循环式活性污泥法在污水处理厂的应用

王迁

（北京京城环保股份有限公司,北京 100027）

引言

污水处理厂是解决城市水污染问题最有效和最重要的措施[1、2]，污水处理设施可缓解水体的污染程度，保护水生态平衡，为城市经济与环境的发展贡献力量。日益严格的环保标准要求污水处理工艺不断进步，尤其是对导致水体富营养化的氮元素和磷元素的处理，要求进一步提高处理效率，改善出水水质。

污水处理一般包括三级处理：一级处理主要以去除粗大颗粒及悬浮物为目的；二级处理以去除部分悬浮物和溶解性的有机物为目的；三级处理是进一步去除污水中难溶解的有机物、磷、氮等营养物质并进行消毒。在三级处理中，氮元素的脱除主要是通过硝化细菌的作用，将水中硝态氮最终转化为氮气排出，磷元素的脱除则是依靠聚磷菌在不同环境下的摄磷和释磷以及污泥外排达到除磷的目标。

CAST工艺（循环式活性污泥法）是一种具有脱氮除磷功能的SBR变型工艺，通过进水、曝气、沉淀和滗水过程的不断重复，将污水中部分胶体及溶解性有机物去除，而且回流污泥可防止污泥膨胀，污泥中含有的过量磷可在选择区得到释放，兼氧区也可辅助反硝化，CAST 池在降解有机物的同时可取得较好的脱氮除磷效果[3]。CAST工艺的处理效果好，无需初沉池和二沉池，节省建设用地和运行资金，并具有对负荷波动适应能力强，能有效控制污泥膨胀，运行操作简单等优点[4]，现已广泛应用于我国各城市污水处理厂[5、6]。本文重点介绍CAST工艺的构成、功能和工序特点，并以某工业园区的污水处理厂为例，介绍了CAST工艺的运行方式、关键技术及工程设计思路等内容。

1 CAST工艺

CAST（循环式活性污泥法）是在SBR（序批式活性污泥法）基础上发展的新工艺，CAST工艺结合了生物选择器与传统序批式活性污泥反应器，利用不同微生物在不同有机负荷条件下的增殖速度差异和废水微生物除磷机理达到水处理的目的，其具有不同的底物浓度、较高的污泥负荷、较强的耐冲击能力，对市政生活污水和工业废水都是一种有效的处理工艺。

CAST 反应池通常由生物选择区、兼氧区和好氧区三部分组成，各区功能如下：

（1）生物选择区

位于反应池的前端，通过污泥回流使反应区处于高负荷阶段。这有利于菌胶团细菌的生长，完成活性污泥优势菌种的选择，并抑制丝状菌的生长，有效防止污泥膨胀。在选择区内，回流污泥带入大量硝酸盐，在厌氧环境下以污水中的有机物为碳源进行反硝化脱氮。聚磷菌在厌氧环境中处于释磷状态，为好氧环境下的过量摄磷创造条件。

（2）兼氧区

兼氧区可通过微量曝气使活性污泥微生物发生反硝化反应，或完全不曝气达到生物除磷的目的。设置兼氧区的主要目的是降低环境突变对活性污泥活性的影响，使其成为CAST反应池从厌氧区到好氧区的过渡阶段。

（3）好氧区

好氧区是CAST反应池的主反应区，其功能是有机物降解、硝化脱氮和微生物除磷。运行时，在好氧区中进水、曝气、沉淀、排水循环进行，并通过潜水泵进行污泥回流和排放剩余污泥。

CAST工艺运行工序见图1。

图1 CAST运行工序

CAST工艺的主要优点有：1）工艺流程简单，节约用地，土建和设备投资低；2）工艺能够缓冲进水水质和水量的波动，适应性强；3）运行简单，可有效控制活性污泥膨胀，无需进行大量污泥回流和内回流；4）在降解有机物的同时具有较好的脱氮除磷效果，与传统活性污泥法相比，系统产生的活性污泥较少。

2 工程实例

2.1 项目工艺设计

某工业园区新区污水处理一期工程，包括新建污水处理厂工程及配套管网工程。污水处理厂按近期规模2万m3/d设计，其中粗格栅及提升泵房、综合楼及锅炉房土建规模按远期4万m3/d设计，进出水水质如表1所示，出水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。

项目中的废水来自工业园区，水质较为复杂，设计工艺流程如图2所示，其中一级处理主要包括粗格栅、细格栅、调节池及沉淀池；二级处理包括水解池、CAST池、中间水池及高效沉淀池；三级处理为反硝化滤池和回用水池。

表1 设计进出水水质

图2 工艺流程图

项目的主要设备有电动插板闸门、潜水搅拌机，潜水推流机，微孔曝气头、滗水器、污泥回流泵、剩余污泥泵、电动蝶阀、多级离心鼓风机等。

目前该项目已完成单机及清水联动，准备工艺调试。CAST是污水处理工程的主体工艺，同时也是调试控制的重点。CAST池主反应区容积为2万m3，由四格并联而成，单池容积5000m3，其中，选择区、兼氧区及好氧区的有效容积分别为250m3、500m3和4250m3。好氧区设计污泥浓度为3800mg/L，种泥来源首选进水水质相近且运行较好的同类型工艺污水处理厂的浓缩污泥或脱水污泥，按设计污泥浓度的30%进行投加。具体调试计划按表2执行。

表2 调试程序及计划周期表

2.2 CAST运行参数的计算与确定

设计污泥浓度X=3800mg/L、滗水深度H1=1.25m、安全水深H2= 0.5m。

则污泥界面沉降速度为：

则沉淀时间：

为了抑制污泥膨胀，选择区污泥负荷一般为0.2～0.5kgBOD/gMLVSS，由污泥回流泵设备参数可知Q1=180m3/h，回流污泥浓度约为5000mg/L。

Q—每周期进水量，m3；

S0—进水BOD浓度，mg/L；

X1—回流污泥浓度，取5000mg/L；

L1—选择区污泥负荷，取0.3kgBOD/kgMLVSS；

f1—MLVSS/MLSS，取0.7。

结合现场实际设备的性能，CAST采用半限制曝气方式，其中进水90min、曝气180min、沉淀60min、滗水60min，进水时开回流泵60min，滗水期排泥20min，运行周期如图3所示。

图3 CAST运行周期示意图

3 结语

CAST工艺作为一种具有脱氮除磷功能的污水处理工艺，在工艺、成本和运行管理方面具有诸多优点，在我国已得到广泛应用，市场前景广阔。该污水处理厂二级处理采用CAST工艺，充分利用了CAST工艺除有机物效率高、抗冲击能力强、脱氮除磷效果好的优点，通过计算得到调试运行各工序的运行周期，为下一步实际工艺调试提供了理论依据。本文通过实际案例分析，论证了CAST工艺在城镇污水处理厂中的成功应用。