小城镇污水处理厂CAST工艺启动及运行策略-论文 5页

第30卷第18期中国给水排水V01．30No．182014年9月CHINAWATER＆WASTEWATERSep．2014祭塔秣％赛运行与管理莲《s小城镇污水处理厂CAST工艺启动及运行策略李志华，杨红亮，赵雨(西安建筑科技大学环境与市政2-_程学院西北水资源与环境生态教育部重点实验室，陕西西安710055)摘要：小城镇污水处理项目在初期运行时往往由于收集系统不完善、雨污分流不完善等原因，呈现出进水量少、进水浓度低等特点，从而导致污水处理系统启动较为困难。结合陕南某CAST工艺污水厂的启动与调试项目，研究了小城镇污水处理系统初期运行的工艺特征与启动策略。CAST工艺的启动必须保证足够大的交换比A(A≥0．17)，且水力停留时间不宜过长(不超过35h)，其关键控制指标为SRT和曝气时间比，SRT宜控制在20d左右，曝气时间比应根据进水水质水量及水温等条件灵活控制，但不宜小于O．5。另外，内源呼吸比卵可作为污水处理厂调试运行措施有效性控制参数，即控制77／c(内源呼吸与去除有机物呼吸比例)在5％～10％和77／N(内源呼吸与去除氨氮呼吸比例)值在15％～20％，可使污水处理工艺稳定运行且对有机物有较好的去除效果。关键词：小城镇污水厂；CAST工艺；初期运行；启动策略中图分类号：X703．1文献标识码：C文章编号：1000—4602(2014)18—0140—05Start-upandOperationStrategyofCASTProcessinWastewaterTreatmentPlantsinSmallTownsLIZhi—hua．YANGHong—liang．ZHAOYu(KeyLaboratoryofNorthwestWaterResource，EnvironmentandEcology，SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering，Xi’anUniversityofArchitectureandTechnology，Xi’an710055，China)Abstract：DuringtheinitialoperationperiodofaWWTPinsmalltown，theinfluentisfrequentlycharacterizedwithrelativelysmallinflowandlowconcentrationsofpollutantsbecauseofthelackofcol-lectionsystemsanduncompletedrainwaterandsewageseparationsystems．Basedonthestart—upandcommissioningofaWWrI'PusingCASTprocesslocatedinthesouthpartofShaanxiProvince．theprocesscharacterandstart—upstrategyduringtheinitialoperationperiodofWWTPinsmalltownwerestudied．Anenoughexchangerate(A>／0．17)shouldbeensuredforthestart—upofCASTprocess，andtheHRTshouldnotbelongerthan35h．ThekeycontrolindexesincludedSRT(approximately20d)andtherati-Oofaerationtime(1argerthan0．5)thatshouldbeadjustedaccordingtotheinfluentquality，quantityandtemperature．Additionally，theendogenousrespirationratiocouldwellindicatethatstatusofthe0p一基金项目：国家自然科学基金资助项目(51078303)；教育部博士点基金联合资助课题(20136120110002)；陕西省科技计划国际合作项目(2013KW2201)·140·\n李志华，等：小城镇污水处理厂CAST工艺启动及运行策略第30卷第18期erationofwWTP，i．e．，叼／C(theratioofendogenousandorganicremovalrespirations)and'7／N(theratioofendogenousandammoniaremovalrespirations)werecontrolledintherangeof5％to10％and15％to20％respectively．indicatingthegoodperformanceofWWTP．Keywords：WWTPinsmalltown；CASTprocess；initialoperation；start—upstrategy继大量城市污水处理厂建设以来，各大中城市1工程概况的水污染现状得到了改善，而小城镇的污水处理问1．1工艺流程题日益凸显出来。小城镇污水的特征决定了其污水该项目所在地为秦岭以南地区，运行期间污水处理工艺技术必须按照“经济适用”的原则进行选最低温度达7．4℃。该厂主要处理县城居民生活污择j。在众多污水处理工艺中，由于CAST工艺具水，无工业废水汇入。具体工艺流程见图I。有流程简单、占地面积小、基建投资费用低、生化反应推动力大、速度快、效率高、不易发生污泥膨胀、运行方式灵活，抗冲击负荷能力强、脱氮除磷效果良好等特征，使其在小城镇污水处理中得到较为广泛的应用。常规运行模式下CAST工艺一个标准运行周期的时间可分为4h或6hl5j，其中闲置／进水／曝气2h或4h，沉淀1h，出水1h；而其水力停留时间则取决于进水量与工艺要求。根据现有报道，应用于圃⋯吨五巫圃⋯⋯吨固城市生活污水处理的CAST工艺其水力停留时间为16h左右'。然而小城镇由于其水质水量变化波图1工艺流程动大等特点，特别是经常性出现的水量严重小于设Fig．1Flowchartofwastewatertreatmentprocess计水量的问题，使得应用于城市生活污水处理的1．2水质、水量CAST工艺需要延长水力停留时问实现污水处理的该污水处理厂CAST工艺设计水量为14000目标。，。m／d，总变化系数为1．53，共4个反应池，即单池设因长水力停留时间下CAST工艺启动经验匮计进水量为3500111／d。设计出水水质执行《城镇乏，故结合工程实例探讨长水力停留时间下CAST污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一工艺的启动问题十分必要。级B标准。进、出水水质如表1所示。表1设计进、出水水质Tab．1Influentandefluentquality项目C0D／BOD／SS／TN／NH一N／TP／(pH值温度／℃mg·L)(mg·L)(mg·L)(mg·L)(mg·L)(mg·L)设计值42020o40040．O067．4412～28进最大值68721029059．2547．489．287．5828，8(夏季)水最小值1211437516．1010．281．507．387．4(冬季)平均值35017519837．5035．004．157．48出水设计值602020208(15)16～9注：括号外数值为水温>12℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。该地区污水有以下特征：①地处山区，污水收集厂；③该地区污水水质水量波动较大，调试初期由于较快，但是设计中无调节池、均质池等缓冲构筑物，污水收集管网不完善等原因使得进水量很少，总进致使污水生化性能差，进水频率高，水泵无法连续运水量为1300m／d，占设计总进水量的9．3％，单池行；②由于地势限制，该厂粗格栅及污水提升泵房建进水量为650m／d，占单池设计进水量的18．6％，于距厂区2．5km处，通过压力管道输送至污水处理调试项目后期进水量有所增加，总进水量为2300·141·\n第30卷第18期中国给水排水m／d，占总设计进水量的16．4％，占单池设计进水种培养。根据该污水处理厂实际状况分析，采用活量的65．7％，水质波动尤其明显，一天内COD浓度性污泥自培养方案，但在活性污泥培养初期由于进高峰出现在9：3O一18．30和20：3O—o0：30之间，而水量不足及进水有机物浓度不高，投加一定量的猪Nn：一N浓度除5：3O__7：3O和8：30—9：3O这两个粪解决COD总量不足的问题，猪粪投加方式为两池时段外其变化不大，因无调节池等缓冲构筑物对进交叉投加。水水质进行调节，所以进水水质变化关系和居民生2．3活性污泥培养过程活作息时间比较吻合。从连续5天内进水水质的变该污水处理厂活性污泥培养过程共经历三种工化可以看出，COD和NH4+一N浓度变化不具有相关况。工况一运行方式为标准模式运行，即每个周期性，且其平均值波动较大。的运行时间为4h，各反应池运行参数如表2所示；2系统启动工况二在工况一的基础上加大交换比A运行，为保2．1反应池数量确定证较大的交换比A使工艺较长时问地处于等水阶该污水处理厂服务总水量不及单池设计水量，段(即进水时间延长)，致使水力停留时间更长和一另外，在前期单机及联机调试过程中发现该污水处天内总的曝气时间减少；工况三在工况二的基础上理厂硬件设施存在安全隐患，所以在考虑设备和工做出较大的调整，降低工艺的安全性，改为单池运艺安全的前提下决定双池启动，即2#CAST池和3#行，即3#CAST反应池为主反应池，2#CAST反应池CAST池同时运行。作为调节池，这样一方面可以保证足够的交换比2．2活性污泥培养方案和降低水力停留时间，另一方面可以缓解水质、水量活性污泥培养有多种方案¨“：间歇自培养、波动以及进水无机质含量高等对工艺的冲击和影低负荷连续自培养、满负荷连续自培养、活性污泥接响。表2运行工况Tab．2OperationpatternsofWⅥ呵P运行模式／h运行参数工况进水曝气沉淀滗水ML5S／工况特征a／dA^⋯／mhmi．／m个HRT／hSRT／d(mg·L)2#2．01．50．545042000标准时问模式、37500．06254．84．563．53#2．01．50．5．51800长水力停留时间2#2．02．01．00．5200．36360．06254．84．5288．O1600短曝气时间、3#2．52．51．00．50．38500．10424．84．3362．42200长水力停留时间l00．33330．16674．84．034．54320103#4．01．O1．0150．4167O．17394．63．8433．5442331调整曝气时问比、硝化细菌培养350．50000．17394．63．833．5344717注：n为工况运行时间；为曝气时问比；A为交换比；⋯为进水最高水位；⋯为排水最低水位；n为反应池运行周期数。3调试结果及分析进水管道和池内回流污泥系统部分转移至3#CAST在整个工艺调试过程中，持续监测污泥浓度、各池。3#CAST池进水由两部分组成，一部分由粗格污染物的去除率等指标。栅直接进水，另一部分由2#CAST池转水。在此工在工况一和工况二条件下工艺共运行近65d，况下，不断调整整个周期内的曝气时间比例及反应根据近两个月的水质水量监测，进水水质水量变化容积，摸索最佳运行方案，各阶段运行方案如下：波动变小，但该污水处理厂服务区收集的污水COD第一阶段：进水2．0h，曝气2．0h，沉淀1．0h，总量不足以维持双池的生物量，所以在降低系统的出水1．0h，进水最高水位4．8m，排水最低水位4．0安全性和保证一定的水力停留时间的条件下，对工m，交换比为0．1667，水力停留时间为36h，该阶段艺运行做出重大调整进入工况三运行，即采用单池共运行1O天，但是在此阶段内，池内MLSS并未像运行：3#CAST池作为主反应池，2#CAST池作为调预期的那样增长，反而有所下降，最大值为2010节池和均质池。2#CAST池内活性污泥通过连通的mg／L左右，分析原因可知，池内污泥停留时问即污·142·\n李志华，等：小城镇污水处理厂CAST工艺启动及运行装略第30卷第18期泥龄过长，池内污泥活性太差，因此从第7天开始间4内源呼吸比及指导意义歇排泥，增加污泥活性。现场观察由于水位太高，曝内源呼吸实质是活性污泥微生物对活性污泥絮气不均匀，致使池内溶氧不足，污泥颜色不正常，而体中的物质进行利用的过程，在外源有机物存在的且池容设计过大，进水被稀释严重，偏离SBR工艺条件下，相对于外源呼吸值来说很小，但是当外源有的浓度梯度。所以实施第二阶段方案：低水位、较高机物消耗殆尽的时候，内源呼吸表现较大的值，所以交换比运行。能够真实地反映活性污泥中微生物的活性及状态，第二阶段：进水2．0h(前1．5h单独进水，后受外界因素影响较小，而内源呼吸比叼则直观地反0．5h开始边进水边曝气)，曝气2．5h(前0．5h边映了不同的呼吸过程中耗氧量之间的关系，可用其进水边曝气，后2．0h单独曝气)，沉淀1．0h，出水来评估各个呼吸过程耗氧量的相对大小。其中叼／1．0h，进水最高水位为4．6133，排水最低水位为3．8N为内源呼吸与氮源呼吸比，叼／C为内源呼吸与m，交换比为0．1739，水力停留时间为34．5h，该阶碳源呼吸比，其中叼／N、'7／C的计算式如下：段共运行l5天，在此阶段池内MESS有所增长，最(1)大值可为2331mg／L左右，同第一阶段相比变化不大。分析变化的原因可知，实行低液位运行，进水被，一OUR。／叼／C—OU—RL，z’、en稀释程度降低，另外延长曝气时间和连续排泥，增加c了污泥活性，污泥开始增长，污泥浓度较CAST工艺式中’7／N——内源呼吸速率占加入氨氮时总呼经验值较低，出水COD稳定达标。为更进一步增长吸速率之比，mg／(L·rain)污泥浓度和脱氮做准备，开始实施第三阶段方案：增／c——内源呼吸速率占加入有机物和氨加污泥浓度，延长曝气时间，去除氨氮。氮时总呼吸速率之比，mg／(L·第三阶段：由于对2#CAST池进行小步工艺改min)进，进水时间大大缩短。进水1．5h(前1．0h单独OUR——内源呼吸速率，mg／(L·min)进水，后0．5h开始边进水边曝气)，曝气3．0h(前OUR——加入氨氮时的总呼吸速率，mg／(L0．5h边进水边曝气，后2．5h单独曝气)，沉淀1．0·min)h，出水1．0h，进水最高水位为4．6m，排水最低水OUR——加入有机物和氨氮时的总呼吸速位为3．8m，交换比为0．1739，水力停留时间为率，mg／(L·min)34．5h，该阶段共运行35天，在此阶段池内MLSS大工艺调试过程中，内源呼吸占总呼吸的比例与幅度增长，最大值可达5500mg／L左右。在该阶段工艺COD、NH4一N去除率呈现相关性。在活性污运行至第14d时，出水氨氮达到冬季排放标准。分泥培养开始的10d内，由于污泥中自养菌活性生物析此阶段变化的原因有以下几个：①加大了排泥量，量浓度过小，加入氮源后的活性污泥的呼吸速率与排除池内长时间积累的老化污泥和无机质，增强了处于内源状态时没有明显变化。经过短期活性污泥污泥活性，使得污泥有更大的增长空间；②进一步延培养，大概为40天，COD去除率开始稳定在75％以长曝气时间，为硝化细菌的培养提供了更适宜的生上，而此时叼／c值也趋于稳定，在5％～10％之间；长环境。NH—N去除率升高经历了较长时间，在前120天工况三共运行60d，运行期间COD去除效果比左右的时间，叼／N值在40％～55％之间，且变动较较稳定，且去除率在85％左右，而NrU—N的去除大，而此时氨氮去除率极低，有一段时间(工况一后率一直处于上升趋势，在工况后期趋于稳定，其去除期和工况二期间)为零，随后叩。／N值稳定在15％率约为90％。此阶段活性污泥浓度有较大幅度的～20％时氨氮去除率明显上升且趋于稳定。增长，但是较高的MLSS使得F／M值相对较低，所5结语以为使工艺稳定运行，控制MESS在4500～5000①CAST工艺启动控制参数应优先考虑交换mg／L，而此时SV。为35％一40％左右，所以SVI为比A和水力停留时间HRT，研究表明在HRT不大77～80mL／g，表明活性污泥凝聚、沉降性能良好。于35h和A不小于0．17的情况下可以实现工艺启至此活性污泥工艺调试完成。动与稳定运行。·143·\n第30卷第l8期中国给水排水WWW．watergasheat．COITI②排泥是控制MLSS和维持污泥活性的有效(1)：87—92．措施，一方面通过排泥可以控制合理的污泥龄[6]刘少武，周娇，张智．重庆地区冬季CAST工艺的启(SRT)，另一方面排泥可以排出反应池内由进水带动与试运行[J]．中国给水排水，2008，24(24)：97—99．人池内的无机杂质和微生物代谢废物等，提高[7]邹嘉乐，张胜海，戚敏捷，等．湛江霞山污水处理厂MLVSS／MLSS的值和曝气效率，降低运行费用。CAST工艺的启动及调试[J]．中国给水排水，2011，③内源呼吸比t，7可作为污水处理厂调试运27(14)：98—101，104．行措施有效性的控制参数，即控制77。／c值在5％一[8]戴国新．CAST工艺在严寒地区市政污水处理中的应10％左右和／N值在15％～20％左右，可使污水用[J]．中国给水排水，2010，26(14)：74—77．处理工艺稳定运行且对有机物有较好的去除效果。[9]王俊，王琴，罗明辉．CAST工艺在重庆地区小城市污④针对进水量不足的CAST工艺，其运行周水厂的应用与运行调控[J]．市政技术，2012，(4)：92期为6h，闲置／进水／曝气4h，沉淀1h，出水1h，其—94．中可以根据进水水量水质变化及有机物去除情况合[1O]陈艳．活性污泥在生活污水处理过程中的应用——理调整闲置、进水、曝气时间比例以及选择限制性曝梧州市第一污水处理厂活性污泥的运行经验[J]．城气和非限制性曝气的运行方式。根据调试运行结果镇供水，2009，(4)：27—30．表明，当水温>15℃时，控制活性污泥浓度在4000卢敏洲．城市污水AB工艺活性污泥的综合培养mg／L左右和污泥龄为15d左右运行；当水温<15[J]．中国环保产业，2006，(4)：34—35．℃时，控制活性污泥浓度在4500mg／L左右和污泥龄20d左右运行。参考文献：[1]何强．西部小城镇污水处理经济适用技术[J]．给水排水，2011，37(3)：1—3．[2]彭永臻．SBR污水生物脱氮除磷及过程控制[M]．北京：科学出版社，2011．[3]王俊，王琴，陈杰云，等．CAST工艺处理小城镇污水的运行模式优化研究(J]．中国给水排水，2011，27作者简介：李志华(1976一)，男，湖南郴州人，(19)：17—2O．博士，教授，主要研究方向为废水生物处[4]张磊，王少坡，李玉友，等．CAST工艺常规模式下脱氮性能研究[J]．环境工程学报，2010，4(12)：2683—理理论与技术。2686．E—mail：lizhihua@gmail．corn[5]徐立杰，王淑莹，李文明，等．污水处理厂改良的lizhihua@xauat．edu．cnCASTI艺脱氮性能研究[J]．水处理技术，2012，38收稿日期：2014—05—04·144·