简述CAST工艺的除磷及控制

1 CAST工艺的基本原理

1.1 CAST工艺流程简图如图1所示

1.2 CAST工艺特点

(1) 连续进水, 间断排水:传统SBR工艺为间断进水, 间断排水, 而实际污水排放大都是连续或半连续的, CAST工艺可连续进水, 克服了SBR工艺的不足, 比较适合实际排水的特点, 拓宽了SBR工艺的应用领域。虽然CAST工艺设计时均考虑为连续进水, 但在实际运行中即使有间断进水, 也不影响处理系统的运行。 (2) 运行上的时序性:CAST反应池通常按曝气、沉淀、排水和闲置四个阶段根据时间依次进行。 (3) 运行过程的非稳态性:每个工作周期内排水开始时CAST池内液位最高, 排水结束时, 液位最低, 液位的变化幅度取决于排水比, 而排水比与处理废水的浓度、排放标准及生物降解的难易程度等有关。反应池内混合液体积和基质浓度均是变化的, 基质降解是非稳态的。 (4) 溶解氧周期性变化, 浓度梯度高:CAST在反应阶段是曝气的, 微生物处于好氧状态, 在沉淀和排水阶段不曝气, 微生物处于缺氧甚至厌氧状态。因此, 反应池中溶解氧是周期性变化的, 氧浓度梯度大、转移效率高, 这对于提高脱氮除磷效率、防止污泥膨胀及节约能耗都是有利的。对同样的曝气设备而言, CAST工艺与传统活性污泥法相比有较高的氧利用率。 (5) 沉淀效果好:CAST工艺在沉淀阶段几乎整个反应池均起沉淀作用, 沉淀阶段的表面负荷比普通二次沉淀池小得多。实践证明, 当冬季温度较低, 污泥沉降性能差时, 或生化池污泥浓度较高时时, 均不会影响CAST工艺的正常运行。在运行过程中曾遇到在主反应区MLSS高达8500mg/L, 系统运行不受影响, 出水水质达标。 (6) 运行灵活, 抗冲击能力强, 可实现不同的处理目标:CAST工艺在设计时已考虑流量变化的因素, 能确保污水在系统内停留预定的处理时间后经沉淀排放, 特别是CAST工艺可以通过调节运行周期来适应进水量和水质的变比。当进水浓度较高时, 也可通过延长曝气时间实现达标排放, 达到抗冲击负荷的目的。当强化脱氮除磷功能时, CAST工艺可通过调整工作周期及控制反应池的溶解氧水平, 提高脱氮除磷的效果。所以, 通过运行方式的调整, 可以达到不同的处理水质。

2 CAST工艺除磷的基本原理

CAST系统中通过曝气和非曝气阶段使活性污泥不断地经过好氧和厌氧的循环, 这些反应条件将有利于聚磷细菌在系统中的生长和累积。因此CAST系统具有生物除磷的功能。生物除磷的效果很大程度上取决于进水中所含有的易降解基质的含量。在CAST工艺的选择器中活性污泥通过快速酶去除机理吸附和吸收大量易降解的溶解性基质, 这些吸附和吸收的易降解基质可用于后续的生物除磷过程, 对整个系统的生物除磷功能起着非常重要的作用。根据研究, 当微生物体内吸附和吸收大量易降解物质而且处在氧化还原电位为+100mV至-150mV的交替变化的环境中时, 系统可具有良好的生物除磷功能。经验证明要想达到理想的除磷效果应从以下几个方面对工艺进行控制: (1) 污泥龄应大于硝化菌、聚磷菌所需的最小泥龄。 (2) 厌氧区的DO值应尽量少。 (3) 进水碳源应满足厌氧池释磷和缺氧反硝化。 (4) 反应时间足够。为了更好的把握好CAST工艺的除磷效果, 做以下试验。

2.1 试验概况

(1) 试验方案1。试验天数:20天, 进水水质情况如表1所示。

厌氧段的MLSS为800mg/L～1000mg/L, 厌氧段起端的TP值为3.10mg/L～3.76mg/L, 厌氧段末端的TP值为7.61mg/L～9.25mg/L。保持曝气池的MLSS在4000mg/L～4500mg/L。

(2) 试验方案2。试验天数:5天, 进水水质情况如表2所示。

厌氧段的MLSS为800mg/L～1000mg/L, 厌氧段起端的TP值为2.01mg/L～2.77mg/L, 厌氧段末端的TP值为7.55mg/L～8.17mg/L。保持曝气池的MLSS在4000mg/L～4500mg/L。

(3) 试验方案3。试验天数:20天, 进水水质情况如表3所示。

厌氧段的MLSS为800mg/L～1000mg/L, 厌氧段起端的TP值为2.01mg/L～2.77mg/L, 厌氧段末端的TP值为6.55mg/L～7.17mg/L。保持曝气池的MLSS在2500～3200mg/L。

2.2 试验结果如表4所示

(1) 试验1与试验2的除磷效果对比:试验1与试验2的进水水质相差较大。试验1中进水水质浓度较高, 污泥负荷比较大, 试验2中进水浓度较低, 但除磷效果却不如试验1好。由此可见进水COD对除磷效果有影响高污泥龄在低负荷的情况下, 发生了过量曝气情况。过量曝气会导致聚磷菌贮存的化合物, 包括糖元质被氧化掉, 导致聚磷菌的生长和生物除磷受到抑制。在低负荷条件下运行, 聚磷菌在消耗完PHB后, 消耗聚糖元。这样就使聚磷菌在厌氧条件下吸收底物的能力下降, 并最终影响磷酸盐的吸收。导致了生物除磷污泥释放和吸收速率降低。

聚磷菌在厌氧时利用体内多聚磷酸盐 (P-P) 分解产能, 摄取水中易降解有机物在体内形成聚合物PHB, 并释放磷;在缺氧或好氧时利用所贮存的PHB产生能量以形成糖元、维持生存和细胞的生长繁殖, 并过量吸磷。聚磷菌体内的含磷量大大超过普通细菌体内的含磷量, 正是通过排出这种富含聚磷菌的污泥实现污水除磷, 因此应在系统中培养聚磷菌, 使之成为优势菌种。延长曝气时间或增大曝气量会过多消耗菌体内PHB, 从而影响吸磷量, 甚至导致吸磷停止;加上选择区不利的放磷条件, 形成恶性循环, 使聚磷菌的生长受到限制, 污泥中的含磷量减少, 除磷效果差。因此当系统在低负荷条件下运行时, 应合理控制曝气量。DO高时除磷率下降。

(2) 试验2与试验3的除磷效果对比:试验2中生化池的污泥浓度较试验3高, 其它有可能影响工艺情况的进水水质、曝气情况、温度, pH值都相同。试验2中磷的去除率却明显高于试验3。这表明了磷的去除除了跟污泥负荷高低、曝气量的多少有关外, 还跟厌氧区, 好氧、缺氧区的污泥浓度多少有关。

生物除磷的关键是提高聚磷菌在活性污泥系统中所占比例, 同时在系统运行过程中大量增长繁殖, 在排出系统时聚·磷菌体内含磷量维持在一个较高水平。为了提高系统中聚磷菌所占活性污泥的比例就要为聚磷菌营造更优越的适合其生长繁殖的环境及水力条件, 即工艺流程上有良好的厌氧、好氧环境。高污泥浓度可提高处理工艺各单元的反应速率, 减少所需的反应时间;高污泥浓度其菌胶团直径相对较高, 其菌胶团更容易形成缺氧反硝化, 可能会发生同程反硝化;高污泥浓度可有效提高回流污泥量, 降低回流中溶解氧含量, 提高污水的可生化性, 增大后续处理过程中的反硝化反应所用碳源, 提高有效释磷脱氮的有机物利用率。而高污泥浓度其相应具有较高的泥龄, 但生物系统内的优势菌种一般不受泥龄限制。

3 结论

结合以上三试验结果可得:在CAST工艺处理污水过程中, 进水水质状况不稳定的状况下, 为了保证工艺抗冲击能力, 应适当提高生物池内的污泥浓度。提高了污泥浓度, 菌胶团内部的厌氧区域越来越大, 保证了聚磷菌对磷的充分释放, 为在好氧环境下的超量摄取提供了基础。在高污泥浓度低负荷的情况下时, DO存在厌氧区会影响磷的释放, 还会妨碍聚磷菌成为优势种属;在主反应区DO高会降低污泥的活性, 消耗细菌体内的PHB。所以应合理控制曝气量。当然高污泥浓度对污水处理厂也同样存在不利的影响因素, 如曝气时扩散阻力增大, 供氧的利用率下降;污泥浓度的稳定性控制不好, 出水的SS会相对偏高。排泥量也应当控制好, 应保证每天一定排泥除磷的前提下, 采用高污泥浓度运行, 遇到进水浓度较低的时候, 应适当降低生化池的曝气量。

摘要：本文通过对采用CAST工艺处理生活污水的驿岗污水厂运行实践中, 对水质监测及控制, 考察了进水水质、污泥浓度、曝气量的控制除磷效果的影响。结果表明:污泥浓度、曝气量是影响除磷效果的重要因素;控制好处理过程中的污泥浓度和曝气量, 聚磷菌吸磷与释磷速率升高。

关键词：污泥浓度,除磷