CASS工藝處理高氨氮生活污水試驗(yàn)研究

1、長(zhǎng)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(jié)合的工藝或者完全物化工藝。但是，隨著人們消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化，生活污水的高氨氮已經(jīng)成為一個(gè)不容忽視的問題，解決這一問題對(duì)于防止水體富營(yíng)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(yàn)所研究的高氨氮生活污水濃度范圍在80150mg/L。對(duì)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(guó)內(nèi)外目前對(duì)于應(yīng)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(fù)荷能力強(qiáng)、防止污泥膨脹、建設(shè)費(fèi)用低和管理方便等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于促進(jìn)CASS工藝的發(fā)展和改善水體環(huán)境具有現(xiàn)實(shí)意義。1.試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法1.1 試驗(yàn)裝置試驗(yàn)采用的CASS反應(yīng)器如圖1所示：圖1 CASS工藝反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖反應(yīng)器尺寸大?。篖BH1000mm320mm450mm，分為缺氧區(qū)和好氧區(qū)兩個(gè)部分，其中缺氧區(qū)長(zhǎng)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(yàn)條件試驗(yàn)原水取自某高校學(xué)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(jìn)水總氮的92左右，COD濃度在400900 mg/L。試驗(yàn)周期運(yùn)行時(shí)間設(shè)定為4h，各階段時(shí)間分配一般為：曝氣120min，沉淀90min，排水20min，閑置10min。試驗(yàn)采用均勻曝氣方式，每個(gè)周期的曝氣量保持不變，以曝氣期末端DO作為控制目標(biāo)，試驗(yàn)過程中末端DO一般控制為2.5mg/L。CASS工藝采用變?nèi)莘e運(yùn)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(gè)變化狀態(tài)。一般平均MLSS控制在40004500 mg/L。2.試驗(yàn)結(jié)果和討論2.1 污

4、泥負(fù)荷對(duì)脫氮的影響試驗(yàn)分別采用HRT為12h和16h；周期運(yùn)行時(shí)間為4h，各階段時(shí)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(jī)負(fù)荷對(duì)各種物質(zhì)去除率的影響如圖1所示，NH3-N負(fù)荷對(duì)硝化和脫氮的影響如圖2所示。 圖1 有機(jī)負(fù)荷對(duì)各種物質(zhì)去除率的影響圖圖1表明，試驗(yàn)中污泥有機(jī)負(fù)荷對(duì)各種物質(zhì)的去除均有重要影響。當(dāng)污泥有機(jī)負(fù)荷低于0.25kgCOD/(kgMLSSd)時(shí)，硝化率在96以上，COD去除率為88左右，而脫氮率在5070之間。當(dāng)污泥有機(jī)負(fù)荷在0.180.25 kgCOD/(kgMLSSd)時(shí)

5、脫氮效果最好，脫氮率在6070；當(dāng)污泥有機(jī)負(fù)荷高于0.28kgCOD/(kgMLSSd) 時(shí)，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(fù)荷對(duì)硝化和脫氮的影響圖圖2表明，NH3-N負(fù)荷對(duì)硝化的影響較大，當(dāng)NH3-N負(fù)荷低于0.045kg NH3-N/(kgMLSSd)時(shí)，硝化率達(dá)到96以上，而當(dāng)NH3-N負(fù)荷高于0.045kg NH3-N/(kgMLSSd)時(shí)，硝化率明顯下降，僅達(dá)到5080。NH3-N負(fù)荷對(duì)反硝化的影響不明顯。2.2 回流比對(duì)脫氮的影響分別采用50、100、150、200、250五種回流比進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。HRT為16h；周期運(yùn)行時(shí)間為4h

6、，各階段時(shí)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(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示, 回流比對(duì)脫氮效果的影響曲線如圖3所示： 表1 回流比試驗(yàn)數(shù)據(jù)表回流比進(jìn)水COD mg/L出水COD mg/LCOD去除率進(jìn)水總氮mg/L進(jìn)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(duì)脫氮影響圖圖3表明，當(dāng)生活污水試驗(yàn)的回流比從50到250以每次50的速度遞增時(shí)，系統(tǒng)的脫氮率呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)回流比增大到150時(shí)，系統(tǒng)的脫氮率達(dá)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(dá)到88以上。2.3 曝氣時(shí)間和溶解氧對(duì)脫氮的影響改變曝氣量以控制末端DO

8、，并改變曝氣時(shí)間，具體組合工況見表2， 表2 試驗(yàn)工況數(shù)據(jù)表工況曝氣量(m3/h)曝氣時(shí)間(min)沉淀時(shí)間(min)10.81209020.91209030.81506040.71506050.615060試驗(yàn)采用 HRT為16h，回流比為150。相應(yīng)的各工況一個(gè)周期內(nèi)DO變化曲線如圖4所示。圖4 各工況一個(gè)周期內(nèi)DO變化曲線圖4表明，當(dāng)曝氣量和曝氣時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，各工況一個(gè)周期內(nèi)DO的變化并不相同，但是各個(gè)工況都表現(xiàn)出由小到大的一個(gè)變化過程。五種工況的出水水質(zhì)情況如表3所示。表3 五種工況試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表工況進(jìn)水COD(mg/L)出水COD(mg/L)COD去除率()總氮(mg/L)進(jìn)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(yīng)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(yàn)結(jié)果比較圖圖5表明，五種工況下，DO和曝氣時(shí)間的改變對(duì)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(yīng)較好，硝化最好的工況3脫氮效果最好，脫氮率達(dá)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(shí)間對(duì)COD去除率的影響則很小，各種工況下COD的去除率都達(dá)到了90.32以上，從上述分析可知，DO的控制對(duì)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(jìn)行得比較徹底，而DO對(duì)于硝化反應(yīng)有著重要的影響。試驗(yàn)表明，適合于脫氮的DO濃度反映在兩個(gè)方

11、面：一是曝氣階段的最低DO濃度必須達(dá)到一定水平，根據(jù)試驗(yàn)，這個(gè)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(dá)到一個(gè)較高值，這個(gè)值的選擇范圍要寬一些，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果， 2.53.5 mg/L的控制范圍比較合理。曝氣時(shí)間對(duì)脫氮的影響也是存在的，試驗(yàn)表明，要取得較好的脫氮效果，縮短曝氣時(shí)間就必然需要增大曝氣量，即便如此，試驗(yàn)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(shí)間采用定時(shí)控制，在選擇合適的曝氣量下，應(yīng)盡量選擇較長(zhǎng)的曝氣時(shí)間。2.4 CASS工藝曝氣時(shí)間控制研究關(guān)于DO和曝氣時(shí)間對(duì)系統(tǒng)脫氮影響的研究表明，曝氣時(shí)間可以根據(jù)污水處理的需要進(jìn)行靈活的選擇，但是如何選擇最合理的

12、曝氣時(shí)間是下面試驗(yàn)需要討論的問題。對(duì)曝氣時(shí)間控制目的有三個(gè)：一是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制；二是在保證出水水質(zhì)前提下盡可能節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用；三是避免曝氣量不足或反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)而引起的污泥膨脹。目前CASS工藝對(duì)曝氣時(shí)間的控制有兩種方法，即定時(shí)控制和實(shí)時(shí)控制。定時(shí)控制是將曝氣時(shí)間設(shè)定為某一固定值。實(shí)時(shí)控制是采用現(xiàn)代監(jiān)測(cè)儀器對(duì)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行控制。一種是通過在線COD或BOD儀監(jiān)測(cè)污水，一旦達(dá)到出水要求即停止曝氣，這是最理想的控制方式，但是對(duì)監(jiān)測(cè)儀器的要求較高；另一種是通過ORP、DO、pH儀來控制曝氣時(shí)間，由于曝氣期內(nèi)CASS池的COD、NH3-N和NO3-N等物質(zhì)濃度的變化與ORP、DO和pH等值之間存在著一定

13、的相關(guān)性，這種相關(guān)性可有效地指導(dǎo)工程曝氣時(shí)間的控制。實(shí)時(shí)控制是目前研究和應(yīng)用最為廣泛的方法，但是對(duì)于不同的水質(zhì)，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(yàn)研究了DO與NH3-N、NO3-N和COD濃度變化的相關(guān)性，試驗(yàn)數(shù)據(jù)來自于2.3試驗(yàn)的工況3，試驗(yàn)結(jié)果如下：1、一個(gè)周期內(nèi)NH3-N與DO變化關(guān)系一個(gè)周期內(nèi)NH3-N與DO變化關(guān)系如圖6所示。圖6 周期內(nèi)NH3-N與DO變化關(guān)系圖圖6表明，NH3-N濃度與DO在曝氣階段具有較好的相關(guān)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(jìn)入一個(gè)大幅下降的過程，而DO則進(jìn)入了一個(gè)緩慢上升的過程，到第10

14、0min時(shí)，NH3-N濃度下降到幾乎為零，而DO則進(jìn)入了一個(gè)急速增長(zhǎng)階段，一直持續(xù)到曝氣期末DO達(dá)到3.59mg/L。2、一個(gè)周期內(nèi)NO3-N與DO變化關(guān)系一個(gè)周期內(nèi)NO3-N與DO變化關(guān)系如圖7所示。圖7 周期內(nèi)NO3-N與DO變化關(guān)系圖圖7表明，NO3-N濃度與DO在曝氣階段具有一定的相關(guān)性。在前20min內(nèi)，NO3-N濃度和DO均是急劇下降，隨后二者均進(jìn)入一個(gè)緩慢上升的過程，到第100min時(shí)，NO3-N 濃度進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定階段，一直持續(xù)到曝氣期末。試驗(yàn)結(jié)果表明，DO與NH3-N和NO3-N的濃度變化具有一定的相關(guān)性。本試驗(yàn)研究的主要問題在于處理過程中曝氣時(shí)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(yīng)的進(jìn)行的程度，因此，硝化進(jìn)行得徹底，脫氮率就相應(yīng)提高，故可以利用NH3-N和DO之間的相關(guān)性對(duì)曝氣時(shí)間進(jìn)行控制。3. 結(jié)論1、污泥有機(jī)負(fù)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(dá)到6070。而當(dāng)污泥有機(jī)負(fù)荷高于0.28 kgCOD/(kgMLSSd)時(shí)，COD的降解和含氮物質(zhì)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(zhì)變壞。當(dāng)NH3-N負(fù)荷低于0.045kg NH3-N/(kgMLSSd)時(shí)，硝化進(jìn)行得比較徹底，硝化率達(dá)到96以上。反之，則硝化效果急劇下降，硝化率明顯下降，僅達(dá)到5080, 但NH3-N負(fù)荷對(duì)反硝化效果影響不明顯。2、當(dāng)回流比從50增加到250時(shí)，系統(tǒng)脫氮率先增后減，在回流比為150時(shí)達(dá)到最大值。3、DO對(duì)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(yīng)區(qū)最低的DO要達(dá)到1.40 mg