CASS工藝處理高氨氮生活汙水試驗研究

長期以來，高濃度氨氮一般出現在工業(ye) 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*物化工藝。但是，隨著人們(men) 消費結構的變化，生活汙水的高氨氮已經成為(wei) 一個(ge) 不容忽視的問題，解決(jue) 這一問題對於(yu) 防止水體(ti) 富營養(yang) 化和解決(jue) 水體(ti) 環境汙染問題具有重要意義(yi) 。生活汙水中氨氮的變化範圍一般在20～150mg/L，通常把氨氮濃度在80mg/L以上的生活汙水稱為(wei) 高氨氮生活汙水。本試驗所研究的高氨氮生活汙水濃度範圍在80～150mg/L。 

　　對高氨氮生活汙水的處理研究可適用的範圍為(wei) ：城市生活汙水、小城鎮汙水、高校生活汙水、小區生活汙水以及工業(ye) 廢水。

　　外目前對於(yu) 應用CASS工藝處理高氨氮生活汙水的研究還處於(yu) 起步階段，處理效果也不，脫氮率較低。研究如何將CASS工藝用於(yu) 高氨氮生活汙水的處理，充分發揮CASS工藝脫氮除磷效果好、耐衝(chong) 擊負荷能力強、防止汙泥膨脹、建設費用低和管理方便等優(you) 點，對於(yu) 促進CASS工藝的發展和改善水體(ti) 環境具有現實意義(yi) 。

　　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

　　反應器尺寸大小：L×B×H＝1000mm×320mm×450mm，分為(wei) 缺氧區和好

　　氧區兩(liang) 個(ge) 部分，其中缺氧區長度為(wei) 200mm，好氧區為(wei) 800mm。潷水部分采用絲(si) 杠套筒式潷水器，受PLC控製器控製。

　　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。生活汙水由廁所、廚房排水，洗浴水和其它汙水組成，其中，廁所汙水和廚房排水是生活汙水的主要來源。汙水中的NH3-N濃度高，濃度在90～120mg/L，占進水總氮的92％左右，COD濃度在400～900 mg/L。

　　試驗周期運行時間設定為(wei) 4h，各階段時間分配一般為(wei) ：曝氣120min，沉澱90min，排水20min，閑置10min。試驗采用均勻曝氣方式，每個(ge) 周期的曝氣量保持不變，以曝氣期末端DO作為(wei) 控製目標，試驗過程中末端DO一般控製為(wei) 2.5mg/L。CASS工藝采用變容積運行，高水位和低水位的MLSS相差較大，係統內(nei) 的MLSS始終處於(yu) 一個(ge) 變化狀態。一般平均MLSS控製在4000～4500 mg/L。

　　2.試驗結果和討論

　　2.1 汙泥負荷對脫氮的影響

　　試驗分別采用HRT為(wei) 12h和16h；周期運行時間為(wei) 4h，各階段時間分配為(wei) ：曝氣120min，沉澱90min，排水20min，閑置10min；以曝氣期末端DO控製在2.5～3.0mg/L。回流比采用150％。

　　圖1表明，試驗中汙泥有機負荷對各種物質的去除均有重要影響。當汙泥有機負荷低於(yu) 0.25kgCOD/(kgMLSS·d)時，硝化率在96％以上，COD去除率為(wei) 88％左右，而脫氮率在50～70％之間。當汙泥有機負荷在0.18～0.25 kgCOD/(kgMLSS·d)時脫氮效果，脫氮率在60～70％；當汙泥有機負荷高於(yu) 0.28kgCOD/(kgMLSS·d) 時，COD去除率降低到80％以下，硝化率在50～80％，脫氮率在39～60％。

　　圖2表明，NH3-N負荷對硝化的影響較大，當NH3-N負荷低於(yu) 0.045kg NH3-N/(kgMLSS·d)時，硝化率達到96％以上，而當NH3-N負荷高於(yu) 0.045kg NH3-N/(kgMLSS·d)時，硝化率明顯下降，僅(jin) 達到50～80％。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(wei) 16h；周期運行時間為(wei) 4h，各階段時間分配為(wei) ：曝氣120min，沉澱90min，排水20min，閑置10min；曝氣期末端DO控製在2.5～3.0mg/L。

　　回流比試驗數據如表1所示,  回流比對脫氮效果的影響曲線如圖3所示：

　　    表1  回流比試驗數據表

　　　　圖3表明，當生活汙水試驗的回流比從(cong) 50％到250％以每次50％的速度遞增時，係統的脫氮率呈現出先增大後減小的趨勢，當回流比增大到150％時，係統的脫氮率達到大，其數值為(wei) 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

　　改變曝氣量以控製末端DO，並改變曝氣時間，具體(ti) 組合工況見表2， 

　　表2   試驗工況數據表

　　試驗采用 HRT為(wei) 16h，回流比為(wei) 150％。

　　圖4表明，當曝氣量和曝氣時間發生變化時，各工況一個(ge) 周期內(nei) DO的變化並不相同，但是各個(ge) 工況都表現出由小到大的一個(ge) 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據表

　　圖5表明，五種工況下，DO和曝氣時間的改變對NH3-N去除率影響大，NH3-N去除效果好的工況脫氮效果也相應較好，硝化的工況3脫氮效果，脫氮率達到了65.93％，而硝化率低的工況5脫氮率則低，為(wei) 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(cong) 上述分析可知，DO的控製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*，而DO對於(yu) 硝化反應有著重要的影響。試驗表明，適合於(yu) 脫氮的DO濃度反映在兩(liang) 個(ge) 方麵：一是曝氣階段的低DO濃度必須達到一定水平，根據試驗，這個(ge) 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(ge) 較高值，這個(ge) 值的選擇範圍要寬一些，根據試驗結果， 2.5～3.5 mg/L的控製範圍比較合理。

　　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製，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工藝曝氣時間控製研究

　　關(guan) 於(yu) DO和曝氣時間對係統脫氮影響的研究表明，曝氣時間可以根據汙水處理的需要進行靈活的選擇，但是如何選擇合理的曝氣時間是下麵試驗需要討論的問題。

　　對曝氣時間控製目的有三個(ge) ：一是實現計算機自動控製；二是在保證出水水質前提下盡可能節省運行費用；三是避免曝氣量不足或反應時間過長而引起的汙泥膨脹。

　　目前CASS工藝對曝氣時間的控製有兩(liang) 種方法，即定時控製和實時控製。

　　定時控製是將曝氣時間設定為(wei) 某一固定值。實時控製是采用現代監測儀(yi) 器對反應時間進行控製。一種是通過在線COD或BOD儀(yi) 監測汙水，一旦達到出水要求即停止曝氣，這是的控製方式，但是對監測儀(yi) 器的要求較高；另一種是通過ORP、DO、pH儀(yi) 來控製曝氣時間，由於(yu) 曝氣期內(nei) CASS池的COD、NH3-N和NO3-N等物質濃度的變化與(yu) ORP、DO和pH等值之間存在著一定的相關(guan) 性，這種相關(guan) 性可有效地指導工程曝氣時間的控製。實時控製是目前研究和應用為(wei) 廣泛的方法，但是對於(yu) 不同的水質，曝氣過程中的參數變化規律是不同的，需要作具體(ti) 的分析。

　　試驗研究了DO與(yu) NH3-N、NO3-N和COD濃度變化的相關(guan) 性，試驗數據來自於(yu) 2.3試驗的工況3，試驗結果如下：

　　1、一個(ge) 周期內(nei) NH3-N與(yu) DO變化關(guan) 係

　　一個(ge) 周期內(nei) NH3-N與(yu) DO變化關(guan) 係如圖6所示。

　　圖6表明，NH3-N濃度與(yu) DO在曝氣階段具有較好的相關(guan) 性。在前15min內(nei) ，NH3-N濃度明顯升高，而DO則急劇下降，隨後NH3-N濃度進入一個(ge) 大幅下降的過程，而DO則進入了一個(ge) 緩慢上升的過程，到第100min時，NH3-N濃度下降到幾乎為(wei) 零，而DO則進入了一個(ge) 急速增長階段，一直持續到曝氣期末DO達到3.59mg/L。

　　2、一個(ge) 周期內(nei) NO3-N與(yu) DO變化關(guan) 係

　　一個(ge) 周期內(nei) NO3-N與(yu) DO變化關(guan) 係如圖7所示。

　　圖7表明，NO3-N濃度與(yu) DO在曝氣階段具有一定的相關(guan) 性。在前20min內(nei) ，NO3-N濃度和DO均是急劇下降，隨後二者均進入一個(ge) 緩慢上升的過程，到第100min時，NO3-N 濃度進入一個(ge) 穩定階段，一直持續到曝氣期末。

　　試驗結果表明，DO與(yu) NH3-N和NO3-N的濃度變化具有一定的相關(guan) 性。

　　本試驗研究的主要問題在於(yu) 處理過程中曝氣時間的控製，從(cong) 2.3的五種工況的比較中可以看出，各工況大的區別在於(yu) 硝化反應的進行的程度，因此，硝化進行得*，脫氮率就相應提高，故可以利用NH3-N和DO之間的相關(guan) 性對曝氣時間進行控製。

　　3. 結論

　　1、汙泥有機負荷控製在0.18～0.25kgCOD/(kgMLSS· d)左右，其反硝化效率較高，脫氮率可以達到60～70％。而當汙泥有機負荷高於(yu) 0.28 kgCOD/(kgMLSS·d)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負荷低於(yu) 0.045kg NH3-N/(kgMLSS·d)時，硝化進行得比較*，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(jin) 達到50～80％, 但NH3-N負荷對反硝化效果影響不明顯。

　　2、當回流比從(cong) 50％增加到250％時，係統脫氮增後減，在回流比為(wei) 150％時達到大值。

　　3、DO對於(yu) 硝化效果有著重要的影響。要取得較好的硝化效果，一是主反應區低的DO要達到1.40 mg/L以上；二是曝氣期末端DO控製在 2.5～3.5 mg/L範圍。

　　4、曝氣時間對脫氮效果也存在影響，要取得較好的脫氮效果，縮短曝氣時間就需要增大曝氣量，對於(yu) 采用時間作為(wei) 控製參數的CASS工藝，在選擇合適的曝氣量、滿足沉澱和潷水要求的前提下，應盡量選擇較長的曝氣時間。

5、實時控製優(you) 於(yu) 定時控製，CASS工藝在處理高氨氮生活汙水時采用DO與(yu) NH3-N的相關(guan) 性作為(wei) 控製曝氣時間的依據比較合理，這種控製方式可實現計算機自動控製，在保證出水水質前提下盡可能節省運行費用。