污水处理工艺

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1、cast 法生化处理工艺介绍CAST 工艺(Cyclic Activaled Sludge Technolohy)是一种 循环活性污泥法， CAST 系统是一 个间隙式反应器， 在此反应器中 活 性污泥法过程按曝气和非曝气阶段不断地重复进行， 该法将生物 反应 过程和泥水分离过程在一个池子中进行。CAST 工艺是一种 “充水和排水 ”活性污泥法，废水按一 定周 期循环处理， CAST 工艺是 SBR 工艺的改进型，其每一个循 环有下 列各个附段组成：充气曝气、充水沉淀、撇水、闲置。各 个阶段 组成一个循环，并不断重复循环，开始时，由于充水，池中水 位由某 一最低水位开始上升，在经过一定时间的曝

2、气和混合后，停止 曝气， 以使活性污泥进行絮凝并在一个静止的环境中沉淀 , 在完成 沉淀阶段 后，由一个移动式撇水堰排出已处理的上清液， 使水位下 降至池子设 定的最低水位，然后再重复上述全过程。CAST 法的池子分三个区，即首选择区，兼氧区，主曝气区；在 选择区中，废水中的溶解性有机物质能通过酶反应机理而迅速去除， 选择区可以恒定容积， 也可以变容积运行， 多池系统的进水配水池 也 可用作选择区， 回流污泥中的硝酸盐可在此选择区中得到反硝兼氧区内微量曝化， 选 择区的最基本功能是防止产生污泥膨胀气， 亦可调节曝气区进行缺氧除磷；主曝气区内主要进行降解有机物和硝化，同时也进行着硝化 - 反硝化

3、过程CAST 循环流程示意池子中设有吸附选择器以防止污泥膨胀； 能实现过度生物除磷并可在系统中进行过程优化；能实现同时硝化反硝化 (Simultaneousmitrification/denitrification) 去除污水中总氮在同一池子中进行生物过程和泥水分离过程，无需设置初沉池和二沉池；CAST 工艺系统操作简单，明了；运行灵活，在出现水力冲击负荷时，可简单地通过改变操作循 环而予以缓冲；基建费用低，池容积小于传统活性污泥法中初沉，曝气及二沉 池的总和；处理出水无需砂滤池或絮凝滤池等处理即可达到很高的出水 水质要求。运行中的 CAST 工艺土建：采用 CAST 工艺来处理废水， 配套的

4、土建构筑物，主要有集水调节池、曝气池； 风机房、附属用房（包括值班室、 化验室、压滤机房等） 机械设备：所有设备主要有机械格栅、潜水泵、风机、撇水器；微孔曝气器、压滤机、控制柜等。 该工艺投资和运行费用低、 处理性能高， 尤其是优异的脱氮除磷效果， 已广泛应用于城市 污 水 和各种工业废水的处理中。1 工作原理CAST 反应池分为生物选择区、预反应区和主反应区，如图 1 所示，运行时按进 水 -曝 气、沉淀、撇水、进水 -闲置完成一个周期， CAST 的成功运行可将废水中的 含碳有机物和 包括氮、磷的污染物去除，出水总氮浓度小于5mg/L。1 -生物选择器；2 预反应区；3 主反应区图1循环活

5、性污泥技术1）生物选 择器设在池子首部，不设机械搅拌装置，反应条件在缺氧和厌氧之间变化。生 物选择 区有三个功能：a.絮体结构内底物的物理团聚与动力学和代谢选择同步进行；b选 择器被隔开，保证初始高絮体负荷，以及酶快速去除溶解底物；C.通过选择器的设 计 ，还可 以创造一个有利于磷释放的环境，这样促进聚磷菌的生长 1 。生物选择区的设置严 格遵循活 性污泥种群组成动力学的有关规律，创造合适的微生物生长条件，从而选择出絮凝性 细菌。 活性污泥的絮体负荷 S0/X 0（即底物浓度和活性微生物浓度的比值 ）对系统中 活性污泥的种群 组成有较大的影响， 较高的污泥絮体负荷有助于絮凝性细菌的生长 和繁殖

6、。 CAST 工艺中活 性污泥不断地在生物选择器中经历高絮体负荷阶段， 这样 有利于絮凝性细菌的生长， 提高污 泥活性， 并通过酶反应快速去除废水中的溶解性 易降解底物， 从而抑制了丝状细菌的生长和 繁殖， 避免了污泥膨胀的发生。 同时 当生物选择器处于缺氧环境时， 回流污泥存在的少量硝 酸盐氮 （约为 N3-N=20mg/L） 可得到反硝化，反硝化量可达整个系统硝化量的20%2 。当选择器处于厌氧环境时，磷得以有效地释放，为生物除磷做准备。2）预反应区为水力缓冲区，大小与高峰流量有关，若在非曝气阶段，不进水可将 其省去1O3）主反应区在可变容积完全混合反应条件下运行，完成含碳有机物和包括氮、

7、 磷的污染物的去除。 运行时通过控制溶解氧的浓度使其从 0 缓慢上升到 2.5mg/L 来保证硝 化、 反硝化 以及磷吸收的同步进行 3 。a硝化反硝化。同步反硝化意味着在不专门为硝酸盐的去除设混合装置或正常缺 氧混 合程序的条件下，硝化与反硝化同时在同一反应器发生 4 。通常认为在系统 中，氮去除机制与在微生物絮体内由于受扩散限制引起的溶解氧 (DO) 的浓度梯度有关，这样硝化 菌存在于高溶解氧区或正氧化还原点位 (OPR) ，相反反硝化菌在溶解氧降低区或负氧化还原点 位(OPR)下活性十足。CAST工艺运行中控制供氧强度以及混合液溶解氧的浓度使 其从 0 逐渐上升 到 2.5mg/L 左右

8、， 这样使活性污泥絮体的外周保持一个好氧环境进行硝化， 由于 氧在活性污泥絮体内的传递受到限制， 而具有较高浓度梯度的硝酸盐则能较好地渗透到絮体内部 有效地 进行反硝化。另外， 该工艺曝气与非曝气交替进行，从而使泥水混合液通过 主反应区， 顺序 经过缺氧 -好氧 -厌氧环境， 尤其在非曝气阶段 0.5h-1.0h 内污 泥层以胞内在生物选择高负荷下 储存或吸收的碳为碳源，进行反硝化，在污泥沉淀过 程中也有一定的反硝化作用。b磷的去除。生物除磷是依靠聚磷菌的作用实现的，生物选择器不曝气这样反应 环境 非常迅速地从缺氧环境转化为厌氧环境， 当选择器处于厌氧环境， 聚磷菌依靠 水解体内的聚 磷(Po

9、ly-P)水解释放出正磷酸盐，同时产生能量以吸收水中的溶解性 有机底物，并将其在体 内合成为细胞学储备物质 PHB ；在主反应区为好氧环境时， 聚磷菌以游离氧为电子受体， 将细胞储备物质氧化，并利用该反应所产生的能量，过 量地在污水中摄取磷酸盐并合成为 ATP ，其中一部分转化为聚磷贮存能量， 为下一 周期的厌氧释磷做准备。由于好氧段的吸磷 量要远大于厌氧段的释磷量， 所以通过 剩余污泥的排放可达到除磷目的。 若要在生物除磷的 基础上进一步强化除磷效果或 达到完全除磷的目的， 可加入铝盐或铁盐， 根据所去除磷浓度 的大小，化学污泥在 池子中的浓度约在17g/L20g/L左右，化学污泥可以进一步

10、提高沉淀污泥的压缩能力。 CAST 工艺是活性污泥不断地经过耗氧和厌氧的循环， 这将有利于 聚磷菌 在系统中的生长和积累。根据 Gorony 等人的研究，当微生物内吸附大量降解 物质，而且处 在氧化还原点位为 +100mV -150mV 的交替变化中时，系统可具有良 好的生物除磷功能1。此外， 在曝气结束后，主反应区进行泥水分离，由于此阶段无进水水力干扰，在静止 环境中 进行，从而保证系统良好的分离效果。 CAST 整个工艺过程遵循生物的 “积 累一再生 ”原理， 生物先在生物选择器经历一个高负荷反应阶段，然后在主反应区 经历一个低负荷反应阶段， 完成反应过程如图 2 所示，生物选择其中较高的

11、污泥絮 体负荷， 可以使废水中存在的溶解性 易降解有机物通过酶转移机理予以快速地吸附 和吸收进行底物的积累， 然后在污泥絮体负荷 较低的主反应区完成底物的降解， 从 而实现了活性污泥的再生。 再生的污泥又以一定的比例 回流至生物选择器中，进行 机制的再次积累， 这样不断地循环完成了生物的 “积累再生 ”，实 验和实际应用 表明， 当高于 75%的易降解有机物质通过酶转移机理去除， 则剩余可溶解 COD 小于 100mg/L 5 。图 2 底物的积累再生原理2 CAST 工艺的 设计 计算2.1 CAST 池容积CAST 池容积采用容积负荷计算法确定，并用排水体积进行复核 1)负荷计算法。V=Q

12、X (S厂Se)/(NeXNwXf) (1)式中： VCAST 池容积， m3；Q 污水 日流量， m3/d；Nw混合液污泥(MLSS)浓度，3g/L4g/L ；NeB0D污泥负荷率，其中Ne=K2XSeXf/,nK2取值见表1；f 混合液中挥发性悬浮固体浓度与总悬浮固体浓度的比值，即 f=MLSS/MLVSS0.7 0.8.表1生活污水及部分的k2工业废水值序号名称%值1生活污水0.01680.02812合成橡胶废水0.06723化学废水0. 001444脂肪精致废水0.0365石油化工废水0. 0o6722)容积确CAST池内有效容积由变动容(V丿和固定容积组成，变动容积是 设计 最高水位

13、至滗水机排放最积水位的 固定容池内由两部分组成：一部分是活性最高 泥面至池底之间的容积(V 3)；另一部分为撇水水位和泥面之间的容积，它是由防止 撇水和污 泥流失的最小安全距离决定的容积 (V 2)高V=nlX(Vl+V 2+V3) (2)式中： VCAST 池总有效容积， m3；n1CAST 池子个数；V1 变动容积， m3；V2 安全容积， m3；V3污泥沉淀浓缩容积，m3。 一般地，池内最高液位 H 按下式计算H=H l+H 2+H 3=(3 5)m (3)H1=Q/(n1Xn2XA) (4)-3H3=HXNwXSVI X10-3 (5)3wH 2=H-(H l+H3) (6)式中： H

14、1 池内设计最高水位至滗水机排放最低水位之间的高度， mA 单个 CAST 池平面面积， m2 ；n2 日内循环周期数；H3 滗水结束时泥面高度， m；Nw 最高液位时混合液污泥浓度， kg/m3H2 撇水水位和泥面之间的安全距离， m。负荷计算法算出的结果，如不能满足 (6) 的条件，则必须减少污泥负荷，增大 CAST 池 的有效容积，直至满足 (6)的条件。2.2选择器容积CAST 池中间设一道隔墙， 将池体分隔微生物选择区和主反应区两部分。 靠进水 端为全 物选择区，其容积为 CAST 池总容积的 20%左右，另一部分为主反应区。选择 器的类别不 同，对选择器的容积要求也不同。一般来讲，

15、对于好氧生物选择器，其混 合液接触时间T为15min30min，对缺氧和厌氧生物选择器一般取 30min 60min 。因此其容积为：V=(Qi+Qr) XT(7)式中： Qi， Qr 进水、回流污泥流量， m3/h。注：生活 污水 回流量为旱季流量的 20%，一般以主反应区的污泥 24h 全部循环 一次来 确定污泥回流量 1 。生物选择器的大小和污泥回流比，可根据实验和实际 情况找出最佳条 件。2.3循环时间分配及DO控制典型的操作循环设计为4h,其中2h用于进水和曝气，2h用于沉淀和撇水， 这一循环操 作广泛用于单池和多池处理系统中； 为使池子中溶解氧浓度与工艺要求 相一致， 最大程度地 减少曝气强度， 可采用探头测定曝气阶段中溶解氧浓度作为调 节曝气强度和排除剩余污泥的 控制参数。3结语CAST 工艺保持了典型的完全混合特性，具有较强的耐冲击负荷能力； CAST 设置 生物 选择器， 促进絮凝型细菌的生长和繁殖， 从而抑制了污泥膨胀的发生， 高效 地进行硝化反硝 化，脱氮除磷效果显著。另外， CAST 工艺流程简单，采用矩形 结 构 ，运行时，不需要大量 的污泥回流，