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:
[1]严俊泉,焦建文,陆晓岚,等. CAST 工艺运行优化和控制研究[J]. 中国给水排水,2010,26(9):46 - 49.
[2]国家环境保护总局. 水和废水监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社,2002.
[3]郑兴灿,李亚新. 污水除磷脱氮技术[M]. 北京:中国建筑工业出版社,1998.
[4]王琨,汤利华,汪强林,等. 污水可生化性对污水处理效果影响的分析[J]. 工业用水与废水,2012,43(1):16 - 18.
[5]彭永臻,马斌. 低C/N 比条件下高效生物脱氮策略分析[J]. 环境科学学报,2009,(2):225 - 230.
[6]樊红辉,林华东,花勇刚. CASS 工艺脱氮影响因素分析[J]. 环境科学与管理,2009,34(8):93 - 96.
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;