王遷

（北京京城環(huán)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(shè)施可緩解水體的污染程度，保護(hù)水生態(tài)平衡，為城市經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求污水處理工藝不斷進(jìn)步，尤其是對(duì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的氮元素和磷元素的處理，要求進(jìn)一步提高處理效率，改善出水水質(zhì)。

污水處理一般包括三級(jí)處理：一級(jí)處理主要以去除粗大顆粒及懸浮物為目的；二級(jí)處理以去除部分懸浮物和溶解性的有機(jī)物為目的；三級(jí)處理是進(jìn)一步去除污水中難溶解的有機(jī)物、磷、氮等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并進(jìn)行消毒。在三級(jí)處理中，氮元素的脫除主要是通過硝化細(xì)菌的作用，將水中硝態(tài)氮最終轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀懦?，磷元素的脫除則是依靠聚磷菌在不同環(huán)境下的攝磷和釋磷以及污泥外排達(dá)到除磷的目標(biāo)。

CAST工藝（循環(huán)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(jìn)水、曝氣、沉淀和潷水過程的不斷重復(fù)，將污水中部分膠體及溶解性有機(jī)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(qū)得到釋放，兼氧區(qū)也可輔助反硝化，CAST 池在降解有機(jī)物的同時(shí)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(jié)省建設(shè)用地和運(yùn)行資金，并具有對(duì)負(fù)荷波動(dòng)適應(yīng)能力強(qiáng)，能有效控制污泥膨脹，運(yùn)行操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[4]，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于我國(guó)各城市污水處理廠[5、6]。本文重點(diǎn)介紹CAST工藝的構(gòu)成、功能和工序特點(diǎn)，并以某工業(yè)園區(qū)的污水處理廠為例，介紹了CAST工藝的運(yùn)行方式、關(guān)鍵技術(shù)及工程設(shè)計(jì)思路等內(nèi)容。

1 CAST工藝

CAST（循環(huán)式活性污泥法）是在SBR（序批式活性污泥法）基礎(chǔ)上發(fā)展的新工藝，CAST工藝結(jié)合了生物選擇器與傳統(tǒng)序批式活性污泥反應(yīng)器，利用不同微生物在不同有機(jī)負(fù)荷條件下的增殖速度差異和廢水微生物除磷機(jī)理達(dá)到水處理的目的，其具有不同的底物濃度、較高的污泥負(fù)荷、較強(qiáng)的耐沖擊能力，對(duì)市政生活污水和工業(yè)廢水都是一種有效的處理工藝。

CAST 反應(yīng)池通常由生物選擇區(qū)、兼氧區(qū)和好氧區(qū)三部分組成，各區(qū)功能如下：

（1）生物選擇區(qū)

位于反應(yīng)池的前端，通過污泥回流使反應(yīng)區(qū)處于高負(fù)荷階段。這有利于菌膠團(tuán)細(xì)菌的生長(zhǎng)，完成活性污泥優(yōu)勢(shì)菌種的選擇，并抑制絲狀菌的生長(zhǎng)，有效防止污泥膨脹。在選擇區(qū)內(nèi)，回流污泥帶入大量硝酸鹽，在厭氧環(huán)境下以污水中的有機(jī)物為碳源進(jìn)行反硝化脫氮。聚磷菌在厭氧環(huán)境中處于釋磷狀態(tài)，為好氧環(huán)境下的過量攝磷創(chuàng)造條件。

（2）兼氧區(qū)

兼氧區(qū)可通過微量曝氣使活性污泥微生物發(fā)生反硝化反應(yīng)，或完全不曝氣達(dá)到生物除磷的目的。設(shè)置兼氧區(qū)的主要目的是降低環(huán)境突變對(duì)活性污泥活性的影響，使其成為CAST反應(yīng)池從厭氧區(qū)到好氧區(qū)的過渡階段。

（3）好氧區(qū)

好氧區(qū)是CAST反應(yīng)池的主反應(yīng)區(qū)，其功能是有機(jī)物降解、硝化脫氮和微生物除磷。運(yùn)行時(shí)，在好氧區(qū)中進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水循環(huán)進(jìn)行，并通過潛水泵進(jìn)行污泥回流和排放剩余污泥。

CAST工藝運(yùn)行工序見圖1。

圖1 CAST運(yùn)行工序

CAST工藝的主要優(yōu)點(diǎn)有：1）工藝流程簡(jiǎn)單，節(jié)約用地，土建和設(shè)備投資低；2）工藝能夠緩沖進(jìn)水水質(zhì)和水量的波動(dòng)，適應(yīng)性強(qiáng)；3）運(yùn)行簡(jiǎn)單，可有效控制活性污泥膨脹，無需進(jìn)行大量污泥回流和內(nèi)回流；4）在降解有機(jī)物的同時(shí)具有較好的脫氮除磷效果，與傳統(tǒng)活性污泥法相比，系統(tǒng)產(chǎn)生的活性污泥較少。

2 工程實(shí)例

2.1 項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)

某工業(yè)園區(qū)新區(qū)污水處理一期工程，包括新建污水處理廠工程及配套管網(wǎng)工程。污水處理廠按近期規(guī)模2萬m3/d設(shè)計(jì)，其中粗格柵及提升泵房、綜合樓及鍋爐房土建規(guī)模按遠(yuǎn)期4萬m3/d設(shè)計(jì)，進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示，出水排放執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

項(xiàng)目中的廢水來自工業(yè)園區(qū)，水質(zhì)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)工藝流程如圖2所示，其中一級(jí)處理主要包括粗格柵、細(xì)格柵、調(diào)節(jié)池及沉淀池；二級(jí)處理包括水解池、CAST池、中間水池及高效沉淀池；三級(jí)處理為反硝化濾池和回用水池。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

圖2 工藝流程圖

項(xiàng)目的主要設(shè)備有電動(dòng)插板閘門、潛水?dāng)嚢铏C(jī)，潛水推流機(jī)，微孔曝氣頭、潷水器、污泥回流泵、剩余污泥泵、電動(dòng)蝶閥、多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)等。

目前該項(xiàng)目已完成單機(jī)及清水聯(lián)動(dòng)，準(zhǔn)備工藝調(diào)試。CAST是污水處理工程的主體工藝，同時(shí)也是調(diào)試控制的重點(diǎn)。CAST池主反應(yīng)區(qū)容積為2萬m3，由四格并聯(lián)而成，單池容積5000m3，其中，選擇區(qū)、兼氧區(qū)及好氧區(qū)的有效容積分別為250m3、500m3和4250m3。好氧區(qū)設(shè)計(jì)污泥濃度為3800mg/L，種泥來源首選進(jìn)水水質(zhì)相近且運(yùn)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(shè)計(jì)污泥濃度的30%進(jìn)行投加。具體調(diào)試計(jì)劃按表2執(zhí)行。

表2 調(diào)試程序及計(jì)劃周期表

2.2 CAST運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算與確定

設(shè)計(jì)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(shí)間：

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

Q—每周期進(jìn)水量，m3；

S0—進(jìn)水BOD濃度，mg/L；

X1—回流污泥濃度，取5000mg/L；

L1—選擇區(qū)污泥負(fù)荷，取0.3kgBOD/kgMLVSS；

f1—MLVSS/MLSS，取0.7。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備的性能，CAST采用半限制曝氣方式，其中進(jìn)水90min、曝氣180min、沉淀60min、潷水60min，進(jìn)水時(shí)開回流泵60min，潷水期排泥20min，運(yùn)行周期如圖3所示。

圖3 CAST運(yùn)行周期示意圖

3 結(jié)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(yùn)行管理方面具有諸多優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)已得到廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)前景廣闊。該污水處理廠二級(jí)處理采用CAST工藝，充分利用了CAST工藝除有機(jī)物效率高、抗沖擊能力強(qiáng)、脫氮除磷效果好的優(yōu)點(diǎn)，通過計(jì)算得到調(diào)試運(yùn)行各工序的運(yùn)行周期，為下一步實(shí)際工藝調(diào)試提供了理論依據(jù)。本文通過實(shí)際案例分析，論證了CAST工藝在城鎮(zhèn)污水處理廠中的成功應(yīng)用。