CASS工藝處理高氨氮生活污水試驗研究

1、長期以來，高濃度氨氮一般出現(xiàn)在工業(yè)廢水中，處理這部分廢水大多采用物化和生化方法相結合的工藝或者完全物化工藝。但是，隨著人們消費結構的變化，生活污水的高氨氮已經(jīng)成為一個不容忽視的問題，解決這一問題對于防止水體富營養(yǎng)化和解決水體環(huán)境污染問題具有重要意義。生活污水中氨氮的變化范圍一般在20150mg/L，通常把氨氮濃度在80mg/L以上的生活污水稱為高氨氮生活污水。本試驗所研究的高氨氮生活污水濃度范圍在80150mg/L。對高氨氮生活污水的處理研究可適用的范圍為：城市生活污水、小城鎮(zhèn)污水、高校生活污水、小區(qū)生活污水以及工業(yè)廢水。國內(nèi)外目前對于應用CASS工藝處理高氨氮生活污水的研究還處于起步階段，處

2、理效果也不理想，脫氮率較低。研究如何將CASS工藝用于高氨氮生活污水的處理，充分發(fā)揮CASS工藝脫氮除磷效果好、耐沖擊負荷能力強、防止污泥膨脹、建設費用低和管理方便等優(yōu)點，對于促進CASS工藝的發(fā)展和改善水體環(huán)境具有現(xiàn)實意義。1.試驗裝置和試驗方法1.1 試驗裝置試驗采用的CASS反應器如圖1所示：圖1 CASS工藝反應器結構示意圖反應器尺寸大?。篖BH1000mm320mm450mm，分為缺氧區(qū)和好氧區(qū)兩個部分，其中缺氧區(qū)長度為200mm，好氧區(qū)為800mm。潷水部分采用絲杠套筒式潷水器，受PLC控制器控制。1.2 試驗條件試驗原水取自某高校學生公寓樓前化糞池上清液。生活污水由廁所、廚房排水

3、，洗浴水和其它污水組成，其中，廁所污水和廚房排水是生活污水的主要來源。污水中的NH3-N濃度高，濃度在90120mg/L，占進水總氮的92左右，COD濃度在400900 mg/L。試驗周期運行時間設定為4h，各階段時間分配一般為：曝氣120min，沉淀90min，排水20min，閑置10min。試驗采用均勻曝氣方式，每個周期的曝氣量保持不變，以曝氣期末端DO作為控制目標，試驗過程中末端DO一般控制為2.5mg/L。CASS工藝采用變?nèi)莘e運行，最高水位和最低水位的MLSS相差較大，系統(tǒng)內(nèi)的MLSS始終處于一個變化狀態(tài)。一般平均MLSS控制在40004500 mg/L。2.試驗結果和討論2.1 污

4、泥負荷對脫氮的影響試驗分別采用HRT為12h和16h；周期運行時間為4h，各階段時間分配為：曝氣120min，沉淀90min，排水20min，閑置10min；以曝氣期末端DO控制在2.53.0mg/L。回流比采用150。污泥有機負荷對各種物質去除率的影響如圖1所示，NH3-N負荷對硝化和脫氮的影響如圖2所示。 圖1 有機負荷對各種物質去除率的影響圖圖1表明，試驗中污泥有機負荷對各種物質的去除均有重要影響。當污泥有機負荷低于0.25kgCOD/(kgMLSSd)時，硝化率在96以上，COD去除率為88左右，而脫氮率在5070之間。當污泥有機負荷在0.180.25 kgCOD/(kgMLSSd)時

5、脫氮效果最好，脫氮率在6070；當污泥有機負荷高于0.28kgCOD/(kgMLSSd) 時，COD去除率降低到80以下，硝化率在5080，脫氮率在3960。 圖2 NH3-N負荷對硝化和脫氮的影響圖圖2表明，NH3-N負荷對硝化的影響較大，當NH3-N負荷低于0.045kg NH3-N/(kgMLSSd)時，硝化率達到96以上，而當NH3-N負荷高于0.045kg NH3-N/(kgMLSSd)時，硝化率明顯下降，僅達到5080。NH3-N負荷對反硝化的影響不明顯。2.2 回流比對脫氮的影響分別采用50、100、150、200、250五種回流比進行對比試驗。HRT為16h；周期運行時間為4h

6、，各階段時間分配為：曝氣120min，沉淀90min，排水20min，閑置10min；曝氣期末端DO控制在2.53.0mg/L。回流比試驗數(shù)據(jù)如表1所示, 回流比對脫氮效果的影響曲線如圖3所示： 表1 回流比試驗數(shù)據(jù)表回流比進水COD mg/L出水COD mg/LCOD去除率進水總氮mg/L進水NH3-Nmg/L出水NH3-Nmg/LNH3-N去除率出水NO3-Nmg/L脫氮率50485.5634.4492.91105.7597.292.4997.4461.2139.76100518.3365.4587.37118.15108.720.5899.4957.7950.60150528.2661.

7、9088.28127.07116.912.7397.6844.7362.65200479.4957.9787.91121.20111.540.7399.3654.4754.46250483.1535.3992.68113.91104.800.8299.2455.8350.29圖3 不同回流比對脫氮影響圖圖3表明，當生活污水試驗的回流比從50到250以每次50的速度遞增時，系統(tǒng)的脫氮率呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，當回流比增大到150時，系統(tǒng)的脫氮率達到最大，其數(shù)值為62.65，NH3-N保持97以上的去除率， COD去除率也達到88以上。2.3 曝氣時間和溶解氧對脫氮的影響改變曝氣量以控制末端DO

8、，并改變曝氣時間，具體組合工況見表2， 表2 試驗工況數(shù)據(jù)表工況曝氣量(m3/h)曝氣時間(min)沉淀時間(min)10.81209020.91209030.81506040.71506050.615060試驗采用 HRT為16h，回流比為150。相應的各工況一個周期內(nèi)DO變化曲線如圖4所示。圖4 各工況一個周期內(nèi)DO變化曲線圖4表明，當曝氣量和曝氣時間發(fā)生變化時，各工況一個周期內(nèi)DO的變化并不相同，但是各個工況都表現(xiàn)出由小到大的一個變化過程。五種工況的出水水質情況如表3所示。表3 五種工況試驗結果數(shù)據(jù)表工況進水COD(mg/L)出水COD(mg/L)COD去除率()總氮(mg/L)進水NH

9、3-N(mg/L)出水NH3-N(mg/L)NH3-N去除率()出水NO3-N(mg/L)脫氮率()1565.50 47.7891.55 132.51 121.9120.5583.14 36.2657.13 2553.37 41.1092.57 151.36 139.259.6193.10 48.7161.47 3635.06 44.8892.93 136.88 125.930100.00 46.6465.93 4687.21 66.5090.32 116.02 106.7415.8985.11 30.0060.45 5542.07 44.9491.71 105.64 97.1918.3381

10、.14 35.3849.16 相應的COD去除率、NH3-N去除率和脫氮率比較如圖5所示。 圖5 五種工況試驗結果比較圖圖5表明，五種工況下，DO和曝氣時間的改變對NH3-N去除率影響最大，NH3-N去除效果好的工況脫氮效果也相應較好，硝化最好的工況3脫氮效果最好，脫氮率達到了65.93，而硝化率最低的工況5脫氮率則最低，為49.16；DO和曝氣時間對COD去除率的影響則很小，各種工況下COD的去除率都達到了90.32以上，從上述分析可知，DO的控制對脫氮效果的影響較大。要取得好的脫氮效果，首先要將硝化進行得比較徹底，而DO對于硝化反應有著重要的影響。試驗表明，適合于脫氮的DO濃度反映在兩個方

11、面：一是曝氣階段的最低DO濃度必須達到一定水平，根據(jù)試驗，這個最低DO濃度水平是1.40 mg/L；二是曝氣期末端DO水平也要達到一個較高值，這個值的選擇范圍要寬一些，根據(jù)試驗結果， 2.53.5 mg/L的控制范圍比較合理。曝氣時間對脫氮的影響也是存在的，試驗表明，要取得較好的脫氮效果，縮短曝氣時間就必然需要增大曝氣量，即便如此，試驗中的工況2和工況3的脫氮效果還是有差異，若工藝曝氣時間采用定時控制，在選擇合適的曝氣量下，應盡量選擇較長的曝氣時間。2.4 CASS工藝曝氣時間控制研究關于DO和曝氣時間對系統(tǒng)脫氮影響的研究表明，曝氣時間可以根據(jù)污水處理的需要進行靈活的選擇，但是如何選擇最合理的

12、曝氣時間是下面試驗需要討論的問題。對曝氣時間控制目的有三個：一是實現(xiàn)計算機自動控制；二是在保證出水水質前提下盡可能節(jié)省運行費用；三是避免曝氣量不足或反應時間過長而引起的污泥膨脹。目前CASS工藝對曝氣時間的控制有兩種方法，即定時控制和實時控制。定時控制是將曝氣時間設定為某一固定值。實時控制是采用現(xiàn)代監(jiān)測儀器對反應時間進行控制。一種是通過在線COD或BOD儀監(jiān)測污水，一旦達到出水要求即停止曝氣，這是最理想的控制方式，但是對監(jiān)測儀器的要求較高；另一種是通過ORP、DO、pH儀來控制曝氣時間，由于曝氣期內(nèi)CASS池的COD、NH3-N和NO3-N等物質濃度的變化與ORP、DO和pH等值之間存在著一定

13、的相關性，這種相關性可有效地指導工程曝氣時間的控制。實時控制是目前研究和應用最為廣泛的方法，但是對于不同的水質，曝氣過程中的參數(shù)變化規(guī)律是不同的，需要作具體的分析。試驗研究了DO與NH3-N、NO3-N和COD濃度變化的相關性，試驗數(shù)據(jù)來自于2.3試驗的工況3，試驗結果如下：1、一個周期內(nèi)NH3-N與DO變化關系一個周期內(nèi)NH3-N與DO變化關系如圖6所示。圖6 周期內(nèi)NH3-N與DO變化關系圖圖6表明，NH3-N濃度與DO在曝氣階段具有較好的相關性。在前15min內(nèi)，NH3-N濃度明顯升高，而DO則急劇下降，隨后NH3-N濃度進入一個大幅下降的過程，而DO則進入了一個緩慢上升的過程，到第10

14、0min時，NH3-N濃度下降到幾乎為零，而DO則進入了一個急速增長階段，一直持續(xù)到曝氣期末DO達到3.59mg/L。2、一個周期內(nèi)NO3-N與DO變化關系一個周期內(nèi)NO3-N與DO變化關系如圖7所示。圖7 周期內(nèi)NO3-N與DO變化關系圖圖7表明，NO3-N濃度與DO在曝氣階段具有一定的相關性。在前20min內(nèi)，NO3-N濃度和DO均是急劇下降，隨后二者均進入一個緩慢上升的過程，到第100min時，NO3-N 濃度進入一個穩(wěn)定階段，一直持續(xù)到曝氣期末。試驗結果表明，DO與NH3-N和NO3-N的濃度變化具有一定的相關性。本試驗研究的主要問題在于處理過程中曝氣時間的控制，從2.3的五種工況的比

15、較中可以看出，各工況最大的區(qū)別在于硝化反應的進行的程度，因此，硝化進行得徹底，脫氮率就相應提高，故可以利用NH3-N和DO之間的相關性對曝氣時間進行控制。3. 結論1、污泥有機負荷控制在0.180.25kgCOD/(kgMLSS d)左右，其反硝化效率較高，脫氮率可以達到6070。而當污泥有機負荷高于0.28 kgCOD/(kgMLSSd)時，COD的降解和含氮物質的硝化都開始受到很大影響，出水中COD和NH3-N的濃度都偏高，出水水質變壞。當NH3-N負荷低于0.045kg NH3-N/(kgMLSSd)時，硝化進行得比較徹底，硝化率達到96以上。反之，則硝化效果急劇下降，硝化率明顯下降，僅達到5080, 但NH3-N負荷對反硝化效果影響不明顯。2、當回流比從50增加到250時，系統(tǒng)脫氮率先增后減，在回流比為150時達到最大值。3、DO對于硝化效果有著重要的影響。要取得較好的硝化效果，一是主反應區(qū)最低的DO要達到1.40 mg