22、第一浓度水进水泵23及第一浓度水进水阀24、混合水进水泵25及混合水进水阀26、第二浓度水进水泵27及第二浓度水进水阀28、鼓风机29及曝气阀30、搅拌器31、排水阀32、排泥阀33相连。

2. 所述分段进水SBR脱氮系统技术工序

（1）系统稳定运行阶段，对分段进水SBR反应器进水的调配

① 经第一浓度水箱进水管6引第一浓度水至第一浓度水箱1，经第二浓度水箱进水管7引第二浓度水至第二浓度水箱2。

② 根据第一浓度水、第二浓度水的COD浓度C₁、C₂和第一浓度水的氨氮浓度C_N，按照前技术方案中所述的式(1)计算混合水箱3中第二浓度水的配入比例λ₁；λ₁确定后，第一浓度水配入混合水箱的比例为1-λ₁。

③ 根据λ₁值，控制第一浓度配水泵15和第二浓度配水泵17分别自第一浓度水箱1和第二浓度水箱2取水，经第一浓度水配水阀16和第二浓度水配水阀18及相应的配水管8，将第一浓度水和第二浓度水按比例配入混合水箱3。

④ 每天根据废水水质的变化情况，检测C₁、C₂和C_N值，根据检测结果由前技术方案中所述的式(1)修正λ₁值，然后根据修正的λ₁，实时调整第一浓度水与第二浓度水配入混合水箱3的比例，使混合水箱3中的混合水具有稳定的C/N比，以满足反硝化的需要。具体实施方式如下：

见附图2，将检测得到的水质参数C₁、C₂和C_N值通过参数设置与显示端43输入数据处理器41，由已存入数据处理器中的式(1)计算λ₁，并在显示屏上显示λ₁值；该λ₁值经确认后，由过程控制器的第一浓度水配水泵继电器46、第一浓度水配水阀继电器47和第二浓度水配水泵继电器48、第二浓度水配水阀继电器49经由过程控制器信号输出端65发出控制信号，对第一浓度水配水泵15、第一浓度水配水阀16和第二浓度水配水泵17、第二浓度水配水阀18进行调节与控制，实现对第一和第二浓度水配入混合水箱3中比例的在线调配。

⑤ 每天检测废水的总碱度，总碱度以CaCO₃计，当检测到第一浓度水箱1和第二浓度水箱2中水的总碱度/氨氮<4.0时，开启第一浓度水投碱泵19、第一浓度水投碱阀20和第二浓度水投碱泵21、第二浓度水投碱阀22向两水箱投加碳酸氢钠溶液来调节第一浓度水和第二浓度水的碱度，使其总碱度/氨氮>4.0，以满足生物脱总氮过程对碱度的需求。

（2）系统稳定运行阶段，分段进水SBR反应器一个处理周期的进水方式

① 在一个处理周期中，具有n个串联的A/O运行时段，在每一个A/O的A时段开始时集中进水，共有n次进水。第1次进第一浓度水箱1中的第一浓度水；第2次~第n-1次进混合水箱3中的混合水；第n次只进第二浓度水箱2中的第二浓度水。

② 控制SBR反应器前n-1次为等量进水，即第1次第一浓度水的进水量Q₁与第2次~第n-1次混合水的进水量Q₂~Q_n-1相等(Q₁=Q₂…=Q_n-1)；第n次第二浓度水的进水量Q_n按照其占第n-1次混合水进水量Q_n-1的比例λ₂确定，即。

③ 根据前技术方案中所述式(2)计算Q_n占Q_n-1的比例λ₂；根据前技术方案中所述式(3)计算Q_n占SBR一个周期全部处理水量的比例λ₃；根据前技术方案中所述式(4)计算在SBR一个周期中引入的第二浓度水占全部处理水量的比例λ₄。

④ 根据每天检测得到的C₂和C_N值，由前技术方案中所述的式(2)修正Q_n占Q_n-1的比例λ₂，然后根据修正的λ₂，实时对Q_n进行调节。

对λ₂的调整，即对水量Q_n的调节，其方法与对λ₁的调整方法类似，将每天检测得到的C₂和C_N值通过参数设置与显示端43输入数据处理器41，由已存入数据处理器中的式(2)计算λ₂，并在显示屏上显示λ₂值；该λ₂值经确认后，由过程控制器的第二浓度水进水泵继电器58及第二浓度水进水阀继电器59经由过程控制器信号输出端65发出控制信号，对第二浓度水进水泵27和第二浓度水进水阀28进行调解与控制，实现对Q_n的调节。

（3）系统稳定运行阶段，分段进水SBR反应器一个处理周期的运行控制方式

① 进第一浓度水搅拌运行：在A₁时段，实时开启第一浓度水进水泵23和第一浓度水进水阀24，自第一浓度水箱1引水，经第一浓度水进水管9向SBR反应器5进水，同时开启搅拌器31搅拌运行。当达到预定的进水量时(由设定的进水时间τ₁并结合液位H₁参数确定)，实时关闭第一浓度水进水阀24和第一浓度水进水泵23，然后继续搅拌t₁时间(取0~20min)后关闭搅拌器31，停止搅拌运行。

② 曝气运行：在时段，实时开启鼓风机29和曝气阀30，对SBR反应器5曝气运行，去除水中的有机物，并将水中氨氮成分氧化成为硝态氮；在曝气运行过程中，注意控制正常硝化段的DO浓度不超过2.0mg/L，并且根据控制策略，当在线监测的pH和DO历时曲线上表征硝化结束的特征点出现时，实时关闭鼓风机29和曝气阀30，停止曝气运行。

停止曝气运行后，系统读取预先设定的进水次数n值；若读取的n值没有达到n-1次进水次数，系统将进入工序③运行，当达到第n-1次进水次数时，系统跳转到工序④运行。

③ 进混合水搅拌运行：在A_i(i≥2)时段，实时开启混合水进水泵25和混合水进水阀26，自混合水箱3引水，经混合水配水管10向SBR反应器5进水，同时开启搅拌器31搅拌运行，当达到预定的进水量时【由设定的进水时间τ₁并结合液位H_i(i≥2)参数确定】，实时关闭混合水进水阀26和混合水进水泵25，停止进水。

在搅拌过程中，反硝化菌利用进水中的有机物为电子供体，反硝化脱除上一好氧阶段产生硝态氮，并根据控制策略，当在线监测的pH历时曲线上表征反硝化结束的特征点出现时，实时关闭搅拌器31，停止搅拌运行，然后系统返回到工序②曝气运行。

④ 进第二浓度水搅拌运行：在A_n时段，实时开启第二浓度水进水泵27和第二浓度水进水阀28，自第二浓度水箱2引水，经第二浓度水进水管11向SBR反应器5进行第n次进水，同时启动搅拌器31搅拌运行，当达到进水量(由设定的进水时间τ₂并结合液位H_n参数确定)时，实时关闭第二浓度水进水阀28和第二浓度水进水泵27，停止进水。

在搅拌过程中与上述步骤③相同，反硝化菌利用进水中的有机物为电子供体，反硝化脱除上一好氧阶段产生硝态氮，并根据控制策略，当在线监测的pH历时曲线上表征反硝化结束的特征点出现时，实时关闭搅拌器31，停止搅拌运行。

⑤ 短时间曝气运行：停止搅拌后，再次实时开启鼓风机29和曝气阀30对SBR反应器5进行短时间鼓风曝气(曝气时间t₅取15~35min)，目的是吹脱附着在污泥颗粒上的氮气和进一步降解系统剩余的有机物及氧化部分剩余的氨氮成分。当达到设定的曝气时间t₅时，实时关闭鼓风机29和曝气阀30，停止曝气运行。

⑥ 沉淀：停止短时间曝气运行后，使反应器中的混合液处于沉淀状态，实现泥水分离。

⑦ 排水和排泥：待达到设定的沉淀时间t₆(取40~70min)时，实时开启排水阀32，将处理后的上清液经排水管13排出SBR反应器5；根据设定的排泥方案，实时开启排泥阀33，经排泥管14排泥。当达到设定的排水时间t₇(取30~70min)和排泥时间t₈(取5~20min)时，实时关闭排水阀32和排泥阀33，停止排水和排泥。

⑧ 闲置：反应器处于停止工作的待机状态，当达到预定的闲置时间t₉(取5~50min)即完成SBR工艺一个周期的运行工序。这时，系统自动转入下一周期的循环运行。

附图3为本发明所述分段进水SBR脱氮过程在线控制流程图。

（4）分段进水SBR脱氮系统的启动

① 接种污泥：接种具有硝化与反硝化功能的活性污泥，充入SBR反应器5，使反应器充满时的污泥浓度为4500~5000mg/L。

② 接种污泥活性的恢复：按照上述工序（1）~（3）运行分段进水SBR工艺，在运行过程中，控制各好氧时段的溶解氧充足，待系统稳定后，进入下一阶段。

③ 短程硝化的启动：采用游离氨、温度、pH和DO四重因素联合抑制亚硝酸盐氧化菌的策略启动系统的短程硝化，方法如下：

维持反应器充满时的污泥浓度为4500~5000mg/L、系统的温度不低于28℃，同时控制O₁~O_n-1时段内正常硝化段的DO浓度不超过1.0mg/L，采用碳酸氢钠溶液调节SBR反应器进水的碱度，使各好氧时段末的pH值不低于7.8，如果进水的氨氮浓度小于350mg/L，采用氯化铵溶液将第一浓度水和混合水的氨氮浓度调至不低于350mg/L，然后按照上述工序（1）~（3）运行分段进水SBR工艺。但在短程硝化的驯化初期，为了保证反硝化过程中碳源充足，需增大混合水箱3中第二浓度水的配入比例λ₁和A_n时段第二浓度水的进水量Q_n(即增大λ₂)，然后随着曝气过程中亚硝酸盐氮积累率的增加，逐渐减小λ₁和Q_n，直至完成短程硝化启动后再按照前技术方案中所述式(1)确定λ₁、按照式(2)确定λ₂。在驯化过程中，每天监测各好氧时段末混合液中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮浓度，当各好氧时段末混合液中的亚硝酸盐氮的积累率大于80%时，即完成短程硝化的启动。

对上述pH参数的调节与控制，可根据对设在SBR反应器中pH测定仪信号的采集信息，由过程控制器信号输出端65发出控制信号，对第一浓度水投碱泵19、第一浓度水投碱阀20、第二浓度水投碱泵21、第二浓度水投碱阀22进行调节与控制实现；对上述DO参数的调节与控制，可根据对设在SBR反应器的DO测定仪信号的采集信息，由过程控制器信号输出端65发出控制信号，对曝气阀30进行调节与控制实现；对上述λ₁和λ₂的调整，可通过参数设置与显示端43手动完成。

对于启动阶段的控制因素——游离氨、温度、pH的说明：

玉米淀粉废水本身就具有较高的氨氮浓度，这对短程硝化的启动和启动后短程硝化的稳定运行很有利，为了强化短程硝化的启动，当系统进水的氨氮浓度小于350mg/L时，采用氯化铵溶液将其调至不低于350mg/L；

玉米淀粉废水的温度一般都比较高，在夏季常规处理系统末端曝气池的水温都在30℃以上，在我国东北高寒区的冬季，曝气池的水温也常在28℃以上，因此上述对温度的控制因素，在现场工艺短程硝化的启动过程中一般可不用特别考虑；

玉米淀粉废水属于酸性废水，典型的pH仅为3~5，其在进入厌氧处理段之前已进行过加碱调整pH处理，因此第二浓度水和经过厌氧段处理后的第一浓度水的碱度一般可以满足脱总氮过程对碱度的要求【总碱度(以CaCO₃计)/氨氮>4.0】。试验结果也表明，在不投碱的条件下，系统在稳定运行阶段，曝气时段末的pH值都在7.2以上。为了强化短程硝化的快速启动，本发明采用碳酸氢钠溶液调节SBR反应器内混合液的碱度，使各曝气时段末的pH值不低于7.8。

（5）分段进水SBR脱氮系统长期稳定运行的实施方式

① 短程硝化驯化完成后，不再对系统进水的氨氮浓度和对各曝气时段末pH值的限制，可按照上述工序（1）~（3）运行分段进水SBR工艺，在运行过程中，控制反应器充满时的污泥浓度为4500~5000mg/L，并注意控制各曝气时段内正常硝化段的DO浓度不超过2.0mg/L，即可保证系统的长期稳定运行。

② 系统短程硝化长期稳定运行的保安措施

玉米淀粉废水本身具有利于短程硝化的温度和氨氮浓度，再结合对各曝气时段DO的控制及对硝化过程的在线控制策略，与启动阶段相比较，系统在稳定运行阶段，只缺少了对pH的限制。试验结果表明，这并不会影响系统短程硝化反硝化脱氮的长期稳定运行。

然而现场废水处理站在运行过程中，不排除会受到某些极端因素的影响，例如由于某些特殊原因，造成生产废水的氨氮浓度持续偏低，或者由于冬季出现较长期极寒冷的天气使曝气池水温偏低，或者由于DO传感器失灵而对DO失控，致使曝气池中DO浓度长期过高、或出现过度曝气的现象等，这时可能会出现反应器中的短程硝化向全程硝化转化的现象。为了保证系统短程硝化的稳定运行，当监测到各曝气时段末混合液中亚硝酸盐氮积累率降低到小于70%时，可再次按照上述工序（4）中③的步骤，及时将亚硝酸盐氮积累率调整恢复到80%以上。

本发明可对具有“厌氧+好氧”生物处理技术的现行淀粉废水处理站及类似的含氮有机工业废水处理站进行升级改造及对新建站的工艺设计提供技术支持。

Claims (1)

1.一种短程硝化的分段进水SBR工艺玉米淀粉废水脱氮方法，其特征在于：

将玉米淀粉企业废水站“厌氧+好氧”工艺中的厌氧段出水称为第一浓度水，将厌氧段的进水称为第二浓度水；

（1）系统稳定运行阶段，对所述分段进水SBR反应器进水的调配

① 经第一浓度水箱进水管(6)引第一浓度水至第一浓度水箱(1)，经第二浓度水箱进水管(7)引第二浓度水至第二浓度水箱(2)；

② 第一浓度水配水泵(15)和第二浓度水配水泵(17)分别自第一浓度水箱(1)和第二浓度水箱(2)取水，经第一浓度水配水阀(16)和第二浓度水配水阀(18)及相应的配水管(8)，将第一浓度水和第二浓度水按比例配入混合水箱(3)；

根据第一浓度水、第二浓度水的COD浓度C₁、C₂和第一浓度水的氨氮浓度C_N，确定第二浓度水在混合水箱(3)中的配入比例λ₁；λ₁确定后，第一浓度水配入混合水箱(3)的比例为1-λ₁；

③ λ₁值由式(1)确定

(1)

式中λ₁为配入混合水箱(3)中第二浓度水所占的比例；

C₁为第一浓度水中COD浓度；

C₂为第二浓度水中COD浓度；

C_N为第一浓度水中氨氮浓度；

④ 每天根据废水水质的变化情况，检测C₁、C₂和C_N值，根据检测结果由式(1)修正λ₁值，然后根据修正的λ₁调整第一浓度水与第二浓度水配入混合水箱(3)的比例，使混合水箱(3)中的混合水具有稳定的C/N比，以满足反硝化的需要；

⑤ 每天检测废水的总碱度，总碱度以CaCO₃计，当检测到第一浓度水箱(1)和第二浓度水箱(2)中的第一浓度水和第二浓度水的总碱度/氨氮<4.0时，采用碳酸氢钠溶液调节第一浓度水箱(1)和第二浓度水箱(2)中水的碱度，使其总碱度/氨氮>4.0；

（2）系统稳定运行阶段，所述分段进水SBR反应器一个处理周期的进水方式

① 在一个处理周期中，具有n个串联的A/O运行时段，，在每一个A/O的A时段开始时集中进水，共有n次进水；第1次进第一浓度水箱(1)中的第一浓度水；第2次~第n-1次进混合水箱(3)中的混合水；第n次只进第二浓度水箱(2)中的第二浓度水；

② 控制SBR反应器前n-1次为等量进水，即第1次第一浓度水的进水量Q₁与第2次~第n-1次混合水的进水量Q₂~Q_n-1相等，Q₁=Q₂…=Q_n-1；第n次第二浓度水的进水量Q_n按照其占第n-1次混合水进水量Q_n-1的比例λ₂确定，即 ；

③ Q_n占Q_n-1的比例λ₂由式(2)确定

(2)

Q_n占SBR一个处理周期全部处理水量的比例λ₃由式(3)确定

(3)

在SBR一个处理周期中引入的第二浓度水占全部处理水量的比例λ₄由式(4)确定

(4)

式(3)和式(4)中的n为SBR反应器一个处理周期的进水次数；

④ 根据每天检测得到的C₂和C_N值，由式(2)修正λ₂，根据修正的λ₂调整Q_n；

（3）系统稳定运行阶段，所述分段进水SBR反应器一个处理周期的运行控制方式

① 进第一浓度水搅拌运行：在A₁时段，实时开启第一浓度水进水泵(23)和第一浓度水进水阀(24)，自第一浓度水箱(1)引水，经第一浓度水进水管(9)向SBR反应器(5)进水，同时开启搅拌器(31)搅拌运行；

当达到预定的进水量时，实时关闭第一浓度水进水阀(24)和第一浓度水进水泵(23)，然后继续搅拌t₁时间后关闭搅拌器(31)，停止搅拌运行，t₁取0~20min；

② 曝气运行：在O_i时段，i≥1，实时开启鼓风机(29)和曝气阀(30)，对SBR反应器(5)曝气运行；在曝气运行过程中，控制正常硝化段的DO浓度不超过2.0mg/L，所谓正常硝化段是指，在固定曝气量的条件下，曝气硝化过程中DO浓度不变的阶段；

开始曝气后，实时在线监测pH和DO信号，在线监测的pH和DO信号的采样间隔t₂取60s，并对所采集的pH_i和DO_i值进行4值实时滑动滤波处理，即计算4个值的滑动平均值，同时计算相邻两个滑动滤波值pH_Lbi-1、pH_Lbi与DO_Lbi-1、DO_Lbi对时间的平均变化率K_pHi=(pH_Lbi-pH_Lbi-1)/(t_i-t_i-1)和K_DOi=(DO_Lbi-DO_Lbi-1)/(t_i-t_i-1)值；

在曝气过程中，当监测到K_pHi值连续3min以上均<0后，注意监测K_pHi和K_DOi值变化的情况，当监测到K_pHi值由负变正，同时满足K_DOi>K_DOi-1>K_DOi-2>K_DOi-3>0时，实时关闭鼓风机(29)和曝气阀(30)，停止曝气运行；

停止曝气运行后，系统自动读取预先设定的进水次数n值，；若读取的n值没有达到n-1次进水次数，系统将进入工序③运行，当达到第n-1次进水次数时，系统跳转到工序④运行；

③ 进混合水搅拌运行：在A_i时段，i≥2，实时开启混合水进水泵(25)和混合水进水阀(26)，自混合水箱(3)引水，经混合水进水管(10)向SBR反应器(5)进水，同时开启搅拌器(31)搅拌运行，当达到预定的进水量时，实时关闭混合水进水阀(26)和混合水进水泵(25)，停止进水；

开始搅拌后，实时在线监测pH信号，在线监测pH信号的采样间隔t₃取60s；在搅拌过程中，对所采集的pH_i值进行4值实时滑动滤波处理，即计算4个值的滑动平均值，并实时计算相邻两个滑动滤波值pH_Lbi-1与pH_Lbi对时间的平均变化率K_pHi=(pH_Lbi-pH_Lbi-1)/(t_i-t_i-1)；

在搅拌过程中，当监测到K_pHi值连续3min以上均>0后，注意监测K_pHi值的正负变化情况，当监测到K_pHi值由正变负，并保持t₄时间以上K_pHi值均<0时，实时关闭搅拌器(31)，停止搅拌运行，然后系统返回到工序②曝气运行，t₄取2~3min；

④ 进第二浓度水搅拌运行：在A_n时段，实时开启第二浓度水进水泵(27)和第二浓度水进水阀(28)，自第二浓度水箱(2)引水，经第二浓度水进水管(11)向SBR反应器(5)进行第n次进水，同时启动搅拌器(31)搅拌运行，当达到进水量时，实时关闭第二浓度水进水阀(28)和第二浓度水进水泵(27)，停止进水；

开始搅拌后，实时在线监测pH信号，在线监测pH信号的采样间隔t₃取60s；在搅拌过程中，对所采集的pH_i值进行4值实时滑动滤波处理，即计算4个值的滑动平均值，并实时计算相邻两个滑动滤波值pH_Lbi-1与pH_Lbi对时间的平均变化率K_pHi=(pH_Lbi-pH_Lbi-1)/(t_i-t_i-1)；

在搅拌过程中，当监测到K_pHi值连续3min以上均>0后，注意监测K_pHi值的正负变化情况，当监测到K_pHi值由正变负，并保持t₄时间以上K_pHi值均<0时，实时关闭搅拌器(31)，停止搅拌运行，t₄取2~3min；

⑤ 短时间曝气运行：停止搅拌后，再次实时开启鼓风机(29)和曝气阀(30)对SBR反应器(5)进行短时间鼓风曝气，曝气时间t₅取15~35min；当达到设定的曝气时间t₅时，实时关闭鼓风机(29)和曝气阀(30)，停止曝气运行；

⑥ 沉淀：停止短时间曝气运行后，使反应器中的混合液处于沉淀状态，实现泥水分离；

⑦ 排水和排泥：待达到设定的沉淀时间t₆时，实时开启排水阀(32)，将处理后的上清液经排水管(13)排出SBR反应器(5)，t₆取40~70min；根据设定的排泥方案，实时开启排泥阀(33)，经排泥管(14)排泥；当达到设定的排水时间t₇和排泥时间t₈时，实时关闭排水阀(32)和排泥阀(33)，停止排水和排泥，t₇取30~70min，t₈取5~20min；

⑧ 闲置：反应器处于停止工作的待机状态，当达到预定的闲置时间t₉后，系统自动转入下一周期的循环运行；

（4）所述分段进水SBR脱氮系统的启动

① 接种污泥：接种具有硝化与反硝化功能的活性污泥，充入SBR反应器(5)，使反应器充满时的污泥浓度为4500~5000mg/L；

② 接种污泥活性的恢复：按照上述工序（1）~（3）运行分段进水SBR工艺系统，在运行过程中，控制各好氧时段的溶解氧充足，待系统稳定后，进入下一阶段；

③ 采用游离氨、温度、pH和DO四重因素联合抑制亚硝酸盐氧化菌的策略启动系统的短程硝化：

维持反应器充满时的污泥浓度为4500~5000mg/L、系统的温度不低于28℃，同时控制O₁~O_n-1时段内正常硝化段的DO浓度不超过1.0mg/L，采用碳酸氢钠溶液调节SBR反应器(5)进水的碱度，使各好氧时段末的pH值不低于7.8，如果进水的氨氮浓度小于350mg/L，采用氯化铵溶液将第一浓度水和混合水的氨氮浓度调至不低于350mg/L，然后按照上述工序

（1）~（3）运行分段进水SBR工艺系统；但在短程硝化的驯化初期，需增大混合水箱(3)中第二浓度水的配入比例λ₁和A_n时段第二浓度水的进水量Q_n，即增大λ₂，然后随着曝气过程中亚硝酸盐氮积累率的增加，逐渐减小λ₁和Q_n，直至完成短程硝化启动后再按照上述工序（1）所述的式(1)确定λ₁、按照工序（2）所述的式(2)确定λ₂；在驯化过程中，每天监测各好氧时段末混合液中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮浓度，当各好氧时段末混合液中的亚硝酸盐氮的积累率大于80%时，即完成短程硝化的启动；

（5）所述分段进水SBR工艺系统的长期稳定运

① 短程硝化驯化完成后，不再对系统进水的氨氮浓度和对各曝气时段末pH值的限制，可按照上述工序（1）~（3）运行分段进水SBR工艺系统，在运行过程中，控制反应器充满时的污泥浓度为4500~5000mg/L，并注意控制各曝气时段内正常硝化段的DO浓度不超过2.0mg/L，即可保证系统的长期稳定运行；

② 分段进水SBR工艺短程硝化长期稳定运行的保安措施

现场废水处理站在运行过程中，会受到某些极端因素的影响，出现反应器中的短程硝化向全程硝化转化的现象，为了保证系统短程硝化的稳定运行，当监测到各曝气时段末混合液中亚硝酸盐氮积累率降低到小于70%时，可再次按照上述工序（4）中③的步骤，及时将亚硝酸盐氮积累率调整恢复到80%以上。