污水處理廠CAST工藝的研究

【摘 要】 本文介紹了廣東省某縣城區生活污水處理廠運行周期的選擇，溶解氧、污泥濃度、泥齡以及排水比等主要參數的確定方法。同時對CAST工藝除磷脫氮的原理進行了闡述，重點分析了該工藝運行中出現的一些問題以及解決的辦法。

【關鍵詞】 CAST工藝 除磷脫氮 變周期運行 排水比

前言

廣東省某縣城區生活污水處理廠其占地面積2萬多平方米，納污范圍為約20.3平方公里。日前，該污水處理廠已全面投入使用。廠區各個污水處理工藝池管理實現中控系統實時監視和電腦全自動控制，出水口安裝24小時在線自動監測設施，確保污水處理穩定達標。每天可處理2.5萬噸污水，基本能滿足縣城污水處理需求，也為該縣污染減排起到積極作用。

1 工藝流程

CAST工藝，在全國同工藝污水處理廠中規模較大，運用較為廣泛，具有一定的代表性。下圖1為該廠污水處理工藝流程圖。

2 工藝參數確定

2.1 溶解氧的控制

CAST生物池一個處理周期主要由靜態注人、好氧注入、曝氣、沉淀、撇水這幾個階段組成。

污水處理廠鼓風機的啟動與溶解氧數值聯動，并且可以在曝氣的不同時間段對溶解氧數值進行設定，設定分為最大值及最小值。當生物池中DO值大于設定最大值后，變頻風機首先降低頻率運行，如DO值繼續升高，將減少鼓風機運行臺數；當DO值低于最小設定值以后，將增加鼓風機運行臺數，整個過程全部由PLC 自動控制。可以分別對好氧注人、曝氣階段人工設定不同的溶解氧數值，以便于工藝調節。按照傳統理論曝氣溶解氧應該控制在2～3MgL。考慮到鼓風機與DO值聯動后，鼓風機的反應存在一定的滯后性，將曝氣DO值設定設定在2.2m g/L，這樣實際運行下來的效果曝氣階段平均DO值在2.4左右，既滿足了曝氣溶解氧的需要，同時也避免了曝氣量的浪費。

2.2 周期的選擇

為了能夠達到最佳的去除率，對不同周期的工況進行試驗。在控制MLSS為40mg/L左右的情況下，分別選擇4h、5h、6h三種周期的工況進行實驗，三種工況的具體參數如表3。

三種工況下，分別進行了一個月的測試，平均出水水質及去除率見表4，從表4可以看出三種不同周期均可以穩定去除各種污染物指標，并穩定達標。

但是，工況1由于曝氣時間相對于其它工況略短，在負荷大時，曝氣較為困難，其溶解氧曲線大多如圖2，出水各項指標雖能達標，但比其它情況稍高，因而影響了平均出水水質，去除率與工況2、3相比略有不如，工況2與工況3曝氣時溶解氧曲線大多數如圖3，曲線一般有2～3個波浪，相比較各項指標去除率相差不多，且工況3的SS去除率較1、2略差，可能是由于曝氣時間過長導致過度曝氣所致，且能耗較高。

綜合各項污染物去除率及能耗等因素，最終選定工況2、考慮到夏季進水水質淡而且水量較大，實際采用的周期為冬季5h，夏季4.67 h。

2.3 污泥濃度、泥齡及排水比的確定圖2為污水處理廠全年12個月進水COD的進水水質圖。

從圖2中可以看出，該縣城生活污水處理廠一年中進水水質變化的趨勢，全年進水濃度最低的時候是7月、8 月份，這是因為污水處理廠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，同時夏季也是用水高峰期，而冬季水量較少，進水濃度則較高。經多年運行經驗總結，污水處理廠夏季SVI 較低，冬季SVI 較高，這已經成為了必然規律。造成的原因可能是因為夏季雨水較多，進水中無機質含量高所導致，更細致的原因還有待探討。圖3為污水處理廠一年中SVI趨勢圖，結合這一特點，將排水比夏季調整為35～40%，冬季28～32%。根據進水水質變化以及初步設計，將污泥濃度在夏季控制在3000～4000mg/L，排泥量控制在1500m3/d，生物池容積為97608m3，通過對剩余污泥濃度進行檢測，濃度為15000mg/L，可測算泥齡為：（97608m3x3500mg/L）/（15000/15000mg /L）=15d，冬季控制在4500～5500mg/L，排泥量控制在1800m3/d，剩余污泥濃度為11500mg/L，泥齡為：（97608 m3x5000mg/L）/（1800x11500mg/L）=23d。冬季控制的污泥濃度較高，泥齡較長，很好的彌補了水溫低、微生物活性下降所帶來的副作用，保證了各項出水指標的正常達標。

3 除磷脫氮

3.1 脫氮

傳統的脫氮理論認為，硝化與反硝化反應不能同時發生，硝化反應在好氧條件下發生，而反硝化反應在缺氧條件下發生，同一工藝中不能同時進行硝化反硝化。然而，近年來國外文獻報道了同步硝化反硝化現象（簡稱SND），尤其是有氧條件下的反硝化現象確實存在于各種不同的生物處理系統中。CAST工藝的序批式運行為這樣的反應條件創造了良好的環境。

污水處理廠鼓風機的啟動與溶解氧數值聯動的運行模式使得污水廠能耗顯著降低，污水處理廠噸水能耗僅為0.21度/t。另一個好處是由于溶解氧數值在曝氣階段波動明顯而且在進水同時曝氣階段DO值明顯較低以及菌膠團內外微環境不同，更容易出現較大比例的局部缺氧微環境。因此，曝氣階段會出現一定程度的反硝化，SND現象在CAST工藝中會更加的明顯，從而增強了脫氮效果污水處理廠平均進水TN達36.2，出水TN僅8.5，去除率高達76.5%，明顯高于一般的活性污泥法，這印證了SND現在在CAST工藝中的存在。

3.2 除磷

廢水中磷的有效去除，必須依賴于排泥。在厭氧段，聚磷菌利用體內多聚磷酸鹽分解產能，攝取水中易降解有機物在體內形成聚合物PHB，并釋放磷二在好氧時利用所貯存的PHB產生能量，以形成糖元維持生存和細胞的生長繁殖，并過量吸磷。此時聚磷菌體內磷含量大量超過正常細菌，系統正是通過排除這種富磷細菌達到除磷的目的。

CAST工藝是SBR的一個改良型工藝，在傳統SBR池前端增加了一個厭氧選擇池，只攪拌不曝氣。選擇池的設置和回流污泥保證了活性污泥不斷的在選擇池中經歷一個高負荷階段，有利于絮凝性細菌的生長，有效抑制絲狀菌的生長與繁殖。池中ORP值大約維持在-200mv～-30mv，同時CAST池進水不曝氣期間，好氧速率高，DO迅速下降，反硝化作用使得NOX一N減少，基質濃度較高，也有利于磷的釋放，這正是除磷的理想條件2由于有很好的釋磷效果，保證了在好氧段對磷的超量攝取，因而CAST工藝擁有較好的除磷作用。污水處理廠進水平均進水TP為4.12m/L，出水平均TP為0.45m/L，去除率達到89.1%。

4 運行過程中易出現的問題

污水廠在實際運行中發現生化池由于采用撇水器排水，生物池池面浮渣被浮筒擋住造成積壓，雖不影響出水水質，但嚴重影響視覺感觀，為了從源頭解決這個問題，必須縮小細格柵的間距，減少進人生化池的浮渣量，現配置的6mm間距細格柵已不能滿足要求，在后續的提標改造中必須重新配置除渣效果更好的格柵。污水廠每個運行模塊對應2 組生化池，兩池底部相通，運行質態一樣。一期每個模塊對應配置4臺撇水器，采用撇停交替的撇水模式，二期每個模塊對應配置2臺撇水器，采用變頻器控制頻率連續撇水模式。無論哪種撇水模式對撇水器的撇水速度平衡要求都很高，如不及時調整撇水器平衡，撇水速度快的一側活性污泥濃度、沉降比會明顯高于另一側，造成曝氣不平衡，處理效果不一樣，嚴重時甚至會在撇水時跑泥造成出水超標。同時撇水器的撇水速度也不宜過快或過慢，過快會造成撇水器浸沒在池中，形成紊流使池底活性污泥擾動影響出水，過慢會造成實際處理能力下降，影響設施功效。在設計CAST工藝污水廠時撇水器的選型必須得到高度重視。

5 結論

（l）CAST工藝運行靈活，除了調整污泥濃度、溶解氧、泥齡等常用方法外，還可以通過改變周期、排水比等CAST工藝特有的方式來適應不同進水負荷的變化。

（2）在CAST工藝中存在著明顯的同步硝化反硝化過程，曝氣過程中NH3一N下降的同時，TN也在同步下降。

（3） 冬季水溫低對硝化反應不利，應采用增加污泥濃度、延長泥齡、增加曝氣強度的方法來應對。同時必須抓好水源控制，在冬季微生物活性較差時忌受高負荷沖擊。