淺析CAST污水處理工藝技術[權威資料]

淺析 CAST 污水處理工藝技術 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得到應用。本文重點介紹工藝特點、設計計算公式、參數選擇及設計要點等。 關鍵詞：污水處理、設計計算 K826 A 一、工藝概述 CAST 工藝是在常規(guī) SBR 工藝基礎上發(fā)展起來的，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稱，它集曝氣、沉淀于一池，在單一反應池內利用活性污泥完成污水的生物處理和固液分離，而不需另設二沉池及大量污泥回流系統(tǒng)。 在 SBR 系統(tǒng)中，反應池在一定時間間隔內充滿污水，以間歇處理方式運行，處理后混合液靜沉淀一段預定的時間后，從池中排除上清液。典型的 SBR 系統(tǒng)按時序分為：充水、反應、沉淀、排水與閑置 5 個階段。 CAST 工藝是 Goronszy 近年來開發(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，去除有機物、氮、磷的效果良好，耐沖 擊負荷能力強，目前已被認為是常規(guī)活性污泥法的革新替代技術，并在美國、澳大利亞、加拿大等國得到廣泛采用。近些年來，隨著我國對污水廠排放標準的氮、磷指標變得更加嚴格， CAST工藝開始在國內被大量應用，成為眾多污水處理廠設計備選方案之一。 CAST 工藝反應池內分為選擇區(qū)和主反應區(qū)，反應池的運行操作與 SBR 法類似，由進水反應、沉淀、潷水和閑置四個階段組成。 進水反應期：與其它 SBR 工藝不同， CAST 工藝的污水原水是間斷流入反應池內前部的選擇區(qū)，與從反應池后部的反應區(qū)不斷回流的污泥混合，使污泥吸 收易溶性基質中的易降解部分，并促使絮凝性微生物生長，污水在選擇區(qū)厭氧狀態(tài)下停留一段時間后從選擇區(qū)與反應區(qū)之間隔墻下部的入口以低速流入反應區(qū)，這樣避免了水力短路。污水進入反應區(qū)內發(fā)生生化反應，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，反應期的長短一般由進水水質及所要求的處理程度而定。 沉降期：在此階段反應器內混合液進行固液分離，因該階段在完全靜止情況下進行，表面水力負荷和固體負荷低，沉淀效率高于一般沉淀池的沉淀效率。沉淀時間一般采用一小時左右，形成凝絮層，上層為上清液，高 水位時 MLSS約為 3.5 4.5g/L，沉淀后的剩余污泥濃度可達 7 12g/L。 排水期：沉淀階段結束，設置在反應池末端的表面潷水器開啟，將上清液緩緩潷出池外，當池水位降到低水位時停止?jié)?閑置期：即為待機期，該階段可視污水的水質、水量和處理要求決定其長短或取消。也可在此階段從反應池排除剩余活性污泥。 CAST 工藝通常采用 4h一個周期，其中 2h同時進水反應， 1h沉淀， 1h潷水。在進水反應時段，池內連續(xù)曝氣，但曝氣量需嚴格控制，一般確保反應時段的前 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，后期溶解氧達到 2 mg/L。 二、工藝特點 CAST 工藝是在 SBR 工藝基礎上發(fā)展起來的，因此 CAST工藝既具有 SBR 工藝的基本特點，同時 CAST 工藝又具有自身的特點。 SBR 工藝最根本的特點是在單一的反應池內處理污水，采用間歇的運行方式。一般說來，間歇運行方式不如連續(xù)運行方式簡單、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？這是因為它帶來更大的好處：只需要一個反應池就能完成全部處理工序，無需設置二沉池、污泥回流泵房 等設施。工序簡單，處理構筑物大大簡化，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)內人士的青睞。 SBR 工藝技術特點分述如下： 1）流程簡單 不設初沉池、二沉池、回流污泥泵房、消化池和沼氣儲存利用設施，整個工序不及常規(guī)活性污泥法的一半。 運行管理簡單 由于構筑物少，且 SBR 系統(tǒng)的運行很容易實現(xiàn)自動控制，使管理簡單易行。 2）降低造價，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）耐沖擊負荷 SBR 反 應池為間歇進水、排水，間歇運行要比連續(xù)運行耐沖擊負荷。同時，因污水是逐漸進入反應池，進入反應池污水立即與大量池液混合，且每個周期進入池內的污水只占反應池容積的 1/3 1/5 左右，有很大稀釋作用，所以也耐水質的沖擊負荷。 4）運行可靠、操作靈活 SBR 系統(tǒng)可調整運行周期和反應曝氣時間等的長短，使出水達標排放，泥齡也很容易控制。 5）污泥活性高、易沉降、出水水質好 相同條件下SBR 反應池的污泥活性高，降解基質速率快，間歇反應池內污泥沉降性能極好，由于靜沉效果好，其出水水質優(yōu)于一般活性污泥 法。 CAST 工藝特點如下： 1） CAST 工藝在反應池前端設置了平均水力停留時間為11.5h 的高負荷生物選擇器，將主反應區(qū)大約 20的活性污泥回流到選擇器，選擇器采用厭氧運行方式，在厭氧條件下，進入選擇器的污水中的發(fā)酵產物 (進水中溶解性 BOD 所轉化的 VFA)能在起始反應階段迅速被聚磷菌所吸附吸收并轉化成 PHB(聚 羥基丁酸 )，在 VFA 的誘導下細胞內聚磷水解成正磷酸鹽釋放到水溶液中。這個環(huán)境條件使聚磷菌在生存競爭中占優(yōu)勢并得以大量繁殖，從而實現(xiàn)了菌種的選擇性要求。聚磷菌在好氧條件下 (主反 應區(qū) )發(fā)生 PHB 的降解和磷的貪婪吸收，形成聚磷污泥，通過剩余污泥排放實現(xiàn)污水中磷的去除。上述反應不斷重復進行，從而提高了生物除磷效果。 2）選擇器還有另外一個作用，為微生物提供了一個高污泥負荷的環(huán)境，且處在厭氧狀態(tài)，絲狀菌受到抑制，菌膠團在此成為優(yōu)勢菌種，因而能有效克服污泥膨脹，使反應池的運行更加穩(wěn)定可靠，同時因為克服了污泥膨脹問題，即可提高反應池的混合液濃度，減小了池容，降低了造價。 3） CAST 反應池的主反應區(qū)存在同時硝化、反硝化作用，在不設定單獨缺氧池的條件下，可以實現(xiàn)硝化和脫氮。CAST 工藝是按時序控制池內溶解氧梯度，污水先在厭（缺）氧條件下發(fā)生同步硝化、反硝化，然后再經充分好氧，改善污水的沉降性能和水質，確保出水水質達標。 三、設計計算公式及參數選擇 相關設計參數如下： Q 設計平均水量（ m3/d） Kz 水量總變化系數 S0 反應池進水 BOD5 濃度（ mg/L） Se 反應池出水 BOD5 濃度（ mg/L） N 反應池進水總氮濃度（ mg/L） Ne 反應池出水總氮濃度（ mg/L） N0 需要反硝化的硝態(tài)氮濃度（ mg/L） n 周期數，即一天內運行的周期次數（ 1/d） t 周期長，即一個周期所用的時間（ h） tR 一個周期的反應時間（ h） tS 一個周期的沉淀時間（ h） tD 一個周期的排水時間（ h） tb 一個周期的閑置時間（ h） M 反應池數（個） H 池總深（ m） Hmax 峰值水深，即最高日最高時流量對應的水深（ m） HC 正常水深，即平均流量對應的水深（ m） Hmin 潷水最低水深（ m） m 充水比（每個周期進水體積與反應池池容之比） X 污泥濃度 MLSS（ mg/L） LS 污泥負荷（ kgBOD5/kgMLSS d） c 反應泥齡（ 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 污泥產率系數（ kg SS / kg BOD5） q 沉淀表面水力負荷，即可理解為污泥沉速（ m3 /m2 h） 1.設計周期及各工序時間 n t=24h t= tR+ tS+ tD+ tb CAST 反應池的沉淀是靜態(tài)沉淀，可以簡化認為污泥泥面等速下沉。在沉淀過程初期，反應結束后殘余混合能量仍然存在，池液處于穩(wěn)流狀態(tài)，一般經過 10min 后，完全可以達到池液趨于靜態(tài)沉淀狀態(tài)。進入排水期，池液仍處于平靜，污泥繼續(xù)下沉，直至排 水結束轉入反應時段。 因此，實際沉淀時間 tS= tS+ tD -1/6h 由于排水時的攪動，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，污泥沉速可以在 1m/h 以上，經過 50min 的沉淀污泥泥面下沉 0.81m 多，如果在沉淀 1h后開始潷水，就不會造成污泥隨潷水流出，因此，通常情況下選定沉淀時間為 1h。 同樣，在潷水階段污泥繼續(xù)下沉，在正常的 SVI 范圍內，經過 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間也為 1h。 一個周期的反應時間一般不宜小于 2h，當要求反硝化量較大時，反應時間還應該加長。加大反應時間意味著提高反應時間比例，可以減少池容。但另一方面，加大反應時間會使每個周期的處理水量增加，反應池儲水容積增加，進而導致池容增加。兩方綜合影響的結果池容基本變化不大。 閑置不是一個必要的工序，閑置時間的長短根據處理要求，由進水流量和各工序的時間安排等因素決定，也可省略。 工程上一個周期一般不大 于 8h，不小于 4h。為了運行管理方便，常用的周期數和周期長如下： 對于一般的城鎮(zhèn)污水，反應泥齡較短時取較短周期，反應泥齡較長時取較長周期。 2.設計池數 M 由于 CAST 工藝為間歇進水，因此本工藝至少要 2 個池子才能處理連續(xù)進入的污水，一般規(guī)模越大池數越多。池數和周期長最好是整倍數，便于將連續(xù)進水按時序均勻分配到每個池，簡化配水設施。池數和每個周期排水時間的乘積最好是周期長的整倍數，這樣每個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)處理帶來方便。 3.設計峰值水深 Hmax 一般設計峰值水深為 Hmax=46m。 Hmax 過大，排水深度增大，污泥沉速必須增大，進而污泥濃度必須降低，造成池容增大。 Hmax 過小，池面積增大，占地面積增大。 4.設計充水比 m 規(guī)范上規(guī)定當需要脫氮時充水比亦為 0.150.3 之間選擇，選擇范圍較 大，筆者建議按照公式 進行計算確定。 充水比不能過大，其原因是由于污泥性質和沉淀時間的限制，污泥濃度不可能過高，儲泥體積不可能過小，即最低水深也不能太小。 5.設計污泥負荷 LS 規(guī)范上規(guī)定當僅需要脫氮時，污泥負荷亦為 0.050.15 kgBOD5/kgMLSS d 之間選擇，當需要脫氮除磷時，污泥負荷亦為 0.10.2 kgBOD5/kgMLSS d 之間選擇，選擇范圍較大，筆者建 議按照公式 進行計算確定。 公式 中只要確定 c 和 Y 便能確定污泥負荷， c 和 Y 可以按照德國 ATV 標準進行計算。 德國 ATV標準給出了 cd/c 與反硝化速率 Kde 之間的關系： N0=N-0.05(S0-Se)-Ne co=F 3.4 1.103(15-T) F 考慮進水氨氮濃度的影響采用的安全系數，它與污水廠規(guī)模有關，水量大時氨氮濃度波動小，反之波動大，規(guī)模用進水 BOD 總量 BODT 來衡量， F 隨 BODT 值變化經驗取值如下： 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 時保證硝化的最小泥齡。 T 設計污水溫度，按照最不利的低溫條件計算，取一年中最低月平均水溫。 c=co+cd 德國 ATV標準給出了給出了污泥產量的公式，結合我國的具體情況乘以一個修正系數 K，修正后的污泥產率系數公式如下： K 結合我國情況的修正系數， K=0.80.9； X0 進水懸浮固體濃度（ mg/L） 6.污泥濃度選取 反應池污泥濃度過低，反應池池容增大，經濟上不利，一般無初沉池要求硝化反硝化的反應池污泥濃度取35004500mg/L。 7.設計池容 周期數、池數、反應時間、污泥濃度、污泥負荷確定后，公式 與公式 結合即可求出每格主反應區(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。 每格反應池總池容 VT=V+VX 每格反應池峰值期增加進水量 VZ=Q tR (KZ-1)/24 每格反應池峰值期池容 VF=VZ+VT 根據 VF和 Hmax 可以求出反應池面積，進而確定 HC和Hmin。 8.其它設計參數 缺（厭）氧選擇區(qū)從主反應區(qū)回流的污泥量一般 為20%，也可根據需要適當增大。建議按照 40%進行設計，最好設置變頻調節(jié)流量。 按照同步硝化反硝化運行時，混合液剩余溶解氧值不是一般反應池的 2 mg/L，而是從 02 mg/L 變化的，在計算需氧量時，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行時，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算，要考慮一個峰值系數，按此選用曝氣器和風機才有保障，建議峰值系數取 1.2。 四、設計要點 1.本工藝通常泥齡較長，具有很強的抗沖擊負荷的 能力，在計算泥齡、需氧量、剩余污泥量、回流污泥量均按平均日流量進行計算。計算池容應保證高日高時的儲水容積，選擇風機應按峰值水深確定風壓。 2.主反應區(qū)與選擇區(qū)應分別計算，因為兩區(qū)污泥濃度相差太大。 3.CAST 工藝設置了選擇區(qū)，具有一定的生化除磷功能，但當來水 C/P 比之偏低時，就很難保證出水 P 達標，通常情況設置化學除磷備用。 4.一般一臺風機任意時刻只向一個池子供氣，避免一臺風機向多個池子供氣的情況，由于多個池子水位不一樣，會造成供氣不均衡。 5.由于池內水位是變化的 ，風機只能選擇容積式風機，不能選擇離心風機。 6.排水設備潷水器選擇時，不能只按潷水量這個參數選擇，應該更主要的關注堰口負荷，一般堰口負荷為2228L/(m s)，最高不超過 30 L/(m s)。 7.一個池子盡量選擇一臺潷水器，當一個池子選擇兩臺潷水器同時工作時，為防止兩臺潷水器下降速度不一致，將兩臺潷水器設置一臺驅動電機。 8.盡管設計池容時已經按照高日高時進水流量計算的，為避免運行時出現(xiàn)不利情況，在非潷水期將潷水器堰口停放在設計峰值水深上 2030cm 處，一旦水位超高可 自動溢出。 9.每個反應池的進水閥、進風閥都應該選擇電動閥門。在每個反應池的主進風管上應設置一個電動放氣閥，避免沉淀潷水階段由于水位下降，風管內的壓力比池內水壓力高，從曝氣頭溢出氣泡，進而影響沉淀效果。 10.一般 CAST 工藝不設初沉池，若預處理污水中殘留浮渣，浮渣將全部進入反應池中，且反應池沒有出路，會越積越多。因此需要強化預處理除渣功能，加細格柵，必要時采用篩網。 11.為應對污水廠運行時出現(xiàn)的不同水量情況，設計可以設置幾種不同周期的運行程序，確保污水廠在各種情況下都能運行 。 12.選擇區(qū)設置潛水攪拌器攪拌，混合功率可按照28W/m3 選取