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玉米淀粉废水具有碳、氮、磷和固体悬浮物等污染物浓度高采用以“厌氧+好氧”生物处理*

来源: 北京莱金源水处理*有限公司

玉米淀粉废水具有碳、氮、磷和固体悬浮物等污染物浓度高采用以“厌氧+好氧”生物处理*
 玉米淀粉废水具有碳、氮、磷和固体悬浮物等污染物浓度高、无毒且生化性很好的特点, 目前共识的做法是采用以“厌氧+好氧”为主体的生物处理*, 并结合物理和化学处理的组合*实现处理目标.在该处理*中, “厌氧工艺段”的出水基本属于高氨氮、低C/N的水, 因此基于传统生物脱氮原理运行的“好氧工艺段”普遍存在氧化氨氮的能耗高、碱耗高(因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(GB 25461-2010)的实施, 出水TN严重超标的问题更显得尤为突出.
  厌氧氨氧化是目前已知的*经济和简洁的生物脱氮途径, 其对于处理高氨废水, 特别是低C/N废水, 具有重大的潜在实用价值.参与ANAMMOX的反应基质是NH4+-N、NO2--N, 两者质量比的理论值为1:1.32, 然而实际生活污水和工业废水中的氮素, 主要以氨氮的形式存在, 硝态氮的含量几乎为零.因此, 实现ANAMMOX的前提是能够为ANAMMOX过程提供足量的亚硝酸盐.另*方面与传统的生物脱氮工艺相比较, 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工艺, 也能够获得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.可见, 如何获得长期稳定的短程硝化是实现上述脱氮新*在实际中应用的关键.
  近些年来, 许多学者对于如何通过系统运行条件的控制来实现短程硝化进行了大量的研究, 结果表明, 高pH值、高游离氨(FA)浓度、高温和低溶解氧(DO)等能抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)增殖或活性, 从而使氨氧化菌(AOB)在系统中占据优势而实现短程硝化.玉米淀粉废水同时具有高氨氮和高温的特点, 而氨氮与FA浓度具有正相关性, 因此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.本文采用SBR反应器, 以某大型玉米淀粉企业废水处理站厌氧段出水为研究对象, 利用高温、高pH和低DO等多重抑制因素, 快速启动短程硝化, 然后在此基础上, 进*步研究在逐渐取消高pH、高温抑制因素后, 系统短程硝化的稳定性及其控制策略, 以期为玉米淀粉废水处理新工艺的研发提供*支撑.
  1 材料与方法1.1 试验装置
  SBR反应器由有机玻璃制成, 上部为圆柱形, 高55 cm, 内径19 cm, 底部为圆台形, 总有效容积为12 L.反应器以小型黏砂头作为微孔曝气头, 采用小型充氧泵曝气充氧; 反应器侧壁上设有排水口, 底部设有排泥放空管; 反应器中设有搅拌装置, 根据需要在非曝气条件下, 启动搅拌装置进行缺氧反硝化反应; 在反应器中可以根据需要投放pH和DO传感器, 在线监测反应过程中pH和DO的变化; 在DO传感器上同时设有温度传感器, 可通过DO仪反应系统内的温度; 反应器中还同时设有温控装置, 可根据需要调节反应器温度.
  1.2 试验用水及接种污泥
  试验用水取自某大型玉米淀粉企业废水处理站厌氧段出水, 其水质为COD 250~550 mg·L-1, NH4+-N 270~360 mg·L-1, NOx--N < 0.5 mg·L-1, PO43--P 50~70 mg·L-1, pH 7.1~7.4.
  试验用污泥取自某城市污水处理厂曝气池.
  1.3 运行方式及检测方法
  为了使反硝化过程产生的碱度能够有效地补充到硝化段和充分利用进水中的有机物为反硝化服务, SBR反应器按照**进水曝气硝化→二*进水投加碳源搅拌反硝化→曝气硝化→投加碳源搅拌反硝化→短时曝气吹脱→沉淀/排水的方式周期式运行.采用瞬时进水, 根据进水的NH4+-N浓度, 在**进水后**性投加适量NaHCO3溶液调整碱度, 保证硝化过程碱度充足; *周期两*的进水量相同, 即进水氮负荷相同, 只因稀释作用, 第二*进水和第二*硝化结束时混合液的氮浓度相对**要低*些; 采用pH和DO参数的变化控制硝化与反硝化过程, 反硝化碳源充足, 因此在系统运行稳定阶段, 每*硝化和反硝化结束时, 系统中相应的NH4+-N和NOx--N浓度都很低(< 2 mg·L-1); 系统的总充水比约为0.6, 每天运行1周期.在本实验中, 不论是在短程硝化快速启动阶段, 还是在后面的稳定性试验阶段, SBR反应器均按照上述方式周期式运行.
  检测方法:NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法; NO2--N采用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法; NO3--N采用麝香草酚分光光度法; COD采用快速消解法; 污泥浓度采用重量法.文中的各种水质参数, 均为经过滤或经高速离心去除固体成分后的检测结果.
  本试验结果表明, *周期中两*硝化过程的亚硝酸盐氮积累率基本*致, 本文仅以**进水后曝气硝化过程的试验数据为例, 讨论短程硝化的快速启动及其稳定性问题. 
3 结论
  (1) 控制系统温度为(30±1)℃、pH为7.8~8.2、正常硝化段DO为0.7~1.0 mg·L-1, 再结合pH和DO参数对硝化过程实施在线控制, 可以经过17个周期的驯化培养, 快速启动短程硝化(NO2--N积累率超过80%).
  (2) 对于已启动短程硝化的玉米淀粉废水SBR处理系统, 逐渐取消对系统高温及高pH的限制, 在碱度充足、常温(23~24℃)和较低DO(正常硝化段为0.7~1.0 mg·L-1)条件下, 结合对硝化过程的在线控制, *终可以获得NO2--N积累率超过98%的短程硝化长期稳定运行.
  (3) 先采用高温、高pH和低DO, 并结合对硝化过程在线控制快速启动短程硝化, 然后再逐渐取消对系统高pH及高温限制的控制策略, 对于具备较高氨氮浓度和较高温度的现场玉米淀粉废水实现长期稳定的短程硝化具有现实意义.
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