浅析CAST污水处理工艺技术[权威资料]

浅析 CAST 污水处理工艺技术 本文档格式为 WORD,感谢你的阅读。 摘要：污水处理工艺即循环式活性污泥法，目前在众多污水厂内得到应用。本文重点介绍工艺特点、设计计算公式、参数选择及设计要点等。 关键词：污水处理、设计计算 K826 A 一、工艺概述 CAST 工艺是在常规 SBR 工艺基础上发展起来的，因此我们首先要了解常规 SBR 工艺。 SBR (Sequencing Batch Reactor)是序批式活性污泥法的简称，它集曝气、沉淀于一池，在单一反应池内利用活性污泥完成污水的生物处理和固液分离，而不需另设二沉池及大量污泥回流系统。 在 SBR 系统中，反应池在一定时间间隔内充满污水，以间歇处理方式运行，处理后混合液静沉淀一段预定的时间后，从池中排除上清液。典型的 SBR 系统按时序分为：充水、反应、沉淀、排水与闲置 5 个阶段。 CAST 工艺是 Goronszy 近年来开发的污水处理新工艺，它综合了推流式和完全混合式活性污泥法，能有效地防止污泥膨胀，去除有机物、氮、磷的效果良好，耐冲 击负荷能力强，目前已被认为是常规活性污泥法的革新替代技术，并在美国、澳大利亚、加拿大等国得到广泛采用。近些年来，随着我国对污水厂排放标准的氮、磷指标变得更加严格， CAST工艺开始在国内被大量应用，成为众多污水处理厂设计备选方案之一。 CAST 工艺反应池内分为选择区和主反应区，反应池的运行操作与 SBR 法类似，由进水反应、沉淀、滗水和闲置四个阶段组成。 进水反应期：与其它 SBR 工艺不同， CAST 工艺的污水原水是间断流入反应池内前部的选择区，与从反应池后部的反应区不断回流的污泥混合，使污泥吸 收易溶性基质中的易降解部分，并促使絮凝性微生物生长，污水在选择区厌氧状态下停留一段时间后从选择区与反应区之间隔墙下部的入口以低速流入反应区，这样避免了水力短路。污水进入反应区内发生生化反应，在该阶段可以只混合不曝气，或既混合又曝气，使污水处在好氧或缺氧状态中，反应期的长短一般由进水水质及所要求的处理程度而定。 沉降期：在此阶段反应器内混合液进行固液分离，因该阶段在完全静止情况下进行，表面水力负荷和固体负荷低，沉淀效率高于一般沉淀池的沉淀效率。沉淀时间一般采用一小时左右，形成凝絮层，上层为上清液，高 水位时 MLSS约为 3.5 4.5g/L，沉淀后的剩余污泥浓度可达 7 12g/L。 排水期：沉淀阶段结束，设置在反应池末端的表面滗水器开启，将上清液缓缓滗出池外，当池水位降到低水位时停止滗水。 闲置期：即为待机期，该阶段可视污水的水质、水量和处理要求决定其长短或取消。也可在此阶段从反应池排除剩余活性污泥。 CAST 工艺通常采用 4h一个周期，其中 2h同时进水反应， 1h沉淀， 1h滗水。在进水反应时段，池内连续曝气，但曝气量需严格控制，一般确保反应时段的前 1h池中溶解氧小于 0.5mg/L，并接近于 0，第 2h前期溶解氧为 1 mg/L，后期溶解氧达到 2 mg/L。 二、工艺特点 CAST 工艺是在 SBR 工艺基础上发展起来的，因此 CAST工艺既具有 SBR 工艺的基本特点，同时 CAST 工艺又具有自身的特点。 SBR 工艺最根本的特点是在单一的反应池内处理污水，采用间歇的运行方式。一般说来，间歇运行方式不如连续运行方式简单、方便、便于操作，为什么 SBR 工艺要采用这种比较麻烦的方式呢？这是因为它带来更大的好处：只需要一个反应池就能完成全部处理工序，无需设置二沉池、污泥回流泵房 等设施。工序简单，处理构筑物大大简化，管理方便，节省了占地面积，降低了工程投资。因此深受业内人士的青睐。 SBR 工艺技术特点分述如下： 1）流程简单 不设初沉池、二沉池、回流污泥泵房、消化池和沼气储存利用设施，整个工序不及常规活性污泥法的一半。 运行管理简单 由于构筑物少，且 SBR 系统的运行很容易实现自动控制，使管理简单易行。 2）降低造价，减少占地 省去了常规的初沉池、二沉池等，可节省占地面积 30%，节省投资 1020%。 3）耐冲击负荷 SBR 反 应池为间歇进水、排水，间歇运行要比连续运行耐冲击负荷。同时，因污水是逐渐进入反应池，进入反应池污水立即与大量池液混合，且每个周期进入池内的污水只占反应池容积的 1/3 1/5 左右，有很大稀释作用，所以也耐水质的冲击负荷。 4）运行可靠、操作灵活 SBR 系统可调整运行周期和反应曝气时间等的长短，使出水达标排放，泥龄也很容易控制。 5）污泥活性高、易沉降、出水水质好 相同条件下SBR 反应池的污泥活性高，降解基质速率快，间歇反应池内污泥沉降性能极好，由于静沉效果好，其出水水质优于一般活性污泥 法。 CAST 工艺特点如下： 1） CAST 工艺在反应池前端设置了平均水力停留时间为11.5h 的高负荷生物选择器，将主反应区大约 20的活性污泥回流到选择器，选择器采用厌氧运行方式，在厌氧条件下，进入选择器的污水中的发酵产物 (进水中溶解性 BOD 所转化的 VFA)能在起始反应阶段迅速被聚磷菌所吸附吸收并转化成 PHB(聚 羟基丁酸 )，在 VFA 的诱导下细胞内聚磷水解成正磷酸盐释放到水溶液中。这个环境条件使聚磷菌在生存竞争中占优势并得以大量繁殖，从而实现了菌种的选择性要求。聚磷菌在好氧条件下 (主反 应区 )发生 PHB 的降解和磷的贪婪吸收，形成聚磷污泥，通过剩余污泥排放实现污水中磷的去除。上述反应不断重复进行，从而提高了生物除磷效果。 2）选择器还有另外一个作用，为微生物提供了一个高污泥负荷的环境，且处在厌氧状态，丝状菌受到抑制，菌胶团在此成为优势菌种，因而能有效克服污泥膨胀，使反应池的运行更加稳定可靠，同时因为克服了污泥膨胀问题，即可提高反应池的混合液浓度，减小了池容，降低了造价。 3） CAST 反应池的主反应区存在同时硝化、反硝化作用，在不设定单独缺氧池的条件下，可以实现硝化和脱氮。CAST 工艺是按时序控制池内溶解氧梯度，污水先在厌（缺）氧条件下发生同步硝化、反硝化，然后再经充分好氧，改善污水的沉降性能和水质，确保出水水质达标。 三、设计计算公式及参数选择 相关设计参数如下： Q 设计平均水量（ m3/d） Kz 水量总变化系数 S0 反应池进水 BOD5 浓度（ mg/L） Se 反应池出水 BOD5 浓度（ mg/L） N 反应池进水总氮浓度（ mg/L） Ne 反应池出水总氮浓度（ mg/L） N0 需要反硝化的硝态氮浓度（ mg/L） n 周期数，即一天内运行的周期次数（ 1/d） t 周期长，即一个周期所用的时间（ h） tR 一个周期的反应时间（ h） tS 一个周期的沉淀时间（ h） tD 一个周期的排水时间（ h） tb 一个周期的闲置时间（ h） M 反应池数（个） H 池总深（ m） Hmax 峰值水深，即最高日最高时流量对应的水深（ m） HC 正常水深，即平均流量对应的水深（ m） Hmin 滗水最低水深（ m） m 充水比（每个周期进水体积与反应池池容之比） X 污泥浓度 MLSS（ mg/L） LS 污泥负荷（ kgBOD5/kgMLSS d） c 反应泥龄（ d） co 好氧泥龄，即硝化泥龄（ d） cd 缺氧泥龄，即反硝化泥龄（ d） Y 污泥产率系数（ kg SS / kg BOD5） q 沉淀表面水力负荷，即可理解为污泥沉速（ m3 /m2 h） 1.设计周期及各工序时间 n t=24h t= tR+ tS+ tD+ tb CAST 反应池的沉淀是静态沉淀，可以简化认为污泥泥面等速下沉。在沉淀过程初期，反应结束后残余混合能量仍然存在，池液处于稳流状态，一般经过 10min 后，完全可以达到池液趋于静态沉淀状态。进入排水期，池液仍处于平静，污泥继续下沉，直至排 水结束转入反应时段。 因此，实际沉淀时间 tS= tS+ tD -1/6h 由于排水时的搅动，泥面线以上的清水层不可能全部排出，必须保证下沉污泥不被滗水带出的安全高度 Hf， Hf 一般取 0.60.9m。 在正常的 SVI 范围内，污泥沉速可以在 1m/h 以上，经过 50min 的沉淀污泥泥面下沉 0.81m 多，如果在沉淀 1h后开始滗水，就不会造成污泥随滗水流出，因此，通常情况下选定沉淀时间为 1h。 同样，在滗水阶段污泥继续下沉，在正常的 SVI 范围内，经过 1h50min 的沉淀污泥泥面 可以下沉 23m，扣除安全高度 Hf，还有 12m 的滗水深度，因此，通常情况下选定排水时间也为 1h。 一个周期的反应时间一般不宜小于 2h，当要求反硝化量较大时，反应时间还应该加长。加大反应时间意味着提高反应时间比例，可以减少池容。但另一方面，加大反应时间会使每个周期的处理水量增加，反应池储水容积增加，进而导致池容增加。两方综合影响的结果池容基本变化不大。 闲置不是一个必要的工序，闲置时间的长短根据处理要求，由进水流量和各工序的时间安排等因素决定，也可省略。 工程上一个周期一般不大 于 8h，不小于 4h。为了运行管理方便，常用的周期数和周期长如下： 对于一般的城镇污水，反应泥龄较短时取较短周期，反应泥龄较长时取较长周期。 2.设计池数 M 由于 CAST 工艺为间歇进水，因此本工艺至少要 2 个池子才能处理连续进入的污水，一般规模越大池数越多。池数和周期长最好是整倍数，便于将连续进水按时序均匀分配到每个池，简化配水设施。池数和每个周期排水时间的乘积最好是周期长的整倍数，这样每个池的间歇排水可以组合成全厂连续均匀的排水，为后续处理带来方便。 3.设计峰值水深 Hmax 一般设计峰值水深为 Hmax=46m。 Hmax 过大，排水深度增大，污泥沉速必须增大，进而污泥浓度必须降低，造成池容增大。 Hmax 过小，池面积增大，占地面积增大。 4.设计充水比 m 规范上规定当需要脱氮时充水比亦为 0.150.3 之间选择，选择范围较 大，笔者建议按照公式 进行计算确定。 充水比不能过大，其原因是由于污泥性质和沉淀时间的限制，污泥浓度不可能过高，储泥体积不可能过小，即最低水深也不能太小。 5.设计污泥负荷 LS 规范上规定当仅需要脱氮时，污泥负荷亦为 0.050.15 kgBOD5/kgMLSS d 之间选择，当需要脱氮除磷时，污泥负荷亦为 0.10.2 kgBOD5/kgMLSS d 之间选择，选择范围较大，笔者建 议按照公式 进行计算确定。 公式 中只要确定 c 和 Y 便能确定污泥负荷， c 和 Y 可以按照德国 ATV 标准进行计算。 德国 ATV标准给出了 cd/c 与反硝化速率 Kde 之间的关系： N0=N-0.05(S0-Se)-Ne co=F 3.4 1.103(15-T) F 考虑进水氨氮浓度的影响采用的安全系数，它与污水厂规模有关，水量大时氨氮浓度波动小，反之波动大，规模用进水 BOD 总量 BODT 来衡量， F 随 BODT 值变化经验取值如下： BODT1200kg/d F=1.8 BODT6000kg/d F=1.45 1200kg BODT 6000kg/d 用插入法确定 F 3.4 水温 15 时保证硝化的最小泥龄。 T 设计污水温度，按照最不利的低温条件计算，取一年中最低月平均水温。 c=co+cd 德国 ATV标准给出了给出了污泥产量的公式，结合我国的具体情况乘以一个修正系数 K，修正后的污泥产率系数公式如下： K 结合我国情况的修正系数， K=0.80.9； X0 进水悬浮固体浓度（ mg/L） 6.污泥浓度选取 反应池污泥浓度过低，反应池池容增大，经济上不利，一般无初沉池要求硝化反硝化的反应池污泥浓度取35004500mg/L。 7.设计池容 周期数、池数、反应时间、污泥浓度、污泥负荷确定后，公式 与公式 结合即可求出每格主反应区池容 V。 每格缺（厌）氧选择区的容积 VX通常为每格主反应区容积的 5%10%，如果仅起选择区的作用取小值，如要求 生物除磷则取大值。 每格反应池总池容 VT=V+VX 每格反应池峰值期增加进水量 VZ=Q tR (KZ-1)/24 每格反应池峰值期池容 VF=VZ+VT 根据 VF和 Hmax 可以求出反应池面积，进而确定 HC和Hmin。 8.其它设计参数 缺（厌）氧选择区从主反应区回流的污泥量一般 为20%，也可根据需要适当增大。建议按照 40%进行设计，最好设置变频调节流量。 按照同步硝化反硝化运行时，混合液剩余溶解氧值不是一般反应池的 2 mg/L，而是从 02 mg/L 变化的，在计算需氧量时，混合液剩余溶解氧值可按照 1 mg/L 取值。 按照同步硝化反硝化运行时，由于要求的溶解氧值是变化的，因此单池每分钟供气量不能按照平均值计算，要考虑一个峰值系数，按此选用曝气器和风机才有保障，建议峰值系数取 1.2。 四、设计要点 1.本工艺通常泥龄较长，具有很强的抗冲击负荷的 能力，在计算泥龄、需氧量、剩余污泥量、回流污泥量均按平均日流量进行计算。计算池容应保证高日高时的储水容积，选择风机应按峰值水深确定风压。 2.主反应区与选择区应分别计算，因为两区污泥浓度相差太大。 3.CAST 工艺设置了选择区，具有一定的生化除磷功能，但当来水 C/P 比之偏低时，就很难保证出水 P 达标，通常情况设置化学除磷备用。 4.一般一台风机任意时刻只向一个池子供气，避免一台风机向多个池子供气的情况，由于多个池子水位不一样，会造成供气不均衡。 5.由于池内水位是变化的 ，风机只能选择容积式风机，不能选择离心风机。 6.排水设备滗水器选择时，不能只按滗水量这个参数选择，应该更主要的关注堰口负荷，一般堰口负荷为2228L/(m s)，最高不超过 30 L/(m s)。 7.一个池子尽量选择一台滗水器，当一个池子选择两台滗水器同时工作时，为防止两台滗水器下降速度不一致，将两台滗水器设置一台驱动电机。 8.尽管设计池容时已经按照高日高时进水流量计算的，为避免运行时出现不利情况，在非滗水期将滗水器堰口停放在设计峰值水深上 2030cm 处，一旦水位超高可 自动溢出。 9.每个反应池的进水阀、进风阀都应该选择电动阀门。在每个反应池的主进风管上应设置一个电动放气阀，避免沉淀滗水阶段由于水位下降，风管内的压力比池内水压力高，从曝气头溢出气泡，进而影响沉淀效果。 10.一般 CAST 工艺不设初沉池，若预处理污水中残留浮渣，浮渣将全部进入反应池中，且反应池没有出路，会越积越多。因此需要强化预处理除渣功能，加细格栅，必要时采用筛网。 11.为应对污水厂运行时出现的不同水量情况，设计可以设置几种不同周期的运行程序，确保污水厂在各种情况下都能运行 。 12.选择区设置潜水搅拌器搅拌，混合功率可按照28W/m3 选取