【清慧研習社】循環(huán)式活性污泥法在污水處理中的應用研究

庭前春雪 2023-03-18 發(fā)布于山東

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文章從循環(huán)式活性污泥法的基本特征和工作原理入手，結(jié)合具體的工作案例，對循環(huán)式活性污泥法的生產(chǎn)運行情況進行分析，為廣大同仁們提供有益的借鑒和思考。

循環(huán)式活性污泥法的基本特點和工作原理

1.1 循環(huán)式活性污泥法的基本特點

循環(huán)式活性污泥法的工藝實際上是對污染物進行降解處理的一種方法，即經(jīng)歷了好氧、缺氧到厭氧的交替變化，現(xiàn)將其主要特點進行總結(jié)如下：

第一，工藝流程簡單，便于操作。在應用運行中所需處理的構(gòu)筑物并不多。

第二，優(yōu)勢明顯，荷載力強。該處理方法應用中，曝氣池具有完全混合式和推流式兩大明顯優(yōu)勢，且盛水量巨大，當所需處理的水質(zhì)出現(xiàn)較大波動時，其抗沖擊負載能力強。

第三，脫氮除磷效果快，抑制不利菌生長效果好。利用調(diào)節(jié)曝氣和間歇時間的方法，為污水在反應池內(nèi)的反映創(chuàng)造條件，加速好氧和厭氧的交替反應，使脫氮除磷效果提高，從而有效抑制不利菌群的生長。

第四，設備耗損嚴重，成本支出大。在循環(huán)式活性污泥處理法應用中，設備的應用并不能保證隨時運行，其閑置率非常高，應用中出現(xiàn)耗損也很大，因而需要經(jīng)常性的進行修理養(yǎng)護，而這部分維修成本是非常高的，在一定程度上削減了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

1.2 循環(huán)式活性污泥法的工作原理

循環(huán)式活性污泥法（CAST）是在傳統(tǒng)的 SBR 工藝基礎上優(yōu)化改良而來的一種新型工藝，與傳統(tǒng)的 SBR 工藝不同的是，它新增了生物選擇區(qū)和污泥回流兩道工序，進而使循環(huán)式活性污泥法在具體應用中產(chǎn)生了厭氧區(qū)、兼氧區(qū)和好氧區(qū)，并經(jīng)過與傳統(tǒng)的 A2/O 工藝和 SBR 工藝等各種優(yōu)勢的結(jié)合，是循環(huán)式活性污泥法在具體應用中的生物脫氧除磷效果更加突出。

該工藝在工作中通過不同微生物在所負荷環(huán)境不同的狀況下，根據(jù)其增殖速度的不同和廢水生物脫氮出磷機理，該處理方法的耐沖擊負荷能力和脫氮除磷成效都相對提高。

循環(huán)式活性污泥法的應用中，各廠應結(jié)合自身的基本情況和使用需求來自行設定運行周期，通常情況下 4h ；進水—曝氣階段 2h ；完成生物降解過程；經(jīng)過 1h 沉淀待待處理物處于靜止狀態(tài)后，再將泥水做分離處理，潷水時間為1h。需要注意的是，為了實現(xiàn)污水處理工作的循環(huán)連貫生產(chǎn)，通常設置四個池連續(xù)工作。具體工藝流程如圖1 所示。

某污水處理廠應用循環(huán)式活性污泥法的工程概況

某污水處理廠，其污水處理設計方案是由市設計院設計的，預期處理能力為 20 萬 m3/d。整個工程共分為兩個階段，一期工程和二期工程的污水處理能力均設計為 10 萬 m3/d，目前均已投入使用。

其中二期工程主要負責處理該市的城市生活污水的處理，已于 2014 年投入使用?，F(xiàn)以二期工程的應用情況為例做簡單分析：

二期工程中的污水處理構(gòu)筑物共建設了 16 組循環(huán)式活性污泥處理生化反應池，根據(jù)處理能力，每個池子的運行周期為 4h，包括進水—曝氣 2h，沉淀 1h，潷水 1h，該系列操作具有連續(xù)性。其沖水比設定為 0.33，污泥回流比設定為 20%。此方案設計的出水指標，依據(jù)的是《污水綜合排放標準》（GB18918-2002）一級 B 標準和該省《地方標準污染物排放限值》一級水質(zhì)排放標準。

微電解技術處循環(huán)式活性污泥法在污水處理中的應用效果分析

3.1 DO濃度控制對處理效果的影響

循環(huán)式活性污泥法在反應池中的應用可分為三個區(qū)域，包括生物選擇區(qū)、兼氧區(qū)和反應區(qū)，其各部分功能不同，循環(huán)式活性污泥法的應用工藝和傳統(tǒng)的 A2/O工藝一樣，都是分區(qū)控制。

在具體應用中，三個區(qū)域的 DO 濃度設定是不相同的，應進行梯度設置，依次控制在小于 0.3mg/L、0.5mg/L 和 1.5～2.5mg/L，這樣反應池中就可同步實現(xiàn)硝化和反硝化反應、聚磷菌厭氧釋放和好氧的吸收，這也是該工藝脫氮除磷效果明顯的一個重要原因。

在某工廠中，循環(huán)式活性污水法的應用中，其工藝的應用也是 4 小時一個周期，生物選擇區(qū)、兼氧區(qū)和反應區(qū)的 DO 濃度均采用前述設定標準，其中反應區(qū)的 DO 濃度采取分階段限制性曝氣的控制方法。

① 進水—曝氣前 30s，DO 濃度不大于 0.5mg/L，有效實現(xiàn)了污水和活性污泥的充分拌和和吸附，反應效果良好。

② 進水—曝氣后 30s，DO 濃度在 0.5 ～1.0mg/L 之間，碳化反應程度加劇，混合物中的 BOD5 降解速度提升，該階段主要進行硝化反應。

③ 硝化反應 1h 內(nèi)，DO 濃度在 1.0 ～2.0mg/L 之間，這一階段的反應時間應保持，一方面能確保碳化反應和硝化反應更充分；另一方面也能有效降低聚磷菌的外部釋放。分階段曝氣控制的實施，能更好地促進脫氮反應的完成。

3.2 污泥濃度與脫氮除磷效果的關系

進水污泥符合（F/M）是污水處理廠設計和運行的重要指標。當 F/M 設計值加大時，NH3-N 的去除效果會大大下降；當 F/M 值減小時，相應的 NH3-N 去除能力會明顯提高。這主要是由于當 F/M 值增加時，碳化反應時間也會隨之提高，而硝化反應時間則相對變少，而其反應時間對脫氮效果是造不成直接影響的。在某污水處理廠中，F(xiàn)/M 值設定為 0.06kg BOD5/（kgMLSS·d），因為它的進水濃度相對較高，且內(nèi)含的微生物環(huán)境復雜，因此，COD 設計為 250 ～ 400mg/L，NH3-N和 TP 的值設計為 25 ～ 40mg/L 和 4 ～ 8mg/L，且由于其地理位置的特殊性，在污水處理過程中還會受到海水漲潮的影響。這就要求在進水處理中必須嚴格控制好 MLSS 量，以提升循環(huán)式活性污泥法的處理能力和抗沖擊力。當 MLSS 量不同時，其對污水廠的水處理能力就會產(chǎn)生直接影響。現(xiàn)通過三種差異化設定來進行具體的應用效果分析：

① 當污泥濃度在 2500 ～3500mg/L，MLVSS/MLSS 比值設定在 40% 左右時。因 MLSS 值的設定偏低，因此不利于出水NH3-N 的有效去除，而要使 NH3-N 符合出水標準，如曝氣時長不能延長時，則應加大 DO 濃度，一般設定在 2.5～4.0mg/L 之間即可。反之如曝氣量大的過大，也會造成剪切力增強，如不及時進行處理極易使污水中的微生物絮體結(jié)構(gòu)被損壞，對循環(huán)式活性污泥法應用的工藝效果產(chǎn)生一定的不利影響，特別是在硝化和反硝化反應過程中，DO 濃度直接影響著 NH3-N 和 HTP的去除率。

② 當污泥濃度在 4000 ～5500mg/L，MLVSS/MLSS 比值設定在 45% 左右時。因 MLSS 設定值有所提升，因而污水中的微生物數(shù)量也會隨之變多，相對第一種設定則更容易分解出水出達標的 NH3-N，且在實際應用中發(fā)現(xiàn)，這種設定 DO 濃度控制的成本并不高，通常在 1.0 ～1.2mg/L 之間。更為重要的是，MLSS 值的增加，使系統(tǒng)抗異常水樣和海水沖擊力都有了相應提高，大大增加了體系的穩(wěn)定性。而 DO 濃度對 TP 的去除率也達到了很好的效果。

③ 當污泥濃度在 6000 ～8000mg/L，MLVSS/MLSS 比值設定在 50% 左右時。我們都知道 DO 的濃度低時更有利于提升污泥體系的穩(wěn)固性，同時體系內(nèi)的微生物絮體和結(jié)構(gòu)都相對增加并趨于穩(wěn)定，有利于硝化和反硝化反應及聚磷菌的繁殖。

因此，DO 值設定最好不大于 1.0mg/L。經(jīng)應用分析得出，裝置在低 DO 濃度、高污染濃度下生產(chǎn)，出水 NH3-N 和 TP 兩項指標都遠超設定標準，取得較好的應用成效，觀察可見，這種設定下的出水更清澈，抗沖擊力也大大提升，特別對惡劣進水條件的污水處理效果更好，較為適用該廠的污水處理應用。

而在這種設定模式中，污泥濃度加大，F(xiàn)/M 負荷能力下降，工藝難度提升，尤其在 DO 濃度控制方面更顯困難，極易使活性污泥中產(chǎn)生營養(yǎng)不均衡、內(nèi)含微生物解體、活性污泥老化等問題，反應到我們的肉眼上，就能看到池面泥絮漂浮，在潷水中也會有一些會流出來，這樣在檢測中出水 SS 值就會高于設定標準，并會在一定程度上給出水 NH3-N 和磷指標造成影響；而 DO 濃度下降時，則活性污泥中會出現(xiàn)缺氧狀況，我們能看到污泥變黑，污泥活性也會隨之受到影響，并嚴重影響出水指標。

由此可知，循環(huán)式活性污泥法在高污泥濃度下英語時，更應控制好 DO 的濃度及其平穩(wěn)性，這些問題仍有待我們做進一步的實驗研究。