CN109879431B - 短程硝化的分段进水a/o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A/O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A/O工艺具有

段串联的A/O池，引适量高COD浓度水提升进水C/N，在每段A/O池的A池首端连续进水。在A₁池首端进低C/N水，在A₂~A_n‑1池首端进具有适宜C/N的混合水，在A_n池首端只进适量高COD浓度水。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A/O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的目的。

Description

短程硝化的分段进水A/O工艺玉米淀粉废水脱氮方法

技术领域

本发明属于污废水处理技术领域，具体涉及一种短程硝化的分段进水缺氧/好氧(A/O)工艺玉米淀粉废水脱氮方法。

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，生产1吨玉米淀粉的平均排废水量约为4~5吨，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，淀粉废水治理工程技术规范(HJ2043-2014)推荐的做法是采用以“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，对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。由于SBR工艺运行方式灵活，可以根据需要控制实现好氧、缺氧及厌氧状态交替的环境条件，目前短程硝化及其稳定运行多数都是在SBR工艺中实现的，而在连续流的A/O工艺中实现短程硝化并且维持其长期稳定运行往往很困难。

连续流分段进水A/O工艺是一种高效的污水生物脱氮工艺。原水分多点进入系统，可省去硝化液内回流设施，并充分利用原水中的有机碳源进行反硝化，节省外加碳源的费用，同时多点进水还可使系统对溶解氧的需求更加平衡。但由于分段进水A/O工艺最后一段的进水通常只进行硝化反应而没有反硝化条件，对于处理高氨氮的玉米淀粉废水，其出水中必然含有较高浓度的硝态氮而影响出水水质；如果在最末一段A/O池后再增设一个缺氧搅拌池，也必须通过外加碳源的方式才能获得好的脱氮效果。采用调整流量分配比的方法来优化每段的进水，虽然一定程度上可改善系统的脱氮效果，但对于固定结构的反应器，经常根据进水C/N比的变化来调整每段进水的流量分配比例，不仅使运行过程控制会变得很复杂，有时还会造成较大的硝化与反硝化容量的浪费，或因硝化和反硝化容量不足而影响出水的水质。

发明内容

为充分发挥分段进水A/O工艺的优势，缓解其运行过程控制复杂及出水硝态氮含量高的不足，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比稳定的“短程硝化的分段进水A/O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“厌氧+好氧”生物处理技术中好氧段工艺的升级改造及新建站的工艺设计提供技术支持。

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，即好氧段的进水为主要

处理对象，将传统的A/O反应器划分为

段缺氧/好氧(A/O)串联运行；

（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，在每段A/O的A池首端连续进水，以满足反硝化对碳源的需要；

（3）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；

（4）驯化完成后，合理控制各段曝气池中的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。

本发明所述的分段进水A/O工艺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A/O工艺脱氮优势的同时，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A/O工艺脱氮方法的技术工序如下：

（1）系统稳定运行阶段，对所述分段进水A/O反应器进水的调配

①引第一浓度水至第一浓度水箱，引第二浓度水至第二浓度水箱。

②第一浓度水配水泵和第二浓度水配水泵分别自第一浓度水箱和第二浓度水箱取水，经第一浓度水配水阀和第二浓度水配水阀及配水管，将第一浓度水和第二浓度水按比例配入混合水箱。

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。

③λ₁值由式(1)确定

(1)

式中λ₁为第二浓度水在混合水箱中的配入比例；

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)来修正λ₁，然后根据修正的λ₁调整第二浓度水与第一浓度水配入混合水箱的比例，使混合水箱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和第二浓度水箱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，所述分段进水A/O反应器的进水方式

①分段进水A/O反应器中具有

段串联的A/O池，在每段A/O的A池首端连续进水，共有n个进水点；在A₁池首端进第一浓度水箱中的第一浓度水，在A₂池~A_n-1池首端进混合水箱中的混合水，在A_n池首端进第二浓度水箱中的第二浓度水。

②控制前n-1段等量进水，即A₁池第一浓度水的进水量Q₁与A₂池~A_n-1池混合水的进水量Q₂~Q_n-1相等(Q₁=Q₂…=Q_n-1)，A_n池第二浓度水的进水量Q_n按照其占A_n-1池混合水进水量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占分段进水A/O反应器全部处理水量的比例λ₃由式(3)确定

(3)

在分段进水A/O反应器中引入的第二浓度水占其全部处理水量的比例λ₄由式(4)确定

(4)

式(3)和式(4)中的n为分段进水A/O反应器中A/O池的段数，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）所述分段进水A/O工艺系统的启动

①接种污泥：接种具有硝化与反硝化功能的活性污泥，充入分段进水A/O反应器，使反应器中的平均污泥浓度为4700mg/L~4900mg/L；

②接种污泥活性的恢复：按照上述工序（1）和（2）连续运行分段进水A/O工艺，在运行过程中，控制O₁~O_n-1池溶解氧充足，系统的污泥回流比为73%~77%，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，方法如下：

维持反应器内的平均污泥浓度为4700mg/L~4900mg/L、系统的污泥回流比为73%~77%、系统的温度不低于28℃，同时控制O₁池~O_n-1池中的平均DO浓度不高于1.1mg/L，采用碳酸氢钠溶液调节反应器内混合液的碱度，使各好氧池末端的pH值不低于7.8，如果进水的氨氮浓度小于400mg/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400mg/L，然后按照上述工序（1）和（2）连续运行分段进水A/O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，需增大混合水箱中第二浓度水的配入比例λ₁和A_n池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）中的式(1)确定λ₁、按照工序（2）中的式(2)确定λ₂。在驯化过程中，每天监测O₁~O_n-1池末端混合液中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮浓度，当O₁池~O_n-1池末端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。

（4）所述分段进水A/O工艺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池末端pH值的限制，可直接按照上述工序（1）和（2）连续运行分段进水A/O工艺，并控制系统的平均污泥浓度为4700mg/L~4900mg/L和污泥回流比为73%~77%，同时控制O₁池~O_n-1池末端的DO>2.0mg/L及O₁池~O_n-1池中的平均DO不超过1.3mg/L，即可保证系统的长期稳定运行。

②所述分段进水A/O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，当监测到各曝气池末端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（3）中③的步骤，及时将亚硝酸盐氮积累率调整恢复到80%以上。

本发明所述分段进水A/O工艺具有以下特征：

所述分段进水A/O工艺系统包括第一浓度水箱、第二浓度水箱、混合水箱、碱液箱、分段进水A/O反应器、沉淀池、鼓风机、数据处理器及过程控制器。

第一浓度水箱和第二浓度水箱设置有第一浓度水箱进水管和第二浓度水箱进水管；第一浓度水箱和第二浓度水箱分别通过第一浓度水配水泵及第一浓度水配水阀、第二浓度水配水泵及第二浓度水配水阀和相应的配水管与混合水箱相连；碱液箱通过第一浓度水投碱泵、第一浓度水投碱阀和第二浓度水投碱泵、第二浓度水投碱阀及相应的管道分别与第一浓度水箱和第二浓度水箱相连。

分段进水A/O反应器包括

段串联的A/O池，A₂池~A_n池的容积相等，O₁池~O_n-1池的容积相等，A₂池~A_n池的池容不小于O₁池~O_n-1池容积的1/3；A₁池和O_n池的容积分别不大于其他A池和其他O池容积的1/2；在A₁池~A_n池中设置有搅拌器，在O₁池~O_n-1池的每个池中沿流向设置不少于两个格室，在每一个格室和O_n池中都设置有曝气头，每一个曝气头与相应的曝气支管相连，在各曝气支管上设置有曝气阀；各曝气支管的另一端通过联络管与曝气总管相连，在曝气总管上设置有曝气总阀，曝气总管的另一端与鼓风机相连。

分段进水A/O反应器的A₁池设置有A₁池进水管，该进水管从A₁池的首端顶部伸入池中，在该进水管上设置有A₁池进水泵和A₁池进水阀，管的另一端与第一浓度水箱相连；A₂池~A_n-1池分别设置有A₂池~A_n-1池进水支管，这些进水支管分别从A₂池~A_n-1池的首端顶部伸入池中，在每条进水支管上均设置有相应的A₂池~A_n-1池进水泵和A₂池~A_n-1池进水阀，在这些支管的上游端分别与A₂池~A_n-1池进水总管相连，该进水总管的另一端与混合水箱相连；A_n池设置有A_n池进水管，该进水管从A_n池的首端顶部伸入池中，在该进水管上设置有A_n池进水泵和A_n池进水阀，A_n池进水管的另一端与第二浓度水箱相连。

在O₁池~O_n-1池中每个池的末端格室设置有在线pH仪，在O₁池~O_n-1池的每个池中至少在末端格室及其上游紧邻的格室设置有在线DO仪；O₁池~O_n-1池中的在线pH仪与数据处理器的pH信号输入端相连，O₁池~O_n-1池中的在线DO仪与数据处理器的DO信号输入端相连；数据处理器设置有参数设置与显示端；数据处理器信号输出端与过程控制器信号输入端相连；过程控制器信号输出端通过信号线，分别与第一浓度水配水泵、第一浓度水配水阀、第二浓度水配水泵、第二浓度水配水阀、第一浓度水投碱泵、第一浓度水投碱阀、第二浓度水投碱泵、第二浓度水投碱阀、A₁池~A_n池进水泵、A₁池~A_n池进水阀、鼓风机、总曝气阀、O₁池~O_n-1池各支管曝气阀和O_n池曝气阀相连。

沉淀池与分段进水A/O反应器的出水管相连，在沉淀池中设置有排水管、污泥回流管和排泥管，在污泥回流管上设置有污泥回流泵和污泥回流阀。

本发明的技术原理

见附图1，所述分段进水A/O反应器中具有

个串联的A/O池，在每一段A/O池的A池首端连续进水，共有n个进水点。A₁池只进第一浓度水，A₂~A_n-1池的进水是配入了一定比例第二浓度水的混合水，前n-1个进水点为等量进水，A_n池只进适量的第二浓度水。

A₁池的容积不超过其他A池容积的一半，其主要功能是利用进水中有限的碳源，通过搅拌将回流污泥中的硝态氮经反硝化去除。

O₁池的功能是通过好氧曝气作用，降解来自A₁池混合液中剩余的有机物和对氨氮进行硝化处理。在O₁池~O_n-1池中的每一个池中，沿流向设置不少于两个格室，DO沿流程递增，控制其末端格室的DO在2.0mg/L以上，同时控制O₁池~O_n-1池中的平均DO不超过1.3mg/L，这样既可以保证进水中的氨氮被完全氧化，又可以利用较低的DO浓度和废水自身的温度，来抑制亚硝酸盐氧化菌的生长，实现亚硝酸盐的积累。

A₂池的功能是利用该池进水中的有机物，将来自O₁池的硝化液通过搅拌作用进行反硝化脱氮反应，同时回收碱度。A₂池的进水为提升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，反硝化脱氮充分。

接下来的O₂池~O_n-1池的功能与O₁池相同，A₃池~A_n-1池的功能与A₂池相同，因为A₂池~A_n-1池进水的氮负荷与A₁池基本相等，因此O₂池~O_n-1池的工作过程与O₁池相同、A₃池~A_n-1池的工作过程与A₂池相同。

A_n池的功能是利用该池进水中的有机物，将来自O_n-1池的硝化液通过搅拌作用进行反硝化脱氮反应，同时回收碱度。A_n池的进水为高COD浓度的第二浓度水，通过对A_n池进水量Q_n占A_n-1池进水量Q_n-1的比例λ₂的控制，来限制A_n池的进水量Q_n，使其中的碳源恰好满足对硝态氮的反硝化需要，反硝化脱氮也充分。由于A_n池的进水量很少，池中混合液的氨氮浓度不高。

O_n池的容积不超过其他O池容积的一半，其主要功能，第1是吹脱附着在污泥颗粒上的氮气，有利于二沉池中的泥水分离；第2是氧化混合液中的部分氨氮，实现出水中的氨氮达标；第3是氧化剩余的有机物，实现出水COD达标。

本发明的有益效果

（1）脱氮效果优于常规的分段进水A/O工艺

常规的分段进水A/O工艺脱氮系统，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。

本发明所述的分段进水A/O工艺脱氮系统，各段A池进水的C/N比恒定，且反硝化碳源充足，在各段O池的硝化容量和A池的反硝化容量充足的条件下，系统出水的总氮只决定于A_n池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池的进水量Q_n很少，例如当取n=4时，该进水量Q_n一般不超过全部处理水量的12%，而且其中的氮还要经过A_n池和O_n池的同化去除作用，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，TN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池第二浓度水的进水量Q_n占全部处理水量的比例λ₃不会超过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当第一浓度水的氨氮浓度C_N<317mg/L时，Q_n占全部处理水量的比例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，则由上述技术方案中所述的式(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A/O工艺相比较，本发明所述的分段进水A/O工艺取消了硝化液的内回流工序，节省了硝化液回流的能耗；

②与传统的A/O工艺相比较，本发明所述的分段进水A/O工艺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，因此可以充分回收反硝化产生的碱度补充到下游的硝化池，减少了在好氧池中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池中氧化有机物的能耗和提高自养硝化菌的硝化速率；

污泥浓度在分段进水A/O工艺系统中沿流向递减，在出水污泥浓度相同的情况下，分段进水A/O工艺系统的平均污泥浓度更高，处理能力更强，因此对于同样的出水标准，可减小池容，节省基建投资。

③可以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，被直接引入到分段进水A/O工艺系统，这部分水中的有机物主要是在A₂~A_n池中被反硝化去除；另一方面，厌氧反应器进水的提升高度一般都大于10m，而位于整个废水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，本发明引第二浓度水提升C/N比的方法，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工艺在运行过程中，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A/O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A/O工艺内部结构简单，便于对传统A/O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A/O反应器的进水模式示意图；

图2为本发明所述分段进水A/O工艺系统的结构示意图(以四段进水为例)。

图中，1—第一浓度水箱、2—第二浓度水箱、3—混合水箱、4—碱液箱、5—分段进水A/O反应器、6—沉淀池、7—第一浓度水箱进水管、8—第二浓度水箱进水管、9—第一浓度水配水泵、10—第一浓度水配水阀、11—第二浓度水配水泵、12—第二浓度水配水阀、13—第一浓度水投碱泵、14—第一浓度水投碱阀、15—第二浓度水投碱泵、16—第二浓度水投碱阀、17—A₁池进水泵、18—A₁池进水阀、19—A₂池进水泵、20—A₂池进水阀、21—A₃池进水泵、22—A₃池进水阀、23—A₄池进水泵、24—A₄池进水阀、25—鼓风机、26—总曝气阀、27~29—O₁池曝气阀、30~32—O₂池曝气阀、33~35—O₃池曝气阀、36—O₄池曝气阀、37—O₁池在线pH仪、38—O₂池在线pH仪、39—O₃池在线pH仪、40~42—O₁池在线DO仪、43~45—O₂池在线DO仪、46~48—O₃池在线DO仪、49—搅拌器、50—曝气头、51—配水管、52—A₁池进水管、53—A₂池与A₃池进水总管、54—A₄池进水管、55—曝气总管、56—出水管、57—排水管、58—污泥回流管、59—污泥回流泵、60—污泥回流阀、61—排泥管、62—数据处理器、63—过程控制器、64—pH信号输入端、65—DO信号输入端、66—参数设置与显示端、67—数据处理器信号输出端、68—过程控制器信号输入端、69—过程控制器信号输出端。

具体实施方式

以四段进水A/O工艺为例说明如下：

1. 本发明所述分段进水A/O工艺系统的设置

见附图2，本发明所述的分段进水A/O工艺系统包括，第一浓度水箱1、第二浓度水箱2、混合水箱3、碱液箱4、分段进水A/O反应器5、沉淀池6、鼓风机25、数据处理器62及过程控制器63，实施方式如下：

（1）对分段进水A/O反应器进水调配系统的设置

第一浓度水箱1和第二浓度水箱2设置有第一浓度水箱进水管7和第二浓度水箱进水管8；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9及第一浓度水配水阀10、第二浓度水配水泵11及第二浓度水配水阀12和相应的配水管51与混合水箱3相连；碱液箱4通过第一浓度水投碱泵13、第一浓度水投碱阀14和第二浓度水投碱泵15、第二浓度水投碱阀16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A/O反应器及其曝气系统的设置

分段进水A/O反应器5包括四段串联的A/O池，A₂池~A₄池的容积相等，O₁池~O₃池的容积相等，A₂池~A₄池的池容不小于O₁池~O₃池容积的1/3；A₁池和O₄池的容积分别不大于其他A池和其他O池容积的1/2；在A₁~A₄池中设置有搅拌器49，在O₁池~O₃池的每个池中设置有首端、中间、末端三个格室，在每一个格室中和在O₄池中都设置有曝气头50，每一个曝气头与相应的曝气支管相连，在各曝气支管上设置有曝气阀27~36；各曝气支管的另一端通过联络管与曝气总管55相连，在曝气总管上设置有总曝气阀26，曝气总管55的另一端与鼓风机25相连。

（3）对分段进水A/O反应器进水管道系统的设置

分段进水A/O反应器的A₁池设置有A₁池进水管52，该进水管从A₁池的首端顶部伸入池中，在该进水管上设置有A₁池进水泵17和A₁池进水阀18，管的另一端与第一浓度水箱1相连；A₂池和A₃池分别设置有A₂池和A₃池的进水支管，两条进水支管分别从A₂池和A₃池的首端顶部伸入池中，在这两条进水支管上分别设置有A₂池进水泵19、A₂池进水阀20和A₃池进水泵21、A₃池进水阀22，两条进水支管的上游端与A₂池与A₃池进水总管53相连，该进水总管与混合水箱3相连；A₄池设置有A₄池进水管54，该进水管从A₄池的首端顶部伸入池中，在该进水管上设置有A₄池进水泵23和A₄池进水阀24，A₄池进水管54的另一端与第二浓度水箱2相连。

（4）对分段进水A/O反应器控制系统的设置

分段进水A/O反应器的控制系统包括数据处理器62和过程控制器63两个部分。

在O₁池~O₃池中每个池的末端格室设置有在线pH仪，在O₁池~O₃池中每个池的首端、中间和末端格室设置有在线DO仪；O₁池~O₃池在线pH仪37~39与数据处理器62的pH信号输入端64相连，O₁池~O₃池在线DO仪40~48与数据处理器62的DO信号输入端65相连；数据处理器设有参数设置与显示端66；数据处理器信号输出端67与过程控制器信号输入端68相连，过程控制器信号输出端69通过信号线分别与第一浓度水配水泵9、第一浓度水配水阀10、第二浓度水配水泵11、第二浓度水配水阀12、第一浓度水投碱泵13、第一浓度水投碱阀14、第二浓度水投碱泵15、第二浓度水投碱阀16、A₁池进水泵17、A₁池进水阀18、A₂池进水泵19、A₂池进水阀20、A₃池进水泵21、A₃池进水阀22、A₄池进水泵23、A₄池进水阀24、鼓风机25、总曝气阀26、O₁池曝气阀27~29、O₂池曝气阀30~32、O₃池曝气阀33~35、O₄池曝气阀36相连。

（5）对分段进水A/O反应器沉淀池的设置

沉淀池6与分段进水A/O反应器5的出水管56相连，在沉淀池中设置有排水管57、污泥回流管58和排泥管61，在污泥回流管上设置有污泥回流泵59和污泥回流阀60。

2. 所述分段进水A/O工艺系统的具体工作方式

（1）系统稳定运行阶段，对分段进水A/O反应器进水的调配

①经第一浓度水箱进水管7引第一浓度水至第一浓度水箱1，经第二浓度水箱进水管8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9和第二浓度配水泵11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10和第二浓度水配水阀12及配水管51，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66输入数据处理器62，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，由过程控制器信号输出端69发出控制信号，对第一浓度水配水泵9、第一浓度水配水阀10和第二浓度水配水泵11、第二浓度水配水阀12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13、第一浓度水投碱阀14和第二浓度水投碱泵15、第二浓度水投碱阀16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A/O反应器的进水方式

①分段进水A/O反应器5中具有四段串联的A/O池，在每段A/O的A池首端连续进水，共有4个进水点；在A₁池进第一浓度水箱1中的第一浓度水，在A₂池和A₃池进混合水箱3中的混合水，在A₄池进第二浓度水箱2中的第二浓度水。

见附图2，A₁池进水泵17自第一浓度水箱1引水，经A₁池进水阀18和A₁池进水管52在A₁池首端进第一浓度水；A₂池进水泵19和A₃池进水泵21自混合水箱3引水，分别经A₂池进水阀20、A₃池进水阀22在A₂池和A₃池的首端进混合水；A₄池进水泵23自第二浓度水箱2引水，经A₄池进水阀24和A₄池进水管54在A₄池首端进第二浓度水。

②控制前3段等量进水，即A₁池第一浓度水的进水量Q₁与A₂池和A₃池混合水的进水量Q₂和Q₃相等(Q₁=Q₂=Q₃)，A₄池第二浓度水的进水量Q₄按照其占A₃池混合水进水量Q₃的比例λ₂确定，即

。

③根据前技术方案中所述的式(2)计算Q₄占Q₃的比例λ₂；根据前技术方案中所述的式(3)计算Q₄占分段进水A/O反应器全部处理水量的比例λ₃；根据前技术方案中所述的式(4)计算在分段进水A/O反应器中引入的第二浓度水占其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Q₄占Q₃的比例λ₂，然后根据修正的λ₂，实时对Q₄进行调节。

对λ₂的调整，即对水量Q₄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及C_N值通过参数设置与显示端66输入数据处理器62，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，由过程控制器信号输出端69发出控制信号，对A₄池进水泵23及A₄池进水阀24进行调节与控制，实现对Q₄的调节。

（3）分段进水A/O工艺系统的启动

①接种污泥：接种具有硝化与反硝化功能的活性污泥，充入分段进水A/O反应器，使反应器中的平均污泥浓度为4800mg/L左右；

②接种污泥活性的恢复：按照上述（1）和（2）的步骤连续运行分段进水A/O工艺，在运行过程中，控制O₁池~O₃池溶解氧充足，系统的污泥回流比为75%左右，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：

维持反应器内的平均污泥浓度为4800mg/L左右、系统的污泥回流比为75%左右、系统的温度不低于28℃，同时在线控制O₁池~O₃池中的平均DO浓度不高于1.1mg/L，采用碳酸氢钠溶液调节反应器进水的碱度，使各好氧池末端格室的pH值不低于7.8，如果进水的氨氮浓度小于400mg/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400mg/L，然后按照上述（1）和（2）的步骤连续运行分段进水A/O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A₄池第二浓度水的进水量Q₄(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Q₄值，直至完成短程硝化启动后再按照前技术工序中所述的式(1)确定λ₁、按照式(2)确定λ₂。在驯化过程中，每天监测O₁池~O₃池末端混合液中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮浓度，当O₁池~O₃池末端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O₁池~O₃池末端格室的在线pH仪信号的采集信息，由过程控制器信号输出端69发出控制信号，对第一浓度水投碱泵13、第一浓度水投碱阀14、第二浓度水投碱泵15、第二浓度水投碱阀16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O₁池~O₃池各格室中的在线DO仪信号的采集信息，由过程控制器信号输出端69发出控制信号，对设在O₁池~O₃池各曝气支管上的曝气阀27~35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66手动完成。

对于驯化阶段的控制因素——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400mg/L时，采用氯化铵溶液将其调至不低于400mg/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，曝气池末的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反应器进水的碱度，使各曝气时段末的pH值不低于7.8。

（4）分段进水A/O工艺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池末端pH值的限制，可直接按照上述（1）和（2）的步骤连续运行分段进水A/O工艺，并控制系统的平均污泥浓度为4800mg/L左右和污泥回流比为75%左右，同时控制O₁池~O₃池末端的DO>2.0mg/L及O₁池~O₃池中的平均DO不超过1.3mg/L，即可保证系统的长期稳定运行。

②分段进水A/O工艺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有利于短程硝化的温度和氨氮浓度，再结合对曝气池DO浓度的合理控制，与上述短程硝化驯化阶段相比较，在驯化后的稳定运行阶段，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，或者由于在线DO仪的传感器失灵而对DO失控，致使曝气池中DO浓度长期过高等，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，当监测到各曝池末端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（3）中③的步骤，及时将亚硝酸盐氮积累率调整恢复到80%以上。

本发明可为具有“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。

应用实例：

本实例是在实验室条件下进行的，试验中采用的第一浓度水和第二浓度水分别取自吉林省某大型玉米淀粉企业废水处理站厌氧工艺段的出水和进水，其中第一浓度水的水质参数，COD为220~430mg/L(平均325mg/L)，氨氮为220~400mg/L(平均310mg/L)，硝酸盐氮<1mg/L，亚硝酸盐氮<1mg/L，总磷为40~100mg/L(平均70mg/L)，碱度(以CaCO₃计)为1100~1700mg/L(平均1400mg/L)；第二浓度水的水质参数，COD为3500~5500mg/L(平均4500mg/L)，氨氮为220~400(平均310mg/L)，硝酸盐氮<1mg/L，亚硝酸盐氮<1mg/L，总氮230~440mg/L(平均335mg/L)，总磷为40~110mg/L(平均75mg/L)，碱度(以CaCO₃计)为800~1200mg/L(平均1000mg/L)。

试验采用的是四段进水A/O工艺，A/O反应器的总有效容积为80L，其中A₂~A₄的池容均为6L，O₁~O₃的池容均为18L，A₁和O₄的池容分别为3L和5L。在试验过程中，按照上述实施方式，采用蠕动泵按比例进水，可以顺利启动四段进水A/O工艺脱氮装置，并且在稳定运行期间获可以下有益效果：

(1) 在温度为23℃~25℃的条件下，获得亚硝酸盐氮的积累率超过80%的长期稳定运行。

(2) 系统对总氮的去除率超过90%，出水总氮可达到或接近行业标准(GB25461-2010)中的直排标准，COD可达到行业标准(GB25461-2010)中的直排标准。

(3) 试验过程中，在四段A/O系统中第二浓度水的进水量占系统全部处理水量的比例λ₄均值为20.6%，可见该实例大约可减少1/5的厌氧段处理负荷和提升能耗。

Claims (1)

1.一种短程硝化的分段进水A/O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，对分段进水A/O反应器进水的调配

①引第一浓度水至第一浓度水箱，引第二浓度水至第二浓度水箱；

②第一浓度水配水泵和第二浓度水配水泵分别自第一浓度水箱和第二浓度水箱取水，经第一浓度水配水阀和第二浓度水配水阀及配水管，将第一浓度水和第二浓度水按比例配入混合水箱；

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；

③λ₁值由式(1)确定

（1）

式中λ₁为第二浓度水在混合水箱中的配入比例,

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)来修正λ₁，然后根据修正的λ₁调整第二浓度水与第一浓度水配入混合水箱的比例，使混合水箱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和第二浓度水箱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；

（2）系统稳定运行阶段，所述分段进水A/O反应器的进水方式

①分段进水A/O反应器中具有n段串联的A/O池，

，在每段A/O的A池首端连续进水，共有n个进水点；在A₁池首端进第一浓度水箱中的第一浓度水，在A₂池~A_n-1池首端进混合水箱中的混合水，在A_n池首端进第二浓度水箱中的第二浓度水；

②控制前n-1段等量进水，即A₁池第一浓度水的进水量Q₁与A₂池~A_n-1池混合水的进水量Q₂~Q_n-1相等，Q₁=Q₂…=Q_n-1，A_n池第二浓度水的进水量Q_n按照其占A_n-1池混合水进水量Q_n-1的比例λ₂确定，即

；

③Q_n占Q_n-1的比例λ₂由式(2)确定

（2）

Q_n占分段进水A/O反应器全部处理水量的比例λ₃由式(3)确定

(3)

在分段进水A/O反应器中引入的第二浓度水占其全部处理水量的比例λ₄由式(4)确定

(4)

式(3)和式(4)中的n为分段进水A/O反应器中A/O池的段数；

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）分段进水A/O工艺系统的启动

①接种污泥：接种具有硝化与反硝化功能的活性污泥，充入分段进水A/O反应器，使反应器中的平均污泥浓度为4700mg/L~4900mg/L；

②接种污泥活性的恢复：按照上述工序（1）和（2）连续运行分段进水A/O工艺，在运行过程中，控制O₁~O_n-1池溶解氧充足，系统的污泥回流比为73%~77%，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，方法如下：

维持反应器内的平均污泥浓度为4700mg/L~4900mg/L、系统的污泥回流比为73%~77%、系统的温度不低于28℃，同时控制O₁池~O_n-1池中的平均DO浓度不高于1.1mg/L，采用碳酸氢钠溶液调节反应器内混合液的碱度，使各好氧池末端的pH值不低于7.8，如果进水的氨氮浓度小于400mg/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400mg/L，然后按照上述工序（1）和（2）连续运行分段进水A/O工艺；

在短程硝化的驯化初期，为了保证反硝化过程中碳源充足，需增大混合水箱中第二浓度水的配入比例λ₁和A_n池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）中的式(1)确定λ₁、按照工序（2）中的式(2)确定λ₂；在驯化过程中，每天监测O₁池~O_n-1池末端混合液中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮浓度，当O₁~O_n-1池末端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；

（4）所述分段进水A/O工艺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池末端pH值的限制，可直接按照上述工序（1）和（2）连续运行分段进水A/O工艺，并控制系统的平均污泥浓度为4700mg/L~4900mg/L和污泥回流比为73%~77%，同时控制O₁池~O_n-1池末端的DO>2.0mg/L及O₁池~O_n-1池中的平均DO不超过1.3mg/L，即可保证系统的长期稳定运行；

②所述分段进水A/O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，当监测到各曝气池末端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（3）中③的步骤，及时将亚硝酸盐氮积累率调整恢复到80%以上。

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