佛山市顺德区华清源环保有限公司 528300
摘要：本文以某污水处理厂CAST 工艺为研究对象，着重对氮、磷等污染物指标的稳定达标进行调控分析，提出可行的工艺调控与优化运行方案。
关键词：污水处理；CAST 工艺；运行诊断；优化调控
1 工程概况
某污水处理厂采用CAST 工艺，设计规模为2.5 × 104 m3 /d，于2008 年投运，目前实际运行规模为2.3 × 104 m3 /d，进水中工业废水含量约为30%，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002） 一级A 标准。整体工艺流程为：粗格栅→提升泵房→细格栅→旋流沉砂池→厌氧水解池→CAST 池→斜板沉淀池→转盘过滤→紫外消毒。
该厂CAST 工艺运行周期共为4 h：2 h 进水曝气、1 h 静置沉淀、1 h 撇水排泥。
2 进出水水质特性分析
2. 1 进出水COD、BOD5、NH +4－N 和SS 指标分析通过对该污水处理厂2011 年—2014 年进出水水质变化特征的汇总分析（见表1），表明COD、BOD5、NH +4－N 和SS 四项指标进水均值符合城镇污水处理厂进水的基本水质特征，其中BOD5 /COD为0.33，进水的可生化性一般［3］，出水指标满足一级A 排放标准要求，能够稳定达标。
2. 2 进出水TN 分析
该污水处理厂2013 年—2014 年进水TN 最高值约62 mg /L，最低值约10 mg /L，均值约为35 mg /L，波动性较大；出水TN 均值约13 mg /L，出水TN浓度较高，存在超标风险。
2. 3 进出水TP 分析
该污水处理厂2013 年—2014 年进水TP 浓度波动较大，最高值约26 mg /L，最低值约2 mg /L，均值约8 mg /L，无锡地区生活污水中TP 一般为2 ～ 4mg /L，该污水处理厂进水TP 浓度远高于一般生活污水，说明该厂工业废水进水TP 较高。CAST 出水TP 波动性较大，均值约0.3 mg /L，存在一定的超标风险。因此，确定TN 和TP 为该污水处理厂出水稳定达标的主要控制指标，需重点对该厂脱氮和除磷过程进行优化调控分析。
3 稳定达标的优化调控分析
3. 1 脱氮优化调控分析
3. 1. 1 生物脱氮条件分析
进水BOD5 /TN 是鉴别能否采用生物脱氮的要指标之一。该污水处理厂2013 年—2014 年进水BOD5 /TN 最高值约6.0，最低值接近1.0，全年进水BOD5 /TN 均值约为3.0，夏秋季较低，冬春季较高，2013 年—2014 年进水BOD5 /TN ＞ 5 的概率仅为5%，BOD5 /TN 总体处于较低水平。活性污泥的硝化与反硝化速率能直接表示生物脱氮能力，故对CAST 池活性污泥的硝化和反硝化速率进行测定，结果显示其硝化速率为4.36 ～ 5.24mgNO－3－N/（gVSS · h），该厂CAST 主反应区MLVSS 为2 000 mg /L 左右，曝气时长为2 h，按该条件计算可去除约17.44 ～ 20.96 mg /L 的NH +4 N，可满足该厂硝化要求。
利用进水实验测定的反硝化速率为1.16 mgNO－3－N/（gVSS·h），外加充足乙酸钠作为碳源实验测定的反硝化速率为2.84 mgNO－3－N/（gVSS·h）。较低的反硝化速率不能满足该厂脱氮要求，其原因一方面可能是该污水处理厂进水优质碳源较少，不利于反硝化菌生长和利用；另一重要原因可能是该污水处理厂CAST 运行周期内未形成良好的缺氧环境，导致反硝化菌无法良好生长。
3. 1. 2 CAST 运行周期静态模拟实验
为了强化CAST 池的脱氮能力，进行改变CAST工艺周期运行方式，延长缺氧时间以强化反硝化效果的实验。图1 显示了模拟实验中NO－3－N 的变化规律，采用现场工艺运行模拟时，NO－3－N 浓度由10.3 mg /L 经40 min 上升至15.1 mg /L，而采用工艺强化脱氮模拟时，其NO－3－N 浓度由10.7 mg /L 经40 min 下降至7.7 mg /L。结果表明工艺强化脱氮模式较污水处理厂现行运行模式可多去除3mg /L 的NO－3－N，使NO－3－N 的去除率由23% 提升至34%。
图2 为模拟对比实验中NH +4－N 的变化情况，采用现场工艺运行模拟时，NH +4－N 浓度由8.4mg /L 经60 min 下降至0.8 mg /L；采用工艺强化脱氮模拟时，NH +4－N 浓度由8.8 mg /L 经90 min 下降至0.6 mg /L。结果表明，即使缩短曝气时间，NH +4－N 浓度在100 min 内仍可降至1 mg /L 以下。
以上实验结果表明，增加40 min 的缺氧时间有利于实现系统脱氮，且不会影响NH +4－N 达标。
3. 1. 3 CAST 工艺TN 优化运行效果
根据实验结果，该污水处理厂将运行周期改为0～40 min 进水搅拌、40～120 min 进水曝气、120～240 min 静沉排水。图3 为周期更改后的进出水TN去除情况，更改周期后该CAST 工艺TN 去除率稳定在67%左右，较2014 年同期提高了9.5%。
3. 2 除磷优化调控分析
3. 2. 1 生物除磷条件分析
该污水处理厂2013 年—2014 年进水BOD5 /TP最高值约30，最低值接近5，全年进水BOD5 /TP 均值约12，理论上BOD5 /TP 需大于20 才能满足生物除磷对碳源的需求，实测该污水处理厂进水BOD5 /TP 值有90%概率小于20，进水碳磷比严重偏低，在无外加碳源的情况下，聚磷菌在厌氧阶段无法利用COD 合成PHA，进而影响除磷效果。为考察该污水处理厂活性污泥的释磷特性，采用该污水处理厂CAST 工艺污泥进行厌氧释磷试验，考察聚磷菌活性等情况。结果表明，活性污泥厌氧释磷速率仅为0. 01～0.03 mgPO3－4－P /（gVSS·h），生物除磷能力差。其原因一方面可能是该CAST 工艺周期中无独立的严格厌氧环境，不利于聚磷菌的生长，另一方面是投加的除磷药剂中金属盐抑制了聚磷菌的活性。因此，该厂需要投加化学药剂辅助除磷。
3. 2. 2 化学除磷药剂种类、用量优化
目前该污水厂使用的聚合硫酸铁除磷药剂，投加量为20 mg /L（按有效浓度计算）。实验考察了不同除磷药剂的除磷效果，药剂选择聚合硫酸铁、聚合铝铁和聚合氯化铝，初始TP 浓度为8.40 mg /L，PO3－4－P 浓度为4. 45 mg /L，实验结果见图4。
如图4 所示，进水投加化学除磷实验中上清液TP、PO3－4－P 的浓度随投药量的增加而减少，其中聚合硫酸铝铁对总磷及磷酸盐去除效果最佳，聚合硫酸铁和聚合氯化铝去除效果较差。进水中聚合硫酸铝铁药剂含量达到20 mg /L 时，上清液TP 即可降至0.50 mg /L 以下，而聚合硫酸铁及聚合氯化铝投加量达到30 mg /L 时仍不能使TP 下降至0.50 mg /L。结果表明该污水处理厂较为适用的除磷药剂为聚合硫酸铝铁，聚合硫酸铝铁一般具有较强的架桥、吸附性能，具有反应速度快、形成絮体大、成型快、活性好、过滤性好等优点，在污水处理过程中具有较好除磷效果。
3. 2. 3 CAST 工艺TP 优化运行效果
该污水处理厂将化学除磷药剂由聚合硫酸铁更改为聚合硫酸铝铁后，CAST 工艺出水TP 稳定在0.27 mg /L 左右，TP 去除率为95%，与2014 年同期相同；单位质量除磷药剂去除TP 量由原来的0. 04mg /mg 升至0. 05 mg /mg，吨水药剂成本降低0. 08元。
4 结论
① 模拟实际工艺条件，在CAST 运行周期进水阶段前40 min 停止曝气，并在主反应区增加搅拌器，可使CAST 工艺NO－3－N 的去除率由23% 提升至34%，同时出水NH +4－N 仍可降至1 mg /L 以下。
② 活性污泥特异性测试结果表明，该厂利用进水测定的反硝化速率为1.16 mgNO－3－N/（gVSS·h），外加充足碳源测定的反硝化速率为2. 84 mg-NO－3－N/（gVSS·h）；厌氧释磷速率为0. 01～0.03mgPO3－4－P /（gVSS·h）。该厂反硝化速率及释磷速率均较低，不能满足该厂脱氮除磷要求，因此必须对工艺进行调控，例如开启生物选择区搅拌器、调整回流量、投加适量碳源及除磷药剂等。
③ 由于缺乏厌氧环境和进水碳源不足，该污水处理厂CAST 工艺生物除磷效果较差。采用化学除磷药剂辅助除磷方式，投加20 mg /L 聚合硫酸铝铁即可使TP 浓度降至0.50 mg /L 以下，与该厂使用的聚合硫酸铁相比可降低约34%的投药量。
④ 更改CAST 运行周期及除磷药剂后，该污水厂TN 去除率提升9.5%；单位质量除磷药剂去除TP 量提升0.01 mg /mg，吨水药剂成本降低0. 08元。工艺调整后脱氮除磷效果均有所提升，实际运行效果与实验结果基本相符。
参考文献：
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论文作者:刘继敏
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/7
标签：污水处理论文; 工艺论文; 药剂论文; 浓度论文; 碳源论文; 速率论文; 脱氮论文; 《基层建设》2016年7期论文;