污水處理SBR工藝與CASS工藝的比較

SBR是序批式間歇活性污泥法的簡稱,是近年來被國內(nèi)外引起重視、研究并大力推廣應(yīng)用的一種污水生物處理新技術(shù)。CASS工藝是一種循環(huán)式活性污泥法,是SBR工藝的更新變型。之所以出現(xiàn)CASS工藝,是因為SBR有其自身難以克服的缺點,但CASS工藝不可完全替代SBR。本文在分析這兩種工藝原理的基礎(chǔ)上,對兩者進行了較為詳細的比較。

1、原理及工藝特點

1.1原理

SBR工藝是通過時間上的交替運行實現(xiàn)傳統(tǒng)活性污泥法的運行全過程。該工藝只有一個SBR池,但同時具有調(diào)節(jié)池、曝氣池和沉淀池的功能。運行過程分為進水、曝氣、沉淀、潷水、閑置五個階段。一個運行周期內(nèi),各階段的運行時間、反應(yīng)器混合液體積的變化及運行狀態(tài)等都可以根據(jù)具體污水的性質(zhì)、出水水質(zhì)及運行功能要求等靈活掌握。

CASS工藝包括充水—曝氣、充水—泥水分離、潷水和充水—閑置等四個階段。不同的運行階段,根據(jù)需要調(diào)整運行方式。CASS工藝共分為三個反應(yīng)區(qū):生物選擇區(qū)(DO<0.2mg/L)、缺氧區(qū)(DO>0.5mg/L)和好氧區(qū)(DO=(2～3)mg/L)。生物選擇器為CASS前端的小容積區(qū),通常在厭氧或兼氧條件下運行。有機污染物通過三個區(qū)的連續(xù)降解,可以達到很好的處理效果,同時能夠?qū)崿F(xiàn)脫氮除磷。

1.2工藝特點

與傳統(tǒng)活性污泥法相比,SBR工藝所具有的優(yōu)點非常明顯:工藝簡單,調(diào)節(jié)池體積小或不設(shè),無二沉池和污泥回流,運行方式靈活;結(jié)構(gòu)緊湊,占地少,基建、運行費用低;反應(yīng)過程濃度梯度大,不易發(fā)生污泥膨脹;抗負荷沖擊能力強,處理效果好;厭氧(缺氧)和好氧交替發(fā)生,同時脫氮除磷而不需額外增加反應(yīng)器。

CASS工藝與其他工藝相比,特點如下:CASS池的變?nèi)葸\行提高了系統(tǒng)對水量水質(zhì)變化的適應(yīng)性和操作的靈活性;選擇器的設(shè)置加強了微生物對磷的釋放、反硝化、對有機物的吸附吸收等作用,增加了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性;周期內(nèi)反應(yīng)器以厭氧—缺氧—好氧—缺氧—厭氧的方式運行,有比較理想的脫氮除磷效果。

2、生物降解能力比較

SBR工藝在反應(yīng)階段,基質(zhì)濃度隨時間由高到低變化,微生物經(jīng)歷了對數(shù)生長期、減速生長期和衰減期,其降解有機物的速率也相應(yīng)地由零級反應(yīng)向一級反應(yīng)過渡。由于SBR系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)運行,反應(yīng)器中生物相十分復(fù)雜,微生物的種類繁多,各種微生物交互作用,強化了工藝的處理效能;采用該法處理COD濃度可達幾百到幾千毫克每升,其去除率均比傳統(tǒng)活性污泥法高,而且可去除一些理論上難以生物降解的有機物質(zhì)。

CASS工藝從污染物的降解過程來看,污水以相對較低的流量連續(xù)進入反應(yīng)池,被混合液稀釋到相對較低的濃度。從空間上看CASS工藝為完全混合式,而在時間上則為推流式,基質(zhì)濃度逐漸降低,濃度梯度從大到小,在曝氣階段有機物得到完全降解。通過對沉淀階段和排水階段污水進入反應(yīng)池后基質(zhì)在主反應(yīng)區(qū)內(nèi)擴散規(guī)律的研究,發(fā)現(xiàn)基質(zhì)擴散前沿邊界在反應(yīng)器水平方向和垂直方向都與沉淀時間的自然對數(shù)呈函數(shù)關(guān)系。

3、類似的脫氮除磷過程

廢水的脫氮除磷要求經(jīng)歷厭氧一缺氧一好氧這樣一個過程,而SBR工藝在時間上的靈活控制,不僅可以很容易地實現(xiàn)好氧、缺氧和厭氧,而且很容易在好氧條件下增大曝氣量、延長曝氣時間和增加污泥齡來強化硝化反應(yīng)及聚磷菌過量攝磷;也可以在缺氧條件下方便地投加原污水或提高污泥濃度等方式使反硝化過程更快地完成;還可以在厭氧條件下通過攪拌促進聚磷菌充分地釋磷。

CASS工藝的脫氮除磷效果則更為明顯。生物選擇器的設(shè)置為除磷創(chuàng)造了有利條件。來自主反應(yīng)區(qū)高濃度污泥和廢水充分混合,污泥中的反硝化菌以污水中的有機物為碳源,還原硝態(tài)氮(污泥中的硝態(tài)氮一般為2mg/L)為氮氣,實現(xiàn)脫氮。

聚磷菌在厭氧條件下分解體內(nèi)的聚磷酸鹽釋放到水中,獲得能量用于吸收廢水中的有機酸合成聚β—羥基丁酸(PHB)并儲存于細胞內(nèi),這是一個過量的釋放磷的過程,為好氧條件下的過量攝磷創(chuàng)造先決條件。由于廢水的進入,在此區(qū)域還發(fā)生比較明顯的反硝化,其去除的氮占總?cè)コ实?0%左右。

在缺氧區(qū),微量曝氣可以強化反硝化功能,也可不曝氣進行除磷。對主反應(yīng)區(qū)的曝氣強度進行控制,使溶液處于好氧而活性污泥內(nèi)部則基本處于缺氧狀態(tài),從而可以實現(xiàn)同步硝化和反硝化。

4、經(jīng)濟性和運行方式比較

4.1經(jīng)濟性比較

SBR工藝只需要一個序批式間歇反應(yīng)池即可,與傳統(tǒng)活性污泥法相比,不需設(shè)置二沉池、污泥回流及污泥回流設(shè)備。若水量水質(zhì)相對穩(wěn)定,也可不設(shè)調(diào)節(jié)池。Ketchum等人的統(tǒng)計結(jié)果表明,采用SBR工藝處理小城鎮(zhèn)污水,要比普通活性污泥法節(jié)省基建投資30%以上。另外,系統(tǒng)的布置緊湊,占地面積較少。由于SBR工藝曝氣是間斷的,曝氣供氧時的推動力比平時高20%～30%,氧的轉(zhuǎn)移率高,所以運行費用比傳統(tǒng)活性污泥法低。

從CASS工藝投入運行的實例分析,該工藝與其他工藝相比具有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢。首先,建設(shè)費用低,比普通曝氣法省25%,無初沉池、二沉池;其次,占地面積少,比普通曝氣法省20%～30%;另外,運行費用低,自動化程度高,管理方便,脫氮除磷不需要另加藥劑,運行費用省25%左右。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明CASS工藝具有絕對的經(jīng)濟優(yōu)勢,所以在設(shè)計過程中應(yīng)優(yōu)先考慮。

4.2運行方式比較

對于整個SBR處理工藝而言,運行周期的確定除了要保證處理過程中運行的穩(wěn)定性和處理效能外,還要保證每個池充水的順序連續(xù)性,即合理的運行周期應(yīng)滿足運行過程中避免兩個或兩個以上的池子同時進水或第一個池子和最后一個池子進水脫節(jié)的現(xiàn)象。

CASS工藝運行時邊進水邊曝氣,同時將主反應(yīng)區(qū)的污泥回流至生物選擇器。在沉淀階段停止曝氣,但是在沉淀過程中不僅不停止進水,而且污泥回流系統(tǒng)也不停止,這是CASS工藝區(qū)別于SBR工藝的一大特點。潷水期間為了提高污泥濃度、加強反硝化及聚磷菌的過量釋磷,污泥回流系統(tǒng)照常運行。

5、設(shè)計和應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

SBR工藝進水和排水是間斷式的,因此在設(shè)計和應(yīng)用時應(yīng)注意水量的平衡問題,如果產(chǎn)生的廢水是連續(xù)性的,則要合理的增設(shè)調(diào)節(jié)池。旱季和雨季的水量變化很大,在設(shè)計調(diào)節(jié)池和反應(yīng)池時應(yīng)充分考慮,避免出現(xiàn)旱季水量不足和雨季水量過多引起的反應(yīng)器不正常運行。

間歇式運行容易使污泥在沉淀期進入曝氣頭內(nèi)部,增大了再次曝氣的管道阻力,也會造成曝氣微孔的堵塞,所以應(yīng)選用不易堵塞的曝氣系統(tǒng)。排水期盡量使用排水均勻、排水量可調(diào)、對池底污泥干擾小的潷水裝置。SBR在處理有毒有害和難降解廢水時,要選擇適當(dāng)?shù)钠貧鈺r間,最好與其他物理化學(xué)方法串聯(lián)使用。

對于SBR工藝在設(shè)計與應(yīng)用中要考慮的問題,CASS工藝也要進行考慮。此外,與SBR工藝相比,CASS工藝對自動化程度要求更高,一般情況下,都設(shè)有自動控制系統(tǒng)和手動操作兩種方式,以防在一種操作方式發(fā)生故障時可以采用另一操作方式進行控制。

6、結(jié)束語

隨著國家對環(huán)境保護的日益重視,對廢水處理出水水質(zhì)要求,尤其對含氮、磷等物質(zhì)的排放標準越來越嚴格,研究開發(fā)和運用經(jīng)濟合理、功能性強、操作靈活、自動化程度高和運行穩(wěn)定的廢水處理工藝已迫在眉睫。SBR工藝和CASS工藝作為具有很強競爭力的工藝,無論在城市污水還是在工業(yè)廢水的處理中都具有良好的應(yīng)用前景。

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