工艺在北京市某污水处理厂的应用与-运行研究-学位论文.doc

北京化工大学继续教育学院毕业设计（论文）
技师专业论文
工种：化验检验工

题目：工艺在北京市某污水处理厂的应用与运行研究

摘 要

CAST 工艺是近年发展起来的废水生物处理工艺，在我国工程案例较多，应用范围广泛。其具有较为良好的脱氮除磷效果，不易发生污泥膨胀，而且其具有 运行周期短，处理量大、占地面积小、自动化程度高等主要优势，所以在城市污 水的处理中具有较高的应用价值；另外，它抗冲击负荷能力强，可以很好的缓解 水质水量和有毒物质的冲击，维持生物池生态系统的正常运行。 本论文以北京市某污水处理厂（5 万吨/日，2 期）的 CAST 工艺实例为研究 对象，对污水厂运行过程中的生产数据进行统计和分析研究，以活性污泥污水处 理净化机理的相关理论作为分析基础，结合实际生产运行现状，来观察一系列运 行参数的变化和运行规律的产生。 并且对不同温度下的运行效果以及应对运行中 出现的异常现象（如进水异常等现象）进行分析；对总氮（TN）、总磷（TP）出 水指标不稳定的情况进行探讨，分析其原因。为进一步强化处理效果，提出对 CAST 工艺改进和优化的建议，从而为 CAST 工艺污水处理厂的运行提供科学的理 论基础和参考依据。

关键词： CAST，稳定运行，优化改进

目 录
绪 论 1
一、CAST 工艺污水厂生产运行数据分 2
1、进出水水质分析 2
2、温度分析 6
4、C/N 分析 10
二、CAST 工艺稳定运行研究 11
1、有机负荷 11
2、异常进水 12
结 论 16

绪 论
本项目以北京市某污水处理厂（5 万吨/日，共一期、二期两期工程：一期 2 格生化池，2 万吨/日，二期 2 格生化池，3 万吨/日）的 CAST 工艺实例为研究对 象，对污水厂运行过程中的生产数据进行统计和分析研究，以活性污泥污水处理 净化机理的相关理论作为分析基础，结合实际生产运行现状，来观察一系列运行 参数的变化和运行规律的产生。 并且对不同温度下的运行效果以及运行中需应对 的异常现象：如进水异常等现象进行分析；对总氮（TN）、总磷（TP）出水指标 不稳定的情况进行探讨，分析其原因。为进一步强化处理效果，提出对 CAST 工 艺改进和优化的建议，从而为 CAST 工艺污水处理厂的运行提供科学的理论基础 和参考依据。

一、CAST 工艺污水厂生产运行数据分析
1、进出水水质分析
表 1-1 北京某污水厂 2012 年 10 月—2013 年 5 月进出水均值（mg/L）
水质指标
COD
BOD
TN
NH3—N
TP
SS
设计进水
500
300
40
35
5
250
实际进水
411.2
227.4
54.5
37.6
7.1
243.6
出水标准
60
10
15
5(8)
1
10
实际出水
32.8
7.6
18.6
4.2
1.2
7.5
表1-1统计分析了北京某污水厂2012年10月—2013年5月以来的进出水的水质，将进出水均匀值浓度与设计进水，排放标准进行了比较。
图 1-1 为北京某污水厂 2012 年 10 月—2013 年 5 月进、出水水质的具体情 况（图中红线为设计进出水标准）。

图 1-1 2012 年 10 月-2013 年 5 月进出水水质

从表 1-1 中得出 COD 及 BOD 的实际进水均值在设计进水值范围内， 实际出水 均值也满足所制定的出水标准。而结合图 1-1 进出水水质的具体情况可以看出： COD 的进水浓度偶尔出现波动，COD 进水指标超过水厂设计标准的天数占总时间 的 15%， 但是 COD 的出水浓度均控制在出水标准线下； BOD 的进水负荷稳定在 300 mg/L 的设计标准线下，而 BOD 的出水浓度也基本达标。可见此 CAST 水厂对污水 中的有机污染物的去除效果良好，进出水浓度较为稳定。 而表 1-1 中 TN、TP 的出水均值不尽如人意，未达指定的出水标准。NH3-N 与 SS 的出水均值虽控制在标准内，但从图 1 中可以看出，部分时间的出水浓度 负荷超过标准较多。具体表现为：NH3-N 的进水负荷波动较大，进水水质超设计 标准的天数占总天数的 79%，NH3-N 的出水未达标天数占总天数的 27%，可见水厂 对部分 NH3-N 超标能够适应，仍可将其出水控制在达标线内；SS 进水水质超设计 标准的天数占总天数的 24%，出水未达标天数占总天数的 8%，SS 的进出水情况 也呈现出与 NH3-N 相同的规律，即当进水浓度超过设计值 250 mg/L 时，部分时 间的出水浓度也随之超标， 且呈现正比关系， 这与生化池设计时选取的负荷有关， 超设计负荷后很难达到出水标准。而 TN 与 TP 的进出水均超标较多，TN 的进水 浓度在设计值内的天数仅为 1 天，其余时间均超标，出水浓度在达标线内的天数 为 20%；TP 的进水浓度在设计值内的天数仅为 8%，出水浓度在达标线内的天数 为 40%。可见进水水质超过水厂的设计标准是导致 TN、TP 出水超标的主要因素。
2、温度分析

图 1-2 2012 年 10 月-2013 年 5 月污染物的去除率
根据已有的研究报道，温度的变化可以影响生物脱氮除磷系统的稳定运行[1]。由图 1-2可以看出，污水厂 2012年 10月—2013年5月污染物去除情况随月 份的变化。共统计了 2012 年 10 月-2013 年 5 月共 8 个月的水质情况，其中 2012年12月、2013年1月、2月为低温期。 可以发现，图中 COD、BOD、SS 的去除率基本没有变化，去除效果较好；NH3-N 的去除率随时间出现了较小的波动；TP、TN 在 2，3月份的去除率相对较低。
前人研究表明，温度影响生物反应的途径有两条：（1）影响酶催化反应的 速率；（2）影响基质扩散到细胞内的速率。生物硝化中，亚硝酸菌最佳生长温 度为 30℃，硝酸菌的最佳生长温度为35℃-42℃。温度不仅会影响硝化的效果， 而且会影响硝化速率。当温度低于 10℃时，生物硝化作用会受到明显抑制。温 度的降低也会影响聚磷菌的释磷和吸磷速率[2]。
3、B/C 分析
图 1-3 为污水厂 2012 年 10 月-2013 年 5月进水 B/C 分析图。 如图 1-3 所示， 污水厂进水 B/C 变化波动很大，这是因为该厂进水 70%以上为工业废水，而工业 废水水质较不稳定。从图中可以看出，进水 B/C 的值主要集中在 0.5 左右，因此用CAST工艺处理该废水还是比较合适的。个别日的进水 B/C 比降低到 0.25 以下，但在此情况下 CAST 工艺仍能较稳定运行， 这一方面是由于 CAST 生化池可看做一 完全混合式池体，短时间内少量难以生化降解的污染物可在池内被充分稀释；另一方面由于此污水厂已投入运行超过10年，微生物长期在工业废水的驯化下已 经适应 B/C 比在一定范围内的波动，能够调节自身对污染物的代谢，使出水水质 稳定。

图 1-3 进水 B/C 分布
4、C/N 分析
碳源是影响脱氮的重要因素，反硝化过程需要利用碳源作为能源和合成细胞 成分的物质，因此足够的碳源是保证有效的反硝化反应所需的必要条件。
为了分析具体的 C/N 情况，图 1-4 统计了每日C/N 情况及不同C/N 情况下出 水的总氮指标。从图 1-4 中可以看出，进水C/N 的变化较大，一般情况下 C/N比 在7-15之间，理论上基本满足脱氮要求。

图 1-4 进水 C/N 及出水 TN 分布

图1-5 为进水 C/N 比与 TN 去除率之间的关系图。从图中可以看出，随着进水 C/N 值的增加，TN 的去除率成上升趋势。但整体看，去除率集中在 60%-75% 之间。这可能是由于此污水厂含有70%以上的工业废水，可被微生物利用的碳源比例可能会减少。

图 1-5 进水 C/N 与 TN 去除率关系图
二、CAST 工艺稳定运行研究
1、有机负荷
有机负荷的变化影响着去除效率以及运行状况。 当污泥负荷控制在较低水平 时，CAST 池污泥浓度较高，曝气时表面会呈现黄褐色泡沫，此时风机电流较高， 电耗大，污泥产生量稍减，有机成分比例在 30-40%左右，出水水质各项指标较 好，总磷去除效果一般，去除率在 70%左右。但是此负荷控制的工艺受温度变化 影响较大，尤其是秋冬季，当低于 0.05 kgBOD/kgMLSS.d 时，污泥沉降稳定性变 差明显，且恢复时间较长。
当污泥负荷基本控制在 1.2 kgBOD/kgMLSS.d 时，污泥产量稍微增大，污泥 龄在 15 至 20d 左右，此时风机电流降低，电耗下降明显，污水净化效果良好， 在秋季和冬季工艺稳定性较高，基本很少出现污泥性状变化，有机成分比例可达 50-60%，污泥沉降性良好，受冲击能力尚可，总磷去除率较高，可达 85%以上。

2、异常进水
由于此污水厂主要处理开发区核心区的工业废水，进水有 70%左右的工业废水，水质和水量变化波动很大，尤其频繁出现异常进水，导致系统受冲击较大。 例如 2013 年 4 月 1 日出现较严重的异常进水情况，经取样检测，多项指标严重 超出设计标准，具体数值如下：
表 2-1 北京某污水厂 2013 年 4 月 1 日进水水样检测结果（mg/L）

异常污水进入处理系统后，废水呈黑色，带有很浓的臭味，CAST 池在曝气时泡沫粘稠，呈鲜黄色，大量连片，不易散，在阳光照射下可以明显看到水面有 一层油脂物质，污泥翻腾程度较大（图 2-1）。在沉淀和滗水时污泥沉降速度慢， 甚至不沉降，泥水分离效果差，液面上的散泥较多，粘稠成片，出水的悬浮物较多，污染物去除效率明显下降，尤其是 COD、氨氮、SS 等指标。

图 2-1 2013 年 4 月 1 日北京某污水厂异常进水现场状况
A/B. 生物选择区水面上浮大量黑色污泥以油脂类物质； C. 生物池曝气时污泥混合液呈粘稠状，曝气状态不佳；D. 由于生物系统受损，生物池沉淀时水面浮有大量死泥和进水中携带的油脂类物质
当发生异常进水后，我们第一时间对进水总阀门进行关闭，暂时阻止异常水 质进入生化系统，然后通过 CAST 池曝气状况和沉淀状况以及出水的水质进行判 断生物系统的受损程度，如果系统严重受损，在限定沉淀时间内无法进行泥水分 离，则采用继续延时曝气，即不进水的情况下继续曝气，一般以增加一个周期的 曝气时间，再进行沉淀和滗水，会有一定的效果。虽然之后的进水恢复正常，但生物系统会按照受损严重程度的不同，逐渐恢复，恢复时间在 10 小时至一周， 一般恢复期内氨氮去除效果影响最明显， 甚至需要半个月时间氨氮才可以恢复原 先正常去除水平。
图 2-2 为 2013 年4月1日出现异常进水后，污染物去除率开始逐渐恢复的曲线图。

图 2-2 2013 年 4 月 1 日-7 日北京某污水厂污染物的去除率
本次进水部分指标已严重超出此污水厂生物系统设计能力。由于检测条件受 限，重金属、表面活性剂、油脂类等非常规项目不具备检测条件，根据此次异常 进水的颜色和味道，以及产生大量污泥泡沫和油脂类物质的现象，不排除有其他 污染指标超标。根据进水的特征，初步分析为区内企业清理化粪池或集中偷排超 标有机废水。由于对工艺调整及时，采取措施得当，我们以最短时间使工艺得以 运行，能够通过一定的措施如调整污泥回流量、污水回流比、剩余污泥排放量、 延长停留时间等，确保污水达标排放。

结 论
通过对 CAST 工艺实际的运行效果研究发现， 传统的 CAST 工艺运行方式存在一定的局限性，工艺的总氮（TN）、总磷（TN）去除效率不稳定，出水水质得不 到保证。结合 CAST 工艺的运行特点，提出以下对 CAST 工艺脱氮除磷性能的改进 的方案：
（1）增设缺氧搅拌
 可以解释CAST工艺脱氧受限问题，反硝化去除上一周期残留NO3—N,使出水TN降低。
（2）改变曝气时间
较长的曝气时间能够满足污水中NH3—N的完全硝化，但引发了能源浪费的问题。而缩短曝气时间，可使F/M增加，污泥龄缩短，有利于聚磷菌的繁殖，提高除磷效果。因此，需进一步对CAST系统的曝气时间进行研究，确保工艺技能有效除磷，又能保持好的消化效果。
（3）改变CAST工艺运行方式
结合CAST工艺运行灵活的特点，开发一种新的运行方式以提高脱氮除磷效率。如交替式的缺氧/好氧（A/O）运行方式，采用分段进水方式等，根据CAST工艺的特点，在好氧段系统连续进水，系统内的异养菌与硝化菌竞争溶解氧来降解有机物，硝化菌得不到充足的氧气，可能会使得硝化不完全，并且连续进水方式下需要较高的曝气量。采用分段进水，将进水集中在缺氧段，原水中的有机物大多能够被当作反消化的碳源消耗掉，在好氧段只需降解少部分有机物，而后主要进行硝化反应，这样能节省部分曝气量，并且提高系统的TN去除率

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