淺析CAST污水處理工藝技術(shù)[權(quán)威資料]

淺析 CAST 污水處理工藝技術(shù) 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要：污水處理工藝即循環(huán)式活性污泥法，目前在眾多污水廠內(nèi)得到應(yīng)用。本文重點(diǎn)介紹工藝特點(diǎn)、設(shè)計(jì)計(jì)算公式、參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)要點(diǎn)等。 關(guān)鍵詞：污水處理、設(shè)計(jì)計(jì)算 K826 A 一、工藝概述 CAST 工藝是在常規(guī) SBR 工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，因此我們首先要了解常規(guī) SBR 工藝。 SBR (Sequencing Batch Reactor)是序批式活性污泥法的簡(jiǎn)稱，它集曝氣、沉淀于一池，在單一反應(yīng)池內(nèi)利用活性污泥完成污水的生物處理和固液分離，而不需另設(shè)二沉池及大量污泥回流系統(tǒng)。 在 SBR 系統(tǒng)中，反應(yīng)池在一定時(shí)間間隔內(nèi)充滿污水，以間歇處理方式運(yùn)行，處理后混合液靜沉淀一段預(yù)定的時(shí)間后，從池中排除上清液。典型的 SBR 系統(tǒng)按時(shí)序分為：充水、反應(yīng)、沉淀、排水與閑置 5 個(gè)階段。 CAST 工藝是 Goronszy 近年來(lái)開發(fā)的污水處理新工藝，它綜合了推流式和完全混合式活性污泥法，能有效地防止污泥膨脹，去除有機(jī)物、氮、磷的效果良好，耐沖 擊負(fù)荷能力強(qiáng)，目前已被認(rèn)為是常規(guī)活性污泥法的革新替代技術(shù)，并在美國(guó)、澳大利亞、加拿大等國(guó)得到廣泛采用。近些年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)的氮、磷指標(biāo)變得更加嚴(yán)格， CAST工藝開始在國(guó)內(nèi)被大量應(yīng)用，成為眾多污水處理廠設(shè)計(jì)備選方案之一。 CAST 工藝反應(yīng)池內(nèi)分為選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)池的運(yùn)行操作與 SBR 法類似，由進(jìn)水反應(yīng)、沉淀、潷水和閑置四個(gè)階段組成。 進(jìn)水反應(yīng)期：與其它 SBR 工藝不同， CAST 工藝的污水原水是間斷流入反應(yīng)池內(nèi)前部的選擇區(qū)，與從反應(yīng)池后部的反應(yīng)區(qū)不斷回流的污泥混合，使污泥吸 收易溶性基質(zhì)中的易降解部分，并促使絮凝性微生物生長(zhǎng)，污水在選擇區(qū)厭氧狀態(tài)下停留一段時(shí)間后從選擇區(qū)與反應(yīng)區(qū)之間隔墻下部的入口以低速流入反應(yīng)區(qū)，這樣避免了水力短路。污水進(jìn)入反應(yīng)區(qū)內(nèi)發(fā)生生化反應(yīng)，在該階段可以只混合不曝氣，或既混合又曝氣，使污水處在好氧或缺氧狀態(tài)中，反應(yīng)期的長(zhǎng)短一般由進(jìn)水水質(zhì)及所要求的處理程度而定。 沉降期：在此階段反應(yīng)器內(nèi)混合液進(jìn)行固液分離，因該階段在完全靜止情況下進(jìn)行，表面水力負(fù)荷和固體負(fù)荷低，沉淀效率高于一般沉淀池的沉淀效率。沉淀時(shí)間一般采用一小時(shí)左右，形成凝絮層，上層為上清液，高 水位時(shí) MLSS約為 3.5 4.5g/L，沉淀后的剩余污泥濃度可達(dá) 7 12g/L。 排水期：沉淀階段結(jié)束，設(shè)置在反應(yīng)池末端的表面潷水器開啟，將上清液緩緩潷出池外，當(dāng)池水位降到低水位時(shí)停止?jié)?閑置期：即為待機(jī)期，該階段可視污水的水質(zhì)、水量和處理要求決定其長(zhǎng)短或取消。也可在此階段從反應(yīng)池排除剩余活性污泥。 CAST 工藝通常采用 4h一個(gè)周期，其中 2h同時(shí)進(jìn)水反應(yīng)， 1h沉淀， 1h潷水。在進(jìn)水反應(yīng)時(shí)段，池內(nèi)連續(xù)曝氣，但曝氣量需嚴(yán)格控制，一般確保反應(yīng)時(shí)段的前 1h池中溶解氧小于 0.5mg/L，并接近于 0，第 2h前期溶解氧為 1 mg/L，后期溶解氧達(dá)到 2 mg/L。 二、工藝特點(diǎn) CAST 工藝是在 SBR 工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，因此 CAST工藝既具有 SBR 工藝的基本特點(diǎn)，同時(shí) CAST 工藝又具有自身的特點(diǎn)。 SBR 工藝最根本的特點(diǎn)是在單一的反應(yīng)池內(nèi)處理污水，采用間歇的運(yùn)行方式。一般說(shuō)來(lái)，間歇運(yùn)行方式不如連續(xù)運(yùn)行方式簡(jiǎn)單、方便、便于操作，為什么 SBR 工藝要采用這種比較麻煩的方式呢？這是因?yàn)樗鼛?lái)更大的好處：只需要一個(gè)反應(yīng)池就能完成全部處理工序，無(wú)需設(shè)置二沉池、污泥回流泵房 等設(shè)施。工序簡(jiǎn)單，處理構(gòu)筑物大大簡(jiǎn)化，管理方便，節(jié)省了占地面積，降低了工程投資。因此深受業(yè)內(nèi)人士的青睞。 SBR 工藝技術(shù)特點(diǎn)分述如下： 1）流程簡(jiǎn)單 不設(shè)初沉池、二沉池、回流污泥泵房、消化池和沼氣儲(chǔ)存利用設(shè)施，整個(gè)工序不及常規(guī)活性污泥法的一半。 運(yùn)行管理簡(jiǎn)單 由于構(gòu)筑物少，且 SBR 系統(tǒng)的運(yùn)行很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，使管理簡(jiǎn)單易行。 2）降低造價(jià)，減少占地 省去了常規(guī)的初沉池、二沉池等，可節(jié)省占地面積 30%，節(jié)省投資 1020%。 3）耐沖擊負(fù)荷 SBR 反 應(yīng)池為間歇進(jìn)水、排水，間歇運(yùn)行要比連續(xù)運(yùn)行耐沖擊負(fù)荷。同時(shí)，因污水是逐漸進(jìn)入反應(yīng)池，進(jìn)入反應(yīng)池污水立即與大量池液混合，且每個(gè)周期進(jìn)入池內(nèi)的污水只占反應(yīng)池容積的 1/3 1/5 左右，有很大稀釋作用，所以也耐水質(zhì)的沖擊負(fù)荷。 4）運(yùn)行可靠、操作靈活 SBR 系統(tǒng)可調(diào)整運(yùn)行周期和反應(yīng)曝氣時(shí)間等的長(zhǎng)短，使出水達(dá)標(biāo)排放，泥齡也很容易控制。 5）污泥活性高、易沉降、出水水質(zhì)好 相同條件下SBR 反應(yīng)池的污泥活性高，降解基質(zhì)速率快，間歇反應(yīng)池內(nèi)污泥沉降性能極好，由于靜沉效果好，其出水水質(zhì)優(yōu)于一般活性污泥 法。 CAST 工藝特點(diǎn)如下： 1） CAST 工藝在反應(yīng)池前端設(shè)置了平均水力停留時(shí)間為11.5h 的高負(fù)荷生物選擇器，將主反應(yīng)區(qū)大約 20的活性污泥回流到選擇器，選擇器采用厭氧運(yùn)行方式，在厭氧條件下，進(jìn)入選擇器的污水中的發(fā)酵產(chǎn)物 (進(jìn)水中溶解性 BOD 所轉(zhuǎn)化的 VFA)能在起始反應(yīng)階段迅速被聚磷菌所吸附吸收并轉(zhuǎn)化成 PHB(聚 羥基丁酸 )，在 VFA 的誘導(dǎo)下細(xì)胞內(nèi)聚磷水解成正磷酸鹽釋放到水溶液中。這個(gè)環(huán)境條件使聚磷菌在生存競(jìng)爭(zhēng)中占優(yōu)勢(shì)并得以大量繁殖，從而實(shí)現(xiàn)了菌種的選擇性要求。聚磷菌在好氧條件下 (主反 應(yīng)區(qū) )發(fā)生 PHB 的降解和磷的貪婪吸收，形成聚磷污泥，通過(guò)剩余污泥排放實(shí)現(xiàn)污水中磷的去除。上述反應(yīng)不斷重復(fù)進(jìn)行，從而提高了生物除磷效果。 2）選擇器還有另外一個(gè)作用，為微生物提供了一個(gè)高污泥負(fù)荷的環(huán)境，且處在厭氧狀態(tài)，絲狀菌受到抑制，菌膠團(tuán)在此成為優(yōu)勢(shì)菌種，因而能有效克服污泥膨脹，使反應(yīng)池的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，同時(shí)因?yàn)榭朔宋勰嗯蛎泦?wèn)題，即可提高反應(yīng)池的混合液濃度，減小了池容，降低了造價(jià)。 3） CAST 反應(yīng)池的主反應(yīng)區(qū)存在同時(shí)硝化、反硝化作用，在不設(shè)定單獨(dú)缺氧池的條件下，可以實(shí)現(xiàn)硝化和脫氮。CAST 工藝是按時(shí)序控制池內(nèi)溶解氧梯度，污水先在厭（缺）氧條件下發(fā)生同步硝化、反硝化，然后再經(jīng)充分好氧，改善污水的沉降性能和水質(zhì)，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。 三、設(shè)計(jì)計(jì)算公式及參數(shù)選擇 相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如下： Q 設(shè)計(jì)平均水量（ m3/d） Kz 水量總變化系數(shù) S0 反應(yīng)池進(jìn)水 BOD5 濃度（ mg/L） Se 反應(yīng)池出水 BOD5 濃度（ mg/L） N 反應(yīng)池進(jìn)水總氮濃度（ mg/L） Ne 反應(yīng)池出水總氮濃度（ mg/L） N0 需要反硝化的硝態(tài)氮濃度（ mg/L） n 周期數(shù)，即一天內(nèi)運(yùn)行的周期次數(shù)（ 1/d） t 周期長(zhǎng)，即一個(gè)周期所用的時(shí)間（ h） tR 一個(gè)周期的反應(yīng)時(shí)間（ h） tS 一個(gè)周期的沉淀時(shí)間（ h） tD 一個(gè)周期的排水時(shí)間（ h） tb 一個(gè)周期的閑置時(shí)間（ h） M 反應(yīng)池?cái)?shù)（個(gè)） H 池總深（ m） Hmax 峰值水深，即最高日最高時(shí)流量對(duì)應(yīng)的水深（ m） HC 正常水深，即平均流量對(duì)應(yīng)的水深（ m） Hmin 潷水最低水深（ m） m 充水比（每個(gè)周期進(jìn)水體積與反應(yīng)池池容之比） X 污泥濃度 MLSS（ mg/L） LS 污泥負(fù)荷（ kgBOD5/kgMLSS d） c 反應(yīng)泥齡（ d） co 好氧泥齡，即硝化泥齡（ d） cd 缺氧泥齡，即反硝化泥齡（ d） Y 污泥產(chǎn)率系數(shù)（ kg SS / kg BOD5） q 沉淀表面水力負(fù)荷，即可理解為污泥沉速（ m3 /m2 h） 1.設(shè)計(jì)周期及各工序時(shí)間 n t=24h t= tR+ tS+ tD+ tb CAST 反應(yīng)池的沉淀是靜態(tài)沉淀，可以簡(jiǎn)化認(rèn)為污泥泥面等速下沉。在沉淀過(guò)程初期，反應(yīng)結(jié)束后殘余混合能量仍然存在，池液處于穩(wěn)流狀態(tài)，一般經(jīng)過(guò) 10min 后，完全可以達(dá)到池液趨于靜態(tài)沉淀狀態(tài)。進(jìn)入排水期，池液仍處于平靜，污泥繼續(xù)下沉，直至排 水結(jié)束轉(zhuǎn)入反應(yīng)時(shí)段。 因此，實(shí)際沉淀時(shí)間 tS= tS+ tD -1/6h 由于排水時(shí)的攪動(dòng)，泥面線以上的清水層不可能全部排出，必須保證下沉污泥不被潷水帶出的安全高度 Hf， Hf 一般取 0.60.9m。 在正常的 SVI 范圍內(nèi)，污泥沉速可以在 1m/h 以上，經(jīng)過(guò) 50min 的沉淀污泥泥面下沉 0.81m 多，如果在沉淀 1h后開始潷水，就不會(huì)造成污泥隨潷水流出，因此，通常情況下選定沉淀時(shí)間為 1h。 同樣，在潷水階段污泥繼續(xù)下沉，在正常的 SVI 范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò) 1h50min 的沉淀污泥泥面 可以下沉 23m，扣除安全高度 Hf，還有 12m 的潷水深度，因此，通常情況下選定排水時(shí)間也為 1h。 一個(gè)周期的反應(yīng)時(shí)間一般不宜小于 2h，當(dāng)要求反硝化量較大時(shí)，反應(yīng)時(shí)間還應(yīng)該加長(zhǎng)。加大反應(yīng)時(shí)間意味著提高反應(yīng)時(shí)間比例，可以減少池容。但另一方面，加大反應(yīng)時(shí)間會(huì)使每個(gè)周期的處理水量增加，反應(yīng)池儲(chǔ)水容積增加，進(jìn)而導(dǎo)致池容增加。兩方綜合影響的結(jié)果池容基本變化不大。 閑置不是一個(gè)必要的工序，閑置時(shí)間的長(zhǎng)短根據(jù)處理要求，由進(jìn)水流量和各工序的時(shí)間安排等因素決定，也可省略。 工程上一個(gè)周期一般不大 于 8h，不小于 4h。為了運(yùn)行管理方便，常用的周期數(shù)和周期長(zhǎng)如下： 對(duì)于一般的城鎮(zhèn)污水，反應(yīng)泥齡較短時(shí)取較短周期，反應(yīng)泥齡較長(zhǎng)時(shí)取較長(zhǎng)周期。 2.設(shè)計(jì)池?cái)?shù) M 由于 CAST 工藝為間歇進(jìn)水，因此本工藝至少要 2 個(gè)池子才能處理連續(xù)進(jìn)入的污水，一般規(guī)模越大池?cái)?shù)越多。池?cái)?shù)和周期長(zhǎng)最好是整倍數(shù)，便于將連續(xù)進(jìn)水按時(shí)序均勻分配到每個(gè)池，簡(jiǎn)化配水設(shè)施。池?cái)?shù)和每個(gè)周期排水時(shí)間的乘積最好是周期長(zhǎng)的整倍數(shù)，這樣每個(gè)池的間歇排水可以組合成全廠連續(xù)均勻的排水，為后續(xù)處理帶來(lái)方便。 3.設(shè)計(jì)峰值水深 Hmax 一般設(shè)計(jì)峰值水深為 Hmax=46m。 Hmax 過(guò)大，排水深度增大，污泥沉速必須增大，進(jìn)而污泥濃度必須降低，造成池容增大。 Hmax 過(guò)小，池面積增大，占地面積增大。 4.設(shè)計(jì)充水比 m 規(guī)范上規(guī)定當(dāng)需要脫氮時(shí)充水比亦為 0.150.3 之間選擇，選擇范圍較 大，筆者建議按照公式 進(jìn)行計(jì)算確定。 充水比不能過(guò)大，其原因是由于污泥性質(zhì)和沉淀時(shí)間的限制，污泥濃度不可能過(guò)高，儲(chǔ)泥體積不可能過(guò)小，即最低水深也不能太小。 5.設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷 LS 規(guī)范上規(guī)定當(dāng)僅需要脫氮時(shí)，污泥負(fù)荷亦為 0.050.15 kgBOD5/kgMLSS d 之間選擇，當(dāng)需要脫氮除磷時(shí)，污泥負(fù)荷亦為 0.10.2 kgBOD5/kgMLSS d 之間選擇，選擇范圍較大，筆者建 議按照公式 進(jìn)行計(jì)算確定。 公式 中只要確定 c 和 Y 便能確定污泥負(fù)荷， c 和 Y 可以按照德國(guó) ATV 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。 德國(guó) ATV標(biāo)準(zhǔn)給出了 cd/c 與反硝化速率 Kde 之間的關(guān)系： N0=N-0.05(S0-Se)-Ne co=F 3.4 1.103(15-T) F 考慮進(jìn)水氨氮濃度的影響采用的安全系數(shù)，它與污水廠規(guī)模有關(guān)，水量大時(shí)氨氮濃度波動(dòng)小，反之波動(dòng)大，規(guī)模用進(jìn)水 BOD 總量 BODT 來(lái)衡量， F 隨 BODT 值變化經(jīng)驗(yàn)取值如下： BODT1200kg/d F=1.8 BODT6000kg/d F=1.45 1200kg BODT 6000kg/d 用插入法確定 F 3.4 水溫 15 時(shí)保證硝化的最小泥齡。 T 設(shè)計(jì)污水溫度，按照最不利的低溫條件計(jì)算，取一年中最低月平均水溫。 c=co+cd 德國(guó) ATV標(biāo)準(zhǔn)給出了給出了污泥產(chǎn)量的公式，結(jié)合我國(guó)的具體情況乘以一個(gè)修正系數(shù) K，修正后的污泥產(chǎn)率系數(shù)公式如下： K 結(jié)合我國(guó)情況的修正系數(shù)， K=0.80.9； X0 進(jìn)水懸浮固體濃度（ mg/L） 6.污泥濃度選取 反應(yīng)池污泥濃度過(guò)低，反應(yīng)池池容增大，經(jīng)濟(jì)上不利，一般無(wú)初沉池要求硝化反硝化的反應(yīng)池污泥濃度取35004500mg/L。 7.設(shè)計(jì)池容 周期數(shù)、池?cái)?shù)、反應(yīng)時(shí)間、污泥濃度、污泥負(fù)荷確定后，公式 與公式 結(jié)合即可求出每格主反應(yīng)區(qū)池容 V。 每格缺（厭）氧選擇區(qū)的容積 VX通常為每格主反應(yīng)區(qū)容積的 5%10%，如果僅起選擇區(qū)的作用取小值，如要求 生物除磷則取大值。 每格反應(yīng)池總池容 VT=V+VX 每格反應(yīng)池峰值期增加進(jìn)水量 VZ=Q tR (KZ-1)/24 每格反應(yīng)池峰值期池容 VF=VZ+VT 根據(jù) VF和 Hmax 可以求出反應(yīng)池面積，進(jìn)而確定 HC和Hmin。 8.其它設(shè)計(jì)參數(shù) 缺（厭）氧選擇區(qū)從主反應(yīng)區(qū)回流的污泥量一般 為20%，也可根據(jù)需要適當(dāng)增大。建議按照 40%進(jìn)行設(shè)計(jì)，最好設(shè)置變頻調(diào)節(jié)流量。 按照同步硝化反硝化運(yùn)行時(shí)，混合液剩余溶解氧值不是一般反應(yīng)池的 2 mg/L，而是從 02 mg/L 變化的，在計(jì)算需氧量時(shí)，混合液剩余溶解氧值可按照 1 mg/L 取值。 按照同步硝化反硝化運(yùn)行時(shí)，由于要求的溶解氧值是變化的，因此單池每分鐘供氣量不能按照平均值計(jì)算，要考慮一個(gè)峰值系數(shù)，按此選用曝氣器和風(fēng)機(jī)才有保障，建議峰值系數(shù)取 1.2。 四、設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1.本工藝通常泥齡較長(zhǎng)，具有很強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷的 能力，在計(jì)算泥齡、需氧量、剩余污泥量、回流污泥量均按平均日流量進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算池容應(yīng)保證高日高時(shí)的儲(chǔ)水容積，選擇風(fēng)機(jī)應(yīng)按峰值水深確定風(fēng)壓。 2.主反應(yīng)區(qū)與選擇區(qū)應(yīng)分別計(jì)算，因?yàn)閮蓞^(qū)污泥濃度相差太大。 3.CAST 工藝設(shè)置了選擇區(qū)，具有一定的生化除磷功能，但當(dāng)來(lái)水 C/P 比之偏低時(shí)，就很難保證出水 P 達(dá)標(biāo)，通常情況設(shè)置化學(xué)除磷備用。 4.一般一臺(tái)風(fēng)機(jī)任意時(shí)刻只向一個(gè)池子供氣，避免一臺(tái)風(fēng)機(jī)向多個(gè)池子供氣的情況，由于多個(gè)池子水位不一樣，會(huì)造成供氣不均衡。 5.由于池內(nèi)水位是變化的 ，風(fēng)機(jī)只能選擇容積式風(fēng)機(jī)，不能選擇離心風(fēng)機(jī)。 6.排水設(shè)備潷水器選擇時(shí)，不能只按潷水量這個(gè)參數(shù)選擇，應(yīng)該更主要的關(guān)注堰口負(fù)荷，一般堰口負(fù)荷為2228L/(m s)，最高不超過(guò) 30 L/(m s)。 7.一個(gè)池子盡量選擇一臺(tái)潷水器，當(dāng)一個(gè)池子選擇兩臺(tái)潷水器同時(shí)工作時(shí)，為防止兩臺(tái)潷水器下降速度不一致，將兩臺(tái)潷水器設(shè)置一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 8.盡管設(shè)計(jì)池容時(shí)已經(jīng)按照高日高時(shí)進(jìn)水流量計(jì)算的，為避免運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)不利情況，在非潷水期將潷水器堰口停放在設(shè)計(jì)峰值水深上 2030cm 處，一旦水位超高可 自動(dòng)溢出。 9.每個(gè)反應(yīng)池的進(jìn)水閥、進(jìn)風(fēng)閥都應(yīng)該選擇電動(dòng)閥門。在每個(gè)反應(yīng)池的主進(jìn)風(fēng)管上應(yīng)設(shè)置一個(gè)電動(dòng)放氣閥，避免沉淀潷水階段由于水位下降，風(fēng)管內(nèi)的壓力比池內(nèi)水壓力高，從曝氣頭溢出氣泡，進(jìn)而影響沉淀效果。 10.一般 CAST 工藝不設(shè)初沉池，若預(yù)處理污水中殘留浮渣，浮渣將全部進(jìn)入反應(yīng)池中，且反應(yīng)池沒(méi)有出路，會(huì)越積越多。因此需要強(qiáng)化預(yù)處理除渣功能，加細(xì)格柵，必要時(shí)采用篩網(wǎng)。 11.為應(yīng)對(duì)污水廠運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的不同水量情況，設(shè)計(jì)可以設(shè)置幾種不同周期的運(yùn)行程序，確保污水廠在各種情況下都能運(yùn)行 。 12.選擇區(qū)設(shè)置潛水?dāng)嚢杵鲾嚢?，混合功率可按?8W/m3 選取