CAST工藝處理城市污水脫氮特性的工程實例研究
編者按：由中國水網和清華大學聯合主辦的“2009水業高級技術論壇”已經圓滿落下帷幕，本次論壇匯聚了政策、供水、污泥、污水、膜技術、節能減排、新技術七個單元的政府官員、權威專家、地方先進代表等，在論壇會刊征文中，也獲得了全國各地無數從事水處理行業技術人士的關注和支持，中國水網記者現將本次論文征集的一等獎文章部分整理如下，供廣大網友共同學習。
CAST工藝是一種先進的污水處理工藝，在城市污水處理中得到廣泛利用，其前端設置生物選擇器。運行過程中，通過DO控制使污水經過一個厭氧—缺氧—好氧—缺氧—厭氧的處理過程，因此CAST工藝具有一定的脫氮除磷效果。但在實際運行過程中，存在NH3-N不能穩定達標、脫氮和除磷在工藝上要求不同，很難同時達到理想的去除效果等問題。自從2007年太湖流域藍藻事件以來，國家對營養物質氮和磷的控制越來越嚴格，因此有必要就CAST工藝處理城市污水中脫氮特性開展研究,穩定脫氮效果。
征潤洲污水處理廠自2003年6月份運行以來，主要出水水質指標均達到《城市污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級B標準。但NH3-N去除不是太理想，為確保NH3-N穩定達標；并摸索低負荷運行狀態下，CAST工藝處理城市污水中脫氮特性，開展了一系列的測試研究。
征潤洲污水處理廠是由華北市政設計院設計，設計處理能力20萬m3/d；一期工程10萬m3/d；經過技術改造、新建調節池，實際處理能力增加到12.5m3/d。主要處理鎮江市主城區城市污水，采用8組CAST生化反應池為主要處理構筑物，每2組池為一個模塊，共分四個模塊。運行周期為4小時，分為進水/曝氣、純曝氣、沉淀、潷水四個階段，各1小時，實現連續進水連續出水。充水比為0.3，污泥回流比為20%。
進水負荷對NH3-N去除效果的影響
進水負荷（F/M）即是微比設計上和運行上的一個重要指標。目前采取4小時周期運行模式，曝氣時間固定。第一階段第8-10周、第二階段第7-10周，F/M大于0.06KgBOD5/（Kg MLSS.d）；隨著F/M的增加，NH3-N去除效果明顯下降，第二階段第10周開始F/M降低后， NH3-N去除率逐漸增加。
在運行模式下，當F/M增加時，用于碳化反應的時間增加，而相對用于硝化反應的時間就減少，反應時間不足成為制約脫氮效果的瓶頸。隨著F/M增加，NH3-N去除效果有所下降。當反應時間足夠時，F/M對出水NH3-N的影響相對較小。在第二階段在硝化細菌培養馴化期間，采用延長曝氣時間為4小時，硝化細菌培養成功后，當F/M大于0.08KgBOD5/（KgMLSS.d ），對NH3-N去除基本沒有影響，去除率在90%以上。
由此可見，4小時運行周期運行模式下，F/M控制在0.03-0.06 KgBOD5/（Kg MLSS.d ）較為適宜，有利于生物脫氮。
曝氣控制對脫氮效果的影響
傳統意義上的曝氣控制主要以DO作為控制參數。但在研究過程中，發現曝氣控制不僅是DO的控制，還與其他因素有很大關系。
污水處理過程的DO控制是一個動態的平衡過程,是反應過程中活性污泥的耗氧量與提供的氧氣量之間的一個平衡。曝氣控制跟DO控制、曝氣時間和曝氣強度有關，同時還與進水各種污染物濃度等有關。進水曝氣階段，曝氣主要起攪拌作用，使活性污泥恢復活性、降解部分BOD5、同時在低DO狀態下，完成反硝化反應和聚磷菌釋厭氧釋放磷的過程。純曝氣階段，隨著碳化反應的進行，BOD5被降解，DO逐漸上升，硝化反應成為主導反應。硝化細菌屬于化能自養型細菌，對DO的要求相對較高，純曝氣階段DO需要在一定范圍內維持一段時間，以保證硝化反應的完成。
目前采用4小時運行周期，進水曝氣、純曝氣各1小時，曝氣時間上無法延長。因此對曝氣強度、DO控制、曝氣控制模式等方面進行了研究。
采用5臺羅茨鼓風機分兩路管道分別對南北兩組CAST池進行曝氣，1#、3#、5#為變頻鼓風機，可進行風量調節，2#、4#為額定功率啟動鼓風機，風量不能調節。
曝氣控制采取3#、5#風機常開，在DO能夠達到要求的情況，盡量降低曝氣強度；如果通過變頻調節，不能滿足DO要求，則開啟2#、4#鼓風機，同時降低3#、5#風機頻率，保證DO能夠達到要求的情況下，曝氣強度較小。曝氣控制過程中，采取分階段限制性曝氣控制。具體控制如下：進水曝氣前30分鐘DO控制在0-0.5 mg/L，利用碳源進行反硝化和聚磷菌釋放磷；進水曝氣后30分鐘DO控制在0.5-1.0 mg/L，逐漸提高DO，進一步完成碳化反應。純曝氣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，并維持一段時間，以保證碳化反應和硝化反應的完成。
根據試驗研究發現：分階段限制性曝氣控制是有效的。在該曝氣控制模式下，可實現同步硝化反硝化、短程硝化反硝化與傳統硝化反硝化三者有機結合的脫氮模式。
污泥齡和污泥濃度對脫氮除磷效果的影響
污泥齡是活性污泥在曝氣池中的平均停留時間，它對硝化細菌的增長影響很大，污泥齡短了不利于硝化細菌生長；污泥齡太長，又會影響除磷效果。控制好適當的污泥齡是協調脫氮和除磷的效果的關鍵。
第一階段，污泥齡控制在12-15天，污泥濃度為2500-3500 mg/L；MLVSS/MLSS之比約為40%。試驗過程中，出水各項指標均穩定達標，NH3-N平均去除率為74.79%，TN去除率為25.85%，出水TP濃度略高，平均為1.46 mg/L，去除率為63.11%。
第二階段，污泥齡控制在14-20天，污泥濃度為3500-4500 mg/L；MLVSS/MLSS之比約為45%。試驗過程中，出水各項指標均穩定達標，出水平均NH3-N去除率為79.02%，TN去除率為51.73%，出水TP平均濃度為0.85mg/L，去除率為62.12%。
試驗期間，通過工藝參數優化調整，污泥齡調整為14-17天，控制污泥濃度為3500-4000 mg/L，強化除磷，出水平均TP濃度降低至0.57 mg/L，去除率提高至73.15%。
第一階段，污泥齡較短，但除磷效果較差，主要是由于出水NO3－-N濃度較高，為8.02 mg/L，影響到厭氧階段聚磷菌釋放磷，從而影響到除磷效果。第二階段試驗前期，主要是由于污泥齡較長，導致聚磷菌吸收的磷不能及時排出，因而TP處理效果逐漸變差。通過工藝參數優化調整后，氮和磷的去除率均取得較高的。
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