污水处理厂CAST工艺的研究

【摘 要】 本文介绍了广东省某县城区生活污水处理厂运行周期的选择，溶解氧、污泥浓度、泥龄以及排水比等主要参数的确定方法。同时对CAST工艺除磷脱氮的原理进行了阐述，重点分析了该工艺运行中出现的一些问题以及解决的办法。

【关键词】 CAST工艺 除磷脱氮 变周期运行 排水比

前言

广东省某县城区生活污水处理厂其占地面积2万多平方米，纳污范围为约20.3平方公里。日前，该污水处理厂已全面投入使用。厂区各个污水处理工艺池管理实现中控系统实时监视和电脑全自动控制，出水口安装24小时在线自动监测设施，确保污水处理稳定达标。每天可处理2.5万吨污水，基本能满足县城污水处理需求，也为该县污染减排起到积极作用。

1 工艺流程

CAST工艺，在全国同工艺污水处理厂中规模较大，运用较为广泛，具有一定的代表性。下图1为该厂污水处理工艺流程图。

2 工艺参数确定

2.1 溶解氧的控制

CAST生物池一个处理周期主要由静态注人、好氧注入、曝气、沉淀、撇水这几个阶段组成。

污水处理厂鼓风机的启动与溶解氧数值联动，并且可以在曝气的不同时间段对溶解氧数值进行设定，设定分为最大值及最小值。当生物池中DO值大于设定最大值后，变频风机首先降低频率运行，如DO值继续升高，将减少鼓风机运行台数；当DO值低于最小设定值以后，将增加鼓风机运行台数，整个过程全部由PLC 自动控制。可以分别对好氧注人、曝气阶段人工设定不同的溶解氧数值，以便于工艺调节。按照传统理论曝气溶解氧应该控制在2～3MgL。考虑到鼓风机与DO值联动后，鼓风机的反应存在一定的滞后性，将曝气DO值设定设定在2.2m g/L，这样实际运行下来的效果曝气阶段平均DO值在2.4左右，既满足了曝气溶解氧的需要，同时也避免了曝气量的浪费。

2.2 周期的选择

为了能够达到最佳的去除率，对不同周期的工况进行试验。在控制MLSS为40mg/L左右的情况下，分别选择4h、5h、6h三种周期的工况进行实验，三种工况的具体参数如表3。

三种工况下，分别进行了一个月的测试，平均出水水质及去除率见表4，从表4可以看出三种不同周期均可以稳定去除各种污染物指标，并稳定达标。

但是，工况1由于曝气时间相对于其它工况略短，在负荷大时，曝气较为困难，其溶解氧曲线大多如图2，出水各项指标虽能达标，但比其它情况稍高，因而影响了平均出水水质，去除率与工况2、3相比略有不如，工况2与工况3曝气时溶解氧曲线大多数如图3，曲线一般有2～3个波浪，相比较各项指标去除率相差不多，且工况3的SS去除率较1、2略差，可能是由于曝气时间过长导致过度曝气所致，且能耗较高。

综合各项污染物去除率及能耗等因素，最终选定工况2、考虑到夏季进水水质淡而且水量较大，实际采用的周期为冬季5h，夏季4.67 h。

2.3 污泥浓度、泥龄及排水比的确定图2为污水处理厂全年12个月进水COD的进水水质图。

从图2中可以看出，该县城生活污水处理厂一年中进水水质变化的趋势，全年进水浓度最低的时候是7月、8 月份，这是因为污水处理厂有部分雨污合流制管道，夏季雨量集中，降雨量占全年的47%。汛期在6～9月份，同时夏季也是用水高峰期，而冬季水量较少，进水浓度则较高。经多年运行经验总结，污水处理厂夏季SVI 较低，冬季SVI 较高，这已经成为了必然规律。造成的原因可能是因为夏季雨水较多，进水中无机质含量高所导致，更细致的原因还有待探讨。图3为污水处理厂一年中SVI趋势图，结合这一特点，将排水比夏季调整为35～40%，冬季28～32%。根据进水水质变化以及初步设计，将污泥浓度在夏季控制在3000～4000mg/L，排泥量控制在1500m3/d，生物池容积为97608m3，通过对剩余污泥浓度进行检测，浓度为15000mg/L，可测算泥龄为：（97608m3x3500mg/L）/（15000/15000mg /L）=15d，冬季控制在4500～5500mg/L，排泥量控制在1800m3/d，剩余污泥浓度为11500mg/L，泥龄为：（97608 m3x5000mg/L）/（1800x11500mg/L）=23d。冬季控制的污泥浓度较高，泥龄较长，很好的弥补了水温低、微生物活性下降所带来的副作用，保证了各项出水指标的正常达标。

3 除磷脱氮

3.1 脱氮

传统的脱氮理论认为，硝化与反硝化反应不能同时发生，硝化反应在好氧条件下发生，而反硝化反应在缺氧条件下发生，同一工艺中不能同时进行硝化反硝化。然而，近年来国外文献报道了同步硝化反硝化现象（简称SND），尤其是有氧条件下的反硝化现象确实存在于各种不同的生物处理系统中。CAST工艺的序批式运行为这样的反应条件创造了良好的环境。

污水处理厂鼓风机的启动与溶解氧数值联动的运行模式使得污水厂能耗显著降低，污水处理厂吨水能耗仅为0.21度/t。另一个好处是由于溶解氧数值在曝气阶段波动明显而且在进水同时曝气阶段DO值明显较低以及菌胶团内外微环境不同，更容易出现较大比例的局部缺氧微环境。因此，曝气阶段会出现一定程度的反硝化，SND现象在CAST工艺中会更加的明显，从而增强了脱氮效果污水处理厂平均进水TN达36.2，出水TN仅8.5，去除率高达76.5%，明显高于一般的活性污泥法，这印证了SND现在在CAST工艺中的存在。

3.2 除磷

废水中磷的有效去除，必须依赖于排泥。在厌氧段，聚磷菌利用体内多聚磷酸盐分解产能，摄取水中易降解有机物在体内形成聚合物PHB，并释放磷二在好氧时利用所贮存的PHB产生能量，以形成糖元维持生存和细胞的生长繁殖，并过量吸磷。此时聚磷菌体内磷含量大量超过正常细菌，系统正是通过排除这种富磷细菌达到除磷的目的。

CAST工艺是SBR的一个改良型工艺，在传统SBR池前端增加了一个厌氧选择池，只搅拌不曝气。选择池的设置和回流污泥保证了活性污泥不断的在选择池中经历一个高负荷阶段，有利于絮凝性细菌的生长，有效抑制丝状菌的生长与繁殖。池中ORP值大约维持在-200mv～-30mv，同时CAST池进水不曝气期间，好氧速率高，DO迅速下降，反硝化作用使得NOX一N减少，基质浓度较高，也有利于磷的释放，这正是除磷的理想条件2由于有很好的释磷效果，保证了在好氧段对磷的超量摄取，因而CAST工艺拥有较好的除磷作用。污水处理厂进水平均进水TP为4.12m/L，出水平均TP为0.45m/L，去除率达到89.1%。

4 运行过程中易出现的问题

污水厂在实际运行中发现生化池由于采用撇水器排水，生物池池面浮渣被浮筒挡住造成积压，虽不影响出水水质，但严重影响视觉感观，为了从源头解决这个问题，必须缩小细格栅的间距，减少进人生化池的浮渣量，现配置的6mm间距细格栅已不能满足要求，在后续的提标改造中必须重新配置除渣效果更好的格栅。污水厂每个运行模块对应2 组生化池，两池底部相通，运行质态一样。一期每个模块对应配置4台撇水器，采用撇停交替的撇水模式，二期每个模块对应配置2台撇水器，采用变频器控制频率连续撇水模式。无论哪种撇水模式对撇水器的撇水速度平衡要求都很高，如不及时调整撇水器平衡，撇水速度快的一侧活性污泥浓度、沉降比会明显高于另一侧，造成曝气不平衡，处理效果不一样，严重时甚至会在撇水时跑泥造成出水超标。同时撇水器的撇水速度也不宜过快或过慢，过快会造成撇水器浸没在池中，形成紊流使池底活性污泥扰动影响出水，过慢会造成实际处理能力下降，影响设施功效。在设计CAST工艺污水厂时撇水器的选型必须得到高度重视。

5 结论

（l）CAST工艺运行灵活，除了调整污泥浓度、溶解氧、泥龄等常用方法外，还可以通过改变周期、排水比等CAST工艺特有的方式来适应不同进水负荷的变化。

（2）在CAST工艺中存在着明显的同步硝化反硝化过程，曝气过程中NH3一N下降的同时，TN也在同步下降。

（3） 冬季水温低对硝化反应不利，应采用增加污泥浓度、延长泥龄、增加曝气强度的方法来应对。同时必须抓好水源控制，在冬季微生物活性较差时忌受高负荷冲击。

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