cass工艺在处理低温生活污水中的应用研究

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1、CASS 工艺在处理低温生活污水中的应用研究工艺在处理低温生活污水中的应用研究简介:简介: 本文以 CASS 工艺为研究对象,通过不同的水力停留时间,重点探讨 CASS 工艺处理低温生活污水(48)的可行性,及低温环境下的最佳工程设计参数,为 CASS 工艺在我国寒冷地区的推广应用奠定基础,同时也为低温条件下污水处理厂的运行管理提供帮助。关键字:关键字:CASS 工艺 低温污水 水力停留时间 污泥负荷1 前言低温污水处理是指在我国北纬 40以北的广大地区,其冬季城市污水的水温一般在 10以下(6-10,少数地区 4-6)时进行的污水处理工程。由于寒冷地区排水温度低,输水管道散热量大,给污水处理

2、带来很大困难。此外,温度对微生物的活性、种群组成、细胞的增殖、活性污泥的絮凝沉降性能、曝气池充氧效率以及水的粘度都有较大影响。因此,低温条件下,污水处理工艺及工程设计参数同常温条件下有很大区别。低温对生物处理的影响,关系到寒冷地区城市污水和工业废水能否采用生物处理和采用什么样的生物处理工艺。因此,结合我国国情,探讨适合我国寒冷地区的污水处理工艺,对于缓解寒冷地区的环境污染,实现经济可持续发展具有重要意义。周期循环活性污泥法(CASS 工艺)不但具有投资省、占地面积少、工艺流程简单、操作管理方便、处理效果好等优点,而且,据国外资料介绍,CASS 工艺对低温污水仍能保持很好的处理效果。因此,本文充

3、分利用 CASS 工艺的优势,结合我国寒冷地区的实际情况,重点探讨了 CASS 工艺对低温环境的适应性,探讨适合低温环境条件下的工程设计参数和运行管理经验,为 CASS 工艺在我国寒冷地区的推广应用奠定基础。2 试验装置及流程设计为将国外先进技术引进消化,研究适合我国国情的污水处理工艺,并在我国寒冷地区推广应用,总装备部工程设计研究总院环保中心自 1999 年就开始在实验室进行了 2 年的系统研究,为工程应用提供了宝贵的工程设计参数和运行管理经验。2.1 试验工艺流程污水取自总装备部工程设计研究总院家属楼楼生活污水,用小型潜污泵直接从化粪池提升到储水箱。储水箱由 PVC 加工而成,容积 180

4、L,内设自动液位控制器。2.2 试验装置试验装置如图 1 所示,其中 CASS 装置自行设计,材质为有机玻璃,便于观察水流运动状态、曝气强度及活性污泥的絮凝情况。该装置尺寸为:LBH=930mm312mm410mm,容积 118L。图 2-1 CASS 工艺处理低温生活污水实验装置2.3 装置自动控制系统介绍整套实验装置采用 PLC 程序控制器集中控制。其中储水箱中的水位由液位控制计控制,低水位时,污水提升泵自动开启,向水箱注水,至水箱最高水位时,污水提升泵自动关闭,停止进水。CASS 工艺的特点是程序工作制,其整个工作周期均可由程序控制器完成,无须专人操作。此外,CASS工艺还可根据进、出水

5、水质变化适当调整工作程序,保证出水效果。完整的 CASS 工艺工作周期一般分为四个步骤,如表 1 所示:表 1 CASS 工艺自动控制情况2.3 装置自动控制系统介绍1、CODcr:重铬酸钾法;2、溶解氧(DO):YSI52 溶解氧仪;3、BOD5:稀释倍数法;4、pH:pH 计或精密 pH 试纸;5、污泥沉降比(SV%):用 100 ml 或 1000 ml 量筒测量;6、污泥生物相观察:光学显微镜;7、温度:YSI52 自带温度计;8、污泥干重、MLSS、SS:重量法测定;3 试验结果与分析3.1 污泥接种与培养实验所用污泥取自首都机场废水净化站二沉池回流污泥,该污泥性能良好,镜检发现有大

6、量活跃钟虫和少量线虫,污泥上清液清澈透明。将接种污泥投入 CASS 池并加入部分污水后闷曝 24h,此后,逐步加大进水负荷按照 CASS 池自身运行方式连续进水、间歇排水逐步培养驯化活性污泥,至生物相重新恢复正常、污泥性能稳定,处理效果良好,表明污泥培养成熟。3.1 CODcr 去除效果分析3.1.1 试验条件气温:-412;水温:59;水力停留时间:HRT=10.8h,16h,20h;周期运行时间:T=215296 min(分曝气、沉淀、撇水、闲置四个阶段);进水流量:Q=16087ml/min;周期处理水量:Q1=34.420.8L;周期排水比:1/31/4;根据试验效果,按水力停留时间(

7、HRT)的不同实验划分为三个阶段(即 HRT=108h,16h,20h),其中HRT=20h 阶段中曝气时间又分为 180 min 和 240 min。3.1.2 试验效果与分析CODcr 试验效果见表 2(摘录)。HRTh温度进水CODcrmg/L出水CODcrmg/LSV%SVIMLSS g/L污泥 CODcr 负荷kgCOD/kgMLSS.d去除率%10.8-211823221623.9321581.0673-110809137802.4873211.1083-112982225603.5341700.94677-210832143564.0911360.64583-3560991493

8、.7681300.34485-3797090513.6951400.5599108898113584.0851410.4738716.001092895593.8431530.5169015798115553.561540.34086-41358596623.7061670.34084-11381383684.5571490.2759020.0512107191713.9621790.39392由上表可以看出:当 HRT=10.8h 时,进出水 CODcr 波动较大,进水 CODcr 为 6201218 mg/L,出水122211 mg/L,去除率在 74%89%之间,出水效果不理想,波动较大

9、。相对应的MLSS=2.4875.678g/L,变化较大,污泥负荷=0.6881.10kgCOD/(kgMLSS.d),也比较高。当 HRT=16.0h 时,该阶段进水波动较小, 进水 CODcr 为 610930 mg/L,出水 CODcr 为 90115 mg/L,去除率达 85%91%,出水水质比较稳定。此阶段污泥负荷 Ns在 0.240.39kgCODcr/(kgMLSS.d)之间,比第一阶段有所降低,污泥浓度也趋于稳定, MLSS 为 2.9854.13g/L。由上表可以看出:通过对不同水力停留时间的对比实验,发现水力停留时间 HRT=16h 和 20h 处理效果差别不大,这说明在一

10、定污泥负荷范围内,延长水力停留时间对提高去除效果意义不明显,反而使投入产出比降低。本实验水力停留时间 HRT=16h,污泥浓度 MLSS=30004500 mg/L,污泥负荷 0.20.3kgCOD/kgMLSS.d , 运行效果和经济性比较好。3.2 BOD5去除效果分析表 3 BOD5去除效果及 BOD5/ CODcr 的变化进水(mg/L)出水(mg/L)BOD5/ CODcr温度()CODcrBOD5CODcrBOD5BOD5去除率(%) 进水出水-138132178313.6940.260.164147603411529.4970.450.0672186232911615950.38

11、0.13通过 BOD5实验分析:虽然进水的可生化性不是很好,这与传统的生活污水具有良好的可生化性(BOD5/CODcr=0.5 左右)有一定差别,其原因是化粪池污水中大便成分含量较高,外观成乳黄色,有机物浓度比一般小区或城市污水高 2 倍以上。理论和实践证明,粪便污水的可生化性并不理想。另外,实验出水 BOD5已小于 15 mg/L,表明出水水质中能够生物降解的物质绝大部分已去除,CODcr 进一步降低的空间十分有限。所以,即使再延长曝气时间或水力停留时间,出水 CODcr 不会有显著降低。3.3 悬浮物(SS)去除效果分析一般情况下,传统活性污泥法处理污水的效果随温度的降低而变差,出水质量差

12、的一个重要原因就是二沉池污泥沉降性能不好。从物理现象上看,活性污泥比较细碎,不易形成大块絮凝体,沉淀后的上清液仍有细小的悬浮颗粒随出水带走;从水质特点上分析,低温环境下,水的粘滞性增高,固体颗粒沉降阻力增大,降低了泥水分离效果。但从 CASS 工艺处理低温的整个实验过程来看,废水 SS 的去除率一直都很高,进水 SS 通常在 100 mg/L以上,出水 SS 通常保持在 10 mg/L 左右,并且去除效果比较稳定。这从另一方面反映了 CASS 工艺独特的运行方式,使得曝气结束后的沉淀阶段整个池子面积均用于在近乎静止的环境中进行泥水分离,故其固体通量很低,泥水分离效果良好。4 CASS 工艺需氧

13、量分析通过连续监测一个工作周期内的溶解氧(DO)发现,CASS 池中 DO 周期性变化非常明显,经历一个好氧缺氧厌氧过程,氧浓度梯度大,氧转移效率高,这对生物脱 N 除 P 以及防止污泥膨胀都十分有利。下图 1 给出了在低温条件下 DO 的变化规律。由上图 1 可以明显看出:曝气结束,沉淀开始后 15 分钟内,DO 从 4.15mg/L 迅速下降到 0.28 mg/L,曝气重新开始前下降幅度趋于平缓,这就给生物反硝化细菌创造了良好的条件,使 NO-3-N 转化为 NO-2N 进而转化为 N2。这同时也提出了一个问题低温及中温和高温条件下应设置不同的沉淀时间。因为,夏天由于生物反硝化速率高,释放

14、出来的 N2易使污泥上浮,如果沉淀时间设置过长,就会造成污泥上浮随水流失。4 结论4.1 低温对 CASS 工艺处理生活污水的影响通过实验观察和分析:低温对 CASS 工艺处理效果有一定影响,在其它条件相同情况下,与常温条件相比,CODcr 去除率约降低 5%,这也反映出 CASS 工艺对温度具有较好的适应能力,与国外文献的介绍是一致的。但低温造成活性污泥沉降性能降低,SV 和 SVI 普遍高于常温条件,可通过提高污泥浓度、降低污泥负荷和适当延长沉淀时间,解决给生产运行带来的困难。4.2 推荐的工艺参数通过对不同水力停留时间的对比实验,发现水力停留时间 HRT=16h 和 20h 处理效果差别

15、不大,这说明在一定污泥负荷范围内,延长水力停留时间对提高去除效果意义不明显,反而使投入产出比降低。本实验水力停留时间 HRT=16h,污泥浓度 MLSS=30004500 mg/L,污泥负荷 0.20.3kgCOD/kgMLSS.d , 运行效果和经济性比较好。4.3 通过实验观察和理论分析可知:CASS 工艺污泥特性如 SV、SVI 和 MLSS 等受温度变化影响较大,而污泥特性的变化直接影响到沉淀时间、排水比和污泥龄等参数的确定,因此,CASS 工艺的运行要制定与温度变化相适应的操作管理参数。参考文献:1、穆瑞林,“寒冷地区城市污水处理工程设计”,现代废水处理实用技术(1997);2、张自杰等,环境工程手册水污染防治卷,高等教育出版社;3、“寒冷地区污水活性污泥法处理设计规范”,(报批稿)中国工程建设标准化协会批准;4、柏景芳编译,“美国 CASS 法城市废水处理技术”,国外环境科学技术,(1)(1995)。注: CASS 工艺荣获 2000 年全军科技进步二等奖。 CASS 工艺荣获 2001 年全国发明博览会银奖。作者通讯地址:北京 4702 信箱 4 分箱,邮编电话:(010) 传真:(010)E-mail:

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