CAST工艺处理城市污水原理及设计

CAST工艺处理城市污水原理及设计陈克玲等CAST工艺处理城市污水原理及设计陈克玲,詹键(中国市政工程中南设计研究院武汉430010 )摘要介绍了CAST工艺在湖州市东郊污水处理厂应用的情况。结合该[ .水质、水量等特点分析了CAST工艺的原理及CAST工艺池型、曝气系统、撇水系统、混合液回流、污泥排放系统的选择与设计并总结了该工艺的优点及应用中的注意事项。关键词:CAST工艺;池型; 曝气;撇水;回流，排放中图分类号:XI830.2文 献标识码A文章编号:1003 6504( 2004 )040071-03湖州市东郊污水处理厂日处理污水3万m3经择性要求和防止了丝状菌繁殖的污泥膨胀问题。聚工艺方案比较和论证决定采用CAST工艺。该处理磷菌在好氧条件下(主反应区处于曝气顺序时)发生厂已于2001年底建成,它是目前我国已建成的最早PHB的降解和磷的贪婪吸收形成聚磷污泥，通过剩应用CAST工艺处理城市污水的污水处理厂之--。余污泥排放实现污水中磷的去除。CAST 系统中通该工程设计获2003年湖北省勘察设计四优”奖二过可变容积的曝气和非曝气顺序结合生物选择区吸等奖。收储存溶解性BOD,和磷的释放r上述反应不断重复1 CAST 工艺介绍进行，从而提高了生物除磷效果。1.1基本构造及原理(2)CAST工艺可以同步进行硝化和反硝化。本工艺前置了一道生物选择区”,形成浓度梯氮硝化在生物絮体外进行,污水中的有机氮、蛋白氮度，中间设厌氧区,可使磷释放后设主反应区，主反等在好氧条件下首先被氨化菌转化为氨氮尔后在硝应区除去除BOD,和脱氮外另有-部分污泥回流至化菌的作用下变成硝酸盐氮此阶段称为好氧硝化。生物选择区,污泥回流量约为进水量的20%左右。在较高浓度梯度的NO, -N可渗入絮体内部据资料见图1。介绍1-2] CAST工艺系统中溶解氧浓度在0 ~ 2mg/进水.回流污泥剿余污泥。L之间约有50%时间溶解氧接近于零30%在1mg/撒水器L左右20%在2mg/L,由于主反应区耗氧速度较快最高水位而溶解氧含量又不高,因此低溶解氧难渗入絮体内，最低水位;这样就在微生物絮体中形成了微反应区(微缺氧环境)使絮体内部发生反硝化作用,由 反硝化菌作用，A.生物选择区B.厌氧区 C.主反应区并有外加碳源提供能量，使硝酸盐氮还原成氮气从污图1 CAST工艺基本构造水中逸出此阶段称为缺氧反硝化。因此CAST系统CAST系统构造较简单在传统SBR工艺基础上中出现曝气状态下的反硝化,使硝化/反硝化同时发只增加二道隔墙将选择区、厌氧区及主反应区分隔，生这就无需专设缺氧区和内回流系统。污泥中少量污水连续进入生物池前部的选择区在该区内污水中硝态氮可在选择器中得到反硝化,由于CAST系统的的大部分可溶性BOD被活性污泥微生物吸附并-脱硝主要通过硝化/反硝化作用,且回流比很小起从选择区进入厌氧区放磷后通过厌氧区与主反应(20%)选择器中反硝化量与整个系统相比是微不区隔墙下部的孔口以低速进入主反应区。足道的,-般情况下对磷的释放无影响。(1)CAST工艺具有除磷脱氮功能。捕获选择器1.2运行方式采用厌氧运行方式进水中溶解性BOD,能在起始反CAST工艺是一种循环式活性污泥法整个工艺应阶段迅速被聚磷菌所吸附吸收并转化成PHB(聚β为一间歇式反应器,在此反应器中活性污泥法过程烃基丁酸)这一环境条件使聚磷菌在微生物生存竞争按曝气和非曝气阶段重复将生物反应过程和泥水分中占优势并得以大量繁殖,从而实现了生物活性的选离过程结合在一个池子中进行,其运行模式与传统SBR法类似,有进水、反应、沉淀和出水及必要的闲置作者简介:陈克玲( 1970- ),女 高级工程师环境工程硕士,主要从等五个阶段组成。从进水至出水结束作为- -个周期,环饨神学与技术第27卷第4期2004年7月系统每一周期的循环操作过程见图2。d ,占地3. 46hm2。 进水水质的主要指标为:C0D≤400mg/L , BOD,≤200mg/L , ss≤250mg/L, NH3-N≤30mg/L ,TP≤3.0mg/L ;出水水质要求为:COD≤最低水位60mg/L , BOD,≤20mg/L , ss≤20mg/L,NH3 -N≤15mg/L ,磷酸盐≤0.5mg/L。曝气污泥回流进水鼍气阶段开始2.2 处理工艺流程(概运行情况) 0进水进》东郊污水处理厂工艺流程见图3。最高水位栅渣册渣停止爆气原污杰[粗格栅进水泵房- +细格栅沉砂池进水闲置阶段污泥回流(概具体运行情况而定)曝气阶段结束鼓风机房↑D❾|_[巴式计量槽} +CAST生物处理池]- +至排放水体↓剩余污泥C储泥池停止曝气聚凝剂徽水阶段及撑泥结束沉淀阶段开始污泥浓缩脱水车间一泥饼外运上清液图3东郊污水处理厂 工艺流程图t原污水进入粗格栅间,在此拦截污水中漂浮物,TIT-停止曝气由污水泵提升经细格栅进一步 去除水中杂质进入沉沉淀阶段结束-撒水阶段开始图2 CAST 系统的循环操作过程砂池去除砂粒然后进入CAST池,经曝气、沉淀分(1)进水段:CAST进水首先在生物选择区中与离澄清液排入水体。预留化学除磷设施用地，远期源自上一周期沉淀段的污泥混合大量的来水在该段视工程实际需要决定是否增加化学除磷工艺。剩余内形成较大的基质浓差梯度通过渗透酶使来水中的污泥经污泥泵送至储泥池经机械浓缩脱水处理后泥BOD在高浓度污泥条件下很快地被利用形成良好饼外运。的缺氧/厌氧环境。通过调节进水段的反应模式(进2.3 CAST 池主要工艺参数水时间、进水量、缺氧/厌氧反应时间)进行有效的生CAST生物处理池平均设计流量1250m'/h ,分3物脱氮、除磷。充水之后在反应时段中进行曝气。组单组分2座,单座平面尺寸42 x 17m ;有效水深微生物反复在缺氧/好氧的环境下，有效地抑制了好5m;平均污泥浓度3500mg/L;泥龄20d;污泥负荷氧性丝状菌的生长避免了污泥膨胀。0. 06kg BOD3/( kgMILSS. d );污泥产率0. 78kgSS/(2 )曝气段进水段的污水在足够的曝气条件下( kg BOD3， d);日循环6周期每周期运行4h单周进行充分的好氧除碳和生物硝化。期时间分配为:进水0. 5h、曝气1.5h、静沉1.0h、撇(3)沉淀段:不进水、不曝气、不回流,使污水混水1.0h最高水深5m最低水深3.7m排水比0.34 ;合液获得一个静止的絮凝沉淀环境。需氧率1. 59kgO2/( kg B0D3，d) ,微孔曝气头单座(4 )撇水段:不进水、不曝气、不回流,通过浮动1456只单座设滗水器1只滗水能力935m2/h :单座撇水器将上清液排出,当液面降至最低控制水位时,生物池设回流污泥泵1台,单台流量85m'/h ,扬程排水停止。重复上一周期过程如此周而复始。5m ;单座生物池设剩余污泥泵1台单台流量20m'/(5)闲置段进水、不曝气、不回流视具体运行h扬程10m。情况而定，可作为整个CAST运行系统调节。CAST系统-般至少设2个池子,以使整个系统3 CAST工艺设计特点能接纳连续的进水;在设有4个CAST池子的系统3.1池型的设计中通过选择各个池子的循环过程可以产生连续的进CAST反应器通常设计成矩形,且一组至少有二出水。池组成。处理城市污水时CAST反应器由生物选择器、厌氧区和主反应区组成其容积比一般为1: 5:2湖州市 东郊污水处理厂简介30具体可根据水质和模块”实验加以确定。2.1处理规模及进 出水水质CAST反应器储水容积是指池子最低水位至最废气净化功能材料的纳米组装设计张志杰等往缺乏进水流量过程线,为安全起见,CAST储水容3.2撇水系统的选择和设计积按污水厂最大时设计进水流量计算。CAST 储水CAST反应器出水由撇水系统排出撇水器规格容积所占CAST总容积的比例取决于池子形状、污泥选择按撇水时间(通常为1h )及储水容积计算若考沉降性能、撇水器的构造等,-般CAST储水容积所虑一定闲置时间,同时考虑设计安全,有 工程亦将撇占CAST总容积的比例不超过40%为宜。水时间缩短为45min,另15min作为闲置时间,同时CAST反应器生物选择器、厌氧区和主反应区池.撇水器撇水量相应增大。间连通采用池壁开洞方式。生物选择器与厌氧区池对撇水系统要求其在撇水过程中避免将沉淀污间连通采用池壁上部开洞厌氧区和主反应区池间连泥或可能漂浮在池子表面的浮渣随着出水撇出系统。通采用池壁下部开洞,目的使CAST反应器进水流态见表1。当然撇水器的设计和选择需与专业咨询公稳定不易形成水流死角。司或生产厂家联合进行。湖州市东郊污水处理厂CAST 反应器共分3组,湖州市东郊污水处理厂采用旋转式撇水器每池每组2池单池净尺寸为长x宽x高=42mx 17mx设一台共6台单台撇水量935m'/h。6m有效水深5m。表1撇水器的工作原理 及特点比较表浮筒式撇水器旋转式撇水器套筒式撇水器虹吸式撇水器负荷20-32L( m: o)10-12L/(m. s)1.5-2.0L/( mr s)撇水范围△H1.2~2.5m1.1~2. 4m0.8~1.2m0.4~0. 6m由可升降的堰槽< Y部类利用电磁阀排掉U型管与虹通过浮筒上的出水经过一个旋转臂上出工作原理似于可伸缩天线)引出管吸口之间的空气,通过U型口将水引至池外水堰将水引至池外将水引至池外管将水引至池外控制形式气动可编程控制)PCL控制电动螺杆钢丝绳卷扬或丝杆升降电磁阀(可编程控制)主要优点动作可靠、滗水深度运行可靠、负荷大、滗水负荷量大深度适中无运转部件、动作可靠、成本大、自动化程度高滗水深度大3.3曝 气系统的选择和设计3.4混合液回流及污泥排放系 统的设计由于CAST工艺是变容积反应器故不宜采用表混合液回流在进水/曝气、沉淀和闲置阶段进行，曝机而采用池底曝气设备。目前CAST工艺常用曝撇水阶段停止混合液回流混合液回流量约为进水量气设备是微孔曝气器和射流曝气机。微孔曝气器目.的20%左右。剩余污泥排放在沉淀结束后立即进前常采用膜片式微孔曝气器动力效率高,应用效果行剩余污泥量计算同连续流活性污泥法排泥方式好。射流曝气机曝气时水泵和风机同时工作,水和采用间歇排泥单次排泥时间约15min。空气混合后由喷嘴喷出释放微小气泡达到曝气和湖州市东郊污水处理厂CAST 反应池共6池单混合的目的见表2。座生物池设混合液回流污泥泵1台,单台流量85m2/表2曝气设备比较表h扬程5m剩余污泥泵1台单台流量20m^/h扬程微孔曝气器射流曝气机10m。混合液回流污泥泵及剩余污泥泵设置在主反组成微孔曝气器、风机及相配风机、水泵和喷嘴应区约中部处靠近池壁。套风管4结语氧利用率20% ~30%25% ~ 35%适用水深可至 8m可至8mCAST工艺具有独特的优点:堵塞不易堵塞( 1 )CAST工艺与传统活性污泥法相比较,最重维护鼓风机维护较复杂曝气需对水、 气加压系统设备要的特征是不设独立的初沉池和二沉池活性污泥始器堵塞需停池检修较复杂施工及维修不便。终保持在一个池子中完成生物反应和泥水分离过程。湖州市东郊污水处理厂设鼓风机房1座机房内因此无需设置如传统活性污泥法中污泥回流装置设4台鼓风机正常运行时3用1备单机风量57.5(回流比一般为100%)降低前置反硝化系统中的内m/min风压5. 88mH2O功率90kW。鼓风机可根据回流.(下转第83页)生物池溶解氧浓度通过鼓风机导叶片来自动调节风量。CAST反应池共6池单池设有曝气头1456只。环境工程与生态工程复合体系发展动态郝桂玉等还必须加强抚育管理防止人为破坏定期进行补苗，能、丰富的生物多样性和巨大的生态作用，对退化的直至成林。红树林生态系统进行恢复与重建必将引起普遍的重2.2.3丰富食物链视。对深圳市红树林生态系统而言恢复重建应该与将基围鱼塘纳入保护区的经营管理体系中加强保护并重。同时笔者认为有待加强以下几方面的研对基围鱼塘的整顿、恢复与建设,定期向鱼塘投放鱼究(1)红树林生态系统健康评价与退化程度的定量苗借鉴香港米埔的经验,由政府补偿保护区内鸟类化评价(2)红树林生态系统的生态恢复技术及其实食鱼造成的损失。通过这一措施，可促进淡水湿地生践(3)红树林退化与工程建设项目的因果关系以及.态系统的优化增加食物链的级数和食物网的复杂程工程相关部门]在红树林生态恢复中应承担的责任等。度提高生态系统的抗干扰能力，为鸟类提供更多的[参考文献]食物来源，从而改善鸟类的生境提高鸟类数量。[1]章家恩,徐琪.恢复生态学研究的--些基本问题探讨[J]应用生态学报,1999 ,10( 1 ):109-113.2.2.4基于景观格 局原理的规划措施运用景观生态学的原理对区域景观生态系统甚[2]崔保山 刘兴土.湿地恢复研究综述[ J]地球科学进展,1999 14(4)358-364.至整个城市景观生态系统进行景观生态规划与设计,[3] 黄志霖傅伯杰,陈利顶.恢复生态学与黄土高原生态设置合理的绿色廊道(即生态走廊)和节点提高区系统的恢复与重建问题J] 2002 ,16( 3 ) 122-125.域景观生态系统的连通度利于红树林保护区生态系[4]罗澍黄远峰黄毅华.深圳滨海大道工程的生态影响统与市区内各生态系统之间的物种交流、能量流动与与生态补偿[ J]中国环境监测2000 ,16(3 ) 47-50.信息传递从而有效改善红树林生态系统的稳定性和(收稿2003-05-19修回2003-07-21 )完整性改善鸟类的生境,促进鸟类数量的增加。同时做好周边生态系统的管理改善红树林生态系统的区域支持系统。3结语红树林生态系统往往具有独特的生态结构与功(. 上接第73页)一些分析探讨待今后研究工作中加以逐步明确。比传统活性污泥法内回流比可达300%左右,而( 2 )与连续流污水处理工艺相比设备的闲置率CAST工艺内回流比仅为20% )，从而可降低工程投较高。设备数量较多设备投资较高。采用撇水器出资,同时设备种类少,维护管理简单检修费用低，取水、风量调节阀调节等,使得CAST系统的正常运行消污泥回流和较少的污泥内回流降低了日常运行电对设备要求较高。( 3 )处理水量较大时应充分考虑该工艺的复杂费。(2)根据进水水质及出水水质要求调整运行周性。由于工艺运行、结构受沉降缝和抗浮等因素的限期和时序在曝气期内设置非曝气阶段(捕获选择器制生物处理池的体积每格不宜超过1万m'。当水和厌氧区) ,可形成厌氧、缺氧和好氧交替状态,实现量增加时处理单元数也会增加，致使配水、出水、污泥回流和剩余污泥排放等设备随着单元数而增加大除磷脱氮功能运转灵活。( 3 )采用矩形池结构,生物池间共用隔墙,可节大的提高了实际运行的复杂程度。从自动控制方面看,3万m'/d处理规模的污水厂氧化沟工艺的I/O省土建费用和工程建设用地。(4 )CAST工艺除具备SBR -般的特点外还具数量只需1000点,而该工艺为3000点以上,随着处备推流式特点有基质浓度梯度和较高的污泥负荷可理单元数量增加其控制量也将成倍增加。所以，该控制丝状菌造成的污泥膨胀同时也具备完全混合法工艺在规模较大处理厂应用时应全面进行考虑。综上所述CAST工艺更适用于中小型污水处理的特点--耐冲击负荷、适应水质变化。CAST工艺虽有许多优点,在选择该工艺时应该厂在一定的范围内可以替代其它活性污泥法,有独特的优点并具有较强的竞争力。考虑以下问题:(1)CAST系统的微生物种群结构与常规活性[1] 邱慎初循环式活性污泥法( CAST) M]北京:国家污泥法不同菌群主要由硝化菌、反硝化菌、聚磷菌和城市给水排水工程技术研究中心,2001 ( 1 ):1-40.异氧型好氧菌组成。由于对非稳态CAST系统中微[2]汪大翠,雷乐成.水处理新技术及工程设计[ M]北生物种群之间的复杂的生存竞争和生态平衡关系至京环境科学与工程出版中心2001 ,156-210.