CAST工艺处理城市污水脱氮特性的工程实例研究

　　编者按：由中国水网和清华大学联合主办的“2009水业高级技术论坛”已经圆满落下帷幕，本次论坛汇聚了政策、供水、污泥、污水、膜技术、节能减排、新技术七个单元的政府官员、权威专家、地方先进代表等，在论坛会刊征文中，也获得了全国各地无数从事水处理行业技术人士的关注和支持，中国水网记者现将本次论文征集的一等奖文章部分整理如下，供广大网友共同学习。“2009水业高级技术论坛”详细信息见http://www2.h2ochina.com/meeting/2009_3th_tec/news.shtml。

　　CAST工艺是一种先进的污水处理工艺，在城市污水处理中得到广泛利用，其前端设置生物选择器。运行过程中，通过DO控制使污水经过一个厌氧—缺氧—好氧—缺氧—厌氧的处理过程，因此CAST工艺具有一定的脱氮除磷效果。但在实际运行过程中，存在NH₃-N不能稳定达标、脱氮和除磷在工艺上要求不同，很难同时达到理想的去除效果等问题。自从2007年太湖流域蓝藻事件以来，国家对营养物质氮和磷的控制越来越严格，因此有必要就CAST工艺处理城市污水中脱氮特性开展研究,稳定脱氮效果。

　　征润洲污水处理厂自2003年6月份运行以来，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B标准。但NH₃-N去除不是太理想，为确保NH₃-N稳定达标；并摸索低负荷运行状态下，CAST工艺处理城市污水中脱氮特性，开展了一系列的测试研究。

　　征润洲污水处理厂是由华北市政设计院设计，设计处理能力20万m³/d；一期工程10万m³/d；经过技术改造、新建调节池，实际处理能力增加到12.5m³/d。主要处理镇江市主城区城市污水，采用8组CAST生化反应池为主要处理构筑物，每2组池为一个模块，共分四个模块。运行周期为4小时，分为进水/曝气、纯曝气、沉淀、滗水四个阶段，各1小时，实现连续进水连续出水。充水比为0.3，污泥回流比为20%。

进水负荷对NH₃-N去除效果的影响
   
　　进水负荷（F/M）即是微比设计上和运行上的一个重要指标。目前采取4小时周期运行模式，曝气时间固定。第一阶段第8-10周、第二阶段第7-10周，F/M大于0.06KgBOD₅/（Kg MLSS.d）；随着F/M的增加，NH₃-N去除效果明显下降，第二阶段第10周开始F/M降低后， NH₃-N去除率逐渐增加。
   
　　在运行模式下，当F/M增加时，用于碳化反应的时间增加，而相对用于硝化反应的时间就减少，反应时间不足成为制约脱氮效果的瓶颈。随着F/M增加，NH₃-N去除效果有所下降。当反应时间足够时，F/M对出水NH₃-N的影响相对较小。在第二阶段在硝化细菌培养驯化期间，采用延长曝气时间为4小时，硝化细菌培养成功后，当F/M大于0.08KgBOD₅/（KgMLSS.d ），对NH₃-N去除基本没有影响，去除率在90%以上。
  
　　由此可见，4小时运行周期运行模式下，F/M控制在0.03-0.06 KgBOD₅/（Kg MLSS.d ）较为适宜，有利于生物脱氮。

曝气控制对脱氮效果的影响
  
　　传统意义上的曝气控制主要以DO作为控制参数。但在研究过程中，发现曝气控制不仅是DO的控制，还与其他因素有很大关系。

　　 污水处理过程的DO控制是一个动态的平衡过程,是反应过程中活性污泥的耗氧量与提供的氧气量之间的一个平衡。曝气控制跟DO控制、曝气时间和曝气强度有关，同时还与进水各种污染物浓度等有关。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，完成反硝化反应和聚磷菌释厌氧释放磷的过程。纯曝气阶段，随着碳化反应的进行，BOD₅被降解，DO逐渐上升，硝化反应成为主导反应。硝化细菌属于化能自养型细菌，对DO的要求相对较高，纯曝气阶段DO需要在一定范围内维持一段时间，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、纯曝气各1小时，曝气时间上无法延长。因此对曝气强度、DO控制、曝气控制模式等方面进行了研究。
   
　　采用5台罗茨鼓风机分两路管道分别对南北两组CAST池进行曝气，1#、3#、5#为变频鼓风机，可进行风量调节，2#、4#为额定功率启动鼓风机，风量不能调节。
   
　　曝气控制采取3#、5#风机常开，在DO能够达到要求的情况，尽量降低曝气强度；如果通过变频调节，不能满足DO要求，则开启2#、4#鼓风机，同时降低3#、5#风机频率，保证DO能够达到要求的情况下，曝气强度较小。曝气控制过程中，采取分阶段限制性曝气控制。具体控制如下：进水曝气前30分钟DO控制在0-0.5 mg/L，利用碳源进行反硝化和聚磷菌释放磷；进水曝气后30分钟DO控制在0.5-1.0 mg/L，逐渐提高DO，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，春季和秋季控制在2.0-2.5 mg/L，冬季控制在2.5-3.0 mg/L，并维持一段时间，以保证碳化反应和硝化反应的完成。
   
　　根据试验研究发现：分阶段限制性曝气控制是有效的。在该曝气控制模式下，可实现同步硝化反硝化、短程硝化反硝化与传统硝化反硝化三者有机结合的脱氮模式。

污泥龄和污泥浓度对脱氮除磷效果的影响
   
　　 污泥龄是活性污泥在曝气池中的平均停留时间，它对硝化细菌的增长影响很大，污泥龄短了不利于硝化细菌生长；污泥龄太长，又会影响除磷效果。控制好适当的污泥龄是协调脱氮和除磷的效果的关键。
   
　　第一阶段，污泥龄控制在12-15天，污泥浓度为2500-3500 mg/L；MLVSS/MLSS之比约为40%。试验过程中，出水各项指标均稳定达标，NH3-N平均去除率为74.79%，TN去除率为25.85%，出水TP浓度略高，平均为1.46 mg/L，去除率为63.11%。
   
　　第二阶段，污泥龄控制在14-20天，污泥浓度为3500-4500 mg/L；MLVSS/MLSS之比约为45%。试验过程中，出水各项指标均稳定达标，出水平均NH3-N去除率为79.02%，TN去除率为51.73%，出水TP平均浓度为0.85mg/L，去除率为62.12%。
   
　　试验期间，通过工艺参数优化调整，污泥龄调整为14-17天，控制污泥浓度为3500-4000 mg/L，强化除磷，出水平均TP浓度降低至0.57 mg/L，去除率提高至73.15%。
   
　　第一阶段，污泥龄较短，但除磷效果较差，主要是由于出水NO3－-N浓度较高，为8.02 mg/L，影响到厌氧阶段聚磷菌释放磷，从而影响到除磷效果。第二阶段试验前期，主要是由于污泥龄较长，导致聚磷菌吸收的磷不能及时排出，因而TP处理效果逐渐变差。通过工艺参数优化调整后，氮和磷的去除率均取得较高的。

编辑：周芸