CAST工藝在城鎮(zhèn)污水處理廠中的應(yīng)用分析

屈秀娟

摘 要：在城市建設(shè)發(fā)展過程中，污水問題成為影響城市發(fā)展速度的主要因素，因此需要對城鎮(zhèn)污水處理給予高度的重視，以更好地滿足城市環(huán)境發(fā)展需求。在城鎮(zhèn)污水處理廠中CAST工藝得到了廣泛應(yīng)用，其是在SBR工藝的基礎(chǔ)上研發(fā)出來的一種新工藝，增設(shè)了污泥回流設(shè)施和選擇器，從而確保了城鎮(zhèn)污水處理的效果。本文將以神華準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司污水處理廠（以下簡稱準(zhǔn)能污水處理廠）為例，對CAST工藝的方法、基本流程和所取得的效果進(jìn)行分析，以更好地提高城鎮(zhèn)污水處理廠的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：CAST工藝 城鎮(zhèn)污水處理廠 應(yīng)用效果

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（c）-0071-03

CAST工藝是近些年來新研發(fā)出來的一種循環(huán)式活性污泥法，其是在SBR工藝的基礎(chǔ)上增加了污泥回流、生物選擇區(qū)，因此在城鎮(zhèn)污水處理廠中得到了廣泛應(yīng)用。CAST工藝最主要的特點就是能夠?qū)⒅鞣磻?yīng)區(qū)處理后得到的部分剩余污泥輸送回流至前端選擇器中，并且在不進(jìn)水的條件下進(jìn)行沉淀，從而確保主反應(yīng)區(qū)排水的穩(wěn)定性。同時，缺氧區(qū)的設(shè)置也可以有效地提高CAST工藝的脫氮除磷效果。

1 CAST工藝概述

1.1 CAST工藝概念

循環(huán)式活性污泥法簡稱為CAST工藝，其又可以被稱之為周期循環(huán)活性污泥工藝。CAST工藝基本上是在一個反應(yīng)器中完成的，并根據(jù)曝氣/曝氣沉淀、出水等順序循環(huán)工作，并且每個池子交替間歇運行，是對SBR工藝的有效改造和完善。CAST工藝是在SBR工藝的基礎(chǔ)上增設(shè)了污泥回流設(shè)施和生物選擇器，同時對其時序進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，不僅提高了污水處理的可靠性，而且還提高了城鎮(zhèn)污水處理的效果。

1.2 CAST工藝工作原理

在一個反應(yīng)器中CAST工藝可以完成有機(jī)污染物的泥水分離和生物降解過程。實際上，可以把CAST工藝劃分為四個階段，分別為進(jìn)水-曝氣階段、沉淀階段、潷水階段、閑置階段。

（1）進(jìn)水-曝氣階段。在CAST工藝中，進(jìn)水和曝氣是同時進(jìn)行的，其一般是從主反應(yīng)區(qū)把污泥回流到預(yù)反應(yīng)區(qū)中，該階段的回流比為30%。該階段需要曝氣系統(tǒng)持續(xù)曝氣，這樣不僅可以確?；钚晕勰嗯c有機(jī)物充分混合，從而加快微生物對有機(jī)污染物的氧化分解，而且還能確保好氧微生物對氧的基本需求。

（2）沉淀階段。該階段需要停止曝氣操作，并借助池中殘留的溶解氧，微生物可以繼續(xù)對有機(jī)物進(jìn)行氧化分解。當(dāng)微生物活動一段時間后，池內(nèi)溶解氧的含量將會逐漸減少，并從好氧狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變成缺氧狀態(tài)，隨后就發(fā)生了硝化反應(yīng)。同時，該階段整個池內(nèi)一直保持靜止?fàn)顟B(tài)，并且依靠重力作用完成泥水分離過程。

（3）潷水階段。沉淀階段結(jié)束之后，位于CAST池尾部的潷水器將會自動降下，并把上清液從上到下逐漸排出，當(dāng)排水逐漸完成時潷水器將會自動上升至開始的位置。該階段完成污泥回流過程，從而使生物選擇區(qū)污泥的濃度明顯提升，促進(jìn)硝化反應(yīng)進(jìn)行，同時該階段也完成了磷的釋放過程。

（4）閑置階段。其主要是為了使?jié)骰氐阶畛跷恢?，避免曝氣階段污泥進(jìn)入潷水器中，對水質(zhì)的整體質(zhì)量產(chǎn)生影響。同時，該階段也可以使污泥的吸附能力得到恢復(fù)。

1.3 CAST工藝的特點

CAST工藝最重要的特征是不設(shè)獨立的沉淀池及其刮泥系統(tǒng)，在CAST工藝中，活性污泥始終保持在一個池子中進(jìn)行生物反應(yīng)和泥水分離，因此，CAST系統(tǒng)能節(jié)約大量基建投資和運行費用。當(dāng)由于進(jìn)水流量和水質(zhì)發(fā)生變化而影響污泥性質(zhì)時（如絮凝效果等），可簡單地通過調(diào)節(jié)變化進(jìn)水和曝氣循環(huán)過程，而使系統(tǒng)重新恢復(fù)正常狀態(tài)，開發(fā)CAST工藝的主要目標(biāo)是盡可能降低設(shè)備投資，簡化工藝流程及其操作過程，提高系統(tǒng)的可靠性和運行的靈活性。

CAST工藝的特點主要可歸納為幾點：（1）池子總?cè)莘e減少，土建工程費用降低；（2）能很好地緩沖進(jìn)水水量和水質(zhì)的波動，雨季無需設(shè)置調(diào)節(jié)池，進(jìn)水的波動可用改變曝氣時間的簡單方法即可予以緩沖；（3）處理效果好，排出的剩余污泥穩(wěn)定化程度較高；（4）無需調(diào)協(xié)二沉池和龐大的回流污泥泵站；（5）占地面積少；（6）無污泥膨脹，污泥指數(shù)不超過50～70mL/g；（7）自動化程度高，人工操作簡單，但管理運行較復(fù)雜，與之相關(guān)的設(shè)備質(zhì)量要求較高，應(yīng)有較高的設(shè)備維護(hù)水平及能力。

1.4 CAST工藝主要設(shè)備

1.4.1 生物選擇器

CAST工藝中主反應(yīng)區(qū)前端設(shè)置生物選擇器，這樣廢水中溶解性有機(jī)物質(zhì)就可以借助酶反應(yīng)機(jī)理給予有效的去除。對于污泥回流液中的硝酸鹽能夠在選擇器中進(jìn)行反硝化作用，并對活性污泥的絮體負(fù)荷進(jìn)行了有效的調(diào)節(jié)，避免出現(xiàn)污泥膨脹，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

1.4.2 主曝氣區(qū)

主曝氣區(qū)在CAST工藝中主要是曝氣供氧，并完成對有機(jī)質(zhì)的有效降解，從而促進(jìn)硝化、反硝化過程的順利進(jìn)行。

1.4.3 污泥回流、剩余污泥排放系統(tǒng)

通常情況下，剩余污泥泵、回流污泥泵設(shè)置在CAST池的中段，借助回流污泥泵將主曝氣區(qū)靜沉?xí)r的污泥抽送至生物選擇器，沉淀階段結(jié)束后產(chǎn)生的剩余污泥排出至污泥脫水系統(tǒng)進(jìn)行離心脫水。

1.4.4 潷水裝置

在CAST池的末端，配備了潷水器，可以通過電機(jī)驅(qū)動按照設(shè)定時間自動進(jìn)行升降，從而使處理后的污水得到有效的排出。

2 CAST工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 微生物間的復(fù)雜關(guān)系有待研究

與常規(guī)活性污泥法相比，在CAST工藝系統(tǒng)中微生物種群結(jié)構(gòu)存在一定的差異性，菌群一般是由硝化菌、聚磷菌、反硝化菌和異養(yǎng)型好氧菌等構(gòu)成。對非穩(wěn)態(tài)CAST工藝而言，微生物種群間存在著相對比較復(fù)雜的生存競爭關(guān)系，需要對其進(jìn)行深入研究和探析。

2.2 生物脫氮效率有待提升endprint

首先，硝化反應(yīng)無法完全進(jìn)行。實際上，消化細(xì)菌屬于化能自養(yǎng)菌，而大部分有機(jī)物的降解需要異養(yǎng)細(xì)菌才可以完成。如果把兩種細(xì)菌混合在一起進(jìn)行培養(yǎng)，在一定程度上抑制了消化菌的生長，無法形成優(yōu)勢種群，從而使消化反應(yīng)無法順利進(jìn)行。其次，反硝化反應(yīng)不徹底。在城鎮(zhèn)污水處理廠中引入CAST工藝，其中有大概20%的硝態(tài)氮會在回流污泥過程中完成反硝化反應(yīng)，無法達(dá)到理想的脫氮效果。

2.3 控制方式較為單一

在城鎮(zhèn)污水處理廠中，大多數(shù)的CAST工藝都是以時序控制為主，其控制方式具有明顯的劣勢。因為污水的水質(zhì)是不斷變化的，依靠單一的控制方式無法達(dá)到比較理想的污水處理效果。

3 CAST工藝的優(yōu)點

（1）工藝流程簡單，布置緊湊，運行靈活，處理效果好，可在不增加大量投資的條件下，實現(xiàn)深度除磷脫氮的目的。

（2）工程投資低。因無需初沉池及二沉池，混凝土用量和土建投資低。系統(tǒng)中無需設(shè)置龐大的刮泥機(jī)、大量攪拌機(jī)以及龐大的污泥回流和內(nèi)回流泵，故系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備投資低。

（3）工藝系統(tǒng)運行費用低。由于污泥回流比較低（通常為日平均流量的30%），無需攪拌設(shè)備，故節(jié)省大量能耗，另外通過實現(xiàn)深度反硝化可以回收氧量，故系統(tǒng)可最大程度地降低能耗和運行成本。

（4）抗沖擊負(fù)荷和適應(yīng)能力強(qiáng)。系統(tǒng)通過選擇器可以自動抑制絲狀污泥和微生物的增殖，具有很高的工藝穩(wěn)定性。系統(tǒng)具有抗有機(jī)和水力沖擊能力。通過調(diào)節(jié)各個階段循環(huán)時間即可適應(yīng)實際進(jìn)水負(fù)荷的變化，適應(yīng)水質(zhì)水量的變化能力強(qiáng)。CAST工藝的另外一個重要特點是所有的活性污泥在任何時間都處于一個反應(yīng)池中，能保證有機(jī)物的降解、硝化等生物處理過程的正常進(jìn)行。

（5）自動化程度高，管理簡便。整個工藝系統(tǒng)的操作完全自動化，維護(hù)費用及人員費用能降到最低。

4 工程實例分析

4.1 準(zhǔn)能污水處理廠概況

準(zhǔn)能污水處理廠坐落于內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾旗薛家灣鎮(zhèn)，總占地面積77400余m2。隨著地方經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和準(zhǔn)能集團(tuán)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，準(zhǔn)能污水處理廠長期處于超負(fù)荷狀態(tài)，為了有效解決污水問題，該污水處理廠于2008年、2016年先后兩次進(jìn)行了改擴(kuò)建工程建設(shè)，均以CAST為主體工藝，處理規(guī)模40000m3/d，設(shè)計出水水質(zhì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)，總投資1.8億元。

4.2 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

準(zhǔn)能污水處理廠選擇了CAST工藝，處理能力達(dá)到了40000m3/d，總變化系數(shù)為1.41，二期污水處理規(guī)模得到了平均分布（分別為20000m3/d），總變化系數(shù)為1.49。根據(jù)準(zhǔn)能污水處理廠的實際情況和運行參數(shù)，將冬季污水處理的水溫控制在13℃。該污水處理廠設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

4.3 污水處理工藝流程

準(zhǔn)能污水處理廠采用CAST工藝（循環(huán)式活性污泥法），總體工藝流程包括預(yù)處理段（粗格柵、細(xì)格柵、沉砂池）、生物處理段（CAST工藝）、深度處理段（高效沉淀池+D型濾池）、污泥處理段以及生物和化學(xué)相結(jié)合的除磷措施。

其工藝流程如圖1所示。

入網(wǎng)污水經(jīng)各分支排水管網(wǎng)進(jìn)行收集，然后匯流至準(zhǔn)能污水處理廠，通過粗格柵機(jī)、細(xì)格柵機(jī)、超細(xì)格柵機(jī)、橋式吸砂機(jī)、砂水分離器去除進(jìn)水中較大的漂浮物和粒徑較大的砂粒。篩選后的水流入CAST池中的生物選擇區(qū)，在該區(qū)污水原水會與池內(nèi)的污泥進(jìn)行接觸并混合回流污泥，既可防止污泥膨脹，又可使活性污泥中含有的過量的磷得到有效釋放，為后續(xù)主曝氣區(qū)超量生物吸磷創(chuàng)造條件。主曝氣區(qū)是污水處理的核心，采用管式曝氣系統(tǒng)，為活性污泥微生物提供氧量，主要完成硝化、反硝化過程，生物除磷、脫氮和去除有機(jī)污染物；通過生物處理之后的污水由集水池提升泵提升到高效沉淀池，其主要功能是化學(xué)除磷、脫氮，去除污水中污染物，然后進(jìn)入D型濾池，進(jìn)一步去除水中殘留的有機(jī)物、微小懸浮物，降低出水濁度，最后進(jìn)入消毒池投加二氧化氯對其進(jìn)行消毒處理，消毒后的中水回用于國華準(zhǔn)格爾發(fā)電廠作為生產(chǎn)補(bǔ)充用水。CAST池所產(chǎn)生的剩余污泥通過剩余污泥泵將其運送至污泥脫水間進(jìn)行離心脫水，脫水后的污泥運送到指定地點或直接進(jìn)行污泥處置。

4.4 污水處理效果

準(zhǔn)能污水處理廠根據(jù)設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)、水量狀況，所選CAST工藝技術(shù)先進(jìn)與成熟、處理效果好、運行安全可靠、高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)合理，出水水質(zhì)相對穩(wěn)定，滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)，處理后的中水主要回用至國華準(zhǔn)格爾發(fā)電廠，部分用于薛家灣地區(qū)園林綠化用水（此項目正在實施中）。近兩年該廠處理出水水質(zhì)如表2所示。

準(zhǔn)能污水處理廠不僅承擔(dān)著本公司職工生活區(qū)的污水處理任務(wù)，還承擔(dān)著薛家灣城鎮(zhèn)居民區(qū)、企事業(yè)單位、公建、公共生活服務(wù)設(shè)施等的生活污水處理任務(wù)，準(zhǔn)能集團(tuán)在自身發(fā)展的過程中，不斷加強(qiáng)與地方政府的合作，努力實現(xiàn)污染物減排和地區(qū)環(huán)境保護(hù)，為準(zhǔn)格爾旗環(huán)保事業(yè)及黃河流域治理做出了重大貢獻(xiàn)，創(chuàng)造了良好的社會效益，同時實現(xiàn)中水復(fù)用，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，使得環(huán)境效益、社會效益、經(jīng)濟(jì)效益共贏。

5 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展，對于城鎮(zhèn)污水處理提出了較高的要求，使城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)建設(shè)、污水處理設(shè)備以及水質(zhì)指標(biāo)等備受關(guān)注。為了更好地提高城鎮(zhèn)污水處理廠的處理效果，CAST工藝得到了廣泛應(yīng)用，可以有效去除污水中的BOD、SS、COD、氨氮、總磷、總氮等污染物質(zhì)，而且可以承受較大幅度的有機(jī)負(fù)荷和流量沖擊，與傳統(tǒng)活性污泥法相比，該工藝運行操作簡單、靈活，占地面積少，使用過程中所產(chǎn)生的活性污泥比較少，所得水質(zhì)滿足國家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

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