長期以來，高濃度氨氮一般出現(xiàn)在工業(yè)廢水中，處理這部分廢水大多采用物化和生化方法相結(jié)合的工藝或者完全物化工藝。但是，隨著人們消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化， 生活污水的高氨氮已經(jīng)成為一個(gè)不容忽視的問題，解決這一問題對于防止水體富營養(yǎng)化和解決水體環(huán)境污染問題具有重要意義。生活污水中氨氮的變化范圍一般在 20～150mg/L，通常把氨氮濃度在80mg/L以上的生活污水稱為高氨氮生活污水。本試驗(yàn)所研究的高氨氮生活污水濃度范圍在80～150mg/L。

        對高氨氮生活污水的處理研究可適用的范圍為：城市生活污水、小城鎮(zhèn)污水、高校生活污水、小區(qū)生活污水以及工業(yè)廢水。

        國內(nèi)外目前對于應(yīng)用CASS工藝處理高氨氮生活污水的研究還處于起步階段，處理效果也不理想，脫氮率較低。研究如何將CASS工藝用于高氨氮生活污水的處 理，充分發(fā)揮CASS工藝脫氮除磷效果好、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、防止污泥膨脹、建設(shè)費(fèi)用低和管理方便等優(yōu)點(diǎn)，對于促進(jìn)CASS工藝的發(fā)展和改善水體環(huán)境具有 現(xiàn)實(shí)意義。

　　1.試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法

　　1.1 試驗(yàn)裝置

　　試驗(yàn)采用的CASS反應(yīng)器

　　反應(yīng)器尺寸大小：L×B×H＝1000mm×320mm×450mm，分為缺氧區(qū)和好

　　氧區(qū)兩個(gè)部分，其中缺氧區(qū)長度為200mm，好氧區(qū)為800mm。潷水部分采用絲杠套筒式潷水器，受PLC控制器控制。

　　1.2 試驗(yàn)條件

　　試驗(yàn)原水取自某高校學(xué)生公寓樓前化糞池上清液。生活污水由廁所、廚房排水，洗浴水和其它污水組成，其中，廁所污水和廚房排水是生活污水的主要來 源。污水中的NH3-N濃度高，濃度在90～120mg/L，占進(jìn)水總氮的92％左右，COD濃度在400～900 mg/L。

　　試驗(yàn)周期運(yùn)行時(shí)間設(shè)定為4h，各階段時(shí)間分配一般為：曝氣120min，沉淀90min，排水20min，閑置10min。試驗(yàn)采用均勻曝氣方 式，每個(gè)周期的曝氣量保持不變，以曝氣期末端DO作為控制目標(biāo)，試驗(yàn)過程中末端DO一般控制為2.5mg/L。CASS工藝采用變?nèi)莘e運(yùn)行，最高水位和最 低水位的MLSS相差較大，系統(tǒng)內(nèi)的MLSS始終處于一個(gè)變化狀態(tài)。一般平均MLSS控制在4000～4500 mg/L。

　　2.試驗(yàn)結(jié)果和討論

　　2.1 污泥負(fù)荷對脫氮的影響

　　試驗(yàn)分別采用HRT為12h和16h；周期運(yùn)行時(shí)間為4h，各階段時(shí)間分配為：曝氣120min，沉淀90min，排水20min，閑置10min；以曝氣期末端DO控制在2.5～3.0mg/L。回流比采用150％。

　　圖1表明，試驗(yàn)中污泥有機(jī)負(fù)荷對各種物質(zhì)的去除均有重要影響。當(dāng)污泥有機(jī)負(fù)荷低于0.25kgCOD/(kgMLSS·d)時(shí)，硝化率在96％ 以上，COD去除率為88％左右，而脫氮率在50～70％之間。當(dāng)污泥有機(jī)負(fù)荷在0.18～0.25 kgCOD/(kgMLSS·d)時(shí)脫氮效果最好，脫氮率在60～70％；當(dāng)污泥有機(jī)負(fù)荷高于0.28kgCOD/(kgMLSS·d) 時(shí)，COD去除率降低到80％以下，硝化率在50～80％，脫氮率在39～60％。

　　圖2表明，NH3-N負(fù)荷對硝化的影響較大，當(dāng)NH3-N負(fù)荷低于0.045kg NH3-N/(kgMLSS·d)時(shí)，硝化率達(dá)到96％以上，而當(dāng)NH3-N負(fù)荷高于0.045kg NH3-N/(kgMLSS·d)時(shí)，硝化率明顯下降，僅達(dá)到50～80％。NH3-N負(fù)荷對反硝化的影響不明顯。

　　2.2 回流比對脫氮的影響

　　分別采用50％、100％、150％、200％、250％五種回流比進(jìn)行對比試驗(yàn)。HRT為16h；周期運(yùn)行時(shí)間為4h，各階段時(shí)間分配為：曝氣120min，沉淀90min，排水20min，閑置10min；曝氣期末端DO控制在2.5～3.0mg/L。

　　回流比試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示,  回流比對脫氮效果的影響曲線如圖3所示：

　　    表1  回流比試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

        當(dāng)生活污水試驗(yàn)的回流比從50％到250％以每次50％的速度遞增時(shí)，系統(tǒng)的脫氮率呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，當(dāng)回流比增大到150％時(shí)，系統(tǒng)的脫氮率達(dá)到最大，其數(shù)值為62.65％，NH3-N保持97％以上的去除率， COD去除率也達(dá)到88％以上。

　　2.3 曝氣時(shí)間和溶解氧對脫氮的影響

　　改變曝氣量以控制末端DO，并改變曝氣時(shí)間，具體組合工況見表2，

　　表2   試驗(yàn)工況數(shù)據(jù)表

　　試驗(yàn)采用 HRT為16h，回流比為150％。

　　當(dāng)曝氣量和曝氣時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，各工況一個(gè)周期內(nèi)DO的變化并不相同，但是各個(gè)工況都表現(xiàn)出由小到大的一個(gè)變化過程。

　　五種工況的出水水質(zhì)情況如表3所示。

　　表3  五種工況試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表

　　五種工況下，DO和曝氣時(shí)間的改變對NH3-N去除率影響最大，NH3-N去除效果好的工況脫氮效果也相應(yīng)較好，硝化最好的工況3脫氮效果最 好，脫氮率達(dá)到了65.93％，而硝化率最低的工況5脫氮率則最低，為49.16％；DO和曝氣時(shí)間對COD去除率的影響則很小，各種工況下COD的去除 率都達(dá)到了90.32％以上。

　　從上述分析可知，DO的控制對脫氮效果的影響較大。要取得好的脫氮效果，首先要將硝化進(jìn)行得比較徹底，而DO對于硝化反應(yīng)有著重要的影響。試驗(yàn) 表明，適合于脫氮的DO濃度反映在兩個(gè)方面：一是曝氣階段的最低DO濃度必須達(dá)到一定水平，根據(jù)試驗(yàn)，這個(gè)最低DO濃度水平是1.40 mg/L；二是曝氣期末端DO水平也要達(dá)到一個(gè)較高值，這個(gè)值的選擇范圍要寬一些，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果， 2.5～3.5 mg/L的控制范圍比較合理。

　　曝氣時(shí)間對脫氮的影響也是存在的，試驗(yàn)表明，要取得較好的脫氮效果，縮短曝氣時(shí)間就必然需要增大曝氣量，即便如此，試驗(yàn)中的工況2和工況3的脫氮效果還是有差異，若工藝曝氣時(shí)間采用定時(shí)控制，在選擇合適的曝氣量下，應(yīng)盡量選擇較長的曝氣時(shí)間。

　　2.4 CASS工藝曝氣時(shí)間控制研究

　　關(guān)于DO和曝氣時(shí)間對系統(tǒng)脫氮影響的研究表明，曝氣時(shí)間可以根據(jù)污水處理的需要進(jìn)行靈活的選擇，但是如何選擇最合理的曝氣時(shí)間是下面試驗(yàn)需要討論的問題。

　　對曝氣時(shí)間控制目的有三個(gè)：一是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制；二是在保證出水水質(zhì)前提下盡可能節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用；三是避免曝氣量不足或反應(yīng)時(shí)間過長而引起的污泥膨脹。

　　目前CASS工藝對曝氣時(shí)間的控制有兩種方法，即定時(shí)控制和實(shí)時(shí)控制。

　　定時(shí)控制是將曝氣時(shí)間設(shè)定為某一固定值。實(shí)時(shí)控制是采用現(xiàn)代監(jiān)測儀器對反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行控制。一種是通過在線COD或BOD儀監(jiān)測污水，一旦達(dá)到出 水要求即停止曝氣，這是最理想的控制方式，但是對監(jiān)測儀器的要求較高；另一種是通過ORP、DO、pH儀來控制曝氣時(shí)間，由于曝氣期內(nèi)CASS池的 COD、NH3-N和NO3-N等物質(zhì)濃度的變化與ORP、DO和pH等值之間存在著一定的相關(guān)性，這種相關(guān)性可有效地指導(dǎo)工程曝氣時(shí)間的控制。實(shí)時(shí)控制 是目前研究和應(yīng)用最為廣泛的方法，但是對于不同的水質(zhì)，曝氣過程中的參數(shù)變化規(guī)律是不同的，需要作具體的分析。

　　試驗(yàn)研究了DO與NH3-N、NO3-N和COD濃度變化的相關(guān)性，試驗(yàn)數(shù)據(jù)來自于2.3試驗(yàn)的工況3，試驗(yàn)結(jié)果如下：

　　1、一個(gè)周期內(nèi)NH3-N與DO變化關(guān)系

　　一個(gè)周期內(nèi)NH3-N與DO變化關(guān)系如圖6所示。

　　圖6表明，NH3-N濃度與DO在曝氣階段具有較好的相關(guān)性。在前15min內(nèi)，NH3-N濃度明顯升高，而DO則急劇下降，隨后NH3-N濃 度進(jìn)入一個(gè)大幅下降的過程，而DO則進(jìn)入了一個(gè)緩慢上升的過程，到第100min時(shí)，NH3-N濃度下降到幾乎為零，而DO則進(jìn)入了一個(gè)急速增長階段，一 直持續(xù)到曝氣期末DO達(dá)到3.59mg/L。

　　2、一個(gè)周期內(nèi)NO3-N與DO變化關(guān)系

　　一個(gè)周期內(nèi)NO3-N與DO變化關(guān)系如圖7所示。

　　圖7表明，NO3-N濃度與DO在曝氣階段具有一定的相關(guān)性。在前20min內(nèi)，NO3-N濃度和DO均是急劇下降，隨后二者均進(jìn)入一個(gè)緩慢上升的過程，到第100min時(shí)，NO3-N 濃度進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定階段，一直持續(xù)到曝氣期末。

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，DO與NH3-N和NO3-N的濃度變化具有一定的相關(guān)性。

　　本試驗(yàn)研究的主要問題在于處理過程中曝氣時(shí)間的控制，從2.3的五種工況的比較中可以看出，各工況最大的區(qū)別在于硝化反應(yīng)的進(jìn)行的程度，因此，硝化進(jìn)行得徹底，脫氮率就相應(yīng)提高，故可以利用NH3-N和DO之間的相關(guān)性對曝氣時(shí)間進(jìn)行控制。

　　3. 結(jié)論

　　1、污泥有機(jī)負(fù)荷控制在0.18～0.25kgCOD/(kgMLSS· d)左右，其反硝化效率較高，脫氮率可以達(dá)到60～70％。而當(dāng)污泥有機(jī)負(fù)荷高于0.28 kgCOD/(kgMLSS·d)時(shí)，COD的降解和含氮物質(zhì)的硝化都開始受到很大影響，出水中COD和NH3-N的濃度都偏高，出水水質(zhì)變壞。

　　當(dāng)NH3-N負(fù)荷低于0.045kg NH3-N/(kgMLSS·d)時(shí)，硝化進(jìn)行得比較徹底，硝化率達(dá)到96％以上。反之，則硝化效果急劇下降，硝化率明顯下降，僅達(dá)到50～80％, 但NH3-N負(fù)荷對反硝化效果影響不明顯。

　　2、當(dāng)回流比從50％增加到250％時(shí)，系統(tǒng)脫氮率先增后減，在回流比為150％時(shí)達(dá)到最大值。

　　3、DO對于硝化效果有著重要的影響。要取得較好的硝化效果，一是主反應(yīng)區(qū)最低的DO要達(dá)到1.40 mg/L以上；二是曝氣期末端DO控制在 2.5～3.5 mg/L范圍。

　　4、曝氣時(shí)間對脫氮效果也存在影響，要取得較好的脫氮效果，縮短曝氣時(shí)間就需要增大曝氣量，對于采用時(shí)間作為控制參數(shù)的CASS工藝，在選擇合適的曝氣量、滿足沉淀和潷水要求的前提下，應(yīng)盡量選擇較長的曝氣時(shí)間。

　　5、實(shí)時(shí)控制優(yōu)于定時(shí)控制，CASS工藝在處理高氨氮生活污水時(shí)采用DO與NH3-N的相關(guān)性作為控制曝氣時(shí)間的依據(jù)比較合理，這種控制方式可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，在保證出水水質(zhì)前提下盡可能節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。