CASS工藝提高氨氮去除率的應(yīng)用
冀中能源股份有限公司顯德汪礦工業(yè)廣場污水處理廠于2009年6月開工建設(shè)，同年11月開始進(jìn)水調(diào)試，2010年6月交付顯德汪礦運(yùn)行。污水廠采用CASS工藝。設(shè)計(jì)日處理能力為6000m3，實(shí)際運(yùn)行中常年保持在3300m?左右。污水來源為生活污水、洗浴廢水、生活科食堂廢水和醫(yī)院廢水，其中洗浴用水占60%，生活污水占33%，其余為食堂和醫(yī)院廢水。由于地勢(shì)所致，分別在礦區(qū)內(nèi)和生活區(qū)內(nèi)建有1#、2#污水集中池，進(jìn)行一級(jí)
提升。
1、顯德汪礦工業(yè)廣場污水處理廠工藝
顯德汪礦工業(yè)廣場污水處理廠的污水處理分為物理處理、生物處理和深度處理。1#、2#泵站水提升至最高點(diǎn)后，通過管道自流至污水廠區(qū)內(nèi)，污水中的漂浮物和懸浮物被格柵去除后進(jìn)入到調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池主要起調(diào)節(jié)水量和水質(zhì)的作用。當(dāng)池內(nèi)水位滿足進(jìn)水條件后開啟提升泵，使污水通過旋流除砂設(shè)備，利用離心力的作用將比重大的沙礫除去，完成物理處理。污水進(jìn)入到生物選擇池內(nèi)與回流污泥進(jìn)行充分混合接觸，利用吸附原理迅速降低污水中的有機(jī)物含量，同時(shí)聚磷菌通過厭氧環(huán)境進(jìn)行磷的有效釋放，之后污水進(jìn)入到缺氧池，與回流的混合液接觸，進(jìn)行脫氮，此時(shí)污水經(jīng)底部涵洞進(jìn)入到好氧池內(nèi)，進(jìn)行有機(jī)物的分解和磷的過飽和吸收，之后進(jìn)行靜止沉淀，至此生物處理部分結(jié)束。
工藝流程如圖1所示。
沉淀后的上清液通過潷水器進(jìn)入到中間水池，由臥式離心泵將水抽到過濾罐內(nèi)，通過石英砂過濾作用將污水中的細(xì)小懸浮物進(jìn)一步去除，之后污水進(jìn)入到消毒池，通過二氧化氯消毒后達(dá)標(biāo)外排，完成深度處理。
該污水廠執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)見表1。
2、生物脫氮原理及影響因素
2.1 生物脫氮原理
CASS工藝屬于好氧生物處理法，對(duì)比傳統(tǒng)的活性污泥法其本質(zhì)是去除原污水中的溶解性有機(jī)物，而氮、磷的去除只能依賴細(xì)菌細(xì)胞的形成。傳統(tǒng)的活性污泥法氮的去除率只有20%~40%。但根據(jù)氮元素在自然界中的循環(huán)現(xiàn)象，采取一定的運(yùn)行措施后，可以將氮循環(huán)的作用運(yùn)用在CASS反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)。
在未經(jīng)處理的新鮮污水中，含氮化合物存在的主要形式有有機(jī)氮和氨態(tài)氮，主要以有機(jī)氮為主。有機(jī)氮在氨化菌的作用下分解轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，這一過程稱之為“氨化反應(yīng)”。氨態(tài)氮在硝化菌的作用下進(jìn)一步分解氧化為硝酸氮，這一過程稱為硝化反應(yīng)(式1)。在氨化反應(yīng)和硝化反應(yīng)中，起決定作用的是氨化菌、亞硝酸菌和硝酸菌。后兩者統(tǒng)稱為硝化菌，硝化菌是化能自養(yǎng)菌，其生理活動(dòng)不需要有機(jī)性營養(yǎng)物質(zhì)。
經(jīng)過硝化反應(yīng)后，污水中的氨轉(zhuǎn)化為了硝酸鹽，為將其排出系統(tǒng)，還必須經(jīng)過反硝化菌的代謝反應(yīng)，將硝酸氮和亞硝酸氮轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮釋放到大氣中(式2、式3)。反硝化菌是異氧兼性厭氧菌，需要以原污水中的有機(jī)物為碳源進(jìn)行活動(dòng)。
反應(yīng)式如下：
由式1、2可計(jì)算出：完全硝化1gNH4-N,需堿度7.14g(以CaCO?計(jì))，轉(zhuǎn)化1g亞硝酸鹽氮為氮?dú)鈺r(shí)，需要有機(jī)物(BOD)為1.71g;轉(zhuǎn)化1g硝酸鹽氮為氮?dú)鈺r(shí)，需要有機(jī)物(BOD)為2.86g。在反硝化過程中，硝酸氮通過反硝化菌的代謝會(huì)產(chǎn)生同化反硝化和異化反硝化2種轉(zhuǎn)化途徑，最終的產(chǎn)物分別是菌體的組成部分和排入大氣的氣態(tài)氮。
2.2 生物脫氮過程的影響因素
2.2.1 水溫
硝化反應(yīng)的適宜水溫為20~30℃，<15℃，硝化速度下降，<5℃，硝化反應(yīng)完全停止。反硝化反應(yīng)事宜水溫為20~40℃，<15℃，反硝化速度下降。
2.2.2 溶解氧
硝化反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度宜保持在2.0mg/以上，而且反硝化反應(yīng)宜將溶解氧控制在0.5mg/L以下。
2.2.3 pH值
亞硝酸菌在pH值為7.0~7.8時(shí)，活性最好，而硝酸菌則為7.7~8.1。反硝化反應(yīng)pH值控制在7.0~7.5之間，由于硝化反應(yīng)需要消耗堿度，而反硝化可以恢復(fù)一部分堿度，有利于將系統(tǒng)的pH值穩(wěn)定在所需范圍內(nèi)。
2.2.4 污泥齡
硝化過程的污泥齡一般為硝化菌最小世代時(shí)間的2倍以上，因此生物脫氮過程污泥齡一般控制在12~25d。當(dāng)冬季水溫<10℃時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高污泥齡。
3、污水廠出現(xiàn)氨氮去除率低現(xiàn)象的原因分析及應(yīng)對(duì)之策
3.1 產(chǎn)生的現(xiàn)象及原因分析
某年5月下旬，污水處理廠出水明渠處水體顏色發(fā)黃，并因水躍現(xiàn)象造成泡沫堆積，且泡沫發(fā)黏，不易破散，同時(shí)泡沫上有褐色懸浮物堆積，感官不好。
污水處理廠5月進(jìn)出水氨氮數(shù)據(jù)如圖2所示。
由圖2可得，此時(shí)的污水氨氮去除率偏低。在運(yùn)行中還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水量充足時(shí)，如超過3200m，進(jìn)水氨氮數(shù)值基本維持在15mg/L左右，而當(dāng)進(jìn)水量突然降低至2000m時(shí)，氨氮數(shù)值會(huì)猛增至34mg/L，對(duì)活性污泥造成了大的沖擊負(fù)荷，為氨氮的去除增加了困難。其他運(yùn)行指標(biāo)基本維持在正常水平。
3.2 應(yīng)對(duì)之策
根據(jù)生物脫氮的去除原理，污水中的氮需要經(jīng)過硝化和反硝化才能去除。硝化反應(yīng)需要的條件是好氧及低有機(jī)物含量，而反硝化則需要低溶解氧和充足的碳源才能進(jìn)行。根據(jù)此原理，將原始的運(yùn)行方式，即進(jìn)水、曝氣、沉淀、潷水4個(gè)階段，各階段1h，共4h1周期，更改為新運(yùn)行方式，即當(dāng)進(jìn)水氨氮偏高時(shí)，對(duì)處于待機(jī)狀態(tài)的好氧池低水位混合液進(jìn)行預(yù)曝氣，時(shí)間控制在半小時(shí)左右(待機(jī)狀態(tài)的殘留液為上周期處理過的水，有機(jī)物含量低)，使其生成足夠的硝酸鹽后，再將調(diào)節(jié)池內(nèi)污水提升進(jìn)入生物選擇池及缺氧池內(nèi)，進(jìn)水過程僅開啟攪拌器但不進(jìn)行曝氣，以維持低溶解氧狀態(tài)，新進(jìn)的污水富含有機(jī)物，滿足反硝化的條件，使氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)庑问揭绯?，進(jìn)水結(jié)束后進(jìn)入曝氣階段，繼續(xù)開啟污泥回流泵和混合液回流泵，污泥回流比由原狀態(tài)的23%提高至51%，混合液回流比控制在72%，曝氣1h后進(jìn)行沉淀、潷水，此種運(yùn)行方式大大提高了脫氮效率。
污水處理廠6月進(jìn)出水氨氮數(shù)據(jù)如圖3所示。
由圖3可得，采用該運(yùn)行方式后，即使氨氮進(jìn)水負(fù)荷波動(dòng)較大，出水氨氮依然可以保持在0.5~1.0mg/L。
4、結(jié)語
經(jīng)過幾個(gè)月的運(yùn)行及監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，該運(yùn)行方式能夠保證氨氮去除率，使出水氨氮一直保持在0.5mg/L左右。結(jié)合污水廠的運(yùn)行，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)。
(1)該方法需要及時(shí)監(jiān)測進(jìn)水氨氮數(shù)值，當(dāng)該數(shù)值上升到25mg/L時(shí)，立即采用上述運(yùn)行方式，即可保證該周期水質(zhì)達(dá)標(biāo)。
(2)當(dāng)進(jìn)水氨氮數(shù)值處于正常水平時(shí)(15mg/L左右)，為降低污水處理廠的運(yùn)行成本，可采用原運(yùn)行方式降低電耗。
(3)污水處理中生物脫氮和除磷是相互影響的，為提高脫氮效率，預(yù)曝氣后回流的混合液勢(shì)必會(huì)將溶解氧帶入到選擇池中，從而影響除磷效果。為達(dá)到同步脫氮除磷的目的，污水處理廠的運(yùn)行方式必須依據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)工藝流程及各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。（來源：冀中能源股份有限公司顯德汪礦）