活性污泥法
1、原理及工艺特点
1.1原理
SBR工艺是通过时间上的交替运行实现传统活性污泥法的运行全过程。该工艺只有一个SBR池,但同时具有调节池、曝气池和沉淀池的功能。运行过程分为进水、曝气、沉淀、滗水、闲置五个阶段。一个运行周期内,各阶段的运行时间、反应器混合液体积的变化及运行状态等都可以根据具体污水的性质、出水水质及运行功能要求等灵活掌握。
CASS工艺包括充水—曝气、充水—泥水分离、滗水和充水—闲置等四个阶段。不同的运行阶段,根据需要调整运行方式。CASS工艺共分为三个反应区:生物选择区(DO<0.2mg/L)、缺氧区(DO>0.5mg/L)和好氧区(DO=(2～3)mg/L)。生物选择器为CASS前端的小容积区,通常在厌氧或兼氧条件下运行。有机污染物通过三个区的连续降解,可以达到很好的处理效果,同时能够实现脱氮除磷。
1.2工艺特点
与传统活性污泥法相比,SBR工艺所具有的优点非常明显:工艺简单,调节池体积小或不设,无二沉池和污泥回流,运行方式灵活;结构紧凑,占地少,基建、运行费用低;反应过程浓度梯度大,不易发生污泥膨胀;抗负荷冲击能力强,处理效果好;厌氧(缺氧)和好氧交替发生,同时脱氮除磷而不需额外增加反应器。
CASS工艺与其他工艺相比,特点如下:CASS池的变容运行提高了系统对水量水质变化的适应性和操作的灵活性;选择器的设置加强了微生物对磷的释放、反硝化、对有机物的吸附吸收等作用,增加了系统运行的稳定性;周期内反应器以厌氧—缺氧—好氧—缺氧—厌氧的方式运行,有比较理想的脱氮除磷效果。
2、生物降解能力比较
SBR工艺在反应阶段,基质浓度随时间由高到低变化,微生物经历了对数生长期、减速生长期和衰减期,其降解有机物的速率也相应地由零级反应向一级反应过渡。由于SBR系统的非稳态运行,反应器中生物相十分复杂,微生物的种类繁多,各种微生物交互作用,强化了工艺的处理效能;采用该法处理COD浓度可达几百到几千毫克每升,其去除率均比传统活性污泥法高,而且可去除一些理论上难以生物降解的有机物质。
CASS工艺从污染物的降解过程来看,污水以相对较低的流量连续进入反应池,被混合液稀释到相对较低的浓度。从空间上看CASS工艺为完全混合式,而在时间上则为推流式,基质浓度逐渐降低,浓度梯度从大到小,在曝气阶段有机物得到完全降解。通过对沉淀阶段和排水阶段污水进入反应池后基质在主反应区内扩散规律的研究,发现基质扩散前沿边界在反应器水平方向和垂直方向都与沉淀时间的自然对数呈函数关系。
3、类似的脱氮除磷过程
废水的脱氮除磷要求经历厌氧一缺氧一好氧这样一个过程,而SBR工艺在时间上的灵活控制,不仅可以很容易地实现好氧、缺氧和厌氧,而且很容易在好氧条件下增大曝气量、延长曝气时间和增加污泥龄来强化硝化反应及聚磷菌过量摄磷;也可以在缺氧条件下方便地投加原污水或提高污泥浓度等方式使反硝化过程更快地完成;还可以在厌氧条件下通过搅拌促进聚磷菌充分地释磷。
CASS工艺的脱氮除磷效果则更为明显。生物选择器的设置为除磷创造了有利条件。来自主反应区高浓度污泥和废水充分混合,污泥中的反硝化菌以污水中的有机物为碳源,还原硝态氮(污泥中的硝态氮一般为2mg/L)为氮气,实现脱氮。
聚磷菌在厌氧条件下分解体内的聚磷酸盐释放到水中,获得能量用于吸收废水中的有机酸合成聚β—羟基丁酸(PHB)并储存于细胞内,这是一个过量的释放磷的过程,为好氧条件下的过量摄磷创造先决条件。由于废水的进入,在此区域还发生比较明显的反硝化,其去除的氮占总去除率的20%左右。
在缺氧区,微量曝气可以强化反硝化功能,也可不曝气进行除磷。对主反应区的曝气强度进行控制,使溶液处于好氧而活性污泥内部则基本处于缺氧状态,从而可以实现同步硝化和反硝化。
4、经济性和运行方式比较
4.1经济性比较
SBR工艺只需要一个序批式间歇反应池即可,与传统活性污泥法相比,不需设置二沉池、污泥回流及污泥回流设备。若水量水质相对稳定,也可不设调节池。Ketchum等人的统计结果表明,采用SBR工艺处理小城镇污水,要比普通活性污泥法节省基建投资30%以上。另外,系统的布置紧凑,占地面积较少。由于SBR工艺曝气是间断的,曝气供氧时的推动力比平时高20%～30%,氧的转移率高,所以运行费用比传统活性污泥法低。
从CASS工艺投入运行的实例分析,该工艺与其他工艺相比具有一定的经济优势。首先,建设费用低,比普通曝气法省25%,无初沉池、二沉池;其次,占地面积少,比普通曝气法省20%～30%;另外,运行费用低,自动化程度高,管理方便,脱氮除磷不需要另加药剂,运行费用省25%左右。统计数据表明CASS工艺具有绝对的经济优势,所以在设计过程中应优先考虑。
4.2运行方式比较
对于整个SBR处理工艺而言,运行周期的确定除了要保证处理过程中运行的稳定性和处理效能外,还要保证每个池充水的顺序连续性,即合理的运行周期应满足运行过程中避免两个或两个以上的池子同时进水或第一个池子和最后一个池子进水脱节的现象。
CASS工艺运行时边进水边曝气,同时将主反应区的污泥回流至生物选择器。在沉淀阶段停止曝气,但是在沉淀过程中不仅不停止进水,而且污泥回流系统也不停止,这是CASS工艺区别于SBR工艺的一大特点。滗水期间为了提高污泥浓度、加强反硝化及聚磷菌的过量释磷,污泥回流系统照常运行。
5、设计和应用中应注意的问题
SBR工艺进水和排水是间断式的,因此在设计和应用时应注意水量的平衡问题,如果产生的废水是连续性的,则要合理的增设调节池。旱季和雨季的水量变化很大,在设计调节池和反应池时应充分考虑,避免出现旱季水量不足和雨季水量过多引起的反应器不正常运行。
间歇式运行容易使污泥在沉淀期进入曝气头内部,增大了再次曝气的管道阻力,也会造成曝气微孔的堵塞,所以应选用不易堵塞的曝气系统。排水期尽量使用排水均匀、排水量可调、对池底污泥干扰小的滗水装置。SBR在处理有毒有害和难降解废水时,要选择适当的曝气时间,最好与其他物理化学方法串联使用。
对于SBR工艺在设计与应用中要考虑的问题,CASS工艺也要进行考虑。此外,与SBR工艺相比,CASS工艺对自动化程度要求更高,一般情况下,都设有自动控制系统和手动操作两种方式,以防在一种操作方式发生故障时可以采用另一操作方式进行控制。
6、结束语
随着国家对环境保护的日益重视,对废水处理出水水质要求,尤其对含氮、磷等物质的排放标准越来越严格,研究开发和运用经济合理、功能性强、操作灵活、自动化程度高和运行稳定的废水处理工艺已迫在眉睫。SBR工艺和CASS工艺作为具有很强竞争力的工艺,无论在城市污水还是在工业废水的处理中都具有良好的应用前景。
