CAST工艺处理城市污水脱氮特性的工程实例研究

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编者按:由中国水网和清华大学联合主办的“2009水产业先进技术论坛”圆满落幕。本次论坛汇集了来自政策、供水、污泥、污水、膜技术、节能减排和新技术七个单位的政府官员、权威专家和地方先进代表。在论坛刊物的征文中，也赢得了全国无数水处理行业技术人员的关注和支持。中国水利网记者现征集第一类论文，详见www2 . h20 China/meeting/2009 _ 3 th _ tec/news . shtml“2009水利行业先进技术论坛”。

Cast工艺是一种先进的污水处理工艺，广泛应用于城市污水处理，其前端装有生物选择器。在运行过程中，污水通过do控制采用厌氧-缺氧-好氧-缺氧-厌氧工艺处理，因此cast工艺具有一定的脱氮除磷效果。然而，在实际运行过程中，存在氨氮不能稳定达标、脱氮除磷工艺要求不同、难以同时达到理想的去除效果等问题。自2007年太湖流域蓝藻事件以来，我国对氮磷的控制越来越严格。因此，有必要研究cast工艺处理城市污水的脱氮特性，以稳定脱氮效果。

自2003年6月正润州污水处理厂投入运行以来，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)一级乙级标准。然而，nh3-n的去除并不理想。为了保证nh3-n稳定达标；同时，探讨了低负荷运行下cast工艺处理城市污水的脱氮特性，并进行了一系列试验。

正润州污水处理厂由华北市政设计院设计，设计处理能力为20万m3/d；一期工程为10万m3/d；经过技术改造和新增调节池后，实际处理能力提高到12.5m3/d。主要处理镇江主城区的城市污水。主要处理构筑物采用八组铸造生化反应池，每两组池为一个模块，分为四个模块。运行周期为4小时，分为进水/曝气、纯曝气、沉淀和滗析四个阶段，每个阶段为1小时，实现连续进水和连续出水。充水率为0.3，污泥回流率为20%。

进水负荷对氨氮去除效率的影响

进水负荷(f/m)是微比设计和运行中的一个重要指标。目前采用4小时循环运行模式，曝气时间固定。在第一阶段的第8至10周和第二阶段的第7至10周，f/m大于0.06 kgbod5/(kgmlss.d)。随着f/m的增加，氨氮的去除效率明显降低。第二阶段第10周f/m降低后，nh3-n的去除率逐渐增加。

在运行模式下，当f/m增加时，碳化反应时间增加，而硝化反应时间减少，反应时间不足成为制约脱氮效果的瓶颈。随着f/m的增加，氨氮的去除效率降低。当反应时间足够长时，f/m对出水nh3-n的影响相对较小。第二阶段，在硝化细菌的培养和驯化过程中，曝气时间延长4小时。硝化细菌成功培养后，当f/m大于0.08kgbod5/(kgmlss.d)时，氨氮去除率基本无影响，达到90%以上。

可以看出，f/m比为0.03-0.06 kgbod 5/(kg·mlss . d)，有利于生物脱氮。

曝气控制对脱氮的影响

传统的曝气控制主要以do作为控制参数。然而，在研究过程中发现，曝气控制不仅是溶解氧的控制，还与其他因素有很大的关系。

污水处理过程中的溶解氧控制是一个动态平衡过程，是活性污泥耗氧量与反应过程中提供的氧量之间的平衡。曝气控制与do控制、曝气时间和曝气强度以及进水中各种污染物的浓度有关。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，反硝化反应和聚磷菌释放厌氧释磷过程完成。在纯曝气阶段，随着碳化反应的进行，bod5降解，do逐渐增加，硝化反应成为主导反应。硝化细菌属于化学自养细菌，对溶解氧的要求相对较高。在纯曝气阶段，do需要在一定范围内保持一段时间，以保证硝化反应的完成。

目前采用4小时运行周期，进水曝气和纯曝气各1小时，曝气时间不能延长。为此，对曝气强度、溶解氧控制和曝气控制方式进行了研究。

五个罗茨风机分别通过两条管道向南北两侧的铸造池曝气。1号、3号、5号为变频风机，可调节风量；2号、4号为额定功率风机，不可调节风量。

曝气控制是保持3#和5#风机开启，并在确实能满足要求时尽可能降低曝气强度；如果通过变频调节不能满足溶解氧的要求，则开启2#和4#风机，同时降低3#和5#风机的频率，使溶解氧满足要求时曝气强度降低。在曝气控制过程中，采用分级限制性曝气控制。具体控制如下:曝气前30分钟，溶解氧控制在0-0.5毫克/升，碳源用于反硝化，聚磷菌释放磷；曝气30分钟后，溶解氧控制在0.5-1.0毫克/升，并逐渐增加溶解氧，以进一步完成碳化反应。纯曝气do控制一般夏季控制在1.5-2.0 mg/l，春秋季控制在2.0-2.5 mg/l，冬季控制在2.5-3.0 mg/l，并保持一段时间，以保证碳化反应和硝化反应的完成。

试验研究表明，分级限制性曝气控制是有效的。在这种曝气控制模式下，可以实现同步硝化反硝化、短程硝化反硝化和传统硝化反硝化的脱氮模式。

污泥龄和污泥浓度对脱氮除磷的影响

污泥龄是活性污泥在曝气池中的平均停留时间，对硝化细菌的生长影响很大，污泥龄短不利于硝化细菌的生长；污泥龄过长，会影响除磷效果。控制合适的污泥龄是协调脱氮除磷效果的关键。

在第一阶段，污泥龄控制在12-15天，污泥浓度为2500-3500毫克/升；mlvss/mlss的比率约为40%。试验过程中，出水各项指标稳定达标，氨氮和总氮平均去除率分别为74.79%和25.85%，总磷浓度略高，平均为1.46 mg/l，去除率为63.11%。

在第二阶段，污泥龄控制在14-20天，污泥浓度为3500-4500毫克/升；mlvss/mlss的比率约为45%。试验过程中，出水各项指标稳定达标，氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为79.02%、51.73%、0.85mg/l和62.12%。

试验期间，污泥龄调整为14-17天，污泥浓度控制在3500-4000 mg/l，除磷得到加强。出水总磷平均浓度降低到0.57毫克/升，去除率提高到73.15%。

第一阶段污泥龄短，但除磷效果差，主要是由于出水NO3-N浓度高，为8.02 mg/l，影响厌氧阶段聚磷菌的磷释放，从而影响除磷效果。在第二阶段试验初期，由于污泥龄较长，聚磷菌吸收的磷不能及时排出，tp处理效果逐渐变差。优化调整工艺参数后，氮磷去除率均较高。