循環式活性污泥法在污水處理廠的應用

王遷

（北京京城環保股份有限公司,北京 100027）

引言

污水處理廠是解決城市水污染問題最有效和最重要的措施[1、2]，污水處理設施可緩解水體的污染程度，保護水生態平衡，為城市經濟與環境的發展貢獻力量。日益嚴格的環保標準要求污水處理工藝不斷進步，尤其是對導致水體富營養化的氮元素和磷元素的處理，要求進一步提高處理效率，改善出水水質。

污水處理一般包括三級處理：一級處理主要以去除粗大顆粒及懸浮物為目的；二級處理以去除部分懸浮物和溶解性的有機物為目的；三級處理是進一步去除污水中難溶解的有機物、磷、氮等營養物質并進行消毒。在三級處理中，氮元素的脫除主要是通過硝化細菌的作用，將水中硝態氮最終轉化為氮氣排出，磷元素的脫除則是依靠聚磷菌在不同環境下的攝磷和釋磷以及污泥外排達到除磷的目標。

CAST工藝（循環式活性污泥法）是一種具有脫氮除磷功能的SBR變型工藝，通過進水、曝氣、沉淀和潷水過程的不斷重復，將污水中部分膠體及溶解性有機物去除，而且回流污泥可防止污泥膨脹，污泥中含有的過量磷可在選擇區得到釋放，兼氧區也可輔助反硝化，CAST 池在降解有機物的同時可取得較好的脫氮除磷效果[3]。CAST工藝的處理效果好，無需初沉池和二沉池，節省建設用地和運行資金，并具有對負荷波動適應能力強，能有效控制污泥膨脹，運行操作簡單等優點[4]，現已廣泛應用于我國各城市污水處理廠[5、6]。本文重點介紹CAST工藝的構成、功能和工序特點，并以某工業園區的污水處理廠為例，介紹了CAST工藝的運行方式、關鍵技術及工程設計思路等內容。

1 CAST工藝

CAST（循環式活性污泥法）是在SBR（序批式活性污泥法）基礎上發展的新工藝，CAST工藝結合了生物選擇器與傳統序批式活性污泥反應器，利用不同微生物在不同有機負荷條件下的增殖速度差異和廢水微生物除磷機理達到水處理的目的，其具有不同的底物濃度、較高的污泥負荷、較強的耐沖擊能力，對市政生活污水和工業廢水都是一種有效的處理工藝。

CAST 反應池通常由生物選擇區、兼氧區和好氧區三部分組成，各區功能如下：

（1）生物選擇區

位于反應池的前端，通過污泥回流使反應區處于高負荷階段。這有利于菌膠團細菌的生長，完成活性污泥優勢菌種的選擇，并抑制絲狀菌的生長，有效防止污泥膨脹。在選擇區內，回流污泥帶入大量硝酸鹽，在厭氧環境下以污水中的有機物為碳源進行反硝化脫氮。聚磷菌在厭氧環境中處于釋磷狀態，為好氧環境下的過量攝磷創造條件。

（2）兼氧區

兼氧區可通過微量曝氣使活性污泥微生物發生反硝化反應，或完全不曝氣達到生物除磷的目的。設置兼氧區的主要目的是降低環境突變對活性污泥活性的影響，使其成為CAST反應池從厭氧區到好氧區的過渡階段。

（3）好氧區

好氧區是CAST反應池的主反應區，其功能是有機物降解、硝化脫氮和微生物除磷。運行時，在好氧區中進水、曝氣、沉淀、排水循環進行，并通過潛水泵進行污泥回流和排放剩余污泥。

CAST工藝運行工序見圖1。

圖1 CAST運行工序

CAST工藝的主要優點有：1）工藝流程簡單，節約用地，土建和設備投資低；2）工藝能夠緩沖進水水質和水量的波動，適應性強；3）運行簡單，可有效控制活性污泥膨脹，無需進行大量污泥回流和內回流；4）在降解有機物的同時具有較好的脫氮除磷效果，與傳統活性污泥法相比，系統產生的活性污泥較少。

2 工程實例

2.1 項目工藝設計

某工業園區新區污水處理一期工程，包括新建污水處理廠工程及配套管網工程。污水處理廠按近期規模2萬m3/d設計，其中粗格柵及提升泵房、綜合樓及鍋爐房土建規模按遠期4萬m3/d設計，進出水水質如表1所示，出水排放執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準。

項目中的廢水來自工業園區，水質較為復雜，設計工藝流程如圖2所示，其中一級處理主要包括粗格柵、細格柵、調節池及沉淀池；二級處理包括水解池、CAST池、中間水池及高效沉淀池；三級處理為反硝化濾池和回用水池。

表1 設計進出水水質

圖2 工藝流程圖

項目的主要設備有電動插板閘門、潛水攪拌機，潛水推流機，微孔曝氣頭、潷水器、污泥回流泵、剩余污泥泵、電動蝶閥、多級離心鼓風機等。

目前該項目已完成單機及清水聯動，準備工藝調試。CAST是污水處理工程的主體工藝，同時也是調試控制的重點。CAST池主反應區容積為2萬m3，由四格并聯而成，單池容積5000m3，其中，選擇區、兼氧區及好氧區的有效容積分別為250m3、500m3和4250m3。好氧區設計污泥濃度為3800mg/L，種泥來源首選進水水質相近且運行較好的同類型工藝污水處理廠的濃縮污泥或脫水污泥，按設計污泥濃度的30%進行投加。具體調試計劃按表2執行。

表2 調試程序及計劃周期表

2.2 CAST運行參數的計算與確定

設計污泥濃度X=3800mg/L、潷水深度H1=1.25m、安全水深H2= 0.5m。

則污泥界面沉降速度為：

則沉淀時間：

為了抑制污泥膨脹，選擇區污泥負荷一般為0.2～0.5kgBOD/gMLVSS，由污泥回流泵設備參數可知Q1=180m3/h，回流污泥濃度約為5000mg/L。

Q—每周期進水量，m3；

S0—進水BOD濃度，mg/L；

X1—回流污泥濃度，取5000mg/L；

L1—選擇區污泥負荷，取0.3kgBOD/kgMLVSS；

f1—MLVSS/MLSS，取0.7。

結合現場實際設備的性能，CAST采用半限制曝氣方式，其中進水90min、曝氣180min、沉淀60min、潷水60min，進水時開回流泵60min，潷水期排泥20min，運行周期如圖3所示。

圖3 CAST運行周期示意圖

3 結語

CAST工藝作為一種具有脫氮除磷功能的污水處理工藝，在工藝、成本和運行管理方面具有諸多優點，在我國已得到廣泛應用，市場前景廣闊。該污水處理廠二級處理采用CAST工藝，充分利用了CAST工藝除有機物效率高、抗沖擊能力強、脫氮除磷效果好的優點，通過計算得到調試運行各工序的運行周期，為下一步實際工藝調試提供了理論依據。本文通過實際案例分析，論證了CAST工藝在城鎮污水處理廠中的成功應用。