cass工藝處理高氨氮生活污水試驗(yàn)研究
長期以來，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*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)成為一個不容忽視的問題，解決這一問題對于防止水體富營養(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20～150mg/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80～150mg/l。
對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。
國內(nèi)外目前對于應(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
反應(yīng)器尺寸大小：l×b×h＝1000mm×320mm×450mm，分為缺氧區(qū)和好
氧區(qū)兩個部分，其中缺氧區(qū)長度為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，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90～120mg/l，占進(jìn)水總氮的92％左右，cod濃度在400～900mg/l。
試驗(yàn)周期運(yùn)行時間設(shè)定為4h，各階段時間分配一般為：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，*高水位和*低水位的mlss相差較大，系統(tǒng)內(nèi)的mlss始終處于一個變化狀態(tài)。一般平均mlss控制在4000～4500mg/l。
2.試驗(yàn)結(jié)果和討論
2.1污泥負(fù)荷對脫氮的影響
試驗(yàn)分別采用hrt為12h和16h；周期運(yùn)行時間為4h，各階段時間分配為：曝氣120min，沉淀90min，排水20min，閑置10min；以曝氣期末端do控制在2.5～3.0mg/l。回流比采用150％。
圖1表明，試驗(yàn)中污泥有機(jī)負(fù)荷對各種物質(zhì)的去除均有重要影響。當(dāng)污泥有機(jī)負(fù)荷低于0.25kgcod/(kgmlss·d)時，硝化率在96％以上，cod去除率為88％左右，而脫氮率在50～70％之間。當(dāng)污泥有機(jī)負(fù)荷在0.18～0.25kgcod/(kgmlss·d)時脫氮效果*好，脫氮率在60～70％；當(dāng)污泥有機(jī)負(fù)荷高于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(fù)荷對硝化的影響較大，當(dāng)nh3-n負(fù)荷低于0.045kgnh3-n/(kgmlss·d)時，硝化率達(dá)到96％以上，而當(dāng)nh3-n負(fù)荷高于0.045kgnh3-n/(kgmlss·d)時，硝化率明顯下降，僅達(dá)到50～80％。nh3-n負(fù)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(jìn)行對比試驗(yàn)。hrt為16h；周期運(yùn)行時間為4h，各階段時間分配為：曝氣120min，沉淀90min，排水20min，閑置10min；曝氣期末端do控制在2.5～3.0mg/l。
回流比試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(yàn)數(shù)據(jù)表回流比％進(jìn)水codmg/l出水codmg/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％50485.5634.4492.91105.7597.292.4997.4461.2139.76100518.3365.4587.37118.15108.720.5899.4957.7950.60150528.2661.9088.28127.07116.912.7397.6844.7362.65200479.4957.9787.91121.20111.540.7399.3654.4754.46250483.1535.3992.68113.91104.800.8299.2455.8350.29
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，系統(tǒng)的脫氮率呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，當(dāng)回流比增大到150％時，系統(tǒng)的脫氮率達(dá)到*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曝氣時間和溶解氧對脫氮的影響
改變曝氣量以控制末端do，并改變曝氣時間，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)曝氣時間(min)沉淀時間(min)10.81209020.91209030.81506040.71506050.615060
試驗(yàn)采用hrt為16h，回流比為150％。
圖4表明，當(dāng)曝氣量和曝氣時間發(fā)生變化時，各工況一個周期內(nèi)do的變化并不相同，但是各個工況都表現(xiàn)出由小到大的一個變化過程。
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nh3-n(mg/l)出水nh3-n(mg/l)nh3-n去除率(％)出水no3-n(mg/l)脫氮率(％)1565.5047.7891.55132.51121.9120.5583.1436.2657.132553.3741.1092.57151.36139.259.6193.1048.7161.473635.0644.8892.93136.88125.930100.0046.6465.934687.2166.5090.32116.02106.7415.8985.1130.0060.455542.0744.9491.71105.6497.1918.3381.1435.3849.16
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(yīng)較好，硝化*好的工況3脫氮效果*好，脫氮率達(dá)到了65.93％，而硝化率*低的工況5脫氮率則*低，為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(dá)到了90.32％以上，
從上述分析可知，do的控制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(jìn)行得比較*，而do對于硝化反應(yīng)有著重要的影響。試驗(yàn)表明，適合于脫氮的do濃度反映在兩個方面：一是曝氣階段的*低do濃度必須達(dá)到一定水平，根據(jù)試驗(yàn)，這個*低do濃度水平是1.40mg/l；二是曝氣期末端do水平也要達(dá)到一個較高值，這個值的選擇范圍要寬一些，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，2.5～3.5mg/l的控制范圍比較合理。
曝氣時間對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，若工藝曝氣時間采用定時控制，在選擇合適的曝氣量下，應(yīng)盡量選擇較長的曝氣時間。
2.4cass工藝曝氣時間控制研究
關(guān)于do和曝氣時間對系統(tǒng)脫氮影響的研究表明，曝氣時間可以根據(jù)污水處理的需要進(jìn)行靈活的選擇，但是如何選擇*合理的曝氣時間是下面試驗(yàn)需要討論的問題。
對曝氣時間控制目的有三個：一是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動控制；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)時間過長而引起的污泥膨脹。
目前cass工藝對曝氣時間的控制有兩種方法，即定時控制和實(shí)時控制。
定時控制是將曝氣時間設(shè)定為某一固定值。實(shí)時控制是采用現(xiàn)代監(jiān)測儀器對反應(yīng)時間進(jìn)行控制。一種是通過在線cod或bod儀監(jiān)測污水，一旦達(dá)到出水要求即停止曝氣，這是*理想的控制方式，但是對監(jiān)測儀器的要求較高；另一種是通過orp、do、ph儀來控制曝氣時間，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的相關(guān)性，這種相關(guān)性可有效地指導(dǎo)工程曝氣時間的控制。實(shí)時控制是目前研究和應(yīng)用*為廣泛的方法，但是對于不同的水質(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、一個周期內(nèi)nh3-n與do變化關(guān)系
一個周期內(nèi)nh3-n與do變化關(guān)系如圖6所示。
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)入一個大幅下降的過程，而do則進(jìn)入了一個緩慢上升的過程，到第100min時，nh3-n濃度下降到幾乎為零，而do則進(jìn)入了一個急速增長階段，一直持續(xù)到曝氣期末do達(dá)到3.59mg/l。
2、一個周期內(nèi)no3-n與do變化關(guān)系
一個周期內(nèi)no3-n與do變化關(guān)系如圖7所示。
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)入一個緩慢上升的過程，到第100min時，no3-n濃度進(jìn)入一個穩(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間的控制，從2.3的五種工況的比較中可以看出，各工況*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*，脫氮率就相應(yīng)提高，故可以利用nh3-n和do之間的相關(guān)性對曝氣時間進(jìn)行控制。
3.結(jié)論
1、污泥有機(jī)負(fù)荷控制在0.18～0.25kgcod/(kgmlss·d)左右，其反硝化效率較高，脫氮率可以達(dá)到60～70％。而當(dāng)污泥有機(jī)負(fù)荷高于0.28kgcod/(kgmlss·d)時，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0.045kgnh3-n/(kgmlss·d)時，硝化進(jìn)行得比較*，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50～80％,但nh3-n負(fù)荷對反硝化效果影響不明顯。
2、當(dāng)回流比從50％增加到250％時，系統(tǒng)脫氮*增后減，在回流比為150％時達(dá)到*大值。
3、do對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)*低的do要達(dá)到1.40mg/l以上；二是曝氣期末端do控制在2.5～3.5mg/l范圍。
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，對于采用時間作為控制參數(shù)的cass工藝，在選擇合適的曝氣量、滿足沉淀和潷水要求的前提下，應(yīng)盡量選擇較長的曝氣時間。
5、實(shí)時控制優(yōu)于定時控制，cass工藝在處理高氨氮生活污水時采用do與nh3-n的相關(guān)性作為控制曝氣時間的依據(jù)比較合理，這種控制方式可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動控制，在保證出水水質(zhì)前提下盡可能節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。