CAST工艺短程硝化反硝化研究

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DO>1.0mg/L、0.5mg/L　　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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1 绪 论

1.1 课题的研究目的、意义与内容

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

2 实验方法

2.1 实验安排

2.2 实验检测指标与方法

2.3 实验装置及主要仪器设备

2.4 原水水质及接种污泥

3 短程硝化反硝化污泥的快速启动

3.1 短程硝化反硝化污泥的培养与驯化

3.2 短程硝化污泥的微生物相

3.3 本章小结

4 短程硝化反硝化的影响因素

4.1 DO对短程硝化反硝化的影响

4.2 温度对短程硝化反硝化的影响

4.3 C/N对短程硝化反硝化的影响

4.4 碱度对短程硝化反硝化的影响

4.5 本章小结

5 短程硝化脱氮的影响因素

5.1 CAST工艺脱氮途径分析

5.2 短程同步硝化反硝化的影响因素

5.3 本章小结

6.短程硝化反硝化的实时控制

6.1 实时控制参数选取的理论依据

6.2 实时控制参数的可行性

6.3 本章小结

7 结论与建议

7.1 结论

7.2 建议

致谢

参考文献

附 录

A 作者在攻读学位期间发表的论文目录：

B 作者在攻读学位期间参加的科研项目：