CN101402507A - 一种恒水位cast污水处理方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒水位CAST污水处理方法，包括：A.根据预先设定的进水量和进水时间，控制污水进入CAST池，同时进行沉淀和排水操作；B.调节至适量的曝气量对所述污水进行曝气，并根据采集的溶解氧和氧化还原电位信息控制曝气时间；C.根据预先设定的沉淀时间，对所述污水进行沉淀，沉淀结束后转步骤A。本发明还公开了一种恒水位CAST污水处理系统。本发明分多次进水的运行方式与自控系统的集成，充分利用了原污水中的有机碳源，最大程度上的节省了外投碳源量，在保证出水水质的基础上节省了能源。另外本发明还具有工艺简单、运行成本低、均化水质、运行管理灵活、耐冲击负荷强、占地面积少和不易发生污泥膨胀等优点。

Description

一种恒水位CAST污水处理方法和系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种恒水位CAST污水处理方法和系统。

背景技术

CAST(Cyclic Activated Sludge Technology，循环式活性污泥法)是在常规SBR(Sequencing Batch Reactor，序批式活性污泥法)工艺和ICEAS(Intermittent Cyclic Extended Aeration System，间歇循环延时曝气活性污泥法)工艺基础上发展起来的。随着脱氮除磷要求的提高，常规SBR工艺和ICEAS工艺难以满足要求，同时完全混合流态对防止污泥膨胀不利，也影响了运行的可靠性，于是开发出CAST工艺。

CAST反应池内分为选择区和主反应区，反应池的运行操作与SBR类似，由进水、反应、沉淀、滗水、闲置五个阶段组成。

进水期：进水期与其它SBR工艺不同，改良的CAST法系统的污水原水是间断流入反应池前部的选择区与从反应池后部的反应区不断回流的污泥混合，使污泥吸收易溶性基质中的易降解部分，并促使絮凝性微生物生长，污水在选择区厌氧状态下停留的一段时间后从选择区与反应区隔墙下部的入口以低速流入反应区，这样避免了水力短路。

反应期：污水进入反应区池内发生生化反应，在该阶段可以只混合不曝气，或既混合又曝气，使污水处在反复的好氧-缺氧中，反应期的长短一般由进水水质及所要求的处理程度而定。在反应时同时进水，充水/曝气时间一般占每一循环周期的50％，如采用4h循环周期，则充水/曝气为2h。

沉淀期：在此阶段反应器内混合液进行固液分离，因该阶段在完全静止情况下进行，表面水力负荷和固体负荷低，沉淀效率高于一般沉淀池的沉淀效率。沉淀时间一般采用1h左右，形成絮凝层，上层为上清液，高水位时MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids，混合液悬浮固体物)约为3.5～4.0g/L，沉淀后的剩余污泥浓度可达7～12g/L。

排水期：当池水位升到最高水位时，沉淀阶段结束，设置在反应池末端的表面滗水器开动，将上清液缓缓滗出池外，当池水位降到低水位时停止滗水。

闲置期：一般设计中不设置这个阶段，但当水量和水质变化需要调节运行周期时，可视具体情况确定是否安排。

CAST工艺通常采用4h一个周期，其中2h同时进水反应，1h沉淀，1h滗水。在进水反应时段，池中连续曝气，但曝气量要严格控制，确保反应时段前1h池中溶解氧小于0.5mg/L，后期溶解氧达到2mg/L。

池首端设置生物选择器是CAST工艺的最大特点。通常采用缺(厌)氧选择器，在生物选择的同时，还发挥脱氮除磷功能。缺(厌)氧选择器的容积通常为主反应池容积的5％～10％，如果仅起选择器作用取小值，如要求生物除磷则取大值。污水首先进入选择器，从主反应区回流的污泥也同时进入，回流量一般为20％，也可根据需要适当增大。缺(厌)氧选择器内不曝气，只搅拌，把原污水和回流污泥混合均匀，使菌种与原污水中的有机物和氮、磷充分接触，选择器内的溶解氧为0mg/L，为反硝化和聚磷菌超量释磷创造最佳环境。主反应池进入沉淀、滗水阶段，选择器也同时停止进水、回流污泥和搅拌，全池都处于静止沉降状态。由于选择器的混合液在沉淀排水时段不进入主反应池，所以不要求整流，只要求原污水和回流污泥在选择器中充分混合反应，在水流上不要形成短路直接进入主反应池，才能有效发挥选择器的作用。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：(1)传统的CAST工艺单池是间歇进水间歇出水，滗水之后出水标高与进水时的标高存在高差ΔH，一般为1～2m，由于该变水头存在，使得前阶段的提升高度增大。同时由于氧转移效率与水深有关，水深越深，氧转移效率越高。CAST池内水深逐渐加大，氧转移效率也是逐渐增大，而恒水位CAST工艺的反应池内水位始终恒定，因此氧转移效率也稳定。从这两方面比较，恒水位CAST工艺的能耗比CAST工艺省。(2)传统CAST工艺虽然可控性好，脱氮效果好，但存在着运行操作繁琐、自动化程度要求高的缺点，并且传统CAST工艺在反硝化过程中需要投加碳源。要达到深度脱氮的目的需增加运行费用。

发明内容

本发明实施例要解决的问题是提供一种恒水位CAST污水处理方法和系统，充分利用原污水中的有机物作为反硝化碳源进行反硝化，并通过实时过程控制合理分配每一阶段硝化、反硝化的时间，能够在节省运行费用的条件下达到深度脱氮的目的。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案提供一种恒水位CAST污水处理方法，所述方法包括以下步骤：

A.根据预先设定的进水量和进水时间，控制污水进入CAST池，同时进行沉淀和排水操作；

B.调节至适量的曝气量对所述污水进行曝气，并根据采集的溶解氧和氧化还原电位信息控制曝气时间；

C.根据预先设定的沉淀时间，对所述污水进行沉淀，沉淀结束后转步骤A。

其中，在步骤A中，所述进水量为所述CAST池容积的四分之一，进水时间为1h。

其中，在步骤B中，所述曝气时间为2h。

其中，在步骤C中，所述沉淀时间为1h。

其中，在步骤B中，所述根据采集的溶解氧和氧化还原电位信息控制曝气时间，具体包括：当所述溶解氧值出现跃升，且氧化还原电位出现平台时，结束对所述污水的曝气过程。活性污泥氧化水中有机物及氨氮是耗氧过程，因为当有机物降解完全、硝化反应结束时，水中溶解氧将不再被微生物利用，因为DO值会出现跃升，水中氧化态物质也不再增加，ORP值出现平台。

其中，在步骤C之后，还包括定期排放剩余的活性污泥。

其中，在步骤A之前，还包括对所述污水进行预处理，所述预处理具体包括：采用格栅从污水中去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行；采用沉砂池从污水中去除砂子、煤渣等比重较大的颗粒，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行。

本发明实施例的技术方案还提供一种恒水位CAST污水处理系统，所述系统包括：

CAST池，用于对污水进行处理；

信号采集装置，用于采集所述CAST池中污水的溶解氧和氧化还原电位信息，并将所采集的信息发送到控制装置；

控制装置，用于对所述污水的处理过程进行控制。

其中，所述信号采集装置包括：

溶解氧传感器，放置在所述CAST池内，用于采集所述CAST池中污水的溶解氧信息；

氧化还原电位传感器，放置在所述CAST池内，用于采集所述CAST池中污水的氧化还原电位信息。

其中，所述控制装置包括：

进水量和进水时间控制单元，用于设定进水量和进水时间，控制污水进入CAST池；

曝气时间控制单元，用于根据采集的溶解氧和氧化还原电位信息控制曝气时间；

沉淀时间控制单元，用于设定沉淀时间，控制所述污水进行沉淀。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

(1)处理效率高、运行稳定：相对于CAST工艺而言，恒水位CAST工艺具有高效稳定的除磷脱氮效果。分多次进水的运行方式与自控系统的集成，充分利用了原污水中的有机碳源，最大程度上的节省了外投碳源量。

(2)采用自控策略控制生物脱氮过程中的好氧曝气时间，从根本上解决了曝气时间不足所引起的硝化不完全或曝气时间过长所带来的运行成本的提高和能源的浪费。并且能够根据原水水质水量的变化实时控制各个生化反应所需投加的药剂量、反应时间，实现具有智能化的控制，保证出水水质的前提下降低成本。

(3)节能：CAST工艺单池是间歇进水间歇出水，滗水之后出水标高与进水时的标高存在高差ΔH，一般为1～2m，由于该变水头存在，使得前阶段的提升高度增大。同时由于氧转移效率与水深有关，水深越深，氧转移效率越高。CAST池内水深逐渐加大，氧转移效率也是逐渐增大，而恒水位CAST工艺的反应池内水位始终恒定，因此氧转移效率也稳定。从这两方面比较，恒水位CAST工艺的能耗比CAST工艺省。

(4)占地面积小：相对A²/O工艺而言，采用恒水位CAST工艺处理污水的污水处理厂占地面积小，不另建初沉池、二沉池和回流泵站。占地面积的减少直接导致工程总投资的减少，一是土地征用费用减少，二是地基处理费用减少。

(5)运行灵活：恒水位CAST工艺分为进水/排水/沉淀、反应、沉淀三个阶段，进水、沉淀、排水同时进行，这个阶段持续时间为1h，在这个过程中有同步硝化反硝化的产生。同时该工艺根据实际需要可以对以下参数进行调整：1)充水比；2)曝气时间；3)沉淀时间；4)反应周期；5)气量；其可以根据来水中BOD₅(BiochemicalOxygen Demand，五日生化需氧量)、TN(Total Nitrogen，总氮)、TP(Total Phosphorus，总磷)的情况调整运行状态，改善运行效果，降低能量消耗。

(6)维护简便：恒水位CAST工艺的出水通过空气堰滗水器，常动部件是空气管上的电动阀；SBR工艺的出水通过摇臂式、套筒式和虹吸式滗水器，常动部件是整个滗水器；A²/O工艺的二沉池有刮吸泥机，常动部件也是整个刮吸泥机，还包括回流设施。因此，在设备维护方面，恒水位CAST工艺要简单得多。

(7)整个工艺由自控系统完成，管理操作方便，费用低、耐冲击负荷强和不易发生污泥膨胀。

附图说明

图1是本发明实施例的一种恒水位CAST污水处理方法的流程图。

其中，I为进水/沉淀/排水阶段，II为进水完毕，III为曝气阶段，IV为沉淀阶段；1是进水，2是出水，3是水位，4是处理后的水，5是污泥，6是原污水，7是泥水混合物。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明根据设计的水量，原污水进入CAST反应池，启动鼓风机进行曝气，好氧去除水中有机物，然后将水中氨氮氧化为硝态氮，进行硝化反应。曝气过程中产生的气泡使得污水和活性污泥充分接触，起到了搅拌混合的作用。活性污泥氧化水中有机物及氨氮是好氧过程，因此当有机物降解完全、硝化反应结束时，水中溶解氧将不再被微生物利用，因此DO(Dissolved Oxygen，溶解氧)值会出现跃升，水中氧化态物质也不再增加，ORP(Oxidation-Reduction Potential，氧化还原电位)值出现平台。同时硝化反应是一个产酸的反应，因此当硝化反应结束时，pH值会由下降变为上升。根据以上特征点，我们可以精确了解系统中的反应进程，当硝化反应结束时，停止曝气，避免了过度曝气而产生能源的浪费。

其处理过程包括：

(1)缓慢投加占CAST反应池容积四分之一的原污水，反应器内底部进水顶部出水，同时原污水中含有的可被反硝化菌利用的有机碳源进行反硝化。反硝化过程硝态氮不断被还原为氮气，使得反应系统内氧化态物质不断减少，因此ORP值不断下降，当反硝化完全结束后，由于进入了厌氧状态，厌氧菌吸收由污水水解酸化所产生的挥发酸而释放磷。进水时间为1h。

(2)再进行曝气，使投加原污水而带入系统的氨氮全部转化为硝态氮，反应进程仍然依据DO、ORP、pH的变化点来进行控制。

(3)沉淀1h后，进水和排水过程同步进行，由于进水速率较慢，沉淀过程同时发生，进水排水过程控制在2h。

反应过程结束后，下面的过程与传统SBR法类似，依次进入沉淀、排水、闲置阶段，并以一定的周期依次重复以上步骤，并根据污泥龄定期排放污泥。

本发明实施例的一种恒水位CAST污水处理方法如图1所示，包括以下步骤：

I、根据预先设定的进水量和进水时间，控制污水进入CAST池，同时进行沉淀和排水操作。本实施例中，首先打开进水阀门，启动进水泵，将经过格栅和沉砂池预处理后的污水注入CAST反应池，进水量为该CAST池容积的四分之一，进水时间为1h。进水孔设置在池底部，缓慢进水的同时反应池上部出水，因为进水流速很慢，对系统沉淀的扰动不大，在进水、排水的过程中，沉淀同步进行。满足时间条件后关闭进水泵和进水阀门，进水完毕后CAST池的状态如图1中的II所示。

III、调节至适量的曝气量对所述污水进行曝气，并根据采集的溶解氧和氧化还原电位信息控制曝气时间。本实施例中，首先打开进气阀门，启动鼓风机，调节至适量的曝气量对反应系统进行曝气，由鼓风机提供的压缩空气通过进气管进入曝气器，以微小气泡的形式向活性污泥混合液高效供氧，并且使污水和活性污泥充分接触，整个过程由自控系统控制，主要根据反应池内所安置的DO、ORP传感器在反应过程中所表现的特征点来间接获取反应进程的信息，并再通过数据采集卡实时将所获得数据信息传输给计算机进行处理，控制曝气时间为2h，当硝化完成以后，关闭鼓风机，停止曝气。

IV、根据预先设定的沉淀时间，对所述污水进行沉淀，沉淀结束后转步骤I。本实施例中，当曝气工序结束时，静止沉淀阶段开始，由自控系统中的时间控制器根据预先设定的时间控制沉淀时间为1h，此时进水阀门、进气阀门、排水阀门、排泥阀门均关闭。

整个系统由自控系统控制顺次重复进水、曝气、沉淀、排水/沉淀/进水几个工序，使整个系统始终处于好氧、缺氧、厌氧交替的状态，间歇进水和出水，并在每个周期结束时经由排泥管和排泥阀定期排放剩余的活性污泥。

自控系统的控制步骤如下：

1)污水处理系统中放置两种传感器，采集DO和ORP的信号，作为CAST系统脱氮过程的控制变量；

2)将采集的DO、ORP信号转换为数字信号；

3)根据数字信号，调整污水处理过程的曝气量、药剂投加和反应时间。

本发明实施例的一种恒水位CAST污水处理系统，包括：CAST池，用于对污水进行处理；信号采集装置，用于采集所述CAST池中污水的溶解氧和氧化还原电位信息，并将所采集的信息发送到控制装置；控制装置，用于对所述污水的处理过程进行控制。

所述信号采集装置包括：溶解氧传感器，放置在所述CAST池内，用于采集所述CAST池中污水的溶解氧信息；氧化还原电位传感器，放置在所述CAST池内，用于采集所述CAST池中污水的氧化还原电位信息。

所述控制装置包括：进水量和进水时间控制单元，用于设定进水量和进水时间，控制污水进入CAST池；曝气时间控制单元，用于根据采集的溶解氧和氧化还原电位信息控制曝气时间；沉淀时间控制单元，用于设定沉淀时间，控制所述污水进行沉淀。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种恒水位CAST污水处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A.根据预先设定的进水量和进水时间，控制污水进入CAST池，同时进行沉淀和排水操作；

B.调节至适量的曝气量对所述污水进行曝气，并根据采集的溶解氧和氧化还原电位信息控制曝气时间；

C.根据预先设定的沉淀时间，对所述污水进行沉淀，沉淀结束后转步骤A。

2、如权利要求1所述的恒水位CAST污水处理方法，其特征在于，在步骤A中，所述进水量为所述CAST池容积的四分之一，进水时间为1h。

3、如权利要求2所述的恒水位CAST污水处理方法，其特征在于，在步骤B中，所述曝气时间为2h。

4、如权利要求3所述的恒水位CAST污水处理方法，其特征在于，在步骤C中，所述沉淀时间为1h。

5、如权利要求1所述的恒水位CAST污水处理方法，其特征在于，在步骤B中，所述根据采集的溶解氧和氧化还原电位信息控制曝气时间，具体包括：当所述溶解氧值出现跃升，且氧化还原电位出现平台时，结束对所述污水的曝气过程。

6、如权利要求1至5任一项所述的恒水位CAST污水处理方法，其特征在于，在步骤C之后，还包括定期排放剩余的活性污泥。

7、如权利要求1至5任一项所述的恒水位CAST污水处理方法，其特征在于，在步骤A之前，还包括对所述污水进行预处理，所述预处理具体包括：

采用格栅从污水中去除较粗大悬浮物；

采用沉砂池从污水中去除比重较大的颗粒。

8、一种恒水位CAST污水处理系统，其特征在于，所述系统包括：

CAST池，用于对污水进行处理；

信号采集装置，用于采集所述CAST池中污水的溶解氧和氧化还原电位信息，并将所采集的信息发送到控制装置；

控制装置，用于对所述污水的处理过程进行控制。

9、如权利要求8所述的恒水位CAST污水处理系统，其特征在于，所述信号采集装置包括：

溶解氧传感器，放置在所述CAST池内，用于采集所述CAST池中污水的溶解氧信息；

氧化还原电位传感器，放置在所述CAST池内，用于采集所述CAST池中污水的氧化还原电位信息。

10、如权利要求8或9所述的恒水位CAST污水处理系统，其特征在于，所述控制装置包括：

进水量和进水时间控制单元，用于设定进水量和进水时间，控制污水进入CAST池；

曝气时间控制单元，用于根据采集的溶解氧和氧化还原电位信息控制曝气时间；

沉淀时间控制单元，用于设定沉淀时间，控制所述污水进行沉淀。

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