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CASS工藝處理高氨氮生活污水試驗(yàn)研究
發(fā)布時(shí)間:2017-07-25瀏覽次數(shù):1258返回列表
長(zhǎng)期以來(lái),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)合的工藝或者完全物化工藝。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(gè)不容忽視的問(wèn)題,解決這一問(wèn)題對(duì)于防止水體富營(yíng)養(yǎng)化和解決水體環(huán)境污染問(wèn)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(duì)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。
外目前對(duì)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(duì)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(gè)部分,其中缺氧區(qū)長(zhǎng)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(lái)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400~900 mg/L。
試驗(yàn)周期運(yùn)行時(shí)間設(shè)定為4h,各階段時(shí)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(gè)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(guò)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(gè)變化狀態(tài)。一般平均MLSS控制在4000~4500 mg/L。
2.試驗(yàn)結(jié)果和討論
2.1 污泥負(fù)荷對(duì)脫氮的影響
試驗(yàn)分別采用HRT為12h和16h;周期運(yùn)行時(shí)間為4h,各階段時(shí)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?;亓鞅炔捎?50%。
圖1表明,試驗(yàn)中污泥有機(jī)負(fù)荷對(duì)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(shí),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0.18~0.25 kgCOD/(kgMLSS·d)時(shí)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(shí),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(duì)硝化的影響較大,當(dāng)NH3-N負(fù)荷低于0.045kg NH3-N/(kgMLSS·d)時(shí),硝化率達(dá)到96%以上,而當(dāng)NH3-N負(fù)荷高于0.045kg NH3-N/(kgMLSS·d)時(shí),硝化率明顯下降,僅達(dá)到50~80%。NH3-N負(fù)荷對(duì)反硝化的影響不明顯。
2.2 回流比對(duì)脫氮的影響
分別采用50%、100%、150%、200%、250%五種回流比進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。HRT為16h;周期運(yùn)行時(shí)間為4h,各階段時(shí)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(duì)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COD mg/L |
出水COD mg/L |
COD去除率% |
進(jìn)水總氮mg/L |
進(jìn)水NH3-Nmg/L |
出水NH3-Nmg/L |
NH3-N去除率% |
出水NO3-Nmg/L |
脫氮率% |
50 |
485.56 |
34.44 |
92.91 |
105.75 |
97.29 |
2.49 |
97.44 |
61.21 |
39.76 |
100 |
518.33 |
65.45 |
87.37 |
118.15 |
108.72 |
0.58 |
99.49 |
57.79 |
50.60 |
150 |
528.26 |
61.90 |
88.28 |
127.07 |
116.91 |
2.73 |
97.68 |
44.73 |
62.65 |
200 |
479.49 |
57.97 |
87.91 |
121.20 |
111.54 |
0.73 |
99.36 |
54.47 |
54.46 |
250 |
483.15 |
35.39 |
92.68 |
113.91 |
104.80 |
0.82 |
99.24 |
55.83 |
50.29 |
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(shí),系統(tǒng)的脫氮率呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì),當(dāng)回流比增大到150%時(shí),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(shí)間和溶解氧對(duì)脫氮的影響
改變曝氣量以控制末端DO,并改變曝氣時(shí)間,具體組合工況見(jiàn)表2,
表2 試驗(yàn)工況數(shù)據(jù)表
工況 |
曝氣量(m3/h) |
曝氣時(shí)間(min) |
沉淀時(shí)間(min) |
1 |
0.8 |
120 |
90 |
2 |
0.9 |
120 |
90 |
3 |
0.8 |
150 |
60 |
4 |
0.7 |
150 |
60 |
5 |
0.6 |
150 |
60 |
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(shí)間發(fā)生變化時(shí),各工況一個(gè)周期內(nèi)DO的變化并不相同,但是各個(gè)工況都表現(xiàn)出由小到大的一個(gè)變化過(guò)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(%) |
1 |
565.50 |
47.78 |
91.55 |
132.51 |
121.91 |
20.55 |
83.14 |
36.26 |
57.13 |
2 |
553.37 |
41.10 |
92.57 |
151.36 |
139.25 |
9.61 |
93.10 |
48.71 |
61.47 |
3 |
635.06 |
44.88 |
92.93 |
136.88 |
125.93 |
0 |
100.00 |
46.64 |
65.93 |
4 |
687.21 |
66.50 |
90.32 |
116.02 |
106.74 |
15.89 |
85.11 |
30.00 |
60.45 |
5 |
542.07 |
44.94 |
91.71 |
105.64 |
97.19 |
18.33 |
81.14 |
35.38 |
49.16 |
圖5表明,五種工況下,DO和曝氣時(shí)間的改變對(duì)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(shí)間對(duì)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(duì)脫氮效果的影響較大。要取得好的脫氮效果,先要將硝化進(jìn)行得比較徹底,而DO對(duì)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(gè)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(gè)低DO濃度水平是1.40 mg/L;二是曝氣期末端DO水平也要達(dá)到一個(gè)較高值,這個(gè)值的選擇范圍要寬一些,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果, 2.5~3.5 mg/L的控制范圍比較合理。
曝氣時(shí)間對(duì)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(shí)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(shí)間采用定時(shí)控制,在選擇合適的曝氣量下,應(yīng)盡量選擇較長(zhǎng)的曝氣時(shí)間。
2.4 CASS工藝曝氣時(shí)間控制研究
關(guān)于DO和曝氣時(shí)間對(duì)系統(tǒng)脫氮影響的研究表明,曝氣時(shí)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(shí)間是下面試驗(yàn)需要討論的問(wèn)題。
對(duì)曝氣時(shí)間控制目的有三個(gè):一是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(shí)間過(guò)長(zhǎng)而引起的污泥膨脹。
目前CASS工藝對(duì)曝氣時(shí)間的控制有兩種方法,即定時(shí)控制和實(shí)時(shí)控制。
定時(shí)控制是將曝氣時(shí)間設(shè)定為某一固定值。實(shí)時(shí)控制是采用現(xiàn)代監(jiān)測(cè)儀器對(duì)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行控制。一種是通過(guò)在線COD或BOD儀監(jiān)測(cè)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(duì)監(jiān)測(cè)儀器的要求較高;另一種是通過(guò)ORP、DO、pH儀來(lái)控制曝氣時(shí)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(shí)間的控制。實(shí)時(shí)控制是目前研究和應(yīng)用為廣泛的方法,但是對(duì)于不同的水質(zhì),曝氣過(guò)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(lái)自于2.3試驗(yàn)的工況3,試驗(yàn)結(jié)果如下:
1、一個(gè)周期內(nèi)NH3-N與DO變化關(guān)系
一個(gè)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(gè)大幅下降的過(guò)程,而DO則進(jìn)入了一個(gè)緩慢上升的過(guò)程,到第100min時(shí),NH3-N濃度下降到幾乎為零,而DO則進(jìn)入了一個(gè)急速增長(zhǎng)階段,一直持續(xù)到曝氣期末DO達(dá)到3.59mg/L。
2、一個(gè)周期內(nèi)NO3-N與DO變化關(guān)系
一個(gè)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(gè)緩慢上升的過(guò)程,到第100min時(shí),NO3-N 濃度進(jìn)入一個(gè)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(wèn)題在于處理過(guò)程中曝氣時(shí)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)行得徹底,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(duì)曝氣時(shí)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0.28 kgCOD/(kgMLSS·d)時(shí),COD的降解和含氮物質(zhì)的硝化都開(kāi)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0.045kg NH3-N/(kgMLSS·d)時(shí),硝化進(jìn)行得比較徹底,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(duì)反硝化效果影響不明顯。
2、當(dāng)回流比從50%增加到250%時(shí),系統(tǒng)脫氮率先增后減,在回流比為150%時(shí)達(dá)到大值。
3、DO對(duì)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1.40 mg/L以上;二是曝氣期末端DO控制在 2.5~3.5 mg/L范圍。
4、曝氣時(shí)間對(duì)脫氮效果也存在影響,要取得較好的脫氮效果,縮短曝氣時(shí)間就需要增大曝氣量,對(duì)于采用時(shí)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(zhǎng)的曝氣時(shí)間。
5、實(shí)時(shí)控制優(yōu)于定時(shí)控制,CASS工藝在處理高氨氮生活污水時(shí)采用DO與NH3-N的相關(guān)性作為控制曝氣時(shí)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(dòng)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。