对CAST污水处理工艺的新构思

CAST污水处理工艺的改进新构思CAST污水处理工艺的改进新构思缪本灿（福建省碧海污水处理有限公司，福建 霞浦 ）摘要：本文在CAST污水处理工艺的传统设计的基础上，以霞浦污水处理厂为例，结合日常的运行经验，对CAST污水处理工艺的鼓风曝气系统、潜水泵系统及储泥池系统提出了比较独特的改进设计构思，不但有利于工艺的控制，并突出了节能与高效的特点。关键词：CAST工艺；新构思；节能；高效随着中共十八大的顺利召开，“美丽中国”便成了环保界最响亮的口号。环境保护“十二五”规划，着力提出节能、减排，重视高效益、绿色生活，加快资源节约型、环境友好型社会建设，而改善水环境质量，提高水处理能力，便是要切实解决的突出环境问题。因此，界内专家在各种水处理工艺上，作出了更加深入的研究，希望能在节能、环保、高效方面取得一定的超越。本文，以节能、高效为出发点，力求于对CAST污水处理工艺的创新改进构思，从而能切合实际地达到污水处理厂的运行及管理的更高效、更节能。1 CAST工艺及其原理1.1 CAST工艺CAST工艺是循环式活性污泥法(Cyclic Autivated sludge technology) 的简称，属于污染物的生物化学转化技术的应用，是在SBR工艺的基础上改进的一种新工艺，它比传统的SBR系统增加了选择器及污泥回流设施，并对时序做了一些调整，从而大大提高了工艺的可靠性及效率。经过国内外多年的实践运行，并不断调整，如今已经是一种技术成熟、运行稳定、应用比较广泛的污水处理工艺【1】。本工艺前置了一道“生物选择区”，形成浓度梯度；中间设厌氧区，可使磷释放；后设主反应区，主反应区除去除BOD5和脱氮外，另有一部分污泥回流至生物选择区，污泥回流量约为进水量的20 %左右【2】。见图1 。图1 CAST 工艺基本构造1.2 CAST工艺原理CAST工艺是活性污泥法的一种，是利用微生物的代谢作用使污水中溶解的污染物和胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害化物质。CAST反应池分为预反应区和主反应区，预反应区一般为厌氧区，污水首先进入此区与回流的活性污泥充分混合，此处不仅利用了活性污泥的快速吸附作用，而且加速对溶解性底物的去除,并对难降解有机物起到良好的水解作用，同时可使污泥中的磷在厌氧的条件下得到有效的释放，主反应区处于好氧状态，污泥进行硝化、聚磷【1】。1.3 CAST工艺运行步骤此工艺处理步骤可分为4个阶段：进水曝气阶段、曝气阶段、沉淀阶段、滗水排泥阶段。污水进入CAST反应池的同时进行曝气，当水位达到预定水位时即停止进水，进入曝气阶段；曝气系统向CAST池内供氧，有机物经微生物作用被生物氧化。同时进行硝化作用和磷的吸收，停止供氧后，进入沉淀阶段；活性污泥在静态下，向下沉降，上层水变清；在污泥沉淀到一定深度后，开始滗水，排出上层清水，清水可进入三级处理或排放。此时，一个周期结束，进入下一个周期。CAST系统每周期一般为4 h，可根据水质情况及处理要求进行调解。若处理水量较大，可多设几座CAST池，使系统可以连续进水、出水。CAST反应池每周期运行工序见图2。图2 CAST系统的循环操作过程2 CAST工艺系统的传统设计本文以福建省碧海污水处理有限公司（霞浦县污水处理厂）的工艺设计为例，从鼓风曝气、潜水泵及储泥池系统讲述CAST工艺的传统设计和本文的改进构思及两者的优缺点对比。福建省碧海污水处理有限公司，于2006年4月9日动工建设，2008年5月4日建成并投入试运行。公司坐落于素有“海滨邹鲁”之誉的霞浦县的松港街道利埕村，占地60亩（远期规划150亩）。规模为日处理污水4万吨，一期工程日处理污水2万吨，污水处理采用CAST工艺二级深度处理，厂区共建有粗格栅，进水泵房，细格栅，沉沙池，CAST生物池，加药间，消毒槽，储泥池，污泥脱水车间，变配电房，鼓风机房，综合楼，宿舍楼，传达室和围墙大门等12项建构筑物。主要安装有粗格栅2台， 进水泵3台,，细格栅2台，旋流式沉沙池1座，CAST生物池(含四座反应池，每座建筑面积620m2，池中安装有旋转式滗水器8台，污泥回流泵4台，剩余污泥泵4台，水下推流器8台和球形可张微孔曝气头3096个)，离心鼓风机3台和污泥脱水机2台，中控系统采用集中分散式控制系统，自动化程度较高。工艺流程图见图3。干污泥外运妥善处理沉砂、栅渣出水污水流入分离液回流再处理剩余污泥粗格栅提升泵房细格栅及沉砂池配水井CAST反应池消毒池鼓风机房污泥脱水图3 工艺流程图2.1 鼓风曝气系统霞浦县污水处理厂，四个生物池，两两为一组，交换着进行曝气充氧。生物池曝气系统为微孔曝气头底曝，每个池底安装有球形可张微孔曝气头774个，共3096个，鼓风机房装备鼓风机三台（一用两备），即工艺系统正常生产时，为一台鼓风机供应两个生物池的曝气。这样而来，当两个生物池的水位存在差异时，就会引起生物池的曝气不均匀，从而导致了不同的生物池出现过氧或缺氧的状况，引起活性污泥的极度差异，导致整体工艺的尾水排放的不均等。另外，当一个鼓风机供应两个生物池的曝气时，由于两个生物池的同时曝气，就会存在对生物池曝气量无法正常地控制及调整的缺陷，会存在相互影响的情况，同时这样也会给工艺的调试增加很多的困难。2.2 潜水泵系统霞浦县污水处理厂，一期工程四个生物池安装了污泥回流泵和剩余污泥泵各四台，均为潜水泵。由于潜水泵常年都是置于水底下，虽然此类泵都有防水的功能，但是随着时间的推移，电机及内部结构后续出现问题的概率也是很大的，而且由于泵在水底，就会给日常的维护及故障维修造成很大的困难。2.3储泥池系统霞浦县污水处理厂，一期工程建造储泥池一个，工艺运行到排泥状态时，由污泥泵将生物池的污泥排入储泥池，经过储泥池的浓缩，由泵管输送至脱泥车间进行压滤脱水。但经过霞浦县污水处理厂运营状况得出，这类储泥池在运行过程中，每当由生物池往储泥池排泥的时候，就容易将储泥池底部的污泥搅动起来，从溢流口流出去，返回到提水泵房，不但无法达到浓缩污泥的效果，而且容易造成工艺返回负荷的增高，影响生物池内部的污泥状况，不利于污水厂的正常运行。3 改进新构思及其优点本文根据CAST工艺的设计原理和运行步骤，以及其传统的设计方式和优缺点，结合日常对CAST工艺的运行控制经验，对工艺上述三个系统的设计，在高效、节能、运行等方面提出了具有创新性的构思。3.1 鼓风曝气系统在污水处理的所有系统中，鼓风曝气系统为最耗电耗能的系统之一，因为为了维持工艺微生物的活性，必须24小时开机曝气。因此，若能对鼓风曝气系统在节能高效方面加以控制，将有益于污水处理厂的成本节约，同时有利于整个工艺的调控。本文对传统的鼓风曝气系统进行了大胆的构思改进。将原有的一台大功率的鼓风机供应两个生物池整改为对每个生物池配置一台小功率的鼓风机，即将每个生物池的鼓风曝气系统独立开来，鼓风机可安置于生物池的进气口处。这样将有利于对不同状况的生物池进行独立的曝气控制及工艺调试，避免了因曝气不均而引起的工艺运行不平衡，或者阻碍对个别的生物池进行调试，方便于整个工艺的控制。而且将鼓风机安置于每个生物池的进气口处，就可以少去鼓风机房的建造以及鼓风机房和生物池之间的送气管道的铺设，减少了污水处理厂的初期建设费用。起到了节能高效的双面效果。同时，本文设想将原有的生物池底的固定式曝气头安装框架改为活动式的，即曝气头框架整体可以上下移动，这样而来就有利于曝气头的后期维护及更换，避免了在对曝气头进行维护更换时，要将整个生物池排空，从而影响了微生物的活性，甚至可能导致要对工艺生物活性污泥进行重新的培养，增加了后期的工作量。3.2 潜水泵系统对于一个污水处理厂，无论采用何种工艺，潜水泵的使用是在所难免的。但是，在CAST污水处理工艺中，由于潜水泵长期置于深水底下，存在着故障率高和维修困难的缺点，特别是污泥回流泵和剩余污泥泵。本文提出将CAST污水处理工艺中涉及到的污泥回流泵和剩余污泥泵等潜水泵改为管道污泥泵，即将泵移至生物池外侧，安装于管道上。这样在不影响系统排泥的前提下，减少了由于泵长期置于深水中而导致的故障发生，同时由于泵安装于露天环境，有益于后期的日常维护和故障维修。3.3 储泥池系统储泥池系统是CAST污水处理工艺中必不可少的环节之一。由于储泥池对剩余污泥排放的缓冲储存的好坏将影响到污泥脱水的效果以及工艺返回负荷的控制，因此工艺中储泥池的建造就显得极其重要。在CAST污水处理工艺的传统设计中，储泥池一般为圆柱形建造，对角线进泥与出泥。但是，在日常的运行中发现，这样的储泥池对污泥的存储与缓冲效果不佳，特别是当生物池加大排泥时，往往会导致污泥混合液的搅起而溢流，加大工艺前端的返回负荷，同时不利于污泥的后续压滤脱水。本文提出将储泥池设计建造成矩形初沉池的形式，由一端底部进泥，另一端底部出泥，上端设置溢流口。这样无论多大的污泥量进入池中，经过长距离的沉淀，到达另一端，溢流出去的将都是清水，避免了污泥混合液的混搅及向外溢流，有利于污泥的沉降和缓冲，同时减少了对工艺前端的影响。4 总结对于CAST污水处理工艺，鼓风曝气系统、潜水泵系统和储泥池系统为三大关键系统，因此结合日常的运行经验对其加以不断地优化，有助于提高整个CAST工艺的运行效率和稳定性。本文将每个生物池的鼓风曝气系统独立开来，单独为每个生物池配置小功率的鼓风机，同时将生物池底的曝气头安装框架由传统的固定式改为活动式，这样方便于日常对属于不同状态的生物池进行曝气调试，不会产生由曝气不均引起的相互影响，还可以节省污水厂的初期建设费用，以及有利于曝气头的后期维护及更换；将工艺中涉及到的潜水泵（包括污泥回流泵和剩余污泥泵）改为管道污泥泵，将泵移至露天外面，在不影响系统排泥效果的前提下，避免了泵长期处于深水中而导致的高故障率和难维护，有利于日常运行中对泵的维护，同时也方便控制；将工艺后续的储泥池由原先的圆柱形改为矩形初沉池的形式，这样可以提高储泥池的储泥效果，避免了由污泥混合液向外溢流而引起的