鄒寶華 王宏斌

CAST工藝(循環(huán)式活性污泥法,Cyclic Activated Sludge Technology)是Goronszy教授在間歇式循環(huán)延時(shí)曝氣活性污泥法基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型污水處理技術(shù),具有工藝流程簡單、投資及運(yùn)行費(fèi)用低、占地面積小、耐沖擊負(fù)荷和脫氮除磷能力強(qiáng)等特征[1]。目前,CAST工藝已廣泛用于生活污水脫氮除磷及啤酒、屠宰、制藥、印染和化工等行業(yè)的廢水處理。

1工作原理

CAST的核心是間歇式反應(yīng)器,分為生物選擇區(qū)A、兼氧區(qū)B、主反應(yīng)區(qū)C,在反應(yīng)器內(nèi)曝氣與非曝氣過程交替運(yùn)行,將生物反應(yīng)過程與泥水分離過程集中在一個(gè)池子中完成,一個(gè)完整的周期包括進(jìn)水、曝氣、沉淀、潷水閑置五個(gè)工序。在運(yùn)行過程中,A、B兩區(qū)通過吸附作用去除部分污染物,使C區(qū)進(jìn)水相對(duì)穩(wěn)定,C區(qū)的活性污泥回流至A區(qū)進(jìn)行生物選擇。在工程應(yīng)用中,至少應(yīng)設(shè)兩座CAST池,以便系統(tǒng)能夠連續(xù)進(jìn)水[2]。

2工藝特征

2.1 設(shè)置生物選擇區(qū)防止污泥膨脹

污泥膨脹的直接原因是絲狀菌過量繁殖。根據(jù)J.Chudoba的動(dòng)力學(xué)選擇理論,高濃度條件下絮狀菌對(duì)有機(jī)物的利用速率要高于絲狀菌,在生物選擇區(qū),活性污泥內(nèi)回流使該區(qū)基質(zhì)濃度很高,有利于絮狀菌快速繁殖成為優(yōu)勢菌種,同時(shí)抑制絲狀菌生長,從而有效克服污泥膨脹[3]。此外,生物選擇區(qū)內(nèi)活性污泥的吸附作用可提高系統(tǒng)有機(jī)物去除率和氧利用率,進(jìn)而加速反應(yīng)進(jìn)程。

2.2 同步硝化反硝化

CAST工藝不設(shè)缺氧反應(yīng)區(qū),利用氧傳遞過程中形成的DO濃度梯度實(shí)現(xiàn)高效的同步硝化反硝化。在活性污泥絮體外表面,DO值較高,好氧菌和硝化菌占優(yōu)勢;由于氧傳遞阻力和外層細(xì)菌對(duì)氧的消耗,絮體內(nèi)部為缺氧環(huán)境,反硝化菌占優(yōu)勢,而具有較高濃度梯度的硝酸鹽能夠較好地滲透到絮體內(nèi)部進(jìn)行反硝化反應(yīng),實(shí)現(xiàn)生物脫氮。在水溫較低時(shí),為保證脫氮效果,需確保曝氣過程中混合液DO值達(dá)到2mg/L以上,以彌補(bǔ)低溫對(duì)微生物活性的不利影響[4]。

2.3 良好的生物除磷功能

CAST反應(yīng)池以曝氣-非曝氣方式交替運(yùn)行,使活性污泥處于好氧-缺氧-厭氧的周期性變化之中,有利于聚磷菌生長繁殖。生物選擇區(qū)的厭氧環(huán)境可促進(jìn)磷的釋放,且聚磷菌在此過程中吸附和吸收大量易降解有機(jī)物質(zhì),為后續(xù)的好氧吸磷提供充足的養(yǎng)分。因此,在曝氣階段控制DO為2～3 mg/L,同時(shí)控制ORP在-150mV和+100mV之間,即可獲得良好生物除磷效果。據(jù)報(bào)道,間歇進(jìn)水方式較連續(xù)進(jìn)水方式提供的厭氧停留時(shí)間更長,厭氧釋磷更徹底,總磷去除率越高[5]。

2.4 抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)

CAST工藝可根據(jù)進(jìn)水水量及水質(zhì)調(diào)整工藝參數(shù),提高系統(tǒng)抗沖擊能力。如進(jìn)水COD和氨氮較高,應(yīng)延長曝氣時(shí)間,實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。對(duì)于城市污水,當(dāng)進(jìn)水COD為400mg/L、氨氮為60mg/L時(shí),CAST運(yùn)行周期各工序可設(shè)定為進(jìn)水1.5h、曝氣3h、沉淀1h、潷水0.5h,使出水COD≤50mg/L、氨氮≤10mg/L[6]。此外,生物選擇區(qū)對(duì)污染物的生物吸附作用在很大程度上降低了進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)對(duì)主反應(yīng)區(qū)的影響。

2.5 工藝運(yùn)行控制

CAST運(yùn)行過程的控制一般通過可編程序控制器(PLC)實(shí)現(xiàn),如設(shè)置集散式控制系統(tǒng)[7],主要根據(jù)進(jìn)水量、DO、進(jìn)水水質(zhì)(COD、TN、TP等)、出水水質(zhì)等的變化規(guī)律自動(dòng)調(diào)整各部件的運(yùn)行狀況以達(dá)到最佳處理效果及高效運(yùn)行的目標(biāo)。

2.6 投資省

CAST工藝不設(shè)初沉池和二沉池,工藝流程簡潔、設(shè)備種類和數(shù)量較少,管理簡單,CAST池內(nèi)主要設(shè)備為污泥內(nèi)回流泵,其工程建設(shè)費(fèi)用較傳統(tǒng)活性污泥法節(jié)省20%～30%[8]。由于采用間歇曝氣方式,混合液中氧利用率高,可降低污水處理成本。

3CAST工藝優(yōu)化運(yùn)行

工程實(shí)踐證明:CAST工藝對(duì)有機(jī)物含量高、可生化性好的污水處理效果好,但處理我國南方城市典型的低碳高氮污水時(shí),出水TN偏高[9]。通常采用人工外加碳源的方式提高污水碳氮比,以改善出水水質(zhì)。在傳統(tǒng)的4h周期運(yùn)行模式下,TN去除率并不因原水碳氮比的增大而顯著提高;而降低CAST池充水比可降低系統(tǒng)氮負(fù)荷,有利于提高對(duì)低碳氮比污水的總氮去除率[10]。但在實(shí)際應(yīng)用中,充水比不宜過低,否則處理水量太少,反而會(huì)增加整個(gè)污水處理廠運(yùn)行成本;同時(shí),CAST池可能會(huì)因?yàn)殚L期低負(fù)荷運(yùn)行發(fā)生污泥膨脹。綜合考慮,CAST池充水比宜控制在16%～30%[11]。

另一方面,采用分段進(jìn)水的交替運(yùn)行模式也可大幅改善CAST處理低C/N污水的脫氮性能,即保持進(jìn)水量不變,等量分段進(jìn)水,且隨著進(jìn)水次數(shù)增加,TN去除率逐步提高。在此運(yùn)行模式下,當(dāng)進(jìn)水COD為155～440mg/L、氨氮為57.98～82.40mg/L時(shí),CAST出水COD≤40mg/L、氨氮≤0.5mg/L、TN≤2.0mg/L[12]。

總的來說,當(dāng)水溫較低時(shí),提高混合液DO值和延長曝氣時(shí)間可降低CAST出水TN濃度;當(dāng)水溫較高時(shí),應(yīng)根據(jù)進(jìn)水水量及水質(zhì)狀況調(diào)整運(yùn)行周期、曝氣時(shí)間、充水比等參數(shù),避免在保證出水達(dá)標(biāo)排放的情況下浪費(fèi)能源。同時(shí),提高進(jìn)水C/N和延長水力停留時(shí)間可改善CAST系統(tǒng)除磷效果,且TP去除率隨進(jìn)水C/N比的升高而升高,由此可見,進(jìn)水碳源是影響CAST除磷性能的主要因素之一[13]。

4結(jié)語

CAST工藝是以生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理及合理的水力條件為基礎(chǔ)而開發(fā)的一種流程簡單污水處理工藝,隨著計(jì)算機(jī)自控技術(shù)、生物技術(shù)和材料等科學(xué)的發(fā)展,CAST工藝由于其良好的碳氧化能力和脫氮除磷效率將在污水處理領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

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