CAST工艺在污水处理中的应用

2023-07-03李向春黎雪君毛洪霞

化工设计通讯 2023年6期

李向春，黎雪君，曹文，毛洪霞

（新疆石河子职业技术学院，新疆石河子 832000）

近年来，人们生活水平不断提高，生活污水数量随之增加，导致水资源污染因素趋于多样化。如工业生产中会产生大量工业污染，废水中有大量有害物质，如果不及时处理污水，很容易给周围水资源带来严重污染，甚至影响到周围居民的身体健康。而日常生活污染也是最常见的污水来源，要在市政生活污染治理过程中建立高质量的污染治理与长效管理制度，妥善解决污水问题。CAST 污水处理工艺是新型循环式活性污泥法，在SBR 工艺基础上增添生物选择区和污泥回流，能有效提高日常污水处理效果，被广泛应用到日常污水处理环节。目前，CAST 工艺主要作用是将处理后的污泥传输到前段选择器中，在确保其不进水基础上进行沉淀，有效提高主反应区排水的安全性，甚至能提高CAST 工艺的脱氮除磷效果。因此，本文以兵团第三师东风农场为主要研究对象，全面分析CAST 工艺应用，充分发挥CAST 工艺污水处理效果，提高当地水资源质量[1]。

1 CAST工艺

1.1 CAST工艺

CAST 工艺作为目前最新型的循环式活性污泥法，是以传统间隙式活性污泥法和ICEAS 工艺为基础的新技术，能将可变容积活性污泥法过程和生物选择器原理相互结合。目前，CAST 反应池主要包括生物选择器、主曝气区、污泥回流/排除剩余污泥系统、撇水装置等环节，其每个操作循环分为进水/曝气阶段、沉淀阶段、撇水阶段、闲置阶段等，从而形成一个完整循环内容，定期进行日常重复作业。在循环初始阶段时，池中水位从最低水位逐渐向上升高，经过曝气和混合流程后，停止曝气操作，且将活性污泥进行絮凝，放在相对静止环境中沉淀，等到沉淀工作完成后，通过移动式撇水堰排出已处理的上清液，使水位下降到池子预期水平，再重复上述操作过程[3]。

1.2 CAST工艺特征

CAST 工艺不用设置独立刮泥系统和沉淀池，要在相同池子中进行泥水分离和生物反应，能合理控制基建投资和运行费用。同时，当进水流量和水质出现改变影响到污泥质量时，通过合理调整进水-曝气循环过程，让系统重新恢复正常。可见CAST 工艺不仅能降低设备投资数量，优化污泥处理效率，还能提高系统稳定性。目前，CAST 工艺特征趋于多样化。

（1）能缓冲水质和进水水量波动，雨季不用设置调节池，进水波动能通过优化曝气时间进行改变；

（2）池子总容积降低，土建工程费用下降；

（3）无污泥膨胀问题，污泥指数为50～70 mL/g；

（4）处理效果较佳，排除污泥稳定性较高[4]。

2 工程实例分析

2.1 存在的问题

由于污水厂建设于2015年，处理工艺为简单的氧化塘工艺，随着农场人口增长及经济发展，国家和地方对生态环境的要求不断提高，居民也对周边生活环境质量要求相应提高。近年来，我国工业发展环境不断优化，让很多企业出现不同程度的发展，有效拓展企业生产规模，但由于受到资金、技术等方面限制，很多企业并未构建健全的污水处理系统，无法及时处理污水排放问题。同时，在个别工业园区日常运行过程中，虽然这些园区建设规模较大，但分布较广，无法实现污水集中处理，再加上地区政府对污染排放量并未提出明确规定，导致工业区对工业污水排放重视程度不足，出现污水胡乱排放的问题，给周围河流环境造成严重污染，无形中提高水污染治理难度系数，导致企业无法从根源上防范水污染。

立足于当下，污水厂既无法满足农场发展的需求规模，也不能满足目前国家、地方及农场对环境质量的要求。具体存在问题如下。

（1）处理规模偏小。污水厂处理规模偏小，随着农场发展，已经不能满足农场污水的规模，急需扩建。

（2）出水水质不能满足环保要求。处理工艺为提升泵+沉淀池+二级氧化塘+出水，设计出水满足GB 5084—2021《农田灌溉水质标准》，现状环保要求污水处理达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 排放标准后回用，现状污水厂无法满足处理要求。

（3）氧化塘坝体年久失修，存在安全隐患。由于建设初期资金短缺，氧化塘设计和建设时均没有做到完全防渗，长久运行后，坝体周围及坝体上已经长满芦苇等植被。由于污水渗透坝体，导致坝体中间存在裂缝，存在安全隐患，应继续做进一步防护加固处理。

（4）污水厂氧化塘周围没有做到与外部隔离，氧化塘中储水较深，存在安全隐患。

2.2 设计进出水水质情况

2.2.1 设计进水水质

从目前城市污水处理厂处理情况来看，处理工艺选择和经营成本、城市水质有直接关联[6]。因此，在优化城市水质时，要提前研究城市水质情况，结合日常生活水平，全面检测污水厂的进水水质，采用科学的污水处理工艺。

《室外排水设计手册》中给出我国典型生活污水水质示例，如表1所示。

表1 我国典型生活污水水质示例

污水水质指标如表2所示。

表2 污水进水水质

2.2.2 设计出水水质

根据国家及当地环保标准及具体要求，处理后污水应满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A 排放标准，主要污染物控制指标如表3所示。

表3 出水水质主要指标控制表

2.3 主要构筑物

2.3.1 一体化污水处理设备

污水在厌氧段进行释磷和发酵反应，提高水质作用。工艺A2/O 接触氧化池+MBR 膜处理，膜组件648 m2。包含内部管道、填料、曝气、污泥回流、MBR 膜等设备，设计水量200 m3/d，外形尺寸为12.0 m×3.0 m×3.0 m，有效水深2.8 m，结构形式属于一体化成品设备。

2.3.2 化粪池

能临时性储存污泥，分解大分子有机物，衍生成酸、醇等小分子有机物，优化污水处理流程。设计水量200 m3/d，停留时间24 h。其中玻璃钢化粪池为主要设备，每座φ3.0×L15 m，三格式容积100 m3整体为玻璃钢材质，数量为2套。

2.3.3 综合处理间污水处理池

主要包括格栅调节池、一体化污水处理设备、紫外线消毒、加药系统、曝气系统、值班室、柴油发电机房、配电间、鼓风机房和储药间。尺寸为21.0 m×15.3 m×5.25 m，面积339.70 m2，结构形式为框架结构。

2.4 污水处理工艺流程

在利用CAST 工艺进行污水处理时，需经过深度处理段、污泥处理段、除磷、预处理段等环节，如图1所示。入网污水经过不同分支排水管网汇聚到指定位置，先通过各种专业设备处理掉大型漂浮物和沙粒，将初步筛选后的水传输到CAST 池生物选择区，污水原水和池中污泥相互结合，形成回流污染，有效避免污泥膨胀问题，充分释放活性污染中的磷元素，给后期曝气区超量生物吸磷工作打下坚实的基础。而主曝气区作为污水处理的核心内容，是以管式曝气系统为主，给活性污泥微生物提供充足氧量，实现整个硝化和反硝化过程，去除各种有机污染物，才能作为日常用水。