CAST工艺对相思湖除磷脱氮的研究

广西民族学院学报(自然科学版)第12卷第1期　　　　　　　　JOURNALOFGUANGXIUNIVERSITYFORNATIONALITIESVol.12No.12006年2月(NaturalScienceEdition)　　　　　　　　　　　　　　　　　Feb.2006CAST工艺对相思湖除磷脱氮的研究*刘绍刚1,黄在银1,冀周英2(1.广西民族学院化学与生态工程学院,广西南宁　530006;2.河北农业大学资源与环境学院,河北保定　071001)摘　要:针对日益严重的水体富营养化问题,结合中国南方中小城市污水处理现状,阐述了循环活性污泥法(CAST)的工作原理,并利用它处理城市生活污水.试验表明,其排放废水的各项污染指标均达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准,在城市生活污水处理中,尤其是含氮、磷较高的,有良好的研究开发价值和广阔的推广应用前景.关键词:循环式活性污泥法;生物脱氮除磷;短程硝化反硝化中图分类号:X703　文献标识码:A文章编号:1007-0311(2006)01-0059-04水资源已成为世界性问题,我国同样面临着淡水资源短缺的现实.由于水资源的短缺,近年来城市供水水价持续上涨,城市的生活污水适当处理后,用于市政绿化、冲洗车辆、厕所便器冲洗和清洁等;既减少了污染,又有很好的社会效益和经济效益,因此国家加大了水污染控制的力度.在这里阐述了周期循环式活性污泥法(CAST工艺)的除磷脱氮试验研究及工程应用,并通过实验室的大量模拟试验,提出一种适合我国国情(尤其是南方地区)的新型活性污泥污水处理工艺.CAST工艺的运行方式是周期循环式的,CAST池集曝气、沉淀、排水等工艺过程于一池,与传统的活性污泥法和SBR相比,有以下优点[1]:占地少、投资省、适合分批投资建设,反应池中的能同时进行硝化和反硝化(SND),在同时达到脱氮除碳时,由于在处理过程中产生一种聚磷菌,因此也起到除磷的目的;同时设计简便,操作灵活.对于南方中小城市的城市生活污水的处理是一项具有应用前景的水处理技术.1　工艺原理CAST反应池分为生物选择区,预反应区和主反应区;运行是按进水—曝气、沉淀、撇水、进水—闲置完成一个周期.其对污染物的降解是一个时间上的推流过程,是一个好氧/缺氧/厌氧交替运行的过程,因此具有一定的除磷脱氮效果.生物选择器设在反应器的前部,其容积约占整个反应器的10%,并设搅拌装置,反应条件在缺氧和厌氧之间变化.生物选择器有三个功能:(1)絮体结构内的底物的物理团聚与动力学和代谢选择同时进行;(2)选择器被隔开,保证初始高絮体附和,以及酶快59*收稿日期:2005-11-08.基金项目:广西科学研究与技术开发攻关项目(0155015).作者简介:刘绍刚(1980-),广西北海人,广西民族学院化学与生态工程学院化工与环境工程系讲师,硕士,目前主要研究方向为水污染控制新技术和新工艺的开发,固体废物的资源化利用以及湖泊富营养化的控制.黄在银(1952-),男,湖北巴东人,教授,硕士生导师,广西民族学院新世纪首批学科带头人,主要研究方向纳米新材料的开发和研制,以及新环境功能材料的开发和利用.DOI:牨牥牣牨牰牨牱牱牤j牣cnki牣gxmzzk牣牪牥牥牰牣牥牨牣牥牨牫速去除溶解底物;(3)通过选择器的设计,还可以创造一个有利于磷释放的环境,这样促进聚磷菌的生长.生物选择器的工艺过程遵循活性污泥的基质积累—再生理论,使活性污泥在选择器中经历一个高负荷的吸附阶段,随后在主反应区经历一个较低附和的基质降解阶段,以完成整个基质降解的全过程和污泥再生[2,3].预反应区为水力缓冲区,容积大小根据最大进水量来确定.若在非曝气阶段,不进水可将其略去.主反应区在可变容积完全混合反应条件下运行,完成含碳有机物和包括氮、磷的污染物的去除.在运行过程中通过控制溶解氧的浓度来达到硝化,反硝化以及磷吸收的同步进行.在本CAST工艺运行中控制供氧强度以及混合液溶解氧的浓度使其从0逐渐上升到2.5mg/L左右,这样使活性污泥絮体的外周保持一个好氧的环境进行硝化,由于氧在活性污泥絮体的传递受到限制,而具有较高浓度剃度的硝酸盐则能较好地渗透到絮体内部有效地进行反硝化.磷的去除:生物除磷是依靠聚磷菌的作用实现的,生物选择器不曝气这样反应环境非常迅速地从缺氧环境转化为厌氧环境,聚磷菌依靠水解体内的聚磷(Poly-P)水解释放出正磷酸盐,同时产生能量以吸收水中的溶解性有机底物,并将其在体内合成为细胞学储备物质PHB;在主反应区为好氧环境时,聚磷菌以游离氧为电子受体,将细胞储备物质氧化,并利用该反应所产生的能量,过量地在污水中摄取磷酸盐并合并为ATP,其中一部分转化为聚磷伫存能量,为下一周期的厌氧释磷做准备.2　试验材料和方法2.1　试验装置CAST试验系统及反应器示意图如图1所示.本试验采用有机玻璃CAST反应器模型,总体积约10L,有效容积约为8L,其中生物选择器容积约为总容积的1/10,反应器的运行由定时器自动控制,根据需要对进水,曝气,回流,沉淀各过程的启动,停止时间进行调整,整个试验过程均在室温下进行,进水由蠕动泵供给;曝气气源由空气压缩机提供,采用粘块曝气头,用转子流量计控制气量,生物选择器设立搅拌器,提供混合作用.试验每周期进水3h,非限制性曝气(边进水边曝气)3h,沉淀45min,其余时间为撇水器下降排水排出定量的水,共4h,每天6个周期;混合液回流量是进水流量的20%,排水比为30%～40%.图1　CAST试验系统及反应器示意图Ⅰ、生物选择器Ⅱ、预反应区Ⅲ、主反应区1、进水泵2、搅拌器3、曝气头4、空气泵5、滗水器6、污泥回流泵2.2　接种污泥试验所采用的接种污泥来自南宁某污水处理厂二沉池的活性污泥,接种后反应器的污泥浓度在最高水位时约为3000mg/L左右,接种污泥的VSS/SS约为0.8,SV20%～30%.2.3　试验用水试验用水为广西民族学院教工生活区生活污水,经测定原水水质为:COD280～400mg/L;BOD100～150mg/L;NH4+-N40～60mg/L;TN50～75mg/L;TP1.6～7.5mg/L;水温30℃～34℃;pH值7.2～8.0;C/N为3.37～8.2.4　试验检测指标及检测方法水样分析项目中NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法;NO3--N采用麝香草酚分光光度法;NO2--N采用N-(1-奈基)-乙二胺光度法;CODcr采用快速测定仪;BOD5采用意大利哈纳BOD直接测定仪;DO,PH采用意大利哈纳水质多功能在线测定仪;SV、SVI、MLSS均参照国家环保局的标准方法测定.3　结果与分析3.1　污泥的培养和驯化本试验以南宁某污水处理厂二沉池的活性污泥为种泥,发现该污泥性能良好,镜检发现有大量活跃钟虫和少量线虫,污泥上清夜清澈透明.将接种污泥投入池中并加入部分污水后闷曝24h.次后,逐步加大进水负荷,按照CAST自身运行方式,逐步培养和驯化污泥,至生物相重新恢复正常,污泥性能稳定,处理效果良好,表明污泥培养成熟[4,5,6].3.2　连续试验运行效果60广西民族学院学报(自然科学版)　　　　　　　2006年2月　第12卷反应器对COD的去除情况如图2所示.由试验数据可看出,CAST工艺对城市污水各项污染物均能有效去除.试验水样中的CODcr,BOD5,含量均不高,因此经该工艺处理很容易达到排放标准,同时对含量较高的NH4-N及TP只要操作条件控制适当,都能保证出水水质达到国家规定的污水排放一级标准,即CODcr60mg/L,BOD520mg/L,NH4-N15mg/L,TP1.0mg/L.图2　CAST反应器进出水COD浓度及COD去除率的变化情况在第一阶段1～15d的启动期,由于反应器还没有达到稳定的状态,同时进水有机负荷在0.22～0.25kgCOD/(kgMLSSd);从第18d开始,COD的去除率基本稳定在94.5%左右,出水的COD基本小于30mg/L.反应器对BOD的去除情况如图3所示.图3　CAST反应器进出水BOD浓度及BOD在第一阶段1～15d的启动期,由于反应器还没有达到稳定的状态,BOD的去除率呈缓慢上升.同时进水有机负荷在0.10～0.12kgBOD/(kgMLSSd),从第18d开始,BOD的去除率基本稳定在94%左右,出水的BOD基本小于20mg/L.反应器对氨氮的去除情况如图4所示.图4　CAST反应器进出水氨氮及氨氮去除率的变化情况从图中可以看出,反应器进水的氨氮浓度大多是40～60mg/L,在经过启动期9d之后,系统对氨氮的去除率逐步上升,到第15d,氨氮去除率大多在81%以上.在监测氨氮的同时,对系统的总氮的去除情况也进行了监测.在系统对氨氮的去除效果较稳定的第15d,系统对总氮的去除率基本稳定在50%～65%左右之间,由于C/N较低.在本试验中所用的生活废水的BOD5/TN在2左右,制约了反硝化反应的进行,故总氮的去除率只有50%左右.CAST反应器进出水总磷及总磷去除率的变化情况如图5所示.图5　CAST反应器进出水总磷及总磷去除率的变化情况系统对总磷的去除率基本稳定在80%以上,出水中的总磷浓度大多低于1.0mg/L,基本达到一级标准;倘若是没有达到,可对出水增加化学除磷处理,以使出水达标.4　结论本论文对实验室小试CAST反应器处理城市生活污水进行了试验研究.通过33d的试验研究,可以得到以下结论.(1)在本实验中对与处理能力为30L/d的小试规模的CAST反应器,在运行周期为8h,曝气时间为4h,污泥泥龄为10～15d,进水平均CODcr、BOD5、氨氮和TP浓度分别为331.1mg/L,128.9mg/L,49.5mg/L,4.9mg/L.(2)CAST工艺在去除有机物的同时可以完成脱氮除磷.试验结果表明,出水COD浓度为16～39mg/L左右,去除率可达94.5%;出水BOD浓度均低于20mg/L,去除率可达91%以上;出水NH3-N浓度为7.8～14.5mg/L,去除率可达85%;出水总磷浓度为0.25～1.0mg/L左右,去除率可达84%;反应器内活性污泥沉降良好,其SVI值平均为50;与传统的活性污泥法相比,其各项污染物指标的去除率具有大幅度提高,因而CAST工艺具有良好的除磷脱612006年第1期　　　　　　　　　　●刘绍刚,黄在银,冀周英︺CAST工艺对相思湖除磷脱氮的研究氮的效果.[参　考　文　献][1]GoronszyMC,朱明权,WutschreK.循环式活性污泥法(CASTTM)在工业废水处理中的应用[J].中国给水排水,1997,13(增刊):7-11.[2]白生云,李亚新.CAST的工作原理与设计计算[J].山西建筑,2005,31(13):1-3.[3]GoronszyMC,朱明权,WutschreK.循环式活性污泥法(CAST)的应用及发展[J].中国给水排水,1996,12(6):4-9.[4]GoronszyMC,TheCyclicactivatedsludgesystemforresortareawastewatertreatment[J].WatSciTech,1995,32(9-10):105-114.[5]张统.SBR及其变法污水处理与回用技术[M].北京:化学工业出版社,2003.208-213.[6]王少坡,秦永臻,李军.CAST工艺处理低C/N废水中DO对NO-2积累的影响[J].哈尔滨工业大学学报,2005,37(3):344-347.[责任编辑　黄祖宾][责任校对　苏　琴]ExperimentalStudyonCASTProcessforMunicipalWastewaterofDephosphorizationandNitrogenRemovalLIUShao-gang1,HUANGZai-yin1,JIZhou-ying2(1牣GuangxiUniversityofNationalities,Nanning530006,China;2牣HebeiUniversityofAgri