高氮城市污水处理CAST工艺调试运行研究

摘要

氮磷过量排放引起的水体富营养化问题越来越严峻，随着人类环保意识的加强和城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)的实施，无论是新建污水处理厂还是已有污水处理厂都面临着污水深度脱氮除磷的挑战。CAST工艺(CyclicActivated Sludge Technology)是一种具有脱氮除磷功能的SBR变型工艺，由于其占地面积小、无需初沉池和二沉池、基建及运行费用低、不易发生污泥膨胀、操作管理方便等诸多优点，近年来在我国已得到越来越多的应用，具有广阔的市场前景。
　　 为了CAST工艺研究的发展，尤其是CAST工艺生产性试验的研究，本课题针对高氮进水CAST工艺，对其污泥培养驯化、工艺调试、优化运行控制全程进行了系统而深入的研究。通过1整年的连续生产性试验，对李家沱污水处理厂CAST工艺去除污染物质的特性进行了研究，对其存在的问题进行了分析。在此基础上，通过对CAST工艺的几个关键性的工艺控制参数进行调整，对各影响因素的作用规律进行了研究，并找到适合目前进水水质和水量条件下的低温期/高温期最佳运行模式。在分析整理前期运行数据的前提下，尤其是重点分析了脱氮影响因素及其规律，提出了一种应对未来随着管网完善水量增大和脱氮压力的运行方式，且对脱氮过程ORP的变化规律、影响因素和指示作用进行了初步的研究。
　　 在CAST工艺调试过程中，共采用了四种运行工况，A：进水/曝气2h—沉淀1h—滗水1h；B：进水2h—曝气2h—沉淀1h—滗水1h；C：进水1h—进水/曝气2h—微曝1h—沉淀1h—滗水1h；D：进水/曝气3h—沉淀2h—滗水1h。根据实际运行效果，选定C工况：进水1h—进水/曝气2h-曝1h—沉淀1h—滗水1h为低温期运行工况，对其运行参数进行了优化，主曝阶段DO控制在2.0～3.0 mg/L，微曝阶段DO控制在0.5 mg/L以下，MLSS值控制在3500～4000mg/L，相应的污泥龄约为15～20d，污泥回流比约30％时，系统的脱氮效果最好，平均脱氮率接近75％。选定了A工况：进水/曝气2h—沉淀1h—滗水1h为高温期运行工况，且对其进行了参数优化，DO控制3.0～4.0 mg/L，MLSS值控制在5000～6000mg/L，相应的污泥龄为12～16d，污泥回流比为20％时系统处理效果最优。
　　 通过对李家沱污水处理厂2008年全年的运行数据进行整理分析得出如下结论：运行工况对CAST工艺脱氮效果影响显著；在CAST工艺的脱氮设计中，氮负荷率取值不应高过0.04gN/gMLSS.d；在CAST工艺运行调试中，尤其是对高氮负荷率进水，应该重视运行工况的选择，以避免由于高比例工业废水的汇入和高氮浓度进水所带来的脱氮压力；当CAST工艺的污泥龄为15d左右，系统可取得最好的脱氮效果。
　　 为应对未来水质水量波动较大和较严重的脱氮压力等问题，在CAST工艺强化同步硝化反硝化试验研究中，提出了DO梯级控制的措施。试验结果表明，无论是低温期运行工况下还是高温期运行工况下，采用DO梯级控制方式在保证CODCr、BOD5、NH3-N等污染物去除的前提下，都取得了比常规运行方式下更为稳定高效的去除效果，脱氮率提高了10％～15％左右，出水TN浓度大部分在15mg/L以下。
　　 在进行ORP在CAST工艺脱氮过程中的作用的初步研究时，探索了李家沱污水处理厂缺氧池内ORP与CODCr、NH3-N、硝态氮等物质浓度的关系。研究发现ORP值的变化受进水水质影响较大，和CODCr、NH3-N的浓度乘积与硝态氮浓度的比值的对数线性相关性较好，R2=0.9146。
　　 根据李家沱进水水质情况基于生物脱氮双Monod模型式推导出CAST工艺脱氮模型并用实际运行结果检验，结果表明所建立的脱氮模型能够与实际情况较好吻合，可以用之于实践进行运行参数设置的指导和脱氮效果、出水水质的预测。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1我国污水处理现状

1.2生物脱氮技术的研究现状

1.3 CAST工艺原理及应用现状

1.3.1 CAST工艺背景及发展

1.3.2 CAST工艺的原理

1.3.3 CAST工艺的应用及研究现状

1.4课题的提出、研究内容与研究目的

1.4.1课题的提出

1.4.2课题的研究内容

1.4.3课题的研究目的与意义

1.5监测项目、方法和实验安排

1.5.1监测项目和方法

1.5.2实验方法和实验安排

2 CAST工艺的启动

2.1李家沱污水处理厂概况

2.1.1工艺简介和流程图

2.1.2基本设计参数和设计进出水水质

2.1.3进水水质情况调查

2.2污泥培养与工艺启动

2.2.1污泥培养方案的制定

2.2.2污泥培养驯化

2.2.3活性污泥培养结果及分析

2.3污泥培养期间系统对污染物的处理效果

2.4污泥培养期间出现的问题及解决措施

2.4.1低温问题

2.4.2泡沫问题

2.4.3水质异常问题

2.4.4污泥回流和剩余污泥排出问题

2.4.5设备故障问题

2.5本章小结

3低温期运行工况的确定

3.1低温期CAST工艺常规运行模式的污染物降解规律

3.2低温期运行工况的选择

3.3低温期各运行工况下的处理效果

3.3.1低温期各运行工况下CAST工艺对COD、BOD去除效果

3.3.2低温期各运行工况下CAST工艺对NH3-N的去除效果

3.3.3低温期各运行工况下CAST工艺对TN的去除效果

3.3.4低温期各运行工况下CAST工艺对TP的去除效果

3.4低温期选定工况运行参数的优化

3.4.1 DO优化调控

3.4.2 MLSS优化调控

3.4.3污泥回流比优化调控

3.5本章小结

4高温期运行工况的确定

4.1高温期CAST工艺常规运行模式的污染物降解规律

4.2高温期选定工况运行参数的优化

4.2.1 DO优化调控

4.2.2 MLSS优化调控

4.2.3污泥回流比优化调控

4.3污水厂低温期和高温期的运行工况比较分析

4.4本章小结

5 CAST工艺强化脱氮对策研究

5.1 CAST工艺脱氮影响因素研究

5.1.1运行工况对CAST工艺脱氮效果的影响

5.1.2水温对CAST工艺脱氮效果的影响

5.1.3污泥回流比对CAST工艺脱氮效果的影响

5.1.4进水碳氮比对CAST工艺脱氮效果的影响

5.1.5污泥龄对CAST工艺脱氮效果的影响

5.2 CAST工艺强化同步硝化反硝化DO控制问题研究

5.2.1试验安排和参数控制

5.2.2运行周期内DO变化规律

5.2.3运行周期内氮形态变化规律

5.2.4强化同步硝化反硝化DO水平和曝气方式的选择

5.3 ORP在CAST工艺脱氮过程中的作用

5.3.1 ORP作为脱氮过程控制参数的研究现状

5.3.2 ORP的影响因素

5.3.3试验安排

5.3.4缺氧池中ORP与水质的相关性研究

5.3.5关于ORP应用于CAST工艺脱氮过程研究的展望

5.4脱氮反应动力学和反应机理的探讨

5.4.1脱氮反应机理

5.4.2脱氮反应动力学和脱氮模型的建立

5.4.3脱氮模型的检验和讨论

5.5本章小结

6结论与建议

6.1结论

6.2建议

致 谢

参考文献

附录：作者在攻读学位期间发表的论文目录