循環(huán)式活性污泥法應(yīng)用中存在問題及改進措施

申軍波

(中冶京誠工程技術(shù)有限公司動力與水資源所，北京 100176)

循環(huán)式活性污泥法自20世紀90年代被引進以來，憑借其所具有的系統(tǒng)組成簡單、運行靈活、可靠性好等優(yōu)點，迅速在城市污水處理行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，特別是在中小型污水處理廠中顯得尤為突出。伴隨著循環(huán)式活性污泥法的廣泛應(yīng)用，該方法在應(yīng)用中存在的一些問題逐漸得到暴露，值得認真分析、研究，并在后續(xù)實踐中加以改進。

1 概述

循環(huán)式活性污泥法(CASS工藝或CAST工藝)是由Goronszy教授在1984年在ICEAS工藝(間歇循環(huán)延時曝氣活性污泥工藝)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種改進型工藝，它與ICEAS工藝的不同主要是增加了污泥回流裝置和在預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)增加了一個生物選擇區(qū)，其反應(yīng)器如圖1所示。

圖1 循環(huán)式活性污泥法反應(yīng)器示意圖

該工藝由于設(shè)置了生物選擇器，能有效控制污泥膨脹。因此，選擇器的設(shè)置是循環(huán)式活性污泥法區(qū)別于其他SBR工藝的顯著特點。該工藝以序批的曝氣—非曝氣方式間歇運行，將生物反應(yīng)過程和泥水分離結(jié)合在一座池中進行，屬于SBR工藝的一種變型，是計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用。其投資和運行費用低、操作靈活穩(wěn)定、具有脫氮除磷功能及抗沖擊負荷能力。目前，該工藝在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于城市污水和各種工業(yè)廢水的處理，有近400多個各種規(guī)模的采用此工藝的污水處理廠在世界各地運行，特別是在澳大利亞、美國和加拿大等國家的應(yīng)用發(fā)展速度較快。該工藝20世紀90年代初引入中國，表1匯總了部分采用循環(huán)式活性污泥法工藝的污水處理廠［1］。

2 存在問題分析

2.1 CASS工藝與CAST工藝不加區(qū)分

目前國內(nèi)污水處理工程設(shè)計領(lǐng)域往往對循環(huán)式活性污泥法的縮寫不加區(qū)分，CASS與CAST兩者經(jīng)常混用，其具體工藝設(shè)計時有時相同有時又有差異，這都造成了大家認識上的誤區(qū)。其實此兩種工藝雖然都是屬于循環(huán)式活性污泥法的范疇，但是在具體細節(jié)上確有區(qū)別，主要集中在是否連續(xù)進水、潷水時是否進水等問題上。

表1 國內(nèi)采用循環(huán)式活性污泥法的部分污水處理廠

CASS工藝保留了ICEAS工藝的優(yōu)點，都是連續(xù)進水，間歇排水。由于CASS工藝在沉淀階段仍然進水，其沉淀過程只能是非理想狀態(tài)的半靜止沉淀，泥水分離效果不太穩(wěn)定。CAST工藝在沉淀階段不進水，污泥在沉降過程中無進水水力干擾，屬于理想沉淀，泥水分離效果更穩(wěn)定，在運行上也更加靈活，這是CAST與CASS最大的不同點。CAST反應(yīng)池在時間上為理想推流，有機物去除率高。而由于連續(xù)進水，CASS部分喪失經(jīng)典SBR工藝理想推流的優(yōu)點，也同時喪失高去除率和對難降解物質(zhì)去除的特點。

從現(xiàn)在實際運行的工程來看，多是間斷進水，即選用CAST工藝的更多一些?？傊?，在論及循環(huán)式活性污泥法時，除了應(yīng)區(qū)分其具體的進水—反應(yīng)—沉淀—排水的運行周期，還應(yīng)注意英文縮寫上的差異。

2.2 污泥回流系統(tǒng)是否連續(xù)工作存有爭議

沈耀良等人在對循環(huán)式活性污泥法(以下簡稱CAST工藝)進行描述時認為:沉淀、排(潷)水期間，污泥回流系統(tǒng)照常工作，由于反應(yīng)器在運行過程中的最高水位和潷水時的最低水位是設(shè)計確定的，因而在潷水期間進行污泥回流不會影響出水水質(zhì)［2］。但周雹認為沉淀、排(潷)水期間，污泥回流系統(tǒng)應(yīng)停止工作。筆者認為，為了保證泥水分離的效果，在沉淀、排(潷)水期間應(yīng)停止主反應(yīng)池的進水、曝氣和污泥回流［3］。理由有二:一是在此階段，由于停止曝氣，主反應(yīng)池處于缺氧狀態(tài)，污泥能夠很好的進行反硝化除氮，可以不再回流至前端的厭氧、缺氧區(qū)進行反硝化;二是因為不再進水，也不需要回流污泥發(fā)揮生物選擇的作用。從目前的實際工程設(shè)計來看，也多是按照沉淀、排(潷)水期間應(yīng)停止主反應(yīng)池的進水、曝氣和污泥回流來設(shè)計的，出水水質(zhì)較好。

有人據(jù)此認為可以不設(shè)缺氧區(qū)，筆者認為不妥。因為雖然在反應(yīng)池內(nèi)發(fā)生著同步硝化反硝化，但因其效果有限。而且在主反應(yīng)池在曝氣階段，如不進行污泥回流，或者說硝化液回流脫氮，整個系統(tǒng)的脫氮效果很難保證。所以為了保證除氮效果，必須設(shè)置缺氧區(qū)(或稱預(yù)反應(yīng)區(qū))，但出于保證泥水分離效果及節(jié)能的考慮，在沉淀、排(潷)水期間應(yīng)停止主反應(yīng)池的進水、曝氣和污泥回流。

2.3 反應(yīng)池容積的確定方法不科學(xué)

2.3.1 主反應(yīng)池的設(shè)計計算方法不科學(xué)

目前CAST工藝的設(shè)計計算方法主要有以下幾種:1)我國GB 50014-2006室外排水設(shè)計規(guī)范推薦的方法;2)日本下水道事業(yè)團主編的《序批式活性污泥設(shè)計指南》推薦的方法;3)以沉降性能為制約因素，并吸收了德國ATV標準A131E單級活性污泥法污水處理廠的設(shè)計中相關(guān)內(nèi)容的方法。上述設(shè)計計算方法各式各樣，但有一個共同特點，那就是假設(shè)非曝氣(沉淀和潷水)階段不發(fā)生生物反應(yīng)，且在一些重要參數(shù)的取值范圍上高值與低值相差數(shù)倍，存在一定的任意性和操作困難，缺乏明確的依據(jù)。針對這種現(xiàn)狀，廖鈞等人在認真分析的基礎(chǔ)上提出了一種新的方法［4］，經(jīng)實踐效果較好，本處不再贅述。

特別說明的是，以上各方法計算出來的都是主反應(yīng)池的有效容積，不是總反應(yīng)池的有效容積，因為其中不包括生物選擇區(qū)、缺氧區(qū)的有效容積。

2.3.2 生物選擇區(qū)、缺氧區(qū)、主反應(yīng)池的容積確定不科學(xué)

沈耀良等人研究指出處理城市污水時，循環(huán)式活性污泥系統(tǒng)中生物選擇器、缺氧區(qū)和主反應(yīng)區(qū)的容積比一般為1∶5∶30，具體可根據(jù)水質(zhì)和“模塊”試驗加以確定［2］。但據(jù)國外經(jīng)驗，采用循環(huán)式活性污泥法處理城市污水時生物選擇器、缺氧區(qū)和主反應(yīng)區(qū)的容積比推薦使用經(jīng)驗值為1∶2∶17［5］。而且又有人研究認為如果不設(shè)預(yù)反應(yīng)區(qū)，則生物選擇區(qū)宜占總反應(yīng)體積的10%～15%。前一個推薦值的生物選擇區(qū)容積偏小;后一個推薦值的缺氧區(qū)容積偏小。

對于以上這些研究成果，筆者認為:兩組推薦經(jīng)驗值都沒有給出足夠的理論依據(jù)，但從筆者的實踐來看，生物選擇區(qū)按水力停留時間為0.5 h～1 h確定，且生物選擇器、缺氧區(qū)和主反應(yīng)區(qū)的容積比取1∶5∶30的比值似更比例合理，推薦用于處理城市污水。同時建議相關(guān)部門盡快組織、調(diào)研國內(nèi)已建成投產(chǎn)的若干CAST工藝的污水處理廠，盡快總結(jié)適合我國國情的CAST工藝關(guān)鍵參數(shù)取值，以科學(xué)的指導(dǎo)設(shè)計工作。最后要注意，在具體應(yīng)用時，應(yīng)對具體水質(zhì)水量進行具體分析，適當調(diào)整推薦比值。

2.4 潛污泵排泥效果不佳

典型的CAST工藝中，距離池底一定高度(通常在距離找坡后的池底板200 mm左右)安裝曝氣管道及曝氣器，曝氣管道均布于整個池底。而主反應(yīng)池內(nèi)的污泥是通過設(shè)置在池子中部1處～2處點狀分布的排泥泵或回流泵加壓外排或回流的。由于攪拌器的固定安裝以及曝氣管道為固定安裝且滿池底均布，因此靠每個池內(nèi)設(shè)置的排泥泵或回流泵很難做到均勻濃度的排泥或污泥回流，基本上在水泵周圍沉積的污泥排走后就只是排反應(yīng)池內(nèi)的污水了。這樣離潛污泵較遠位置的污泥，特別是沉積在池底曝氣管下部的污泥，既不易被曝氣時的空氣吹起，又不易被水泵吸走，同時又不能使用刮泥機來刮泥，易發(fā)生污泥腐化。

針對這種情況，筆者建議改變原來的潛水泵吸泥排泥方式，設(shè)吸泥裝置，即設(shè)穿孔吸泥管均勻布置于池底部，采用吸泥泵將沉淀在池底的污泥由吸泥管排至池外的污泥池或回流中。整個吸泥裝置由吸泥泵、吸泥管路、排泥管路、空氣反沖洗管路等組成。本吸泥裝置采用鋼平臺工作橋結(jié)構(gòu)，在工作橋上設(shè)有吸泥泵，吸泥泵開啟即可將污泥吸出。這與比傳統(tǒng)機構(gòu)相比重量大大減輕，且維護簡單方便、運行費用低。通過在實際工程中的使用，效果較好。

2.5 其他問題

CAST工藝在實際應(yīng)用中還存在生產(chǎn)監(jiān)控的自動化水平不高、關(guān)鍵產(chǎn)品的質(zhì)量不過關(guān)等問題，需要引起足夠重視。CAST工藝的關(guān)鍵設(shè)備有潛水攪拌器、潛污泵、曝氣器、潷水器及一些在線監(jiān)測儀表等，該工藝主要依靠設(shè)備、儀表、儀器來實現(xiàn)各種功能，因此對設(shè)備的安全可靠性要求很高。但從國內(nèi)目前的情況來看，這些設(shè)備雖然都已規(guī)模生產(chǎn)，且價格低廉，但質(zhì)量和進口設(shè)備還有較大差距，不能很好的滿足生產(chǎn)需要，對設(shè)計工作也造成一定影響。如國產(chǎn)球冠形微孔曝氣器的氧轉(zhuǎn)移效率較低最高不超過18%，而進口超微孔膜式曝氣管的氧轉(zhuǎn)移效率為32%，如果選用進口設(shè)備，在鼓風(fēng)機的設(shè)備選型上將節(jié)約很多成本。

3 結(jié)語

在水環(huán)境的污染情況急劇惡化的今天，循環(huán)式活性污泥法(CAST工藝)作為一種具有競爭力的污水處理工藝，無論在城市污水還是在工業(yè)廢水的處理中都具有良好的應(yīng)用前景。目前該技術(shù)在我國應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵主要是在對已建成的具體工程進行認真調(diào)研總結(jié)的基礎(chǔ)上，進一步完善工藝設(shè)計方法及研究其設(shè)計的有關(guān)參數(shù)，同時提高自動控制裝置的可靠性及運行和操作管理人員的素質(zhì)，使其更加符合我國污、廢水處理的實際情況，也有利于該技術(shù)的進一步深入應(yīng)用。

［1］周笑綠，盧江濤，花 蓉，等.污水生物處理SBR新工藝及應(yīng)用［J］.上海電力學(xué)院學(xué)報，2009，25(3):232-236.

［2］沈耀良，王寶貞.循環(huán)活性污泥系統(tǒng)(CASS)處理城市廢水［J］.給水排水，1999，25(11):10-13.

［3］周 雹.活性污泥工藝簡明原理及設(shè)計計算［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［4］廖 鈞，楊 慶，彭永臻.CAST工藝設(shè)計計算方法探討［J］.給水排水，2011，37(4):28-32.

［5］許 勁，孫俊貽.循環(huán)式活性污泥法工程設(shè)計方法探討［J］.給水排水，2007，33(2):34-38.