CASS工艺处理高氨氮生活污水试验研究

1、长期以来，高浓度氨氮一般出现在工业废水中，处理这部分废水大多采用物化和生化方法相结合的工艺或者完全物化工艺。但是，随着人们消费结构的变化，生活污水的高氨氮已经成为一个不容忽视的问题，解决这一问题对于防止水体富营养化和解决水体环境污染问题具有重要意义。生活污水中氨氮的变化范围一般在20150mg/L，通常把氨氮浓度在80mg/L以上的生活污水称为高氨氮生活污水。本试验所研究的高氨氮生活污水浓度范围在80150mg/L。对高氨氮生活污水的处理研究可适用的范围为：城市生活污水、小城镇污水、高校生活污水、小区生活污水以及工业废水。国内外目前对于应用CASS工艺处理高氨氮生活污水的研究还处于起步阶段，处

2、理效果也不理想，脱氮率较低。研究如何将CASS工艺用于高氨氮生活污水的处理，充分发挥CASS工艺脱氮除磷效果好、耐冲击负荷能力强、防止污泥膨胀、建设费用低和管理方便等优点，对于促进CASS工艺的发展和改善水体环境具有现实意义。1.试验装置和试验方法1.1 试验装置试验采用的CASS反应器如图1所示：图1 CASS工艺反应器结构示意图反应器尺寸大小：LBH1000mm320mm450mm，分为缺氧区和好氧区两个部分，其中缺氧区长度为200mm，好氧区为800mm。滗水部分采用丝杠套筒式滗水器，受PLC控制器控制。1.2 试验条件试验原水取自某高校学生公寓楼前化粪池上清液。生活污水由厕所、厨房排水

3、，洗浴水和其它污水组成，其中，厕所污水和厨房排水是生活污水的主要来源。污水中的NH3-N浓度高，浓度在90120mg/L，占进水总氮的92左右，COD浓度在400900 mg/L。试验周期运行时间设定为4h，各阶段时间分配一般为：曝气120min，沉淀90min，排水20min，闲置10min。试验采用均匀曝气方式，每个周期的曝气量保持不变，以曝气期末端DO作为控制目标，试验过程中末端DO一般控制为2.5mg/L。CASS工艺采用变容积运行，最高水位和最低水位的MLSS相差较大，系统内的MLSS始终处于一个变化状态。一般平均MLSS控制在40004500 mg/L。2.试验结果和讨论2.1 污

4、泥负荷对脱氮的影响试验分别采用HRT为12h和16h；周期运行时间为4h，各阶段时间分配为：曝气120min，沉淀90min，排水20min，闲置10min；以曝气期末端DO控制在2.53.0mg/L。回流比采用150。污泥有机负荷对各种物质去除率的影响如图1所示，NH3-N负荷对硝化和脱氮的影响如图2所示。 图1 有机负荷对各种物质去除率的影响图图1表明，试验中污泥有机负荷对各种物质的去除均有重要影响。当污泥有机负荷低于0.25kgCOD/(kgMLSSd)时，硝化率在96以上，COD去除率为88左右，而脱氮率在5070之间。当污泥有机负荷在0.180.25 kgCOD/(kgMLSSd)时

5、脱氮效果最好，脱氮率在6070；当污泥有机负荷高于0.28kgCOD/(kgMLSSd) 时，COD去除率降低到80以下，硝化率在5080，脱氮率在3960。 图2 NH3-N负荷对硝化和脱氮的影响图图2表明，NH3-N负荷对硝化的影响较大，当NH3-N负荷低于0.045kg NH3-N/(kgMLSSd)时，硝化率达到96以上，而当NH3-N负荷高于0.045kg NH3-N/(kgMLSSd)时，硝化率明显下降，仅达到5080。NH3-N负荷对反硝化的影响不明显。2.2 回流比对脱氮的影响分别采用50、100、150、200、250五种回流比进行对比试验。HRT为16h；周期运行时间为4h

6、，各阶段时间分配为：曝气120min，沉淀90min，排水20min，闲置10min；曝气期末端DO控制在2.53.0mg/L。回流比试验数据如表1所示, 回流比对脱氮效果的影响曲线如图3所示： 表1 回流比试验数据表回流比进水COD mg/L出水COD mg/LCOD去除率进水总氮mg/L进水NH3-Nmg/L出水NH3-Nmg/LNH3-N去除率出水NO3-Nmg/L脱氮率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图3 不同回流比对脱氮影响图图3表明，当生活污水试验的回流比从50到250以每次50的速度递增时，系统的脱氮率呈现出先增大后减小的趋势，当回流比增大到150时，系统的脱氮率达到最大，其数值为62.65，NH3-N保持97以上的去除率， COD去除率也达到88以上。2.3 曝气时间和溶解氧对脱氮的影响改变曝气量以控制末端DO

8、，并改变曝气时间，具体组合工况见表2， 表2 试验工况数据表工况曝气量(m3/h)曝气时间(min)沉淀时间(min)10.81209020.91209030.81506040.71506050.615060试验采用 HRT为16h，回流比为150。相应的各工况一个周期内DO变化曲线如图4所示。图4 各工况一个周期内DO变化曲线图4表明，当曝气量和曝气时间发生变化时，各工况一个周期内DO的变化并不相同，但是各个工况都表现出由小到大的一个变化过程。五种工况的出水水质情况如表3所示。表3 五种工况试验结果数据表工况进水COD(mg/L)出水COD(mg/L)COD去除率()总氮(mg/L)进水NH

9、3-N(mg/L)出水NH3-N(mg/L)NH3-N去除率()出水NO3-N(mg/L)脱氮率()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 相应的COD去除率、NH3-N去除率和脱氮率比较如图5所示。 图5 五种工况试验结果比较图图5表明，五种工况下，DO和曝气时间的改变对NH3-N去除率影响最大，NH3-N去除效果好的工况脱氮效果也相应较好，硝化最好的工况3脱氮效果最好，脱氮率达到了65.93，而硝化率最低的工况5脱氮率则最低，为49.16；DO和曝气时间对COD去除率的影响则很小，各种工况下COD的去除率都达到了90.32以上，从上述分析可知，DO的控制对脱氮效果的影响较大。要取得好的脱氮效果，首先要将硝化进行得比较彻底，而DO对于硝化反应有着重要的影响。试验表明，适合于脱氮的DO浓度反映在两个方

11、面：一是曝气阶段的最低DO浓度必须达到一定水平，根据试验，这个最低DO浓度水平是1.40 mg/L；二是曝气期末端DO水平也要达到一个较高值，这个值的选择范围要宽一些，根据试验结果， 2.53.5 mg/L的控制范围比较合理。曝气时间对脱氮的影响也是存在的，试验表明，要取得较好的脱氮效果，缩短曝气时间就必然需要增大曝气量，即便如此，试验中的工况2和工况3的脱氮效果还是有差异，若工艺曝气时间采用定时控制，在选择合适的曝气量下，应尽量选择较长的曝气时间。2.4 CASS工艺曝气时间控制研究关于DO和曝气时间对系统脱氮影响的研究表明，曝气时间可以根据污水处理的需要进行灵活的选择，但是如何选择最合理的

12、曝气时间是下面试验需要讨论的问题。对曝气时间控制目的有三个：一是实现计算机自动控制；二是在保证出水水质前提下尽可能节省运行费用；三是避免曝气量不足或反应时间过长而引起的污泥膨胀。目前CASS工艺对曝气时间的控制有两种方法，即定时控制和实时控制。定时控制是将曝气时间设定为某一固定值。实时控制是采用现代监测仪器对反应时间进行控制。一种是通过在线COD或BOD仪监测污水，一旦达到出水要求即停止曝气，这是最理想的控制方式，但是对监测仪器的要求较高；另一种是通过ORP、DO、pH仪来控制曝气时间，由于曝气期内CASS池的COD、NH3-N和NO3-N等物质浓度的变化与ORP、DO和pH等值之间存在着一定

13、的相关性，这种相关性可有效地指导工程曝气时间的控制。实时控制是目前研究和应用最为广泛的方法，但是对于不同的水质，曝气过程中的参数变化规律是不同的，需要作具体的分析。试验研究了DO与NH3-N、NO3-N和COD浓度变化的相关性，试验数据来自于2.3试验的工况3，试验结果如下：1、一个周期内NH3-N与DO变化关系一个周期内NH3-N与DO变化关系如图6所示。图6 周期内NH3-N与DO变化关系图图6表明，NH3-N浓度与DO在曝气阶段具有较好的相关性。在前15min内，NH3-N浓度明显升高，而DO则急剧下降，随后NH3-N浓度进入一个大幅下降的过程，而DO则进入了一个缓慢上升的过程，到第10

14、0min时，NH3-N浓度下降到几乎为零，而DO则进入了一个急速增长阶段，一直持续到曝气期末DO达到3.59mg/L。2、一个周期内NO3-N与DO变化关系一个周期内NO3-N与DO变化关系如图7所示。图7 周期内NO3-N与DO变化关系图图7表明，NO3-N浓度与DO在曝气阶段具有一定的相关性。在前20min内，NO3-N浓度和DO均是急剧下降，随后二者均进入一个缓慢上升的过程，到第100min时，NO3-N 浓度进入一个稳定阶段，一直持续到曝气期末。试验结果表明，DO与NH3-N和NO3-N的浓度变化具有一定的相关性。本试验研究的主要问题在于处理过程中曝气时间的控制，从2.3的五种工况的比

15、较中可以看出，各工况最大的区别在于硝化反应的进行的程度，因此，硝化进行得彻底，脱氮率就相应提高，故可以利用NH3-N和DO之间的相关性对曝气时间进行控制。3. 结论1、污泥有机负荷控制在0.180.25kgCOD/(kgMLSS d)左右，其反硝化效率较高，脱氮率可以达到6070。而当污泥有机负荷高于0.28 kgCOD/(kgMLSSd)时，COD的降解和含氮物质的硝化都开始受到很大影响，出水中COD和NH3-N的浓度都偏高，出水水质变坏。当NH3-N负荷低于0.045kg NH3-N/(kgMLSSd)时，硝化进行得比较彻底，硝化率达到96以上。反之，则硝化效果急剧下降，硝化率明显下降，仅达到5080, 但NH3-N负荷对反硝化效果影响不明显。2、当回流比从50增加到250时，系统脱氮率先增后减，在回流比为150时达到最大值。3、DO对于硝化效果有着重要的影响。要取得较好的硝化效果，一是主反应区最低的DO要达到1.40 mg