3種運行模式下CAST工藝脫氮性能

摘要：本篇文章主要針對三種運行模式下的CAST工藝脫氮性能做出相關的研究和分析，三種運行模式分別是常規模式、缺氧好氧模式、缺氧好氧交替模式。經研究結果表明，缺氧好氧交替模式下的氨氮去除率比較高，三種模式都可以實現亞硝酸型的硝化，但是亞硝酸型硝化和溫度關聯密切，隨著溫度上升會逐漸消失。本文僅供同行業的其他工作人員作為參考意見。

關鍵詞：循環式活性污泥法;生物脫氮;亞硝酸型硝化;硝化速率;反硝化速率

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：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 實驗材料和方法

（1）進水水質和接種污泥，實驗以模擬某污水處理廠進水水質的人工配水作為實驗用水，通過相關設備控制進水的流量，本實驗中的設備是蠕動泵，采用的碳酸氫鈉的堿度需要在一定的范圍內，最高不超過8，最低不要低于7.5。還需要向其中加入一些微量元素，確保實驗在常溫下一運行，周圍的環境要在10～27℃之間。實驗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，在鏡檢時發現種蟲較多，并且生物資源較為豐富。

（2）實驗裝置，在進行實驗時，采用的反應器的總體積為28.8L，有效容積為21.6L，材質為有機玻璃，每個反應器對生物選擇區和沖水比均占有一定比例，運行方式為均自動控制。結合實際情況，對進水回流沉淀等過程進行自動的掌控，也就是說反應器會結合實際的情況，自己對各環節進行啟動和停止工作。要確保實驗過程是在室溫進行下，由蠕動泵提供實驗的用水，空氣壓縮機提供曝氣的氣源，采用粘砂塊曝氣頭曝氣，并且由轉子流量計控制氣體的量。在生物選擇區，要設立攪拌器，讓水泥進行均勻混合的攪拌，混合液從反應器的末端回流到選擇的前端。

（3）運行模式，一般來說，CAST工藝的運行周期分為四個階段，分別為進水、曝氣、沉淀排水和閑置，在該反應中設置了三個反應器，這三個反應器同時運行，確保三個反應器進水的流量相同，并且所有的反應器的運行周期為4h，每天三個反應器都需要運行六個周期，確保混合液回流量是進水量的20%，整個周期都在進行回流工作，本實驗中主要有三種模式，分別是常規運行模式，缺氧好氧模式，缺氧好氧交替模式。

（4）檢測分析項目及方法，在檢測和分析實驗中的水樣時，一定要結合我國相關的標準和方法，其中COD采用的是國家標準方法重鉻酸鉀法，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，同樣其他各項指標都需要按照國家的標準方法進行測定。

（5）實驗方案，在實驗室三個反應器都需要維持相同的污泥濃度，三個反應器在實驗開始前5d運行時均采用常規模式，曝氣量設定為0.1h/m3，從第六天開始，反應器2和3分別運行缺氧好氧模式和缺氧好氧交替模式，初期，每個反應器曝氣量都為0.2h/m3。在實驗期間需要對相關數據同步測定（進水與出水的氮基質濃度），當這三種模式均穩定運行后，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脫氮性能，在系統穩定以后，需要對反應器的氮基質濃度進行測定，確定各系統的硝化模式。具體的實驗方法就是從各反應器中各取兩升回流污泥到CAST反應器中，再放入CAST反應器之前，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CAST反應器中，一個反應器中加入相關的元素和NH4—N使其進行消化反應，另一份加入碳源和NO3—N使其進行反硝化反應，然后根據氮基質濃度的變化計算硝化反應和反硝化反應中的速率。

2 結果和討論

實驗運行分為三個階段，第一個階段是1～35d，實驗的環境溫度保持在10～15℃，有相關的數據可以得出常規模式下的氨氮，平均去除率最高。產生這種現象的原因主要是每種模式下的曝氣時間不同，三種模式下的曝氣時間逐漸減少，伴隨著曝氣時間的減少，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%，結合這些數據，我們可以得知平均去除率和本實驗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為氨氮的氧化影響了系統總氮去除效率。第二個階段是36～70d，在該期間內，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，從某種角度上來說，氨的氧化速率和溫度兩者之間成正比關系，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，所以使得這兩個模式下的總氮去除率高于常規模式。因此，在該階段中影響總氮去除率的主要因素是返硝化。第三個階段是71～95d，溫度在24～27℃，在該階段中，各反應器中的氨氮被徹底氧化，但是因為常規模式下的主反應區沒有缺氧的環境，不利于反硝化細菌的生長，但是反模式2和模式3存在缺氧攪拌，并且模式3的攪拌時間比模式2長，加強了反硝化性能，總氮的去除率逐漸提升。所以總的來說，在氨的氧化條件比較充分時，模式3條件下的脫氮性能最好。產生這種現象的原因，主要是因為缺氧時間較長，促進反硝化反應的進行，并且第三階段中的環境溫度比前兩個階段中的環境溫度高，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階段的TN去除率高，其他學者的研究結果也證明了這一結論。

3 不同運行模式對硝化速率和反硝化速率的影響

（1）硝化速率，結合實驗數據，我們可以得知和常規模式相比，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，在進行了120min以后，NH4—N仍有大量的殘余，并且氨的氧化速率遠低于常規模式和缺氧好氧模式，產生這種現象的原因，主要是系統在實現硝化反應以后因為曝氣的時間較短，使得AOB得不到充分的繁殖，進而降低系統內AOB總體的數量。

（2）反硝化速率，結合相關的數據，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，最后是常規模式.產生這種現象的原因，可能是在常規模式下的主反應區內不存在缺氧環境，抑制了反硝化細菌的生長，而缺氧好氧和缺氧好氧交替模式下均存在缺氧攪拌，所以使得系統內的反硝化細菌的數量多于常規模式，反硝化細菌的數量得到增加，進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，可能是因為缺氧好氧模式下的缺氧段的亞硝酸鹽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量也比缺氧好氧交替模式下的數量多，因此，反硝化速率最快。

4 總結

綜上所述，在常規模式，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。

參考文獻

[1]趙亞鵬.自控間歇進水雙區串聯曝氣反應器處理生活污水的研究[D].青島：青島理工大學，2015.

[2]王雪芳，張洪波.利用雙污泥反硝化除磷工藝降低污水處理過程中N_2O產生量[J].當代化工，2019，48（08）：1671-1674.

[3]周鵬，呂丹，楚金喜，胡廣杰.城市污水處理廠出水總氮的強化調控[J].中國給水排水，2019，35（16）：119-122.

[4]張凱.淺析前置反硝化脫氮技術[J].山東工業技術，2019（09）：30+40.

收稿日期：2020-01-16.

作者簡介：金旭東（1987-），男，漢族，本科學歷，中級工程師，研究方向為污水處理調試與運營。