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CAST工艺短程硝化反硝化研究

申福维  
【摘要】:随着人们生活水平的提高,生活污水C/N低的现象日趋普遍,造成污水生物脱氮过程中碳源不足,脱氮效率降低等问题。短程硝化反硝化工艺作为一种新型的生物脱氮工艺,和常规的生物脱氮工艺相比,不仅可以节省能耗约25%(以氧计),节约碳源40%(以甲醇计),而且具有缩短反应时间,降低污泥产率等优点,因而近年来成为国内外的研究热点。本课题采用CAST小试试验装置,分别以实际生活污水和模拟生活污水作为处理对象,系统的研究了短程硝化反硝化的实现条件,各种因素对短程硝化的影响情况以及短程硝化的实时控制策略。 采用CAST小试试验装置处理实际生活污水,在常温(18-20℃),pH值7.18~8.63条件下,通过控制DO快速启动短程硝化反硝化污泥。结果表明:采用运行工况:进水/曝气(3h)—沉淀(0.5h)—排水/闲置(0.5h);泥龄:11d;DO:0.4~0.9mg/L,通过28d的连续培养快速启动了短程硝化反硝化污泥。 以模拟生活污水为处理对象,考察了DO、温度、C/N以及碱度对短程硝化反硝化的影响。将DO分为DO1.0mg/L、0.5mg/LDO1.0mg/L以及DO0.5mg/L三种情况,研究表明:短程硝化反硝化的最佳DO为0.5~1.0mg/L。在常温条件下(16.0~28.9℃),DO为0.5~1.0mg/L,温度变化对亚硝酸盐积累率的影响较小。在冬季低温期(11.1~12.4℃),DO为2.0mg/L左右,亚硝酸盐积累率在61.67~65.41%之间,在常温情况下驯化成功的短程硝化污泥,在冬季低温期溶解氧较高的情况下仍能维持稳定的亚硝酸盐积累率。将C/N分为5.69、3.63、2.70、1.97四种情况,研究表明:不同C/N条件下亚硝酸盐积累率有所不同,随着C/N的降低,亚硝酸盐积累率逐渐升高。将碱度分成碱度充足、碱度过量以及碱度不足三种情况,研究表明:碱度越高越有益于亚硝酸盐的积累;在碱度过量和碱度不足的情况下,出水氨氮浓度较碱度充足的情况下低。 通过分析CAST工艺的脱氮途径,在忽略氮吹脱作用的情况下, CAST工艺中氮的去除主要通过同步硝化反硝化的途径。考察了不同DO、C/N以及温度对同步硝化反硝化的影响情况,得出当DO控制在0.5~1.0mg/L时,TN去除率最高;当C/N在2.7左右时,脱氮效果最佳,在高C/N时,由于碳源充足,硝化反应成为脱氮的限制步骤;在低C/N时,碳源不足,反硝化反应成为脱氮的限制步骤。在常温期(16.0~28.9℃),DO为0.5~1.0mg/L,出水TN和氨氮浓度随着常温期温度的降低而降低。在冬季低温期(11.1~12.4℃),将DO提高到2.0mg/L左右,与常温期的出水TN与氨氮相比差距仍较大,低温对系统的硝化反硝化影响较严重。 对CAST工艺污水处理厂进行现场监测,研究了CAST工艺中主反应区的ORP和DO值的全周期动态变化规律,以及ORP和DO值的相关关系。研究结果:主反应区在曝气阶段ORP与DO的对数值呈线性关系,即y=77.606Lnx-1.9334、R2=0.85906。主反应区ORP值主要受DO影响,在曝气过程中ORP作为硝化反应的实时控制参数不及DO。 在CAST工艺的一个完整的反应周期内,在线控制参数pH、DO以及ORP在曝气过程中具有一定的规律性,而且这种规律性与反应中氨氮浓度的变化呈现良好的相关性。当氨氮降解接近完毕时,DO上升速率加快,pH值也会由下降转为上升,pH曲线上出现指示硝化结束的特征点“氨谷”。在碱度过量的情况下, DO和pH值的变化规律与碱度充足的情况相似,只是整个反应周期由原来的310分钟变为410分钟,延长了反应周期。在碱度不足的情况下,在氨氮浓度较高的时候,pH值出现转折点,pH值不能作为短程硝化反硝化的实时控制参数。


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