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摘要：泉州市城东污水厂采用CAST工艺，在运行过程中低碳源的问题尤为突出，影响到污水厂的脱氮除磷效果。笔者对低碳源污水的脱氮进行研究，采取一系列措施从而既能保证出水达标，又能降低碳源投加量，降低处理成本。
关键词：低碳源；CAST工艺；SVI；脱氮;BOD5;COD
1.城东污水处理厂概况
1.1处理规模及工艺流程
（1）处理规模：近期处理规模为4.5万吨/天，远期为9万吨/天。
（2）工艺流程
如图1所示。
城东污水厂采用CAST生物处理工艺，污水处理设施主要包括细格栅、旋流沉砂池、CAST生物池、消毒池、尾水泵房、鼓风机房和污泥脱水车间等。CAST池的运行由进水、反应、沉淀和出水四个阶段组成[1]。出水达标后排至洛阳江入海口处，压榨后的污泥运往石狮市鸿峰垃圾焚烧厂环保处置。
1.2设计进出水水质
2.运行情况及存在的主要问题
自2010年运行以来，城东污水厂一直存在进水低碳源及碳氮比失调的问题，生化系统中的活性污泥也偏瘦小，无机成分含量居多，SVI不足50。但考虑到运营成本的问题，且由于NH3-N的去除率也较高，出水浓度较低，故过去几年的运行，均没有采取额外措施。
随着国家对环保监管力度的不断加大，监管部门和主管部门对TN这一指标逐渐重视，监管的频率也大幅增加，城东污水厂进水低碳源问题导致的弊端逐渐暴露出来。在新的环保形势下，保证污水处理厂出水的稳定达标排放是重中之重，研究制定一套应对的机制已刻不容缓[2]。
3.针对低碳源脱氮问题的分析研究
3.1.研究材料
本文研究的主要材料是城东污水处理厂提供的2017年1月的实际进出水平均数据。见表2
试验废水BOD5/TN＜2，碳氮比失衡,CODcr、BOD5、NH3-N等去除率均大于90%，但TN的去除率仅为50.4%，已接近标准限值.
3.2研究设施和方法
3.2.1研究设施
城东污水厂共有两座CAST池，每座又分4单元格，分别承担进水、曝气、沉淀、滗水的工作，交替运行，两个大CAST池平行工作。其中每个单元格有效容积为3600m3，分为好氧段和厌氧段，其中好氧段为3000m3,内设曝气器，厌氧段为600m3，内设两台低速推流器。回流泵在进水阶段开启，回流至厌氧段，回流比为20%。
好氧段安装有MLSS仪，DO仪等在线仪表并实时将数据传输至中央控制室，中央控制室可以通过控制系统对风机频率，阀门启闭、开度等进行操作。
3.2.2研究方法
⑴调节反应池内DO
调节曝气阶段的曝气量。该污水厂每批次污水处理的曝气时间设定为1小时，在曝气前半段调高供气量至90m3/min,到40min时将风机供气量调节至40m3/min，直至曝气结束。通过风量的灵活控制，使得曝气40min时的DO可以跃升至2mg/l,并在曝气后段DO控制在3mg/l以下。每批次污水的曝气周期均采用上述方式控制曝气量[3]。
⑵投加碳源
在旋流沉砂池出口处投加，利用出口处的跌水达到溶解、混合淀粉的效果，使碳源进入生化系统的厌氧段。投加量为每小时投加80kg淀粉。
⑶试验结果
城东污水厂将上述两个方法连续执行一个月后，取每日进出水进行测量，结果如表3所示。
3.3研究结果分析
3.3.1脱氮机理
CAST工艺脱氮分为硝化阶段和反硝化阶段：硝化阶段，在好氧段通过硝化细菌和亚硝化细菌的硝化作用，NH3-N会被转化为NO3−−N；反硝化阶段分两部分，一是在好氧段通过对DO加以适当控制(一般控制在0-2.5mg/L)，使溶解氧无法穿过污泥絮体，就能够使絮体表面处于好氧环境而内部则是缺氧环境。在污泥絮体表面发生硝化反应的同时，絮体内部发生反硝化反应。二是通过回流将经过硝化反应的污水回流至厌氧段进行反硝化。最后通过反硝化细菌将NO3−−N反硝化还原为氮(N2)进入大气循环，从而降低水中的含氮物质，起到脱氮的作用[4]。
3.3.2对调节反应池内DO的分析
当污水进入生化系统中开始曝气时，由于供氧速率小于异氧菌的耗氧速率（OUR）,故在COD达到难去除程度之前，系统中的DO不会有大的提升[5]。直至有机物接近其难去除浓度之前，异养菌的OUR迅速降低，这时由于曝气量恒定，DO值会有一个跃升，此时系统中的COD较低，硝化菌的竞争对手异养菌由于缺乏底物失去竞争力[6]，故硝化菌开始大量进行新陈代谢。
由于城东污水厂的曝气时间仅为1小时，在这期间大部分时间被异氧菌占据主导地位进行有机物分解，余下留给硝化菌和反硝化菌的时间并不多。因此笔者加强了前段的曝气量，目的在于创造条件让异氧菌在尽量短的时间将有机物消耗掉，腾出尽量多的时间来进行硝化反硝化。另外，在DO有跃升后，下调供氧量，将DO控制在中下水平，并持续曝气使泥水充分混合。达到同步硝化反硝化的目的。
3.3.3对投加碳源的分析
每个周期有20%的污水回流至厌氧段，实验数据表明，该部分回流污水为充分硝化反应后的污水。因此在此阶段前投加碳源可以在厌氧的条件下，使反硝化菌充分进行反硝化反应，以达到脱氮的目的[7]。选用淀粉的原因系由于其价格相对于其他碳源较为低廉，BOD5贡献值属于中等水平，且易储存。经实验检测，每万吨水投加400kg淀粉，可提高其20mg/LBOD5，由于城东厂进水量为2000m3/h,每小时投加80kg,故2月份的进水BOD总体提高了20mg/l[8]。
3.3.4水质分析
城东污水厂2月份的出水水质相较于1月份CODcr、BOD5、NH3-N的去除率和出水溶度均没有发生太大变化。但TN去除率从50.4%上升至68.2%，提高了17.8%，出水浓度从17.8mg/l降到12.5mg/l,下降了30.0%
3.3.5成本分析
（1）电费：1月份电单耗为0.171度/吨，2月份电单耗为0.177度/吨，增加了0.006度/吨，可以忽略不计。
（2）碳源费用：按照目前市场行情淀粉3000元/吨，每日实际处理废水4万吨，每月30天计算。则每月需额外投入14.4万元，吨水成本需增加0.12元[9]。
4、结论
对于低碳源生活污水脱氮效果差的问题，通过调节曝气量控制每一批次在不同阶段在反应池内的DO,以及在厌氧段投加碳源的措施。经过一个月的试验,实验数据证明可以将总氮去除率提升17.8%，出水浓度下降30.0%。可以稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B排放标准。
采取控制DO的措施会过度依赖仪表的精度，需频繁地开关设备，因此对仪表设备的质量要求会更高。
污水厂若能积极探索，在确保在线监测仪表精度的基础上，通过成熟的应用软件加以控制，便可以进一步达到精准曝气的效果，提高污染指标的去除率，降低能耗，节省成本。
通过控制DO的措施并不会过多增加电耗，但投加碳源的措施会使吨水处理成本增加0.12元，对于城东污水厂目前的处理水费单价0.723元/吨来说是一笔不小的费用。但在目前的环保高压下，该部分的投入亦不可避免。污水厂运营方若能积极研究政策，和政府保持良好沟通。从政府方得到相应补贴也并非不可能。
参考文献
[1]沈耀良,王宝贞.循环活性污泥系统(CASS)处理城市废水[J].给水排水,1999,25(11):5-8.
[2]景松根.循环式活性污泥法(CAST)的应用及其发展[J].中国给水排水,1996,12(6):4-10.
[3]景松根.城市生活污水污染现状及对策[J].中国城市经济,2002,(8):64-64.
[4]王晓昌,金鹏康,赵红梅,等.城市生活污水中的污染物分类及处理性评价[J].给水排水,2004,(9):38-41.
[5]张晨.低碳源城镇污水处理厂CAST工艺改造与调控[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2014.
[6]孙艾萱,孙力平,王少坡,等.不同运行模式下CAST工艺脱氮除磷性能研究[J].天津城市建设学院学报,2010,(4):276-280.
[7]徐立杰,王淑莹.优化改进传统CAST工艺并高效低耗去除氮磷[J].中国给水排水,2011,27(24):99-102.
[8]邱慎初.循环式活性污泥法(CAST).北京：国家城市给水排水工程技术研究中心,2001,(1):1-40.
[9]吴代顺,桂丽娟,黄鑫鑫,等.COD、MLSS、pH值及污泥驯化对脱氮除磷的影响[J].中国给水排水,2012,28(13):117-120.