CAST工藝在制革廢水處理中的應用

蘇艷萍，夏麗娟，焦迎迎

（1.浙江瑞陽環保科技有限公司，浙江 溫州 325000；2.上海建科環境技術有限公司杭州分公司，上海 200000；3.浙江新境生態環保科技有限公司，浙江 杭州 310000）

1 CAST工藝的基本特征與工作原理

1.1 CAST工藝的基本特征

CAST工藝主要是針對污染物的一種降解處理手段，通過從好氧到缺氧，再到厭氧的三種狀態變化，實現污染物的有效降解，其主要特征有以下幾點：（1）操作程序簡單。在CAST工藝應用期間，所涉及的構筑物相對較少，流程簡單且對操作水平沒有過高要求；（2）優勢顯著——荷載力較高。CAST工藝下，曝氣池具有完全混合式、推流式兩種優勢，而且盛水量與其他工藝比具有明顯優勢，如果需要處理的廢水具有明顯的水質波動，CAST工藝也可以憑借其較強的抗沖擊負載能力實現正常的降解處理；（3）脫氮除磷效果優異。通過對曝氣及間歇時間的控制，能夠在污水反應池中建立良好的條件，促進好氧到厭氧的交替，提高脫氮除磷效果，有效控制了菌群的活動與繁衍；（4）設備損耗較大，成本問題需要關注。CAST工藝下，設備的運作并非全程，閑置率相對較高，而且設備損耗也相對較大，需要經常進行維修養護，維修養護的成本卻成為一個問題，所以企業在應用CAST工藝時在考慮經濟效益的同時，應確保設備維修養護的常態化進行。

1.2 CAST工藝的工作原理

CAST工藝主要是基于傳統SBR工藝進行改良創新的一種全新的工藝，與傳統SBR工藝的主要區別是增設了生物選擇區及污泥回流等環節，使CAST工藝在運用過程中生成了厭氧區、好氧區、兼氧區，通過A2/O工藝及SBR工藝的優勢融合，使CAST工藝在處理制革廢水時，生物脫氧除磷效果更加優異。CAST工藝在運行期間，不同微生物可以在不同負載條件下，結合對應的增值速度與廢水進行生物脫氮除磷，從而加強CAST工藝的脫氮除磷實際效果[1]。CAST工藝的應用并非一成不變的，需要針對不同的制革廢水和制革工藝情況，對CAST工藝進行調整，一般情況下運行4 h，其中2 h進水→曝氣并完成生物降解、1 h沉淀，在廢水逐漸靜止后進行泥水分離，潷水時間也需要控制在1 h左右。為保證CAST工藝處理制革廢水的連續性，一般要設計4個處理池，具體工藝流程如圖1所示。

圖1 CAST工藝流程

2 CAST工藝在處理制革廢水中的應用

2.1 制革廢水來源分析

A企業主要從事羊皮藍濕皮加工成服裝革，生產規模在110萬張/年，廢水產量平均為745 m3/d，生產工藝主要包含削勻、水洗、中和、加脂、磨革、填充染色等。廢水一般來自回軟、中和、染色等多個與水相關的生產工序。針對A企業的廢水進行檢測，廢水中的COD含量在250～12 800 mg/L，加權平均COD濃度在1 300 mg/L左右，氨氮濃度為5～150 mg/L，加權平均40 mg/L。

2.2 設計原則分析

A企業生產廠區位于關鍵的供水渠道，所以廠區位置較為敏感，按照地區環保單位出具的標準要求，廢水經過處理后需要達到《污水綜合排放標準》（GB30486-2013）的要求，同時參照GB8978-1996二級標準，CODCr≤300 mg/L、BOD5≤100 mg/L、SS≤150 mg/L、NH5—N≤15 mg/L。同時，污水處理工藝方面也要盡量簡單，要便于應用和管理。高程布置方面需要選擇立體布局的方法，利用好地下空間的同時合理規劃地上空間，節約空間資源。施工安裝方面也要盡量保證設備的運行狀態可靠，實現分期性建設。還要盡量提高污水的處理程度，盡量降低制革廢水處理過程中的能耗水平，構筑物處理對水力負荷、有機物負荷適用范圍較大，因此能夠提高CAST工藝系統的抗沖擊負荷力。

2.3 工藝流程

A企業制革廢水中的BOD5/CODCr比值在0.3～0.55間，具有較高的可生化性，但也含有毒害性較大的S2-與Cr3+，同時懸浮物含量也相對較大，所以在制革廢水處理工藝方面需要采用科學的預處理手段。物化環節需要最大程度地降低廢水中的COD、SS、色度等水平，實現制革廢水與生活污水的混合進入，CAST池則可以進行處理廢水，將廢水凈化到排放標準。

2.4 工藝分析

由于制革廢水中鉻離子的存在形態為Cr3+，雖然相較于六價鉻，三價鉻對于人體健康的威脅更低，但也會在水環境或植物中不斷積累，所以物化處理在制革廢水處理中也是必須進行的重點環節。物化處理可以有效清除廢水中的S2-與Cr3+，為后續的生化處理奠定良好基礎。將廢水中的含鉻廢水進行分流，并加入Ca（OH）2，通過Cr3+與OH-反應生成Cr（OH）3沉淀。為改善之后構筑物處理的整體效果，需要將廢水輸送到曝氣沉砂池后去除其中的皮毛和沙粒等，并在反應池中加入FeSO4反應，并加入助凝劑來加快反應后的沉降過程。由于A企業的生活污水同樣也需要進行處理，生物處理選擇CAST工藝，在運行期間，根據進水→曝氣、沉淀、進水→閑置等周期，生物選擇器設計在反應池首部，反應條件主要在缺氧與厭氧間循環，微生物經過酶的迅速轉移作用，可以快速吸附水體中的可溶有機物，經過一個周期的積累過程，廢水中的有害物質可以得到有效緩沖，并能夠控制絲狀菌的活動。然后在主反應區中的微生物則在好氧等三種狀態周期中循環，經過低負荷基質降解之后，污水中的污染物可以得到降解，而且利用硝化、反硝化過程還可以提高脫氮除磷效果，出水氨氮含量可以控制在5 mg/L以內[2]。

2.5 構筑物與設備

（1）格柵井：柵井的規格選擇2.5 m×6 m×3.5 m，并且在格柵井中設計有自動旋轉細格柵。（2）提升井：池子尺寸為7 m×7 m×4.5 m，HRF為45 min左右，增設有潛污泵，其中兩臺潛污泵為日常運作，另一臺則留為備用。（3）預沉池：預沉池通過輻流式中心進水、周邊出水的沉淀池，表面的水力負荷在0.8 m3/（m2·h）左右，直徑約為18 m，總高4 m，池中設有半橋式周邊傳動刮泥機，邊沿位置設計有2臺排泥泵，用于定期將污泥排放并收集在污泥池中。（4）曝氣調節池：尺寸在25 m×25 m×5.5 m，HRF為12 h，并選擇復葉推流式曝氣機。（5）初沉池：初沉池選擇輻流式沉淀池，反應池經過廢水反應后會生成沉淀物或絮狀沉淀物，輻流式沉淀池能夠針對這些生成物進行充分反應并沉降。（6）CAST池：污泥負荷為0.1～0.15 kgBOD/（kgMLSS·d），運作周期為6 h左右，曝氣時間為4 h。池子設計共有2格，每格大小相同，均為45 m×15 m×5.5 m。CAST池的運作過程，包括水泵和進水閥門等都通過PLC系統進行管理。（7）反應池：反應池一共有3格，用作FeSO4、PAC、NaOH的投放，廢水在不同格的停留時間都保持在10 min左右，并且每個格都設計有攪拌機。（8）水解酸化池：利用接觸式水解酸化技術，進一步加強制革廢水的凈化效果，也有利于之后的好氧生化處理。池子底部設計有排泥管，將反應處理之后的雜物充分反應，內部選擇彈性立體填料。（9）污泥濃縮池：選擇機械化濃縮方法，池中固體負荷在45 kg/（m2·d）左右，直徑和高度分別為9 m與4 m，并且設計中心懸掛式濃縮機。

2.6 運行結果

A公司制革廢水工程投入使用后，經過4個多月時間的調整便達到了預期的投運效果，制革廢水中的COD、BOD、S2-含量大大降低，Cr的凈化率達到了95%左右，處理后的出水水質達符合當地污水排放標準的要求。雖然水質變化具有一定起伏，但依然能夠滿足國家標準，水質變化的原因可能是調節池的容積，能夠確定的是CAST工藝的應用發揮了顯著效果，抗沖擊力優勢使CAST工藝適用性更強，水質凈化效果也可以得到充分發揮。

3 建議

（1）通過物化-水解酸化-CAST工藝的結合更高程度地凈化制革廢水，從而有效去除廢水中的CODcr、BOD5、S2-及Cr等。（2）利用分流及物化進行預處理，COD與色度的去除成效十分顯著，其中COD去除率可達半數，為之后的生物處理打下良好基礎，也充分保證了廢水的出水質量。（3）CAST工藝具有明顯的混合性特征，對制革廢水具有較強的凈化能力，本身的抗沖擊效果優秀的特征，使其對CODcr、BOD5、S2-、Cr的去除率都達到了90%甚至更高。（4）可以選擇CAST生物選擇器，從而加快絮凝細菌的生長與活動，在有效控制膨脹污泥的同時加快硝化及反硝化過程，并可以有效去除廢水中的氨氮和磷。（5）選擇物化CAST工藝來提高廢水凈化效果，不僅應用過程較為便利，同時矩形結構也更有利于建設及成本控制。在系統運行期間可以免除許多污泥回流環節，而且具有較高的智能化水平，可以進行自動化控制，后期的設備系統維護無論是成本還是便利性都優于其他工藝方法，具有較高的應用價值。

4 結語

CAST工藝具有較強的脫氮除磷效果，在處理效果、功能性、運行成本、系統操作等方面具有顯著的優勢，目前也得到了普遍應用，發展前景很好。從A企業對CAST工藝的應用結果看，該工藝也充分發揮了應有的優勢，并且應用過程的影響因素較少，系統易于控制和操作，這也使得CAST工藝在多種廢水處理中具有較強的可靠性和可行性。