基于CAST工艺处理小城镇污水的运行模式优化研究

1、基于CAST工艺处理小城镇污水的运行模式优化研究论文导读:：针对万盛污水处理厂在常温运行期间进水低污染物浓度、低C/N、运行能耗偏高等问题进行运行模式的优化研究。结果说明采用循环周期为4h的梯级非限制性曝气模式，即曝气/进水前1h控制DO在我国城市污水厂通常与排水管网的铺设同期进行或按城市规划中远期进行建设，因此污水厂建成后所接纳的水量、水质会与设计值存在一定差异，而且这种差异往往在污水厂运行初期较为明显。同时小城镇污水厂具有进水水质水量随季节变化明显的特点。这都要求污水厂在运行中需要根据实际条件进行运行模式与参数的调整，以实现最正确的处理效能和能耗的节约。作为一种SBR的变型，CAST工艺不

2、但继承了其耐冲击负荷强、运行方式灵活、能耗低等特点，而且进一步强化了抗污泥膨胀和脱氮除磷性能，使其成为了适合我国国情，特别是水质、水量变化较大的小城镇的污水处理技术。但CAST工艺在我国的研究尚处于开展完善阶段，虽然在国外的应用积累了较多经验，但其运行条件和客观环境与我国实际存在较大差异，难以直接借鉴。本文以重庆市万盛污水厂为研究对象，在常温较低污染物浓度、低C/N条件下进行了运行模式调控研究，在提升脱氮效果的同时大幅度的降低了运行能耗。1 工程概况1.1 工艺流程万盛污水处理厂位于重庆市万盛区万东镇，占地约3a，总设计处理能力为5x104m3/d，效劳人口约15万。一期工程处理能力2x104

3、m3/d于2007年3月建成投入使用，主体采用CAST工艺，生物脱氮，生物辅以化学除磷。工艺流程见图1。图1 万盛污水厂工艺流程Fig.1 Flow chart of treatment process ofWansheng WWTP1.2 水质水量表1为万盛污水厂的设计进出水水质。表1 设计进出水水质Tab.1 Design quality of influent and effluentMg.L-1 工程 COD BOD5 SS NH3-N TN TP 进水 360 180 220 35 40 5 出水 60 20 20 8(15) 20 1.5 由于污水厂收集区域内采用合流制排水体系且内

4、无大型工矿企业，所以该厂进水水质、水量随季节变化明显。采集2007年12月至2021年11月的数据分析，夏季平均水量接近1.7x104m3/d，比冬季平均水量高约60%。图2为进水水质的逐月变化曲线核心期刊。图2 研究期间进水水质的逐月变化Fig.2 Variation of influent quantity eachmonth during experimental period可知冬、春季污染物浓度较高，夏、秋季污染物浓度较低；进水BOD5/COD在0.40.7范围内波动，可生化性较好；BOD5/TN绝大局部低于3.5，BOD5/TN过低会直接影响系统的脱氮效果。2 运行模式调控研究2.

5、1 运行模式安排研究时间为2021年58月。根据万盛污水厂在常温运行期间进水低污染物浓度、低C/N，运行能耗较高等问题，选用了三种循环周期均为4h的运行模式进行研究。其中A模式为设计运行模式；B模式将曝气时间缩短为1.5h，在进水0.5h后开始曝气，属半限制性曝气方式；C模式将曝气分为两段，前1h微曝，控制DO在1mg/L以下，后1h正常曝气，因其DO值在两个阶段分别控制在不同梯度，将其称为梯级非限制性曝气方式。除运行模式不同外，其余运行条件根本相同，DO控制在23mg/L，MLSS为3.54.5 g/L，充水比0.240.28，污泥龄2025d，水温2328。2.2 采样与分析方法工艺运行模

6、式研究的进、出水水样为全天混合水样，每小时由自动取样机取样保存。进水取样点位于进水细格栅处，出水取样点为接触消毒池末端。污染物周期变化取样点位于CAST生化池中部固定位置，从0min开始，每30min取样一次。每天所取水样经预处理后置于04冰箱内保存，待当天取样完成后统一测定。分析测试按照国家环保部编写的?水和废水监测分析方法?一书中规定的标准方法进行。2.3各模式污染物去除效果分析三种模式下的COD去除效果如图3所示。 A模式 C模式 B模式 图3 各运行模式下COD去除效果Fig.3 COD removal performance of eachoperation modes由此可以看出，

7、尽管各模式下的进水COD浓度波动较大，出水却保持相对稳定，均低于30mg/L，这是由于CAST工艺具有完全混合反响器的特点，具有较强的抵抗有机物冲击负荷能力。然而三种运行模式下的COD平均去除率存在一定差异，分别为89.4%、83.0%和84.8%，分析认为COD的去除效果与曝气时间和曝气强度密切相关，随曝气时间和曝气强度的增加，COD去除效果提高。三种运行模式下的NH3-N去除效果见图4。 B模式 C模式 A模式 图4 各运行模式下NH3-N去除效果Fig.4 NH3-N removal performanceof each operation modes三种模式下的NH3-N平均去除率分别

8、为89.7%，81.3%和83.2%。由此可见NH3-N去除效果与好氧时间和强度密切相关，好氧时间越长，曝气强度越大在一定合理范围内，NH3-N去除率就越高。但三种模式的去除率相差不大，均能取得满意的硝化效果，分析原因如下：试验期间水温均保持在20以上，处于适宜于硝化反响的温度范围，硝化菌活性高，处理效果好。调控期间进水氨氮浓度相对较低，所以适当的降低曝气时间和曝气强度也能取得较好的硝化效果。进水有机物浓度普遍较低节能减排论文，从而有利于降低系统的污泥负荷和污泥产率，延长系统的污泥龄，更利于世代期较长的硝化菌的生长。同时CAST工艺具有完全混合式反响器的特点，污水进入生化池很快被稀释、反响，使

9、生化池内的有机物浓度始终处于较低水平，根本上不存在异养微生物与硝化菌的优势竞争问题，氨氮能够被硝化菌充分降解。三种运行模式下的TN去除效果见图5。 B模式 C模式 A模式 图5 各运行模式下TN去除效果Fig.5 TN removal performance of eachoperation modes可见运行模式对TN去除效果的影响十清楚显。A、B模式的TN平均去除率相对较低，分别为39.8%和43.3%，主要原因是调控期间进水BOD5/TN较低，普遍在3以下，虽然系统的硝化效果较好，但碳源缺乏成为了影响脱氮的限制性因素，从而影响了系统的最终脱氮效果。C模式TN平均去除效果明显优于A、B模式

10、，到达54.9%，主要有以下原因：C模式采用梯级非限制性曝气方式，将曝气过程分为两段，前一个小时为微曝阶段，DO保持在1mg/L以下。在此阶段，较低的DO有利在生化池内形成局部缺氧/厌氧的宏观环境和在菌胶团内部、外部形成缺氧/好氧的微观环境，强化了同时硝化反硝化作用，将上一周期滗水后剩余的和本周期初期生成的硝态氮高效去除。微曝时较低的DO也有利于减缓系统中碳源物质的好氧消耗速度，将进水中更多的碳源用于反硝化，局部缓解了反硝化的碳源缺乏问题。后一个小时正常曝气阶段控制DO在23mg/L，可以保证系统硝化反响的正常进行，并使DO在沉淀阶段迅速降低，以便发生顺序式反硝化。图6为C模式下一个周期内的氮

11、形态变化规律核心期刊。图6 氮形态变化规律Fig.6 Nitrogen conformation change rule综上所述，以上几种运行模式均能取得较好的COD、NH3-N去除效果，但C模式下的TN去除率分别比A、B模式提高了15.1%和11.6%，同时采用C模式运行可以减少风机的开启台数，使用运行能耗降25%，因此万盛污水厂常温运行期间的选择按C模式运行。3 曝气系统控制方式与能耗分析为解决曝气不均匀问题，CAST工艺的曝气系统设计上采用不同鼓风机分别向处于不同水位生化池供气。这就使得无论水量大小或是污染物浓度的上下都必须有多台风机同时运行，当在水量较小或是污染物浓度较低的情况下就会出

12、现较大的电能浪费。在常温运行期间万盛污水厂实际水量缺乏设计值的85%，进水水质仅为设计值的50%左右，运行实际需要风量缺乏设计值的50%，而该厂选用的罗茨风机在变频运行后最低风量仍高达设计值的80%，远大于实际需要，多余的风量只有通过排风口放掉，不但不利于水厂的节能运行，如风量控制不当，还极容易使生化池曝气过度，影响系统的脱氮除磷效能【5】。通过运行模式优化，万盛污水厂在生产运行中采用梯级非限制性曝气模式C模式，改设计的两台鼓风机同时运行为只运行一台鼓风机。当每个生化池进水/曝气的前1h，池中水位相对较低时，减小其进气阀门的开度，控制池中DO图7 单位污水处理能耗Fig.7 Power con

13、sumption rate of waste watertreatment4 结论由于设计与实际水质水量的差异，使许多本来具有良好脱氮除磷效果的工艺不能发挥其最正确效能或导致运行能耗偏高，因此，结合污水厂自身特点进行调控研究，寻求高效节能的运行模式与控制参数具有十分重要的意义。根据万盛污水厂的实际情况，采用梯级非限制性曝气方式，控制曝气前1小时DO参考文献：【1】Degard H, SkrovesethA F. An Evaluation of performance and process stability of different processesfor small wastewater treatment plants .Wat Sci Tech, 2000, 35(6): 119-127.【2】李楠,王秀衡等.我国城镇污水处理厂脱氮除磷工艺的应用现状. 给水排水, 2021,34(3): 39-42.【3】熊红权,李文彬.CASS工艺在国内的应用现状. 中国给水排水, 2003, 19(2): 34-35.【4】Goronszy M C.Aerated de