CAST工藝技術詳解

　　針對醫院綜合醫療大樓污水處理工程中采用的工藝進行了介紹，分別闡述了設計基礎數據，生物池構造，工作周期設計等內容，并結合其他應用實例運行結果指出該工藝合理可行，值得推廣。

　　醫院屬于大型綜合醫院，醫院污水來源及成分復雜，含有病原性微生物、有毒、有害的物理化學污染物和放射性污染物等，具有空間傳染急性傳染和潛伏性傳染等特征。主要指醫院門診、病房、手術室、各類檢驗室、病理解剖室、放射室、洗衣房、太平間等所有與醫院運營相關處排出的診療、生活及糞便污水，一類污染物及放射性廢水經預處理達標后方可排入本污水處理站。此外，生活污水經化糞池、餐廳廢水經隔油池后和醫療廢水一并進入醫院污水處理站處理，處理工藝采用CAST工藝。

　　本污水處理站處理規模為xxxm3/d(近期)，xxxm3/d(遠期)。本污水處理站出水水質執行GB18466-2005醫療機構水污染物排放標準中的排放標準(近期)，預處理標準(遠期)。污水處理工藝流程框圖見圖1。

　　什么是CAST工藝

　　CAST工藝是循環活性污泥技術。其主要原理是：把序批式活性污泥法(SBR)的反應池沿長度方向分為兩部分，前部為預反應區，后部為主反應區。在預反應區內，微生物能通過酶的快速轉移機理迅速吸附污水中大部分可溶性有機物，經歷一個高負荷的基質快速積累過程，對進水水質、水量、pH和有毒有害物質起到較好的緩沖作用，可有效防止污泥膨脹；隨后在主反應區經歷一個較低負荷的基質降解過程，完成對污水中有機物質的降解。

　　CAST工藝同時能夠比較充分發揮活性污泥的降解功能，也能夠減輕二沉淀池的負荷，有利于提高二沉池固液分離效果。

　　工藝設計

　　1 設計基礎數據

　　設計流量按照最高日最高時流量進行設計，設計流量為xxxm3/h；設計進水水質依據參照同類型綜合醫院廢水水質。近期設計出水水質執行GB18466-2005醫療機構水污染物排放標準中的排放標準。污水設計進出水主要水質見表1。

　　2 CAST生物池主要構造

　　CAST生物池由預反應區和主反應區組成。預反應區，兩座，單池基本尺寸為L*B*H=10.0m*1.5m*4.5m，其中有效水深4.0m，超高0.5m；預反應區底部設有DN300放空管，頂部設有DN300溢流管和DN200回流污泥管，預反應區與主反應區的隔墻上底部開有800mm*700mm連通孔。

　　主反應區，兩座，單池基本尺寸為L*B*H=13.5m*10.0m*4.5m，其中有效水深4.0m，超高0.5m，每池設置臺攪拌機2臺攪拌機、1臺虹吸式潷水器、1臺回流污泥泵、1臺剩余污泥泵、1套膜式曝氣系統。同時主反應區內還設置有DO測定儀、污泥濃度(MLSS)計、酸度(pH)計、超聲波水位計。

　　3 預反應區設計

　　由于醫院運行初期，下游市政污水處理廠建設不完善，無法接納污水。排放水需直接排入水體，故本工程對脫氮除磷的要求較高，所以預反應區根據活性污泥反應動力學原理進行設計，運行條件按厭氧環境考慮，在預反應區內考慮了較顯著的反硝化作用(回流污泥混合液中通常含2.0mg/L左右的硝態氮)。同時預反應區利用了活性污泥的快速吸附作用而加速對溶解性底物的去除，并對難降解有機物起到良好的水解作用，還可使污泥中的磷在厭氧條件下得到有效的釋放。污泥回流量按最大時處理量的20%考慮，污水水力停留時間按1.0h計。

　　為了使回流污泥和污水進行充分混合，形成均勻的厭氧環境，在預反應區內設置2臺潛水攪拌器，該攪拌器屬于高轉速(705r/min)、小葉輪(370mm)類型，具有較好的混合攪拌功能，考慮到厭氧環境對磷的釋放影響較大，故在預反應區內還設置有DO在線測定儀，其輸出信號接入CAST反應池PLC子站，PLC子站根據DO值的大小及變化，對回流污泥量進行在線調節，以達到最佳的厭氧環境以利于磷的釋放。同時PLC總站可繪制預反應區進水水量進水水質污泥回流量與DO的關系曲線，對運行工作起到高效、優質的指導作用。

　　4 主反應區設計

　　為降低管理難度和污水處理成本，故設計中采用了泥齡較長，污泥負荷較低的延時曝氣方式，設計泥齡為15.7d，污泥負荷取0.088kgBODs/MISS。

　　由于采用了延時曝氣方式，故污泥產泥率比較低，取值為0.945kgSS/kgBODs，每日剩余污泥產量為3510kg，剩余污泥經主反應區內的剩余污泥泵抽升至污泥池。污泥池內設置有潛水攪拌器以保持池內有氧狀態，防止磷的析出。

　　由于主反應區具有同步硝化和反硝化功能，反硝化主要是在泥水分離階段使污泥結構內部處于缺氧狀態而實現的，因此，PLC子站將根據CAST生物池內的DO值，對生物速率、曝氣時間、曝氣量、排泥速率等重要運行參數進行在線調節。

　　排水裝置選型時，考慮到運行自動化程度較高，選用虹吸式潷水器，電磁閥控制虹吸排氣管的開啟，PLC控制。

　　曝氣設備采用了較先進的超微孔膜式曝氣盤，具有較高的氧轉移效率，在水深為4.0m的清水中膜式曝氣盤具有25%的氧轉移效率；同時盤式曝氣器比較節能，具備防堵塞與自清洗功能。

　　為使曝氣系統正常運行，鼓風機房內設3臺可調導葉片的單級高速羅茨鼓風機(2用1備)，鼓風機設計風量為Q=13.87m3/min，設計風壓50000Pa。考慮到反應池為變容運行方式，水位變幅達2.0m，為減少能耗、降低成本，其中兩臺為電機采用變頻運行方式，同時空氣管路獨立設置，互不干擾。

　　5 工作周期設計

　　CAST生物池以一定的時間序列運行，運行過程包括進水-曝氣、靜止沉淀、排水排泥、閑置四個階段，不同的運行階段的運行方式可根據需要進行調整。本工程CAST生物池每日工作24h，分為6.0個工作周期，每周期工作時間為4.0h，其中進水-曝氣3.0h，靜止沉淀0.5h，排水排泥0.5h。在同一時間各池的工作時序均不同，不會發生重疊，同一時間只有一個反應池潷水，自動控制及操作管理較簡單，具體工作時序見表2。

　　進水曝氣階段CAST主反應區內邊充水邊曝氣，同時池內的回流污泥泵連續不斷的向預反應區回流污泥。此時有機污染物被微生物氧化分解，同時污水中的氨氮通過微生物的硝化作用轉化為硝態氮。

　　靜止沉淀階段CAST主反應區不充水也不曝氣，此時微生物利用水中剩余的DO進行氧化分解，生物池逐漸由好氧狀態向缺氧狀態轉變，開始進行反硝化反應，活性污泥逐漸沉到池底，上層水逐漸變清。

　　排水排泥階段CAST主反應區的潷水器開始工作，自上而下逐漸排出上清液，同時池內的剩余污泥泵向污泥調節池輸送剩余污泥此時，生物池逐漸由缺氧狀態過渡到厭氧狀態，繼續進行反硝化反應。

　　實際運行過程中，由于潷水器的潷水能力是按最不利的情況進行設計選型的，而這種最不利情況不易出現，故實際潷水時間通常要比設計潷水時間短，其剩余時間通常用于CAST主反應區內污泥的閑置，以恢復污泥的吸附能力。

　　結語

　　本文介紹的CAST工藝設計方法及設計參數取值已應用于很多大型的污水處理廠，由于一些客觀原因，醫院污水處理站正處于緊張的建設之中，而相同工藝相近規模的污水處理廠已建成并已完成試運行，其各項指標值均滿足設計要求，試運行效果見表3。

　　實踐證明，上述設計方法及參數取值是合理可行的，同時也說明CAST工藝是適合醫院污水處理的一種新型工藝。