CAST工藝處理城市污水原理及設計

CAST工藝處理城市污水原理及設計陳克玲 等CAST工藝處理城市污水原理及設計.陳克玲,詹鍵(中國市政工程中南設計研究院武漢430010 )摘要 介紹了CAST工藝在湖州市東郊污水處理廠(chǎng)應用的情況。結合該廠(chǎng)水質(zhì)、水量等特點(diǎn)分析了CAST工藝的原理及CAST工藝池型、曝氣系統、撇水系統、混合液回流、污泥排放系統的選擇與設計并總結了該工藝的優(yōu)點(diǎn)及應用中的注意事項。關(guān)鍵詞:CAST工藝;池型; 曝氣; 撇水;回流; 排放中圖分類(lèi)號:XI1830.2文獻標識碼A文 章編號:1003-6504( 2004 )040071-03湖州市東郊污水處理廠(chǎng)日處理污水3萬(wàn)m3 ,經(jīng)擇性要求和防止了絲狀菌繁殖的污泥膨脹問(wèn)題。身工藝方案比較和論證決定采用CAST工藝。該處理磷菌在好氧條件下(主反應區處于曝氣順序時(shí))發(fā)生廠(chǎng)已于2001年底建成它是目前我國已建成的最早PHB的降解和磷的貪婪吸收形成聚磷污泥通過(guò)剩應用CAST工藝處理城市污水的污水處理廠(chǎng)之- -。余污泥排放實(shí)現污水中磷的去除。CAST系統中通該工程設計獲2003年湖北省勘察設計四優(yōu)”獎二過(guò)可變容積的曝氣和非曝氣順序結合生物選擇區吸等獎。收儲存溶解性BOD,和磷的釋放,上述反應不斷重復1 CAST工藝介紹進(jìn)行,從而提高了生物除磷效果。1.1 基本構造及原理(2)CAST工藝可以同步進(jìn)行硝化和反硝化。本工藝前置了一道生物選擇區”形成濃度梯氮硝化在生物絮體外進(jìn)行,污水中的有機氮、蛋白氮度;中間設厭氧區,可使磷釋放;后設主反應區,主反等在好氧條件下首先被氨化菌轉化為氨氮爾后在硝應區除去除BOD,和脫氮外另有- -部分污泥回流至化菌的作用下變成硝酸鹽氮,此階段稱(chēng)為好氧硝化。生物選擇區污泥回流量約為進(jìn)水量的20%左右。在較高濃度梯度的NO3 -N可滲入絮體內部據資料見(jiàn)圖1。介紹1-2] CAST工藝系統中溶解氧濃度在0 ~ 2mg/進(jìn)水回流污泥剩余污泥。L之間約有50%時(shí)間溶解氧接近于零30% 在1mg/↓.撇水器.L左右20%在2mg/L,由于主反應區耗氧速度較快最高水位而溶解氧含量又不高,因此低溶解氧難滲入絮體內,最低水位AB這樣就在微生物絮體中形成了微反應區(微缺氧環(huán)土-曝▲境)使絮體內部發(fā)生反硝化作用,由反硝化菌作用，A.生物選擇區B. 厭氧區C. 主反應區.并有外加碳源提供能量使硝酸鹽氮還原成氮氣從污圖1 CAST 工藝基本構造水中逸出此階段稱(chēng)為缺氧反硝化。因此CAST系統CAST系統構造較簡(jiǎn)單在傳統SBR工藝基礎上中出現曝氣狀態(tài)下的反硝化,使硝化/反硝化同時(shí)發(fā)只增加二道隔墻將選擇區、厭氧區及主反應區分隔,生這就無(wú)需專(zhuān)設缺氧區和內回流系統。污泥中少量污水連續進(jìn)入生物池前部的選擇區在該區內污水中硝態(tài)氮可在選擇器中得到反硝化,由于CAST系統的的大部分可溶性BOD被活性污泥微生物吸附并一脫硝主要通過(guò)硝化/反硝化作用,且回流比很小起從選擇區進(jìn)入厭氧區放磷后通過(guò)厭氧區與主反應(20%)選擇器中反硝化量與整個(gè)系統相比是微不區隔墻下部的孔口以低速進(jìn)入主反應區。足道的一般情況下對磷的釋放無(wú)影響。(1)CAST工藝具有除磷脫氮功能。捕獲選擇器1.2 運行方式采用厭氧運行方式,進(jìn)水中溶解性BOD,能在起始反CAST工藝是一種循環(huán)式活性污泥法整個(gè)工藝應階段迅速被聚磷菌所吸附吸收并轉化成PHB(聚β為一間歇式反應器在此反應器中活性污泥法過(guò)程烴基丁酸)這-環(huán)境條件使聚磷菌在微生物生存競爭按曝中國煤化工:物反應過(guò)程和泥水分中占優(yōu)勢并得以大量繁殖,從而實(shí)現了生物活性的選離過(guò)程YHCNMHG其運行模式與傳統SBR法類(lèi)似，有進(jìn)水、反應、沉淀和出水及必要的閑置作者簡(jiǎn)介:陳克玲( 1970- ),女高級工程師環(huán)境工程碩士,主要從等五個(gè)階段組成。從進(jìn)水至出水結束作為一個(gè)周期，事市政污水處理的設計及研究工作。每一過(guò)程均按所需的設定時(shí)間進(jìn)行切換操作。CAST71.環(huán)飩科學(xué)與技術(shù)第27卷第4期2004年7月系統每-周期的循環(huán)操作過(guò)程見(jiàn)圖2。d,占地3.46hm’。進(jìn)水水質(zhì)的主要指標為:COD≤400mg/L , BOD,≤200mg/L , ss≤250mg/L,NH3 -N進(jìn)水D≤30mg/L ,TP≤3.0mg/L ;出水水質(zhì)要求為:COD≤最低水位60mg/L , BOD3≤20mg/L , ss≤20mg/L,NHz -N≤.↓15mg/L ,磷酸鹽≤0.5mg/L。_曝河泥回流進(jìn)水-曝氣階毆開(kāi)始2.2處理工藝流程(視運行情況)?@東郊污水處理廠(chǎng)工藝流程見(jiàn)圖3。g最高水位柵渣柵渣砂-停止曝氣CT■工曝氣原污杰[粗格柵進(jìn)水泵房-→+[ 細格柵沉砂池進(jìn)水閑置階段污泥回流(規具體運行情況而定) .曝氣階段結東鼓風(fēng)機房上清液排出最高水位[巴式計量槽} +CAST生物處理池]- +至排放水體剩余污泥C儲泥池停止曝氣_停止曝氣↓聚凝劑徽水階段及撐泥結束沉淀階段開(kāi)始污泥濃縮脫水車(chē)間一.泥餅外運上清液圖3東郊污水處理廠(chǎng) 工藝流程圖t原污水進(jìn)入粗格柵間,在此攔截污水中漂浮物,由污水泵提升經(jīng)細格柵進(jìn)一步 去除水中雜質(zhì)進(jìn)入沉沉淀階段結東-撒水階段開(kāi)始圖2 CAST 系統的循環(huán)操作過(guò)程砂池去除砂粒然后進(jìn)入CAST池,經(jīng)曝氣、沉淀分(1)進(jìn)水段:CAST進(jìn)水首先在生物選擇區中與離澄清液排入水體。預留化學(xué)除磷設施用地,遠期源自.上一周期沉淀段的污泥混合大量的來(lái)水在該段視工程實(shí)際需要決定是否增加化學(xué)除磷工藝。剩余內形成較大的基質(zhì)濃差梯度通過(guò)滲透酶使來(lái)水中的污泥經(jīng)污泥泵送至儲泥池經(jīng)機械濃縮脫水處理后泥BOD在高濃度污泥條件下很快地被利用形成良好餅外運。的缺氧/厭氧環(huán)境。通過(guò)調節進(jìn)水段的反應模式(進(jìn)2.3 CAST 池主要工藝參數水時(shí)間、進(jìn)水量、缺氧/厭氧反應時(shí)間)進(jìn)行有效的生CAST生物處理池平均設計流量1250m3/h分3物脫氮、除磷。充水之后,在反應時(shí)段中進(jìn)行曝氣。組單組分2座,單座平面尺寸42x 17m ;有效水深微生物反復在缺氧/好氧的環(huán)境下，有效地抑制了好5m;平均污泥濃度3500mg/L;泥齡20d;污泥負荷氧性絲狀菌的生長(cháng)避免了污泥膨脹。0.06kg BOD3/( kgMILSS. d );污泥產(chǎn)率0. 78kgSS/(2 )曝氣段進(jìn)水段的污水在足夠的曝氣條件下( kg BOD3 d );舊循環(huán)6周期每周期運行4h ,單周進(jìn)行充分的好氧除碳和生物硝化。期時(shí)間分配為進(jìn)水0. 5h、曝氣1.5h、靜沉1.0h、撇(3)沉淀段不進(jìn)水、不曝氣、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 ;合液獲得-個(gè)靜止的絮凝沉淀環(huán)境。需氧率1. 59kgO2/( kg BOD3， d) ,微孔曝氣頭單座(4 )撇水段:不進(jìn)水、不曝氣、不回流,通過(guò)浮動(dòng)1456只;單座設潷水器1只潷水能力935m3/h :單座撇水器將，上清液排出，當液面降至最低控制水位時(shí)，生物池設回流污泥泵1臺,，單 臺流量85m'/h揚程排水停止。重復.上一周期過(guò)程如此周而復始。5m;單座生物池設剩余污泥泵1臺,單臺流量20m3/(5 )閑置段進(jìn)水、不曝氣、不回流視具體運行h揚程10m。情況而定,可作為整個(gè)CAST運行系統調節。CAST系統一般至少設2個(gè)池子,以使整個(gè)系統3 CAST工藝設計特點(diǎn)能接納連續的進(jìn)水;在設有4個(gè)CAST池子的系統3.1池型的設計中通過(guò)選擇各個(gè)池子的循環(huán)過(guò)程可以產(chǎn)生連續的進(jìn)CAST反應器通常設計成矩形,且 一組至少有二出水。池組中國煤化工T反應器由生物選擇器、厭| YHCN MH C容積比一般為1: 5:2湖州市 東郊污水處理廠(chǎng)簡(jiǎn)介30具體可根據水質(zhì)和模塊”實(shí)驗加以確定。2.1處理規模及進(jìn) 出水水質(zhì)CAST反應器儲水容積是指池子最低水位至最東郊污水處理廠(chǎng)設計處理城市污水量3萬(wàn)m'/高水位之間的容積,由于實(shí)踐上在污水廠(chǎng)運行期間往72-廢氣凈化功能材料的納米組裝設計張志杰等往缺乏進(jìn)水流量過(guò)程線(xiàn),為安全起見(jiàn),CAST儲水容3.2撇水系 統的選擇和設計積按污水廠(chǎng)最大時(shí)設計進(jìn)水流量計算。CAST 儲水CAST反應器出水由撇水系統排出,撇水器規格容積所占CAST總容積的比例取決于池子形狀、污泥選擇按撇水時(shí)間(通常為1h)及儲水容積計算若考沉降性能、撇水器的構造等,-般CAST儲水容積所慮一定閑置時(shí)間同時(shí)考慮設計安全,有 工程亦將撇占CAST總容積的比例不超過(guò)40%為宜。水時(shí)間縮短為45min,另15min作為閑置時(shí)間同時(shí)CAST反應器生物選擇器、厭氧區和主反應區池撇水器撇水量相應增大。間連通采用池壁開(kāi)洞方式。生物選擇器與厭氧區池對撇水系統要求其在撇水過(guò)程中避免將沉淀污間連通采用池壁上部開(kāi)洞,厭 氧區和主反應區池間連泥或可能漂浮在池子表面的浮渣隨著(zhù)出水撇出系統。通采用池壁下部開(kāi)洞,目的使CAST反應器進(jìn)水流態(tài)見(jiàn)表1。當然撇水器的設計和選擇需與專(zhuān)業(yè)咨詢(xún)公穩定不易形成水流死角。司或生產(chǎn)廠(chǎng)家聯(lián)合進(jìn)行。湖州市東郊污水處理廠(chǎng)CAST 反應器共分3組,湖州市東郊污水處理廠(chǎng)采用旋轉式撇水器每池每組2池單池凈尺寸為長(cháng)x寬x高=42mx 17m x設一臺共6臺單臺撇水量935m3/h。6m ,有效水深5m。表1撇水器的工作原理及特點(diǎn)比較表浮筒式撇水器旋轉式撇水器套筒式撇水器虹吸式撇水器負荷20~32L/( m" s)10-12L/( m. s)1.5~2.0L( m' s)撇水范圍△H .1.2~2.5m1.1~2.4m0.8~1.2m0.4~0.6m工作原理通過(guò)浮筒上的出水經(jīng)過(guò)-一個(gè)旋轉臂上出由可升降的堰槽Y部類(lèi)利用電磁閥排掉U型管與虹似于可伸縮天線(xiàn))引出管吸口之間的空氣,通過(guò)U型口將水引至池外水堰將水引至池外將水引至池外管將水引至池外控制形式氣動(dòng)可編程控制)PCL控制電動(dòng)螺桿鋼絲繩卷?yè)P或絲桿升降電磁閥(可編程控制)動(dòng)作可靠、潷水深度運行可靠、負荷大、潷水負荷量大深度適中無(wú)運轉部件、動(dòng)作可靠、成本主要優(yōu)點(diǎn)大、自動(dòng)化程度高潷水深度大低3.3曝 氣系統的選擇和設計3.4混合液回流及污泥排放 系統的設計由于CAST工藝是變容積反應器故不宜采用表混合液回流在進(jìn)水/曝氣沉淀和閑置階段進(jìn)行，曝機而采用池底曝氣設備。目前CAST工藝常用曝撇水階段停止混合液回流混合液回流量約為進(jìn)水量氣設備是微孔曝氣器和射流曝氣機。微孔曝氣器目的20%左右。剩余污泥排放在沉淀結束后立即進(jìn)前常采用膜片式微孔曝氣器動(dòng)力效率高,應用效果行剩余污泥量計算同連續流活性污泥法排泥方式好。射流曝氣機曝氣時(shí),水泵和風(fēng)機同時(shí)工作,水和采用間歇排泥單次排泥時(shí)間約15min?？諝饣旌虾笥蓢娮靽姵鲠尫盼⑿馀葸_到曝氣和湖州市東郊污水處理廠(chǎng)CAST 反應池共6池單混合的目的,見(jiàn)表2。座生物池設混合液回流污泥泵1臺單臺流量85m3/表2曝氣設備比較表h揚程5m剩余污泥泵1臺單臺流量20m3/h揚程微孔曝氣器射流曝氣機10m?；旌弦夯亓魑勰啾眉笆Ｓ辔勰啾迷O置在主反組成微孔曝氣器風(fēng)機及相配風(fēng)機、水泵和噴嘴應區約中部處靠近池壁。套風(fēng)管4結語(yǔ)氧利用率20% -30%25% ~35%適用水深可至 8m可至8mCAST工藝具有獨特的優(yōu)點(diǎn):堵塞不易堵塞( 1 )CAST工藝與傳統活性污泥法相比較最重維護鼓風(fēng)機維護較復雜,曝氣需對水、 氣加壓系統設備要的特征是不設獨立的初沉池和二沉池活性污泥始器堵塞需停池檢修較復雜施工及維修不便。終保持在-個(gè)池子中完成生物反應和泥水分離過(guò)程。湖州市東郊污水處理廠(chǎng)設鼓風(fēng)機房1座機房?jì)纫虼藷o(wú)需設置如傳統活性污泥法中污泥回流裝置設4臺鼓風(fēng)機正常運行時(shí)3用1備單機風(fēng)量57.5(回流中國煤化工i置反硝化系統中的內m'/min ,風(fēng)壓5. 88mH2O功率90kW。鼓風(fēng)機可根據回流MYHCNMHG(下轉第83頁(yè))生物池溶解氧濃度通過(guò)鼓風(fēng)機導葉片來(lái)自動(dòng)調節風(fēng)量。CAST 反應池共6池單池設有曝氣頭1456只。73.環(huán)境工程與生態(tài)工程復合體系發(fā)展動(dòng)態(tài)郝桂玉等還必須加強撫育管理防止人為破壞定期進(jìn)行補苗,能、豐富的生物多樣性和巨大的生態(tài)作用對退化的直至成林。紅樹(shù)林生態(tài)系統進(jìn)行恢復與重建必將引起普遍的重2.2.3豐富食物鏈視。對深圳市紅樹(shù)林生態(tài)系統而言恢復重建應該與將基圍魚(yú)塘納入保護區的經(jīng)營(yíng)管理體系中加強保護并重。同時(shí)筆者認為有待加強以下幾方面的研對基圍魚(yú)塘的整頓、恢復與建設,定期向魚(yú)塘投放魚(yú)究(1)紅樹(shù)林生態(tài)系統健康評價(jià)與退化程度的定量苗借鑒香港米埔的經(jīng)驗,由政府補償保護區內鳥(niǎo)類(lèi)化評價(jià)(2)紅樹(shù)林生態(tài)系統的生態(tài)恢復技術(shù)及其實(shí)食魚(yú)造成的損失。通過(guò)這一措施,可促進(jìn)淡水濕地生踐(3)紅樹(shù)林退化與工程建設項目的因果關(guān)系以及態(tài)系統的優(yōu)化增加食物鏈的級數和食物網(wǎng)的復雜程工程相關(guān)部門(mén)]在紅樹(shù)林生態(tài)恢復中應承擔的責任等。度提高生態(tài)系統的抗干擾能力，為鳥(niǎo)類(lèi)提供更多的[參考文獻]食物來(lái)源,從而改善鳥(niǎo)類(lèi)的生境提高鳥(niǎo)類(lèi)數量。[1]章家恩徐琪.恢復生態(tài)學(xué)研究的.-些基本問(wèn)題探討2.2.4 基于景觀(guān)格局原理的規劃措施[J]應用生態(tài)學(xué)報,1999 ,10( 1 ) :109-113.運用景觀(guān)生態(tài)學(xué)的原理對區域景觀(guān)生態(tài)系統甚[2] 崔保山劉興土.濕地恢復研究綜述[ J]地球科學(xué)進(jìn)展,1999 ,14(4) 358-364.至整個(gè)城市景觀(guān)生態(tài)系統進(jìn)行景觀(guān)生態(tài)規劃與設計，[3] 黃志霖傅伯杰,陳利頂.恢復生態(tài)學(xué)與黃土高原生態(tài)設置合理的綠色廊道(即生態(tài)走廊)和節點(diǎn),提高區系統的恢復與重建問(wèn)題J] 2002 ,16( 3 ) :122-125.域景觀(guān)生態(tài)系統的連通度利于紅樹(shù)林保護區生態(tài)系[4]羅澍黃遠峰,黃毅華.深圳濱海大道工程的生態(tài)影響統與市區內各生態(tài)系統之間的物種交流能量流動(dòng)與與生態(tài)補償[J]中國環(huán)境監測2000 ,16(3 ) :47-50.信息傳遞,從而有效改善紅樹(shù)林生態(tài)系統的穩定性和(收稿2003-05-19 修回2003-07-21 )完整性改善鳥(niǎo)類(lèi)的生境,促進(jìn)鳥(niǎo)類(lèi)數量的增加。同時(shí)做好周邊生態(tài)系統的管理,改善紅樹(shù)林生態(tài)系統的區域支持系統。3結語(yǔ)紅樹(shù)林生態(tài)系統往往具有獨特的生態(tài)結構與功(上接第73頁(yè))-些分析探討待今后研究工作中加以逐步明確。比傳統活性污泥法內回流比可達300%左右,而(2 )與連續流污水處理工藝相比設備的閑置率CAST工藝內回流比僅為20% )，從而可降低工程投較高。設備數量較多設備投資較高。采用撇水器出資同時(shí)設備種類(lèi)少維護管理簡(jiǎn)單檢修費用低取水、風(fēng)量調節閥調節等,使得CAST系統的正常運行消污泥回流和較少的污泥內回流降低了日常運行電對設備要求較高。( 3 )處理水量較大時(shí)應充分考慮該工藝的復雜費。(2)根據進(jìn)水水質(zhì)及出水水質(zhì)要求調整運行周性。由于工藝運行、結構受沉降縫和抗浮等因素的限期和時(shí)序在曝氣期內設置非曝氣階段(捕獲選擇器制生物處理池的體積每格不宜超過(guò)1萬(wàn)m'。當水和厭氧區) ,可形成厭氧、缺氧和好氧交替狀態(tài)實(shí)現量增加時(shí)，處理單元數也會(huì )增加,致使配水、出水、污泥回流和剩余污泥排放等設備隨著(zhù)單元數而增加大除磷脫氮功能運轉靈活。( 3 )采用矩形池結構,生物池間共用隔墻，可節大的提高了實(shí)際運行的復雜程度。從自動(dòng)控制方面看,3萬(wàn)m'/d處理規模的污水廠(chǎng)氧化溝工藝的I/0省土建費用和工程建設用地。(4)CAST工藝除具備SBR-般的特點(diǎn)外還具數量只需1000點(diǎn),而該工藝為3000點(diǎn)以上隨著(zhù)處備推流式特點(diǎn),有基質(zhì)濃度梯度和較高的污泥負荷可理單元數量增加其控制量也將成倍增加。所以,該控制絲狀菌造成的污泥膨脹同時(shí)也具備完全混合法工藝在規模較大處理廠(chǎng)應用時(shí)應全面進(jìn)行考慮。綜上所述CAST工藝更適用于中小型污水處理.的特點(diǎn)--耐沖擊負荷、適應水質(zhì)變化。CAST工藝雖有許多優(yōu)點(diǎn)在選擇該工藝時(shí)應該廠(chǎng)在一定的范圍內,可以替代其它活性污泥法,有獨特的優(yōu)點(diǎn)并具有較強的競爭力?？紤]以下問(wèn)題:中國煤化工](1)CAST系統的微生物種群結構與常規活性[1]HCNMHGCASTX[M]北京國家污泥法不同菌群主要由硝化菌、反硝化菌、聚磷菌和城幣紹小排水⊥枉技個(gè)研光中心,2001 ( 1 ):1-40.異氧型好氧菌組成。由于對非穩態(tài)CAST系統中微[2] 汪大翠雷樂(lè )成.水處理新技術(shù)及工程設計[ M]北生物種群之間的復雜的生存競爭和生態(tài)平衡關(guān)系至京環(huán)境科學(xué)與工程出版中心2001 ,156-210.今尚不甚了解CAST工藝理論只是從工藝過(guò)程進(jìn)行. (收稿2003-06-04 ;修回2003-11-05 )83.