CAST工艺短程硝化反硝化研究

论文摘要

随着人们生活水平的提高,生活污水C/N低的现象日趋普遍,造成污水生物脱氮过程中碳源不足,脱氮效率降低等问题。短程硝化反硝化工艺作为一种新型的生物脱氮工艺,和常规的生物脱氮工艺相比,不仅可以节省能耗约25%（以氧计）,节约碳源40%（以甲醇计）,而且具有缩短反应时间,降低污泥产率等优点,因而近年来成为国内外的研究热点。本课题采用CAST小试试验装置,分别以实际生活污水和模拟生活污水作为处理对象,系统的研究了短程硝化反硝化的实现条件,各种因素对短程硝化的影响情况以及短程硝化的实时控制策略。采用CAST小试试验装置处理实际生活污水,在常温（18-20℃）,pH值7.18～8.63条件下,通过控制DO快速启动短程硝化反硝化污泥。结果表明:采用运行工况:进水/曝气（3h）—沉淀（0.5h）—排水/闲置（0.5h）;泥龄:11d;DO:0.4～0.9mg/L,通过28d的连续培养快速启动了短程硝化反硝化污泥。以模拟生活污水为处理对象,考察了DO、温度、C/N以及碱度对短程硝化反硝化的影响。将DO分为DO>1.0mg/L、0.5mg/L<DO<1.0mg/L以及DO<0.5mg/L三种情况,研究表明:短程硝化反硝化的最佳DO为0.5～1.0mg/L。在常温条件下（16.0～28.9℃）,DO为0.5～1.0mg/L,温度变化对亚硝酸盐积累率的影响较小。在冬季低温期（11.1～12.4℃）,DO为2.0mg/L左右,亚硝酸盐积累率在61.67～65.41%之间,在常温情况下驯化成功的短程硝化污泥,在冬季低温期溶解氧较高的情况下仍能维持稳定的亚硝酸盐积累率。将C/N分为5.69、3.63、2.70、1.97四种情况,研究表明:不同C/N条件下亚硝酸盐积累率有所不同,随着C/N的降低,亚硝酸盐积累率逐渐升高。将碱度分成碱度充足、碱度过量以及碱度不足三种情况,研究表明:碱度越高越有益于亚硝酸盐的积累;在碱度过量和碱度不足的情况下,出水氨氮浓度较碱度充足的情况下低。通过分析CAST工艺的脱氮途径,在忽略氮吹脱作用的情况下, CAST工艺中氮的去除主要通过同步硝化反硝化的途径。考察了不同DO、C/N以及温度对同步硝化反硝化的影响情况,得出当DO控制在0.5～1.0mg/L时,TN去除率最高;当C/N在2.7左右时,脱氮效果最佳,在高C/N时,由于碳源充足,硝化反应成为脱氮的限制步骤;在低C/N时,碳源不足,反硝化反应成为脱氮的限制步骤。在常温期（16.0～28.9℃）,DO为0.5～1.0mg/L,出水TN和氨氮浓度随着常温期温度的降低而降低。在冬季低温期（11.1～12.4℃）,将DO提高到2.0mg/L左右,与常温期的出水TN与氨氮相比差距仍较大,低温对系统的硝化反硝化影响较严重。对CAST工艺污水处理厂进行现场监测,研究了CAST工艺中主反应区的ORP和DO值的全周期动态变化规律,以及ORP和DO值的相关关系。研究结果:主反应区在曝气阶段ORP与DO的对数值呈线性关系,即y=77.606Lnx-1.9334、R2=0.85906。主反应区ORP值主要受DO影响,在曝气过程中ORP作为硝化反应的实时控制参数不及DO。在CAST工艺的一个完整的反应周期内,在线控制参数pH、DO以及ORP在曝气过程中具有一定的规律性,而且这种规律性与反应中氨氮浓度的变化呈现良好的相关性。当氨氮降解接近完毕时,DO上升速率加快,pH值也会由下降转为上升,pH曲线上出现指示硝化结束的特征点“氨谷”。在碱度过量的情况下, DO和pH值的变化规律与碱度充足的情况相似,只是整个反应周期由原来的310分钟变为410分钟,延长了反应周期。在碱度不足的情况下,在氨氮浓度较高的时候,pH值出现转折点,pH值不能作为短程硝化反硝化的实时控制参数。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究目的、意义与内容
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题的研究目的与意义
• 1.1.3 主要研究内容
• 1.2 生物脱氮技术的研究现状
• 1.2.1 传统生物脱氮技术
• 1.2.2 生物脱氮新技术
• 1.3 CAST 工艺原理及应用现状
• 1.3.1 CAST 工艺概述
• 1.3.2 CAST 工艺的原理
• 1.3.3 CAST 工艺的研究现状
• 2 实验方法
• 2.1 实验安排
• 2.2 实验检测指标与方法
• 2.3 实验装置及主要仪器设备
• 2.3.1 实验装置
• 2.3.2 主要仪器设备
• 2.4 原水水质及接种污泥
• 3 短程硝化反硝化污泥的快速启动
• 3.1 短程硝化反硝化污泥的培养与驯化
• 3.1.1 短程硝化污泥的启动方法确定
• 3.1.2 短程硝化污泥的驯化
• 3.2 短程硝化污泥的微生物相
• 3.3 本章小结
• 4 短程硝化反硝化的影响因素
• 4.1 DO 对短程硝化反硝化的影响
• 4.2 温度对短程硝化反硝化的影响
• 4.3 C/N 对短程硝化反硝化的影响
• 4.4 碱度对短程硝化反硝化的影响
• 4.4.1 碱度对亚硝酸盐积累率的影响
• 4.4.2 不同碱度下氮沿程周期变化规律
• 4.5 本章小结
• 5 短程硝化脱氮的影响因素
• 5.1 CAST 工艺脱氮途径分析
• 5.2 短程同步硝化反硝化的影响因素
• 5.2.1 DO 对短程同步硝化反硝化的影响
• 5.2.2 C/N 对短程同步硝化反硝化的影响
• 5.2.3 温度对短程同步硝化反硝化的影响
• 5.3 本章小结
• 6. 短程硝化反硝化的实时控制
• 6.1 实时控制参数选取的理论依据
• 6.1.1 pH 作为实时控制参数的理论依据
• 6.1.2 ORP 作为实时控制参数的理论依据
• 6.1.3 DO 作为实时控制参数的理论依据
• 6.2 实时控制参数的可行性
• 6.2.1 主反应区中ORP 与DO 的相关性
• 6.2.2 实时控制参数在全周期内的变化规律
• 6.2.3 碱度对实时控制参数的影响
• 6.3 本章小结
• 7 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B 作者在攻读学位期间参加的科研项目