3種運(yùn)行模式下CAST工藝脫氮性能

摘要：本篇文章主要針對(duì)三種運(yùn)行模式下的CAST工藝脫氮性能做出相關(guān)的研究和分析，三種運(yùn)行模式分別是常規(guī)模式、缺氧好氧模式、缺氧好氧交替模式。經(jīng)研究結(jié)果表明，缺氧好氧交替模式下的氨氮去除率比較高，三種模式都可以實(shí)現(xiàn)亞硝酸型的硝化，但是亞硝酸型硝化和溫度關(guān)聯(lián)密切，隨著溫度上升會(huì)逐漸消失。本文僅供同行業(yè)的其他工作人員作為參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：循環(huán)式活性污泥法;生物脫氮;亞硝酸型硝化;硝化速率;反硝化速率

中圖分類(lèi)號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）03-00-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.048

Denitrification performance of cast process in three operation modes

Jin Xudong

（Anshan Qingchang water Co.，Ltd.，Anshan Liaoning 114000，China）

Abstract：This paper mainly studies and analyzes the denitrification performance of cast process under three operation modes，including conventional mode，anoxic and aerobic mode，and anoxic and aerobic alternative mode.The results show that the removal rate of ammonia nitrogen under anoxic and aerobic alternative mode is relatively high，and the nitrification of nitrite type can be realized in all three modes，but nitrite type can be achieved Type C nitrification is closely related to temperature，and will disappear gradually with the increase of temperature.This article is only for reference of other staff in the same industry.

Key words：Cyclic activated sludge process;Biological denitrification;Nitrous nitrification;Nitrification rate;Denitrification rate

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

（1）進(jìn)水水質(zhì)和接種污泥，實(shí)驗(yàn)以模擬某污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)的人工配水作為實(shí)驗(yàn)用水，通過(guò)相關(guān)設(shè)備控制進(jìn)水的流量，本實(shí)驗(yàn)中的設(shè)備是蠕動(dòng)泵，采用的碳酸氫鈉的堿度需要在一定的范圍內(nèi)，最高不超過(guò)8，最低不要低于7.5。還需要向其中加入一些微量元素，確保實(shí)驗(yàn)在常溫下一運(yùn)行，周?chē)沫h(huán)境要在10～27℃之間。實(shí)驗(yàn)所采用污泥為回流污泥，因其取自污水處理廠，所以脫氮效果好，在鏡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)種蟲(chóng)較多，并且生物資源較為豐富。

（2）實(shí)驗(yàn)裝置，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用的反應(yīng)器的總體積為28.8L，有效容積為21.6L，材質(zhì)為有機(jī)玻璃，每個(gè)反應(yīng)器對(duì)生物選擇區(qū)和沖水比均占有一定比例，運(yùn)行方式為均自動(dòng)控制。結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)進(jìn)水回流沉淀等過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)的掌控，也就是說(shuō)反應(yīng)器會(huì)結(jié)合實(shí)際的情況，自己對(duì)各環(huán)節(jié)進(jìn)行啟動(dòng)和停止工作。要確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程是在室溫進(jìn)行下，由蠕動(dòng)泵提供實(shí)驗(yàn)的用水，空氣壓縮機(jī)提供曝氣的氣源，采用粘砂塊曝氣頭曝氣，并且由轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制氣體的量。在生物選擇區(qū)，要設(shè)立攪拌器，讓水泥進(jìn)行均勻混合的攪拌，混合液從反應(yīng)器的末端回流到選擇的前端。

（3）運(yùn)行模式，一般來(lái)說(shuō)，CAST工藝的運(yùn)行周期分為四個(gè)階段，分別為進(jìn)水、曝氣、沉淀排水和閑置，在該反應(yīng)中設(shè)置了三個(gè)反應(yīng)器，這三個(gè)反應(yīng)器同時(shí)運(yùn)行，確保三個(gè)反應(yīng)器進(jìn)水的流量相同，并且所有的反應(yīng)器的運(yùn)行周期為4h，每天三個(gè)反應(yīng)器都需要運(yùn)行六個(gè)周期，確保混合液回流量是進(jìn)水量的20%，整個(gè)周期都在進(jìn)行回流工作，本實(shí)驗(yàn)中主要有三種模式，分別是常規(guī)運(yùn)行模式，缺氧好氧模式，缺氧好氧交替模式。

（4）檢測(cè)分析項(xiàng)目及方法，在檢測(cè)和分析實(shí)驗(yàn)中的水樣時(shí)，一定要結(jié)合我國(guó)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和方法，其中COD采用的是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法重鉻酸鉀法，氨氮采用的是納氏試劑光度法，硝酸鹽氮采用的是紫外分光光度法，同樣其他各項(xiàng)指標(biāo)都需要按照國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定。

（5）實(shí)驗(yàn)方案，在實(shí)驗(yàn)室三個(gè)反應(yīng)器都需要維持相同的污泥濃度，三個(gè)反應(yīng)器在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前5d運(yùn)行時(shí)均采用常規(guī)模式，曝氣量設(shè)定為0.1h/m3，從第六天開(kāi)始，反應(yīng)器2和3分別運(yùn)行缺氧好氧模式和缺氧好氧交替模式，初期，每個(gè)反應(yīng)器曝氣量都為0.2h/m3。在實(shí)驗(yàn)期間需要對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)同步測(cè)定（進(jìn)水與出水的氮基質(zhì)濃度），當(dāng)這三種模式均穩(wěn)定運(yùn)行后，比較三種模式下的氨氮和總氮去除情況。為了更好了解的系統(tǒng)脫氮性能，在系統(tǒng)穩(wěn)定以后，需要對(duì)反應(yīng)器的氮基質(zhì)濃度進(jìn)行測(cè)定，確定各系統(tǒng)的硝化模式。具體的實(shí)驗(yàn)方法就是從各反應(yīng)器中各取兩升回流污泥到CAST反應(yīng)器中，再放入CAST反應(yīng)器之前，需要將回流污泥淘洗三次，然后將這些污泥平均分為兩份，分別放在容量相同的兩個(gè)CAST反應(yīng)器中，一個(gè)反應(yīng)器中加入相關(guān)的元素和NH4—N使其進(jìn)行消化反應(yīng)，另一份加入碳源和NO3—N使其進(jìn)行反硝化反應(yīng)，然后根據(jù)氮基質(zhì)濃度的變化計(jì)算硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)中的速率。

2 結(jié)果和討論

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行分為三個(gè)階段，第一個(gè)階段是1～35d，實(shí)驗(yàn)的環(huán)境溫度保持在10～15℃，有相關(guān)的數(shù)據(jù)可以得出常規(guī)模式下的氨氮，平均去除率最高。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是每種模式下的曝氣時(shí)間不同，三種模式下的曝氣時(shí)間逐漸減少，伴隨著曝氣時(shí)間的減少，使得氨的氧化效率逐漸降低。此外，在三種模式下的TN平均去除率分別為61.8%、66.1%、66.2%，結(jié)合這些數(shù)據(jù)，我們可以得知平均去除率和本實(shí)驗(yàn)中氨氮的平均去除率相差不多，所以我們可以得知在該階段中主要因?yàn)榘钡难趸绊懥讼到y(tǒng)總氮去除效率。第二個(gè)階段是36～70d，在該期間內(nèi)，溫度要保持在15～24℃，伴隨著溫度的升高，氨氧化的速率不斷的增加，從某種角度上來(lái)說(shuō)，氨的氧化速率和溫度兩者之間成正比關(guān)系，在該階段中三種模式下的氨氮平均去除率分別為98.9%、95.3%，78.3%，TN的平均去除率分別是61.8%，66.1%，66.2%，但是在缺氧好氧和缺氧好氧交替階段都增加了缺氧段，所以使得這兩個(gè)模式下的總氮去除率高于常規(guī)模式。因此，在該階段中影響總氮去除率的主要因素是返硝化。第三個(gè)階段是71～95d，溫度在24～27℃，在該階段中，各反應(yīng)器中的氨氮被徹底氧化，但是因?yàn)槌Ｒ?guī)模式下的主反應(yīng)區(qū)沒(méi)有缺氧的環(huán)境，不利于反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)，但是反模式2和模式3存在缺氧攪拌，并且模式3的攪拌時(shí)間比模式2長(zhǎng)，加強(qiáng)了反硝化性能，總氮的去除率逐漸提升。所以總的來(lái)說(shuō)，在氨的氧化條件比較充分時(shí)，模式3條件下的脫氮性能最好。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，主要是因?yàn)槿毖鯐r(shí)間較長(zhǎng)，促進(jìn)反硝化反應(yīng)的進(jìn)行，并且第三階段中的環(huán)境溫度比前兩個(gè)階段中的環(huán)境溫度高，使得生物的活性得到一定的提升。所以在第三階段中，各模式下的TN去除率明顯比前兩個(gè)階段的TN去除率高，其他學(xué)者的研究結(jié)果也證明了這一結(jié)論。

3 不同運(yùn)行模式對(duì)硝化速率和反硝化速率的影響

（1）硝化速率，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們可以得知和常規(guī)模式相比，缺氧好氧模式下的NOB的活性受到了一定的抑制，而缺氧好氧交替模式下的硝化反應(yīng)，在進(jìn)行了120min以后，NH4—N仍有大量的殘余，并且氨的氧化速率遠(yuǎn)低于常規(guī)模式和缺氧好氧模式，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，主要是系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)硝化反應(yīng)以后因?yàn)槠貧獾臅r(shí)間較短，使得AOB得不到充分的繁殖，進(jìn)而降低系統(tǒng)內(nèi)AOB總體的數(shù)量。

（2）反硝化速率，結(jié)合相關(guān)的數(shù)據(jù)，我們可以得知缺氧好氧模式下的反硝化速率最高，其次是缺氧好氧交替模式，最后是常規(guī)模式.產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，可能是在常規(guī)模式下的主反應(yīng)區(qū)內(nèi)不存在缺氧環(huán)境，抑制了反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)，而缺氧好氧和缺氧好氧交替模式下均存在缺氧攪拌，所以使得系統(tǒng)內(nèi)的反硝化細(xì)菌的數(shù)量多于常規(guī)模式，反硝化細(xì)菌的數(shù)量得到增加，進(jìn)而提升了返硝化的速率。m 2模式下的消化速率之所以比缺氧好氧交替模式下的大，可能是因?yàn)槿毖鹾醚跄Ｊ较碌娜毖醵蔚膩喯跛猁}含量比缺氧好氧交替模式下的含量高，所以缺氧好氧中返硝化菌數(shù)量也比缺氧好氧交替模式下的數(shù)量多，因此，反硝化速率最快。

4 總結(jié)

綜上所述，在常規(guī)模式，缺氧好氧模式，缺氧好氧交替模式三種情況下，其中缺氧好氧交替模式下系統(tǒng)的總氮平均去除率最高，缺氧好氧模式下的硝化速率和反硝化速率最快。

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收稿日期：2020-01-16.

作者簡(jiǎn)介：金旭東（1987-），男，漢族，本科學(xué)歷，中級(jí)工程師，研究方向?yàn)槲鬯幚碚{(diào)試與運(yùn)營(yíng)。