污水脱氮效果实验研究

封帆 姚峥鹏 代进

重庆市万盛排水有限责任公司 重庆市 400800

摘要：城市污水处理厂处理的生活废水含氮较高，缺乏碳源，导致处理结果不理想，废水排放不能达标，既浪费了能源，又提高了污水处理厂的处理成本。为此，多数污水处理厂纷纷寻找合适的处理方法，其中一种方法就是在污水中添加碳源，提高碳氮比，使微生物更好地生长，达到最佳条件，以提高脱氮效果，减少处理成本。本文针对受新冠疫情影响的实际环境以及当前万盛排水的出水总氮持续升高的现实性问题，通过优化现有污水处理工艺，调整碳源部分的投加方法，来降低出水中的总氮含量。

关键词：CASS，污水处理，脱氮

1 研究内容及目的

目前重庆市万盛排水有限责任公司（以下简称“万盛排水”）处理量每日约5000m³，污水进水的C/N值约为1.8。可见污水处理总量和污水处理工艺对进水C/N的比例要求，都明确显示了其中的碳源量的严重不足，如何能更好的投加碳源是本文论述的主要内容。本文的研究目的是希望通过实验寻找最佳的投放碳源时间节点，能更高效的利用所投加碳源，提高反硝化的完全性，最终能够使出水的总氮指标达到所需要求。

2 相关研究理论

2.1 污水处理

按处理程度的不同，废水处理系统可分为一级处理、二级处理和深度处理(三级处理)。一级处理只除去废水中的悬浮物，以物理方法为主。二级处理能大幅度地除去废水中呈胶体和溶解状态的有机物，使废水符合排放标准。但经过二级处理后的水中还存留一定量的悬浮物、生物不能分解的溶解性有机物、溶解性无机物和氮磷等藻类增值营养物，并含有病毒和细菌。因而不能满足较高要求的排放标准。三级处理是进一步去除二级处理未能去除的污染物。采用化学法(化学氧化、化学沉淀等)、物理化学法(吸附、高子交换、膜分高技术等)以除去某些特定污染物的一种“深度处理”方法。

2.2 生物脱氮处理

生物脱氮机理认为：脱氮过程一般包括氨化、硝化和反硝化三个过程。①氨化：废水中的含氮有机物,在生物处理过程中被好氧或厌氧异养型微生物氧化分解为氨氮的过程。②硝化：废水中的氨氮在硝化菌(好氧自养型微生物)的作用下被转化为NO2和NO3的过程；其中硝化反应分为两步进行:亚硝化和硝化。③反硝化：废水中的NO2和NO3在缺氧条件下以及反硝化菌(兼性异养型细菌)的作用下被还原为N2的过程。

2.3 CASS脱氮工艺

CASS法的工作过程可分为曝气、沉淀和排水三个阶段，周期性循环进行。污水连续进入预反应区，经过隔墙底部进入主反应区，在保证供氧的条件下，使有机物被池中的微生物降解。

图1CASS工艺的结构示意图

CASS工艺分预反应区和主反应区。在预反应区内，微生物能通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大部分可溶性有机物，经历一个高负荷的基质快速积累过程；随后再在主反应区经历一个较低负荷的基质降解过程。

3 实验概述

目前万盛排水主要使用CASS工艺进行污水处理工作，该工艺的脱氮过程是污水先进入生化池后在厌氧或缺氧环境下将有机氮转化为氨氮，再通过曝气，将生化池转换为好氧环境，利用硝化菌将氨氮转化为硝态氮和亚硝态氮等，最后再经下次进水带来碳源，在厌氧或缺氧环境下反硝化反应将含氮化合物转化为氮气，最终完成脱氮的过程。

3.1 实验内容：

为了能找到更好的去除总氮的方法，本实验对工艺进行了部分调整，特别是在投加碳源部分，调整了投加方法：即在不同时间节点投加碳源，对总氮的去除效果进行整体的分析比较，最后得到最佳碳源投加方法。

实验一：

S1：从进水端取一定量污水；

S2：分别在厌氧30分钟后、厌氧60分钟后、曝气60分钟后、沉淀60分钟后对污水进行取样；

S3：对水样的COD和总氮含量进行检测。

该阶段检测数据如下：

表1各时间段COD和总氮含量检测数据

实验二：

经过水含量检测发现进水的C/N比过低，因此在进水端放置了葡萄糖罐，该处用葡萄糖来作为提高进水C/N比的碳源；之后分五组进行不同节点的投放碳源实验，再分别检测相关节点的总氮值进行对比。

第一组：在曝气结束前5分钟时进行第一次水取样；然后在生化池主反应区投加25KG葡萄糖碳源，等待曝气10秒后将生化池泥水及葡萄糖充分混合，之后在滗水前进行第二次水取样；检测两次水样的总氮值。

第二组：沉淀10分钟时进行第一次水取样；然后在生化池主反应区投加25KG葡萄糖碳源，等待曝气10秒后将生化池泥水及葡萄糖充分混合，之后在滗水前进行第二次水取样；检测两次水样的总氮值。

第三组：沉淀20分钟时进行第一次水取样；然后在生化池主反应区投加25KG葡萄糖碳源，等待曝气10秒后将生化池泥水及葡萄糖充分混合，之后在滗水前进行第二次水取样；检测两次水样的总氮值。

第四组：沉淀30分钟时进行第一次水取样；然后在生化池主反应区投加25KG葡萄糖碳源，等待曝气10秒后将生化池泥水及葡萄糖充分混合，之后在滗水前进行第二次水取样；检测两次水样的总氮值。

第五组：沉淀60分钟时进行第一次水取样；然后在生化池主反应区投加25KG葡萄糖碳源，等待曝气10秒后将生化池泥水及葡萄糖充分混合，之后在滗水前进行第二次水取样；检测两次水样的总氮值。

以上五组实验均是在进水阶段回流。

图2 生物脱氮流程示意图

该阶段检测数据如下：

表2投加碳源前水样的总氮含量

表3滗水前水样的总氮含量

3.2 实验分析

1、根据实验一数据分析：在进水未曝气的时间段，总氮的去除率是最大的，在进水未曝气阶段60分钟内反硝化菌能利用的碳源基本被消耗完全，曝气阶段至滗水阶段，总氮没有明显变化，故在后期沉淀因无碳源，反硝化基本不再进行。

2、根据实验二数据分析：

曝气结束前5分钟投加碳源，总氮无明显变化。分析可能是由于曝气还未结束，主反应区还处于好氧状态，所以未进行反硝化。

沉淀10分钟时，投加碳源，总氮变化小。分析可能由于曝气才结束，大部分区域仍处于好氧环境，大部分碳源被好氧微生物消耗，反硝化菌碳源利用较少。

沉淀20分钟时，投加碳源，总氮变化较明显。分析可能20分钟后由好氧环境逐渐向缺氧或厌氧环境转变，好氧微生物对碳源消耗相对较小，反硝化菌对碳源利用率提高。

沉淀30分钟时，投加碳源，总氮变化进一步增大。分析可能30分钟后厌氧或缺氧环境进一步增大，好氧微生物对碳源消耗更小，反硝化菌对碳源利用率进一步提高。

沉淀60分钟时，投加碳源，总氮变化持续增大并且渐趋平稳。从总氮数据也可以看出与前四组实验数据有明显的差值，实验结果表明该组实验效果最好，分析可能因耗时较长，厌氧或缺氧环境充足能更充分的进行反硝化，所以加强了总氮的去除。

3.3 实验结论

1、在进水阶段处于厌氧或缺氧环境，碳源充足，反硝化菌对有机碳源利用率高，反硝化效果最佳；无有机碳源或好氧环境时，反硝化效果不明显。

2、CASS工艺可在沉淀阶段后，相对而言，沉淀时间越长越接近厌氧或缺氧环境，此时可投加碳源能进一步降低水中总氮。

3、CASS工艺在每周期氨氮去除彻底的情况下，可以根据进水氨氮量和出水总氮量、氨氮量判断硝化和反硝化是否充分。

参考文献

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