CAST工艺处理城市污水脱氮特性的研究陈滨

CAST工艺处理城市污水脱氮特性的研究陈滨许立群周鹏飞*蒋福彤（镇江市水业总公司江苏镇江212001）摘要：结合我厂CAST工艺处理城市污水的运行实践，开展了两个阶段的对比生产性试验，对低负荷运行状态下CAST工艺处理城市污水脱氮特性进行了研究。试验过程中，通过对F/M、DO、MLSS、SRT等工艺参数的优化控制，实现同步硝化反硝化、短程硝化反硝化和传统脱氮理论的有机结合的脱氮模式，在保证各出水水质指标稳定达标的情况下，出水NH3-N的去除率达到90%以上，出水TN去除率在55%以上，取得了较好的脱氮效果。关键词：CAST工艺、低负荷、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、硝化细菌中图分类号：文献标志码：文章编号：ResearchonCharacteristicofCASTdisposingmunicipalsewageinRemovalofNitrogenChenbin,XuLiqun，ZhouPengfeiJiangFutong（ZhenJiangcitywaterindustryco.Zhenjiang212001，China）Abstract:Accordingtotheoperationexperiencesofourplant’sCASTdisposingmunicipalsewage,wehavemaketwophases’contrastproductivetests.ResearchingonCharacteristicOfCASTdisposingmunicipalsewageinremovalofNitrogen,underthelowburthencondition.Onthecourseoftesting,wehaveoptimizedthetechnicsparameterscontrolling，suchas:F/M,DO,MLSS,SRTandsoon.SothatinourplantwehadachievedhemodeofremovalofnitrogenthatthecombinationofthetheoriesofSimultaneousNitrificationandDenitrification、ShortcutNitrificationandDenitrificationandSQND.Onthebasisofallofthewaterqualityindexesareuptothestandard,removingrateofammoniareachingmorethan90%,andremovingrateoftotalnitrogenreachingmorethan55%.Sothatitisachievinggoodtreatmenteffectofremovalofnitrogen.Keywords:CASTprocess；Lowburthen；SimultaneousNitrificationandDenitrification；ShortcutNitrificationandDenitrification；NitrobacteriaCAST工艺是一种先进的污水处理工艺，在城市污水处理中得到广泛利用，其前端设置生物选择器。运行过程中，通过DO控制使污水经过一个厌氧—缺氧—好氧—缺氧—厌氧的处理过程，因此CAST工艺具有一定的脱氮除磷效果。但在实际运行过程中，存在NH3-N不能稳定达标、脱氮和除磷在工艺上要求不同，很难同时达到理想的去除效果等问题。自从2007年太湖流域蓝藻事件以来，国家对营养物质氮和磷的控制越来越严格，因此有必要就CAST工艺处理城市污水中脱氮特性开展研究,稳定脱氮效果。征润洲污水处理厂自2003年6月份运行以来，主要出水水质指标均达到《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。但NH3-N去除不是太理想，为确保NH3-N稳定达标；并摸索低负荷运行状态下，CAST工艺处理城市污水中脱氮特性，我厂开展了一系列的测试研究。1试验情况介绍1.1工艺流程征润洲污水处理厂是由华北市政设计院设计，设计处理能力20万m3/d；一期工程10万m3/d；经过技术改造、新建调节池，实际处理能力增加到12.5m3/d。主要处理镇江市主城区城市污水，采用8组CAST生化反应池为主要处理构筑物，每2组池为一个模块，共分四个模块。运行周期为4小时，分为进水/曝气、纯曝气、沉淀、滗水四个阶段，各1小时，实现连续进水连续出水。充水比为0.3，污泥回流比为20%。工艺流程图见图1。泥饼外运至长江江滨泵站污泥脱水机房污泥浓缩池鼓风机房消毒池生物池细隔栅进水井调节池出水井生物选择区图：工艺流程图剩余污泥回流1.2试验方法与过程CAST池单池平面尺寸45×30m，有效水深6m，生物选择区内设有搅拌器，采用底部微孔曝气，滗水装置采用旋转式滗水器，设有回流泵和剩余污泥泵。示意图见图2。试验过程中，充分发挥调节池作用，在不影响正常生产的情况下，在4#CAST池中进行生产性试验。前后进行了两个阶段的对比性试验，第一阶段，MLSS控制在2500-3500mg/L，纯曝气阶段DO控制在2.5-3.5mg/L,污泥龄在12-15天；第二阶段是在第一阶段试验的基础上，调整思路，培养驯化硝化细菌后开展的；MLSS控制在3500-4500mg/L，纯曝气阶段DO控制在1.5-2.5mg/L,污泥龄在14-20天。并根据试验情况，及时调整。试验期间,水温为15-25℃。主要进水指标为：CODcr在120-250mg/L；BOD5在30-100mg/L；NH3-N在15-28mg/L；TN在18-30mg/L之间。回流排泥鼓风机房出水主反应区生物选择区进水图2：CAST反应池结构图滗水器1.3取样方法及检测方法每天在进水井取进水水样；CAST主反应区的中部，沉淀结束，取出水水样。每天检测进水、出水CODcr、BOD5、NH3-N、NO3－-N、TN、TP、PH等指标。一个周期密集取样在CAST主反应区的中部，从进水开始，每个20分钟取一次水样。检测CODcr、BOD5、NH3-N、NO3－-N、NO2－-N、TN。所有检查项目均由经过计量认证的化验中心采用国家标准方法进行检测。2试验结果讨论与分析试验进行了25个周，第一阶段10个周，第二阶段15个周。为方便讨论，以每周为一个周期，每周的数据进行平均，来分析各种指标的变化情况。（注：在以下图表中1-1表示第一阶段第一周，2-5表示第二阶段第五周）2.1试验期间脱氮效果分析第一阶段和第二阶段脱氮效果周变化见图3和图4。图3：第一阶段脱氮效果周变化图-1001020304050607080901001-11-21-31-41-51-61-71-81-91-10周数去除率（%）NH3-N去除率(%)TN去除率(%)第一阶段试验期间，NH3-N去除效果一直较好，第8周开始受进水浓度增加、水温降低等因素影响，NH3-N去除效率逐渐降低，平均出水浓度为5.16mg/L，平均周去除率在74.79%，最高为85.84%，最低为3.6%；TN去除效果较差，平均出水浓度为17.00mg/L，平均周去除率为25.85%；最高为47.89%，最低为-3.58%，平均出水NO3－-N浓度为8.02mg/L。图4：第二阶段脱氮效果周变化图01020304050607080901002-12-22-32-42-52-62-72-82-92-102-112-122-132-142-15周数去除率（%）NH3-N去除率(%)TN去除率(%)第二阶段试验期间：第1-3周培养驯化硝化细菌，第4周开始测试。测试期间，除第8-11周受工艺参数调整以及进水浓度影响，去除效果略差外，NH3-N去除率均在80%以上。平均出水NH3-N浓度3.61mg/L，平均周去除率在79.02%；最高为95.5%；最低为12.97%。TN去除效果较第一阶段有大幅度提高，平均出水浓度为10.36mg/L，平均周去除率为51.73%，最高为64.69%，最低为12.88%；平均出水NO3－-N浓度为3.84mg/L。2.2进水负荷对NH3-N去除效果的影响进水负荷（F/M）即食微比是设计上和运行上的一个重要指标。目前我厂采取4小时周期运行模式，曝气时间固定。第一阶段第8-10周、第二阶段第7-10周，F/M大于0.06KgBOD5/（KgMLSS.d）；随着F/M的增加，NH3-N去除效果明显下降，第二阶段第10周开始F/M降低后，NH3-N去除率逐渐增加。进水负荷对脱氮效果的影响见图5。图5：氨氮去除效果与进水负荷周变化图01020304050607080901001-11-21-31-41-51-61-71-81-91-102-12-22-32-42-52-62-72-82-92-102-112-122-132-142-15周数去除率（%）0.000.020.040.060.080.100.120.14NH3-N去除率(%)进水负荷在我厂运行模式下，当F/M增加时，用于碳化反应的时间增加，而相对用于硝化反应的时间就减少，反应时间不足成为制约脱氮效果的瓶颈。随着F/M增加，NH3-N去除效果有所下降。当反应时间足够时，F/M对出水NH3-N的影响相对较小。在第二阶段在硝化细菌培养驯化期间，采用延长曝气时间为4小时，硝化细菌培养成功后，当F/M大于0.08KgBOD5/（KgMLSS.d），对NH3-N去除基本没有影响，去除率在90%以上。由此可见，我厂4小时运行周期运行模式下，F/M控制在0.03-0.06KgBOD5/（KgMLSS.d）较为适宜，有利于生物脱氮。2.3曝气控制对脱氮效果的影响传统意义上的曝气控制主要以DO作为控制参数。但我们在研究过程中，发现曝气控制不仅是DO的控制，还与其他因素有很大关系。污水处理过程的DO控制是一个动态的平衡过程,是反应过程中活性污泥的耗氧量与提供的氧气量之间的一个平衡。曝气控制跟DO控制、曝气时间和曝气强度有关，同时还与进水各种污染物浓度等有关。进水曝气阶段，曝气主要起搅拌作用，使活性污泥恢复活性、降解部分BOD5、同时在低DO状态下，完成反硝化反应和聚磷菌释厌氧释放磷的过程。纯曝气阶段，随着碳化反应的进行，BOD5被降解，DO逐渐上升，硝化反应成为主导反应。硝化细菌属于化能自养型细菌，对DO的要求相对较高，纯曝气阶段DO需要在一定范围内维持一段时间，以保证硝化反应的完成。目前我厂采用4小时运行周期，进水曝气、纯曝气各1小时，曝气时间上无法延长。因此我们对曝气强度、DO控制、曝气控制模式等方面进行了研究。我厂曝气系统控制图见图6。我们采用5台罗茨鼓风机分两路管道分别对南北两组CAST池进行曝气，1#、3#、5#为变频鼓风机，可进行风量调节，2#、4#为额定功率启动鼓风机，风量不能调节。1#鼓风机2#鼓风机3#鼓风机4#鼓风机5#鼓风机1#CAST池2#CAST池3#CAST池4#CAST池8#CAST池7#CAST池5#CAST池6#CAST池图6：曝气控制图我厂曝气控制采取3#、5#风机常开，在DO能够达到要求的情况，尽量降低曝气强度；如果通过变频调节，不能满足DO要求，则开启2#、4#鼓风机，同时降低3#、5#风机频率，保证DO能够达到要求的情况下，曝气强度较小。我厂曝气控制过程中，采取分阶段限制性曝气控制。具体控制如下：进水曝气前30分钟DO控制在0-0.5mg/L，利用碳源进行反硝化和聚磷菌释放磷；进水曝气后30分钟DO控制在0.5-1.0mg/L，逐渐提高DO，进一步完成碳化反应。纯曝气DO控制，一般夏季控制在1.5-2.0mg/L，春季和秋季控制在2.0-2.5mg/L，冬季控制在2.5-3.0mg/L，并维持一段时间，以保证碳化反应和硝化反应的完成。根据试验研究发现：分阶段限制性曝气控制是有效的。在该曝气控制模式下，可实现同步硝化反硝化、短程硝化反硝化与传统硝化反硝化三者有机结合的脱氮模式。2.4污泥龄和污泥浓度对脱氮除磷效果的影响污