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CAST的工作原理與設(shè)計(jì)計(jì)算
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簡(jiǎn)介: 詳細(xì)論述了循環(huán)式活性法(CAST)的工作原理,對(duì)該工藝的設(shè)計(jì)計(jì)算作了探討,提出了設(shè)計(jì)方法,并提供了有關(guān)計(jì)算公式和操作時(shí)間分配。
關(guān)鍵字:循環(huán)式活性法(CAST) 生物選擇器 硝化反硝化 生物除磷
循環(huán)式活性法(Cyclic Activated Sludge Technology,簡(jiǎn)稱CAST)是由美國(guó)Goronszy教授開發(fā)出來的,該工藝的核心為間歇式反應(yīng)器,在此反應(yīng)器中按曝氣與不曝氣交替運(yùn)行,將生物反應(yīng)過程與泥水分離過程集中在一個(gè)池子中完成,屬于SBR工藝的一種變型。
該工藝投資和運(yùn)行費(fèi)用低、處理性能高,尤其是優(yōu)異的脫氮除磷效果,已廣泛應(yīng)用于城市污水和各種工業(yè)廢水的處理中。
1 工作原理
CAST反應(yīng)池分為生物選擇區(qū)、預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū),如圖1所示,運(yùn)行時(shí)按進(jìn)水-曝氣、沉淀、撇水、進(jìn)水-閑置完成一個(gè)周期,CAST的成功運(yùn)行可將廢水中的含碳有機(jī)物和包括氮、磷的污染物去除,出水總氮濃度小于5mg/L。
1-生物選擇器;2-預(yù)反應(yīng)區(qū);3-主反應(yīng)區(qū)
圖1循環(huán)活性技術(shù)
1)生物選擇器設(shè)在池子首部,不設(shè)機(jī)械攪拌裝置,反應(yīng)條件在缺氧和厭氧之間變化。生物選擇區(qū)有三個(gè)功能:a.絮體結(jié)構(gòu)內(nèi)底物的物理團(tuán)聚與動(dòng)力學(xué)和代謝選擇同步進(jìn)行;b.選擇器被隔開,保證初始高絮體負(fù)荷,以及酶快速去除溶解底物;c.通過選擇器的設(shè)計(jì),還可以創(chuàng)造一個(gè)有利于磷釋放的環(huán)境,這樣促進(jìn)聚磷菌的生長(zhǎng)[1]。生物選擇區(qū)的設(shè)置嚴(yán)格遵循活性種群組成動(dòng)力學(xué)的有關(guān)規(guī)律,創(chuàng)造合適的微生物生長(zhǎng)條件,從而選擇出絮凝性細(xì)菌?;钚?label class="lb" onclick="g('污泥');">污泥的絮體負(fù)荷S0/X0(即底物濃度和活性微生物濃度的比值)對(duì)系統(tǒng)中活性的種群組成有較大的影響,較高的絮體負(fù)荷有助于絮凝性細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖。CAST工藝中活性不斷地在生物選擇器中經(jīng)歷高絮體負(fù)荷階段,這樣有利于絮凝性細(xì)菌的生長(zhǎng),提高活性,并通過酶反應(yīng)快速去除廢水中的溶解性易降解底物,從而抑制了絲狀細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖,避免了膨脹的發(fā)生。同時(shí)當(dāng)生物選擇器處于缺氧環(huán)境時(shí),回流存在的少量硝酸鹽氮(約為N3-N=20mg/L)可得到反硝化,反硝化量可達(dá)整個(gè)系統(tǒng)硝化量的20%[2]。當(dāng)選擇器處于厭氧環(huán)境時(shí),磷得以有效地釋放,為生物除磷做準(zhǔn)備。
2)預(yù)反應(yīng)區(qū)為水力緩沖區(qū),大小與高峰流量有關(guān),若在非曝氣階段,不進(jìn)水可將其省去[1]。
3)主反應(yīng)區(qū)在可變?nèi)莘e完全混合反應(yīng)條件下運(yùn)行,完成含碳有機(jī)物和包括氮、磷的污染物的去除。運(yùn)行時(shí)通過控制溶解氧的濃度使其從0緩慢上升到2.5mg/L來保證硝化、反硝化以及磷吸收的同步進(jìn)行[3]。
a.硝化反硝化。同步反硝化意味著在不專門為硝酸鹽的去除設(shè)混合裝置或正常缺氧混合程序的條件下,硝化與反硝化同時(shí)在同一反應(yīng)器發(fā)生[4]。通常認(rèn)為在系統(tǒng)中,氮去除機(jī)制與在微生物絮體內(nèi)由于受擴(kuò)散限制引起的溶解氧(DO))的濃度梯度有關(guān),這樣硝化菌存在于高溶解氧區(qū)或正氧化還原點(diǎn)位(OPR),相反反硝化菌在溶解氧降低區(qū)或負(fù)氧化還原點(diǎn)位(OPR)下活性十足[5]。CAST工藝運(yùn)行中控制供氧強(qiáng)度以及混合液溶解氧的濃度使其從0逐漸上升到2.5mg/L左右,這樣使活性絮體的外周保持一個(gè)好氧環(huán)境進(jìn)行硝化,由于氧在活性絮體內(nèi)的傳遞受到限制,而具有較高濃度梯度的硝酸鹽則能較好地滲透到絮體內(nèi)部有效地進(jìn)行反硝化。另外,該工藝曝氣與非曝氣交替進(jìn)行,從而使泥水混合液通過主反應(yīng)區(qū),順序經(jīng)過缺氧-好氧-厭氧環(huán)境,尤其在非曝氣階段0.5h-1.0h內(nèi)層以胞內(nèi)在生物選擇高負(fù)荷下儲(chǔ)存或吸收的碳為碳源,進(jìn)行反硝化,在沉淀過程中也有一定的反硝化作用。
b.磷的去除。生物除磷是依靠聚磷菌的作用實(shí)現(xiàn)的,生物選擇器不曝氣這樣反應(yīng)環(huán)境非常迅速地從缺氧環(huán)境轉(zhuǎn)化為厭氧環(huán)境,當(dāng)選擇器處于厭氧環(huán)境,聚磷菌依靠水解體內(nèi)的聚磷(Poly-P)水解釋放出正磷酸鹽,同時(shí)產(chǎn)生能量以吸收水中的溶解性有機(jī)底物,并將其在體內(nèi)合成為細(xì)胞學(xué)儲(chǔ)備物質(zhì)PHB;在主反應(yīng)區(qū)為好氧環(huán)境時(shí),聚磷菌以游離氧為電子受體,將細(xì)胞儲(chǔ)備物質(zhì)氧化,并利用該反應(yīng)所產(chǎn)生的能量,過量地在污水中攝取磷酸鹽并合成為ATP,其中一部分轉(zhuǎn)化為聚磷貯存能量,為下一周期的厭氧釋磷做準(zhǔn)備。由于好氧段的吸磷量要遠(yuǎn)大于厭氧段的釋磷量,所以通過剩余的排放可達(dá)到除磷目的。若要在生物除磷的基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化除磷效果或達(dá)到完全除磷的目的,可加入鋁鹽或鐵鹽,根據(jù)所去除磷濃度的大小,化學(xué)在池子中的濃度約在1.7g/L~2.0g/L左右,化學(xué)可以進(jìn)一步提高沉淀的壓縮能力。CAST工藝是活性不斷地經(jīng)過耗氧和厭氧的循環(huán),這將有利于聚磷菌在系統(tǒng)中的生長(zhǎng)和積累。根據(jù)Gorony等人的研究,當(dāng)微生物內(nèi)吸附大量降解物質(zhì),而且處在氧化還原點(diǎn)位為+100mV~-150mV的交替變化中時(shí),系統(tǒng)可具有良好的生物除磷功能[1]。
此外,在曝氣結(jié)束后,主反應(yīng)區(qū)進(jìn)行泥水分離,由于此階段無進(jìn)水水力干擾,在靜止環(huán)境中進(jìn)行,從而保證系統(tǒng)良好的分離效果。CAST整個(gè)工藝過程遵循生物的“積累一再生”原理,生物先在生物選擇器經(jīng)歷一個(gè)高負(fù)荷反應(yīng)階段,然后在主反應(yīng)區(qū)經(jīng)歷一個(gè)低負(fù)荷反應(yīng)階段,完成反應(yīng)過程如圖2所示,生物選擇其中較高的絮體負(fù)荷,可以使廢水中存在的溶解性易降解有機(jī)物通過酶轉(zhuǎn)移機(jī)理予以快速地吸附和吸收進(jìn)行底物的積累,然后在絮體負(fù)荷較低的主反應(yīng)區(qū)完成底物的降解,從而實(shí)現(xiàn)了活性的再生。再生的又以一定的比例回流至生物選擇器中,進(jìn)行機(jī)制的再次積累,這樣不斷地循環(huán)完成了生物的“積累—再生”,實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用表明,當(dāng)高于75%的易降解有機(jī)物質(zhì)通過酶轉(zhuǎn)移機(jī)理去除,則剩余可溶解COD小于100mg/L[5]。
圖2底物的積累再生原理
2 CAST工藝的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 CAST池容積
CAST池容積采用容積負(fù)荷計(jì)算法確定,并用排水體積進(jìn)行復(fù)核。
1)負(fù)荷計(jì)算法。
V=Q×(Sa-Se)/(Ne×Nw×f) (1)
式中:V—CAST池容積,m3;
Q—污水日流量,m3/d;
Nw—混合液(MLSS)濃度,3g/L~4g/L;
Ne—B0D負(fù)荷率,其中Ne=K2×Se×f/η,K2取值見表1;
f—混合液中揮發(fā)性懸浮固體濃度與總懸浮固體濃度的比值,即f=MLSS/MLVSS,0.7~0.8.
表1生活污水及部分的K2工業(yè)廢水值
序號(hào)名稱K2值1生活污水0.0168~0.O2812合成橡膠廢水O.O6723化學(xué)廢水O.001444脂肪精致廢水0.0365石油化工廢水O.0o6722)容積確定。CAST池內(nèi)有效容積由變動(dòng)容積(V1)和固定容積組成,變動(dòng)容積是指池內(nèi)設(shè)計(jì)最高水位至潷水機(jī)排放最低水位的容積。固定容積由兩部分組成:一部分是活性,最高泥面至池底之間的容積(V3);另一部分為撇水水位和泥面之間的容積,它是由防止撇水和流失的最小安全距離決定的容積(V2)。
V=nl×(Vl+V2+V3) (2)
式中:V—CAST池總有效容積,m3;
n1——CAST池子個(gè)數(shù);
V1——變動(dòng)容積,m3;
V2——安全容積,m3;
V3——沉淀濃縮容積,m3。
一般地,池內(nèi)最高液位H按下式計(jì)算:
H=Hl+H2+H3=(3~5)m (3)
H1=Q/(n1×n2×A) (4)
H3=H×Nw×SVI×10-3 (5)
H2=H-(Hl+H3) (6)
式中:H1——池內(nèi)設(shè)計(jì)最高水位至潷水機(jī)排放最低水位之間的高度,m;
A——單個(gè)CAST池平面面積,m2;
n2——日內(nèi)循環(huán)周期數(shù);
H3——潷水結(jié)束時(shí)泥面高度,m;
Nw——最高液位時(shí)混合液濃度,kg/m3;
H2——撇水水位和泥面之間的安全距離,m。
負(fù)荷計(jì)算法算出的結(jié)果,如不能滿足(6)的條件,則必須減少負(fù)荷,增大CAST池的有效容積,直至滿足(6)的條件。
2.2 選擇器容積
CAST池中間設(shè)一道隔墻,將池體分隔微生物選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū)兩部分??窟M(jìn)水端為全物選擇區(qū),其容積為CAST池總?cè)莘e的20%左右,另一部分為主反應(yīng)區(qū)。選擇器的類別不同,對(duì)選擇器的容積要求也不同。一般來講,對(duì)于好氧生物選擇器,其混合液接觸時(shí)間T為15min~30min,對(duì)缺氧和厭氧生物選擇器一般取30min~60min。因此其容積為:
V=(Qi+Qr)×T (7)
式中:Qi,Qr——進(jìn)水、回流流量,m3/h。
注:生活污水回流量為旱季流量的20%,一般以主反應(yīng)區(qū)的24h全部循環(huán)一次來確定回流量[1]。生物選擇器的大小和回流比,可根據(jù)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際情況找出最佳條件。
2.3 循環(huán)時(shí)間分配及DO控制
典型的操作循環(huán)設(shè)計(jì)為4h,其中2h用于進(jìn)水和曝氣,2h用于沉淀和撇水,這一循環(huán)操作廣泛用于單池和多池處理系統(tǒng)中;為使池子中溶解氧濃度與工藝要求相一致,最大程度地減少曝氣強(qiáng)度,可采用探頭測(cè)定曝氣階段中溶解氧濃度作為調(diào)節(jié)曝氣強(qiáng)度和排除剩余的控制參數(shù)。
3 結(jié)語(yǔ)
CAST工藝保持了典型的完全混合特性,具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力;CAST設(shè)置生物選擇器,促進(jìn)絮凝型細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖,從而抑制了膨脹的發(fā)生,高效地進(jìn)行硝化反硝化,脫氮除磷效果顯著。另外,CAST工藝流程簡(jiǎn)單,采用矩形結(jié)構(gòu),運(yùn)行時(shí),不需要大量的回流,自動(dòng)化程度高,所以建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用低。此外,對(duì)于某一給定規(guī)模的污水廠,設(shè)計(jì)時(shí)可采用模塊布置方法,根據(jù)污水廠規(guī)模,先確定其基本模塊,然后重復(fù)布置此模塊直至達(dá)到所要求的處理規(guī)模,對(duì)于大型污水廠,由于CAST模塊結(jié)構(gòu)布置方式節(jié)約占地面積,擴(kuò)建方便,已日益為人們所接受。
參考文獻(xiàn):
[1]Novak L.DylqBmic mathematical modeling of Sequencing BatchReactor with aerated and mixed fi~ing period[J].Wat Sci Ttwh,1997,35(1):105-112.
[2]Goronszy M C,朱明權(quán),Wutschre K.循環(huán)式活性法(CAST)的應(yīng)用及發(fā)展[J].中國(guó)給水排水,1996,12(6):4-9.
[3]Goronszy M C.The cyclic activated sludge system for resort area wastewater treatment[J].Wat Sci Tech,1995,32(9-10):105-114.
[4]Gunnar Demoulin.Co-Current nitrifieation/denitrifieation and biological P-removal in cyclic activated sludge plants by redox Controlled cyde operation[J].wat SciTtw~h,1997,35(1):215-224.
[5]Goronszy M C.Aerated denitrifieation in full—scale activated sludge facilities[J].Wat Sci Tech.1997,35(10):103-110
Working principle designing and calculating of CAST
BAI Sheng-yun LI Ya-xin
trac:This paper explains the principle of Cyclic Activated Sludge Technology(CAST)and discusses the designing and calculating memhods
about this technology.This pape r also introduced the formulae‘a(chǎn)nd the time distributing about design cycle.
Key words:cyclic activated sludge technology,biological selector,nitrification/denitrification,biological phosphorous removal
收稿日期:2005-03-14
作者簡(jiǎn)介:白生云(1979-),男,太原理工大學(xué)在讀碩士研究生,山西太原030024
李亞新(1941-),男,博導(dǎo),教授,太原理工大學(xué),山西太原030024
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