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循環(huán)式活性污泥法(CASS反應(yīng)器)
一、概述:
CASS工藝是循環(huán)式活性污泥法的簡(jiǎn)稱。該工藝的前身為ICEAS工藝,其整個(gè)工藝為間歇式反應(yīng)器,在此反應(yīng)器中進(jìn)行交替的曝氣---不曝氣過(guò)程的不斷重復(fù),將生物反應(yīng)過(guò)程及泥水分離過(guò)程結(jié)合在一個(gè)池子中完成。
每個(gè)CASS反應(yīng)器至少由兩個(gè)區(qū)域組成,即生物選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū),但也可在主反應(yīng)區(qū)前設(shè)置一兼氧區(qū)。生物選擇器是按照活性污泥種群組成動(dòng)力學(xué)的規(guī)律而設(shè)置的,創(chuàng)造合適的微生物生長(zhǎng)條件并選擇出絮凝性細(xì)菌,在生物選擇區(qū)內(nèi),通過(guò)主反應(yīng)區(qū)污泥的回流并與進(jìn)水混合,不僅充分利用了活性污泥的快速吸附作用而加速對(duì)溶解性底物的去除,而且對(duì)難降解有機(jī)物起到良好的水解作用,同時(shí)可使污泥中的磷在厭氧條件下得到有效的釋放。生物選擇器還可有效地抑制絲狀菌的大量繁殖,克服污泥膨脹,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。選擇器可定容運(yùn)行,亦可變?nèi)葸\(yùn)行,多池系統(tǒng)中的進(jìn)水配水池也可用作選擇器。
二、工藝原理:
在預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi),微生物能通過(guò)酶的快速轉(zhuǎn)移機(jī)理迅速吸附污水中大部分可溶性有機(jī)物,經(jīng)歷一個(gè)高負(fù)荷的基質(zhì)快速積累過(guò)程,這對(duì)進(jìn)水水質(zhì)、水量、PH和有毒有害物質(zhì)起到較好的緩沖作用,同時(shí)對(duì)絲狀菌的生長(zhǎng)起到抑制作用,可有效防止污泥膨脹;隨后在主反應(yīng)區(qū)經(jīng)歷一個(gè)較低負(fù)荷的基質(zhì)降解過(guò)程。CASS工藝集反應(yīng)、沉淀、排水、功能于一體,污染物的降解在時(shí)間上是一個(gè)推流過(guò)程,而微生物則處于好氧、缺氧、厭氧周期性變化之中,從而達(dá)到對(duì)污染物去除作用,同時(shí)還具有較好的脫氮、除磷功能。
三、工藝結(jié)構(gòu):
在序批式活性污泥法的基礎(chǔ)上,反應(yīng)池沿池長(zhǎng)方向設(shè)計(jì)為兩部分,前部為生物選擇區(qū)也稱預(yù)反應(yīng)區(qū),后部為主反應(yīng)區(qū),其主反應(yīng)區(qū)后部安裝了可升降的自動(dòng)撇水裝置。整個(gè)工藝的曝氣、沉淀、排水等過(guò)程在同一池子內(nèi)周期循環(huán)運(yùn)行,省去了常規(guī)活性污泥法的二沉池和污泥回流系統(tǒng);同時(shí)可連續(xù)進(jìn)水,間斷排水。
四、工藝流程:
其工作過(guò)程可分為曝氣、沉淀、潷水、閑置四個(gè)階段,周期循環(huán)進(jìn)行。在反應(yīng)器的前部設(shè)置了生物選擇區(qū),后部設(shè)置了可升降的自動(dòng)潷水裝置,污水連續(xù)進(jìn)入預(yù)反應(yīng)區(qū),經(jīng)過(guò)隔墻底部進(jìn)入主反應(yīng)區(qū),在保證供氧的條件下,使有機(jī)物被池中的微生物降解。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)可對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
1、曝氣階段
由曝氣裝置向反應(yīng)池內(nèi)充氧,此時(shí)有機(jī)污染物被微生物氧化分解,同時(shí)污水中的NH3-N通過(guò)微生物的硝化作用轉(zhuǎn)化為NO3--N。
2、沉淀階段
此時(shí)停止曝氣,微生物利用水中剩余的DO進(jìn)行氧化分解。反應(yīng)池逐漸由好氧狀態(tài)向缺氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化,開(kāi)始進(jìn)行反硝化反應(yīng)。活性污泥逐漸沉到池底,上層水變清。
3、潷水階段
沉淀結(jié)束后,置于反應(yīng)池末端的潷水器開(kāi)始工作,自上而下逐漸排出上清液。此時(shí)反應(yīng)池逐漸過(guò)渡到厭氧狀態(tài)繼續(xù)反硝化。
4、閑置階段
閑置階段即是潷水器上升到原始位置階段。
五、工藝特征:
1、溶解氧周期性變化,濃度梯度高
CASS在反應(yīng)階段是曝氣的,微生物處于好氧狀態(tài),在沉淀和排水階段不曝氣,微生物處于缺氧甚至厭氧狀態(tài)。因此,反應(yīng)池中溶解氧是周期性變化的,氧濃度梯度大、轉(zhuǎn)移效率高,這對(duì)于提高脫氮除磷效率、防止污泥膨脹及節(jié)約能耗都是有利的。實(shí)踐證實(shí)對(duì)同樣的曝氣設(shè)備而言,CASS工藝與傳統(tǒng)活性污泥法相比有較高的氧利用率。
2、運(yùn)行過(guò)程的非穩(wěn)態(tài)性
每個(gè)工作周期內(nèi)排水開(kāi)始時(shí)CASS池內(nèi)液位最高,排水結(jié)束時(shí),液位最低,液位的變化幅度取決于排水比,而排水比與處理廢水的濃度、排放標(biāo)準(zhǔn)及生物降解的難易程度等有關(guān)。反應(yīng)池內(nèi)混合液體積和基質(zhì)濃度均是變化的,基質(zhì)降解是非穩(wěn)態(tài)的。
3、運(yùn)行上的時(shí)序性
CASS反應(yīng)池通常按曝氣、沉淀、排水和閑置四個(gè)階段根據(jù)時(shí)間依次進(jìn)行。
4、連續(xù)進(jìn)水,間斷排水
傳統(tǒng)SBR工藝為間斷進(jìn)水,間斷排水,而實(shí)際污水排放大都是連續(xù)或半連續(xù)的,CASS工藝可連續(xù)進(jìn)水,克服了SBR工藝的不足,比較適合實(shí)際排水的特點(diǎn),拓寬了SBR工藝的應(yīng)用領(lǐng)域。雖然CASS工藝設(shè)計(jì)時(shí)均考慮為連續(xù)進(jìn)水,但在實(shí)際運(yùn)行中即使有間斷進(jìn)水,也不影響處理系統(tǒng)的運(yùn)行。
六、工藝優(yōu)點(diǎn):
1、工藝流程簡(jiǎn)單,占地面積小,投資較低
CASS的核心構(gòu)筑物為反應(yīng)池,沒(méi)有二沉池及污泥回流設(shè)備,一般情況下不設(shè)調(diào)節(jié)池及初沉池。因此,污水處理設(shè)施布置緊湊、占地省、投資低。
2、生化反應(yīng)推動(dòng)力大
CASS工藝從污染物的降解過(guò)程來(lái)看,當(dāng)污水以相對(duì)較低的水量連續(xù)進(jìn)入CASS池時(shí)即被混合液稀釋,因此,從空間上看CASS工藝屬變體積的完全混合式活性污泥法范疇;而從CASS工藝開(kāi)始曝氣到排水結(jié)束整個(gè)周期來(lái)看,基質(zhì)濃度由高到低,濃度梯度從高到低,基質(zhì)利用速率由大到小,因此,CASS工藝屬理想的時(shí)間順序上的推流式反應(yīng)器,生化反應(yīng)推動(dòng)力較大。
3、沉淀效果好
CASS工藝在沉淀階段幾乎整個(gè)反應(yīng)池均起沉淀作用,沉淀階段的表面負(fù)荷比普通二次沉淀池小得多,雖有進(jìn)水的干擾,但其影響很小,沉淀效果較好。實(shí)踐證明,當(dāng)冬季溫度較低,污泥沉降性能差時(shí),或在處理一些特種工業(yè)廢水污泥凝聚性能差時(shí),均不會(huì)影響CASS工藝的正常運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)和工程中曾遇到SV30高達(dá)96%的情況,只要將沉淀階段的時(shí)間稍作延長(zhǎng),系統(tǒng)運(yùn)行不受影響。
4、運(yùn)行靈活,抗沖擊能力強(qiáng)
CASS工藝在設(shè)計(jì)時(shí)已考慮流量變化的因素,能確保污水在系統(tǒng)內(nèi)停留預(yù)定的處理時(shí)間后經(jīng)沉淀排放,特別是CASS工藝可以通過(guò)調(diào)節(jié)運(yùn)行周期來(lái)適應(yīng)進(jìn)水量和水質(zhì)的變比。當(dāng)進(jìn)水濃度較高時(shí),也可通過(guò)延長(zhǎng)曝氣時(shí)間實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放,達(dá)到抗沖擊負(fù)荷的目的。在暴雨時(shí),可經(jīng)受平常平均流量6信的高峰流量沖擊,而不需要獨(dú)立的調(diào)節(jié)地。多年運(yùn)行資料表明,在流量沖擊和有機(jī)負(fù)荷沖擊超過(guò)設(shè)計(jì)值2-3信時(shí),處理效果仍然令人滿意。而傳統(tǒng)處理工藝雖然已設(shè)有輔助的流量平衡調(diào)節(jié)設(shè)施,但還很可能因水力負(fù)荷變化導(dǎo)致活性污泥流失,嚴(yán)重影響排水質(zhì)量。當(dāng)強(qiáng)化脫氮除磷功能時(shí),CASS工藝可通過(guò)調(diào)整工作周期及控制反應(yīng)池的溶解氧水平,提高脫氮除磷的效果。所以,通過(guò)運(yùn)行方式的調(diào)整,可以達(dá)到不同的處理水質(zhì)。
5、不易發(fā)生污泥膨脹
污泥膨脹是活性污泥法運(yùn)行過(guò)程中常遇到的問(wèn)題,由于污泥沉降性能差,污泥與水無(wú)法在二沉池進(jìn)行有效分離,造成污泥流失,使出水水質(zhì)變差,嚴(yán)重時(shí)使污水處理廠無(wú)法運(yùn)行,而控制并消除污泥膨脹需要一定時(shí)間,具有滯后性。因此,選擇不易發(fā)生污泥膨脹的污水處理工藝是污水處理廠設(shè)計(jì)中必須考慮的問(wèn)題。
由于絲狀菌的比表面積比菌膠團(tuán)大,因此,有利于攝取低濃度底物,但一般絲狀菌的比增殖速率比非絲狀菌小,在高底物濃度下菌膠團(tuán)和絲狀菌都以較大速率降解底物與增殖,但由于膠團(tuán)細(xì)菌比增殖速率較大,其增殖量也較大,從而較絲狀菌占優(yōu)勢(shì)。而CASS反應(yīng)池中存在著較大的濃度梯度,而且處于缺氧、好氧交替變化之中,這樣的環(huán)境條件可選擇性地培養(yǎng)出菌膠團(tuán)細(xì)菌,使其成為曝氣池中的優(yōu)勢(shì)菌屬,有效地抑制絲狀菌的生長(zhǎng)和繁殖,克服污泥膨脹,從而提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。
6、適用范圍廣,適合分期建設(shè)
CASS工藝可應(yīng)用于大型、中型及小型污水處理工程,比SBR工藝適用范圍更廣泛;連續(xù)進(jìn)水的設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式,一方面便于與前處理構(gòu)筑物相匹配,另一方面控制系統(tǒng)比SBR工藝更簡(jiǎn)單。對(duì)大型污水處理廠而言,CASS反應(yīng)池設(shè)計(jì)成多池模塊組合式,單池可獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)處理水量小于設(shè)計(jì)值時(shí),可以在反應(yīng)地的低水位運(yùn)行或投入部分反應(yīng)池運(yùn)行等多種靈活操作方式;由于CASS系統(tǒng)的主要核心構(gòu)筑物是CASS反應(yīng)池,如果處理水量增加,超過(guò)設(shè)計(jì)水量不能滿足處理要求時(shí),可同樣復(fù)制CASS反應(yīng)池,因此CASS法污水處理廠的建設(shè)可隨企業(yè)的發(fā)展而發(fā)展,它的階段建造和擴(kuò)建較傳統(tǒng)活性污泥法簡(jiǎn)單得多。
7、剩余污泥量小,性質(zhì)穩(wěn)定
傳統(tǒng)活性污泥法的泥齡僅2-7天,而CASS法泥齡為25-30天,所以污泥穩(wěn)定性好,脫水性能佳,產(chǎn)生的剩余污泥少。去除1.0kgBOD產(chǎn)生0.2~0.3kg剩余污泥,僅為傳統(tǒng)法的60%左右。由于污泥在CASS反應(yīng)池中已得到一定程度的消化,所以剩余污泥的耗氧速率只有10mgO2/g MLSS.h以下,一般不需要再經(jīng)穩(wěn)定化處理,可直接脫水。而傳統(tǒng)法剩余污泥不穩(wěn)定,沉降性差,耗氧速率大于20mgO2/g MLSS.h ,必須經(jīng)穩(wěn)定化后才能處置。