循環式活性污泥法應用中存在問題及改進措施

申軍波

(中冶京誠工程技術有限公司動力與水資源所，北京 100176)

循環式活性污泥法自20世紀90年代被引進以來，憑借其所具有的系統組成簡單、運行靈活、可靠性好等優點，迅速在城市污水處理行業中得到了廣泛應用，特別是在中小型污水處理廠中顯得尤為突出。伴隨著循環式活性污泥法的廣泛應用，該方法在應用中存在的一些問題逐漸得到暴露，值得認真分析、研究，并在后續實踐中加以改進。

1 概述

循環式活性污泥法(CASS工藝或CAST工藝)是由Goronszy教授在1984年在ICEAS工藝(間歇循環延時曝氣活性污泥工藝)的基礎上開發出來的一種改進型工藝，它與ICEAS工藝的不同主要是增加了污泥回流裝置和在預反應區內增加了一個生物選擇區，其反應器如圖1所示。

圖1 循環式活性污泥法反應器示意圖

該工藝由于設置了生物選擇器，能有效控制污泥膨脹。因此，選擇器的設置是循環式活性污泥法區別于其他SBR工藝的顯著特點。該工藝以序批的曝氣—非曝氣方式間歇運行，將生物反應過程和泥水分離結合在一座池中進行，屬于SBR工藝的一種變型，是計算機控制系統的應用。其投資和運行費用低、操作靈活穩定、具有脫氮除磷功能及抗沖擊負荷能力。目前，該工藝在國內外廣泛應用于城市污水和各種工業廢水的處理，有近400多個各種規模的采用此工藝的污水處理廠在世界各地運行，特別是在澳大利亞、美國和加拿大等國家的應用發展速度較快。該工藝20世紀90年代初引入中國，表1匯總了部分采用循環式活性污泥法工藝的污水處理廠［1］。

2 存在問題分析

2.1 CASS工藝與CAST工藝不加區分

目前國內污水處理工程設計領域往往對循環式活性污泥法的縮寫不加區分，CASS與CAST兩者經?；煊?，其具體工藝設計時有時相同有時又有差異，這都造成了大家認識上的誤區。其實此兩種工藝雖然都是屬于循環式活性污泥法的范疇，但是在具體細節上確有區別，主要集中在是否連續進水、潷水時是否進水等問題上。

表1 國內采用循環式活性污泥法的部分污水處理廠

CASS工藝保留了ICEAS工藝的優點，都是連續進水，間歇排水。由于CASS工藝在沉淀階段仍然進水，其沉淀過程只能是非理想狀態的半靜止沉淀，泥水分離效果不太穩定。CAST工藝在沉淀階段不進水，污泥在沉降過程中無進水水力干擾，屬于理想沉淀，泥水分離效果更穩定，在運行上也更加靈活，這是CAST與CASS最大的不同點。CAST反應池在時間上為理想推流，有機物去除率高。而由于連續進水，CASS部分喪失經典SBR工藝理想推流的優點，也同時喪失高去除率和對難降解物質去除的特點。

從現在實際運行的工程來看，多是間斷進水，即選用CAST工藝的更多一些。總之，在論及循環式活性污泥法時，除了應區分其具體的進水—反應—沉淀—排水的運行周期，還應注意英文縮寫上的差異。

2.2 污泥回流系統是否連續工作存有爭議

沈耀良等人在對循環式活性污泥法(以下簡稱CAST工藝)進行描述時認為:沉淀、排(潷)水期間，污泥回流系統照常工作，由于反應器在運行過程中的最高水位和潷水時的最低水位是設計確定的，因而在潷水期間進行污泥回流不會影響出水水質［2］。但周雹認為沉淀、排(潷)水期間，污泥回流系統應停止工作。筆者認為，為了保證泥水分離的效果，在沉淀、排(潷)水期間應停止主反應池的進水、曝氣和污泥回流［3］。理由有二:一是在此階段，由于停止曝氣，主反應池處于缺氧狀態，污泥能夠很好的進行反硝化除氮，可以不再回流至前端的厭氧、缺氧區進行反硝化;二是因為不再進水，也不需要回流污泥發揮生物選擇的作用。從目前的實際工程設計來看，也多是按照沉淀、排(潷)水期間應停止主反應池的進水、曝氣和污泥回流來設計的，出水水質較好。

有人據此認為可以不設缺氧區，筆者認為不妥。因為雖然在反應池內發生著同步硝化反硝化，但因其效果有限。而且在主反應池在曝氣階段，如不進行污泥回流，或者說硝化液回流脫氮，整個系統的脫氮效果很難保證。所以為了保證除氮效果，必須設置缺氧區(或稱預反應區)，但出于保證泥水分離效果及節能的考慮，在沉淀、排(潷)水期間應停止主反應池的進水、曝氣和污泥回流。

2.3 反應池容積的確定方法不科學

2.3.1 主反應池的設計計算方法不科學

目前CAST工藝的設計計算方法主要有以下幾種:1)我國GB 50014-2006室外排水設計規范推薦的方法;2)日本下水道事業團主編的《序批式活性污泥設計指南》推薦的方法;3)以沉降性能為制約因素，并吸收了德國ATV標準A131E單級活性污泥法污水處理廠的設計中相關內容的方法。上述設計計算方法各式各樣，但有一個共同特點，那就是假設非曝氣(沉淀和潷水)階段不發生生物反應，且在一些重要參數的取值范圍上高值與低值相差數倍，存在一定的任意性和操作困難，缺乏明確的依據。針對這種現狀，廖鈞等人在認真分析的基礎上提出了一種新的方法［4］，經實踐效果較好，本處不再贅述。

特別說明的是，以上各方法計算出來的都是主反應池的有效容積，不是總反應池的有效容積，因為其中不包括生物選擇區、缺氧區的有效容積。

2.3.2 生物選擇區、缺氧區、主反應池的容積確定不科學

沈耀良等人研究指出處理城市污水時，循環式活性污泥系統中生物選擇器、缺氧區和主反應區的容積比一般為1∶5∶30，具體可根據水質和“模塊”試驗加以確定［2］。但據國外經驗，采用循環式活性污泥法處理城市污水時生物選擇器、缺氧區和主反應區的容積比推薦使用經驗值為1∶2∶17［5］。而且又有人研究認為如果不設預反應區，則生物選擇區宜占總反應體積的10%～15%。前一個推薦值的生物選擇區容積偏小;后一個推薦值的缺氧區容積偏小。

對于以上這些研究成果，筆者認為:兩組推薦經驗值都沒有給出足夠的理論依據，但從筆者的實踐來看，生物選擇區按水力停留時間為0.5 h～1 h確定，且生物選擇器、缺氧區和主反應區的容積比取1∶5∶30的比值似更比例合理，推薦用于處理城市污水。同時建議相關部門盡快組織、調研國內已建成投產的若干CAST工藝的污水處理廠，盡快總結適合我國國情的CAST工藝關鍵參數取值，以科學的指導設計工作。最后要注意，在具體應用時，應對具體水質水量進行具體分析，適當調整推薦比值。

2.4 潛污泵排泥效果不佳

典型的CAST工藝中，距離池底一定高度(通常在距離找坡后的池底板200 mm左右)安裝曝氣管道及曝氣器，曝氣管道均布于整個池底。而主反應池內的污泥是通過設置在池子中部1處～2處點狀分布的排泥泵或回流泵加壓外排或回流的。由于攪拌器的固定安裝以及曝氣管道為固定安裝且滿池底均布，因此靠每個池內設置的排泥泵或回流泵很難做到均勻濃度的排泥或污泥回流，基本上在水泵周圍沉積的污泥排走后就只是排反應池內的污水了。這樣離潛污泵較遠位置的污泥，特別是沉積在池底曝氣管下部的污泥，既不易被曝氣時的空氣吹起，又不易被水泵吸走，同時又不能使用刮泥機來刮泥，易發生污泥腐化。

針對這種情況，筆者建議改變原來的潛水泵吸泥排泥方式，設吸泥裝置，即設穿孔吸泥管均勻布置于池底部，采用吸泥泵將沉淀在池底的污泥由吸泥管排至池外的污泥池或回流中。整個吸泥裝置由吸泥泵、吸泥管路、排泥管路、空氣反沖洗管路等組成。本吸泥裝置采用鋼平臺工作橋結構，在工作橋上設有吸泥泵，吸泥泵開啟即可將污泥吸出。這與比傳統機構相比重量大大減輕，且維護簡單方便、運行費用低。通過在實際工程中的使用，效果較好。

2.5 其他問題

CAST工藝在實際應用中還存在生產監控的自動化水平不高、關鍵產品的質量不過關等問題，需要引起足夠重視。CAST工藝的關鍵設備有潛水攪拌器、潛污泵、曝氣器、潷水器及一些在線監測儀表等，該工藝主要依靠設備、儀表、儀器來實現各種功能，因此對設備的安全可靠性要求很高。但從國內目前的情況來看，這些設備雖然都已規模生產，且價格低廉，但質量和進口設備還有較大差距，不能很好的滿足生產需要，對設計工作也造成一定影響。如國產球冠形微孔曝氣器的氧轉移效率較低最高不超過18%，而進口超微孔膜式曝氣管的氧轉移效率為32%，如果選用進口設備，在鼓風機的設備選型上將節約很多成本。

3 結語

在水環境的污染情況急劇惡化的今天，循環式活性污泥法(CAST工藝)作為一種具有競爭力的污水處理工藝，無論在城市污水還是在工業廢水的處理中都具有良好的應用前景。目前該技術在我國應用的技術關鍵主要是在對已建成的具體工程進行認真調研總結的基礎上，進一步完善工藝設計方法及研究其設計的有關參數，同時提高自動控制裝置的可靠性及運行和操作管理人員的素質，使其更加符合我國污、廢水處理的實際情況，也有利于該技術的進一步深入應用。

［1］周笑綠，盧江濤，花 蓉，等.污水生物處理SBR新工藝及應用［J］.上海電力學院學報，2009，25(3):232-236.

［2］沈耀良，王寶貞.循環活性污泥系統(CASS)處理城市廢水［J］.給水排水，1999，25(11):10-13.

［3］周 雹.活性污泥工藝簡明原理及設計計算［M］.北京:中國建筑工業出版社，2005.

［4］廖 鈞，楊 慶，彭永臻.CAST工藝設計計算方法探討［J］.給水排水，2011，37(4):28-32.

［5］許 勁，孫俊貽.循環式活性污泥法工程設計方法探討［J］.給水排水，2007，33(2):34-38.