CAST循環(huán)式活性污泥法

1、循環(huán)式活性污泥法（Cyclic Activated Sludge Technology ,簡(jiǎn)稱CAST磔由美國(guó)Goronszy教授開(kāi)發(fā)出來(lái)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(guò)程與泥水分離過(guò)程集中在一個(gè)池子中完成，屬于SBE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CAS夜應(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勺成功運(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

2、于5mg/L。文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索后 向本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)活性污泥技術(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(kāi)，保證初始高絮體負(fù)荷，以及酶快速去除溶解底物；c.通過(guò)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)格遵循活性污泥種群組成動(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?；钚晕勰嗟男躞w負(fù)荷 3/X0（即底物濃度和活性微生物濃度的比值）對(duì)系統(tǒng)中活性污泥的種群組成

3、有較大的影響，較高的污泥絮體負(fù)荷有助于絮凝性細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖。CASTT藝中活性污泥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)，提高污泥活性，并通過(guò)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，避免了污泥膨脹的發(fā)生。同時(shí)當(dāng)生物選擇器處于缺氧環(huán)境時(shí)，回流污泥存在的少量硝酸鹽氮（約為2-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。文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索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

4、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(guò)控制溶解氧的濃度使其從0 緩慢上升到 2.5mg/L 來(lái)保證硝化、 反硝化以及磷吸收的同步進(jìn)行3 。 文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索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。CASTT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

5、逐漸上升到 2.5mg/L 左右， 這樣使活性污泥絮體的外周保持一個(gè)好氧環(huán)境進(jìn)行硝化， 由于氧在活性污泥絮體內(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(guò)主反應(yīng)區(qū)，順序經(jīng)過(guò)缺氧- 好氧 -厭氧環(huán)境， 尤其在非曝氣階段0.5h-1.0h 內(nèi)污泥層以胞內(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，在污泥沉淀過(guò)程中也有一定的反硝化作用。 文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索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

6、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(guò)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(guò)剩余污泥的排放可達(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)污泥在池子中的濃度約在1.7g/L2.0g/L左右，化學(xué)污泥可以

7、進(jìn)一步提高沉淀污泥的壓縮能力。CASTT藝是活性污泥不斷地經(jīng)過(guò)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+100mW-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。文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索此外，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(wú)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。CASTS1個(gè)工藝過(guò)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(guò)程如圖 2 所示， 生物選擇其中較高的污泥絮體負(fù)荷

8、， 可以使廢水中存在的溶解性易降解有機(jī)物通過(guò)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， 然后在污泥絮體負(fù)荷較低的主反應(yīng)區(qū)完成底物的降解， 從而實(shí)現(xiàn)了活性污泥的再生。 再生的污泥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 累一再生”，實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用表明，當(dāng)高于 75%勺易降解有機(jī)物質(zhì)通過(guò)酶轉(zhuǎn)移機(jī)理去除，則 剩余可溶解COD、于100mg/L5。文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索圖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也容積采用容積負(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=CK (S a Se)/(N eXN

9、wX f)(1)文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索3式中：V CAST也容積，m；Q-污水日流量，nf/d ;N混合?污泥(MLSS)濃度，3g/L4g/L ;ZB0D污泥負(fù)荷率，其中 Ns=K2XSeXf/ , K2取值見(jiàn)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/MLVSS0.7 0.8.表1生活污水及部分的 &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(Vi)和固定容積組成，變動(dòng)容積是指池 內(nèi)設(shè)計(jì)最高水

10、位至濰水機(jī)排放最低水位的容積。固定容積由兩部分組成：一部分是活性污泥,最高泥面至池底之間的容積 (V。；另一部分為撇水水位和泥面之間的容積，它是由防止撇水 和污泥流失的最小安全距離決定的容積(V2)。文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索V=n x(Vi+V2+M)(2)文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索式中：V CAST也總有效容積，ni CAST也子個(gè)數(shù)；V i變動(dòng)容積，m?;3V 2安全容積，m;V 3污泥沉淀濃縮容積，m5。一般地，池內(nèi)最高液位 H按下式計(jì)算：H=H+H2+H=(3 5)m(3)文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索H=Q/(niXn2XA)(4)文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索_-3H3=HX NwX SVIX10(5)文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜

11、索H2=H-(Hl+H3)(6) 文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索式中：H池內(nèi)設(shè)計(jì)最高水位至濰水機(jī)排放最低水位之間的高度，成A單個(gè)CAST池平面面積，m2;n2日內(nèi)循環(huán)周期數(shù)；H濰水結(jié)束時(shí)泥面高度，m；NW最高液位時(shí)混合液污泥濃度，kg/m 3;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，則必須減少污泥負(fù)荷，增大CAST池的有效容積，直至滿足 (6) 的條件。 文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索2.2 選擇器容積CAST也中間設(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%£右，另一部分為主反應(yīng)區(qū)。選擇器的類別不

12、同，對(duì)選擇器的容積要求也不同。一般來(lái)講，對(duì)于好氧生物選擇器，其混合液接觸時(shí)間 T 為15min30min ,對(duì)缺氧和厭氧生物選擇器一般取30min60min。因此其容積為：文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索V=(Qi+Qr) x T(7) 文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索式中：Qi, Qr進(jìn)水、回流污泥流量，mf/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)的污泥24h 全部循環(huán)一次來(lái)確定污泥回流量1 。生物選擇器的大小和污泥回流比，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際情況找出最佳條件。 文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索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

13、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)度和排除剩余污 泥的控制參數(shù)。 文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索3 結(jié)語(yǔ)CASH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， 從而抑制了污泥膨脹的發(fā)生， 高效地進(jìn)行硝化反 硝化，脫氮除磷效果顯著。另外，CASTT藝流程簡(jiǎn)單，采用矩形結(jié)構(gòu)，運(yùn)行時(shí)，不需要大量的污泥回流， 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

14、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莫塊結(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。 文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索參考文獻(xiàn) ： 1Novak L DylqBmic mathematical modeling of Sequencing BatchReactor withaerated and mixed fiing periodJ Wat Sci Ttwh ， 1997 ， 35(1) ： 105-112 文檔來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)搜索2Goronszy M C ，朱明權(quán)，Wutschre K .循環(huán)式活性污泥法(CAST)的應(yīng)用及發(fā)展J 中國(guó)給水排水，1996 ， 1

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