SBR是序批式間歇活性污泥法的簡(jiǎn)稱,是近年來(lái)被國(guó)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?yàn)镾BR有其自身難以克服的缺點(diǎn),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(duì)兩者進(jìn)行了較為詳細(xì)的比較。
活性污泥法
1、原理及工藝特點(diǎn)
1.1原理
SBR工藝是通過(guò)時(shí)間上的交替運(yùn)行實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)活性污泥法的運(yùn)行全過(guò)程。該工藝只有一個(gè)SBR池,但同時(shí)具有調(diào)節(jié)池、曝氣池和沉淀池的功能。運(yùn)行過(guò)程分為進(jìn)水、曝氣、沉淀、潷水、閑置五個(gè)階段。一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi),各階段的運(yùn)行時(shí)間、反應(yīng)器混合液體積的變化及運(yùn)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(yùn)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(gè)階段。不同的運(yùn)行階段,根據(jù)需要調(diào)整運(yùn)行方式。CASS工藝共分為三個(gè)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(yùn)行。有機(jī)污染物通過(guò)三個(gè)區(qū)的連續(xù)降解,可以達(dá)到很好的處理效果,同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)脫氮除磷。
1.2工藝特點(diǎn)
與傳統(tǒng)活性污泥法相比,SBR工藝所具有的優(yōu)點(diǎn)非常明顯:工藝簡(jiǎn)單,調(diào)節(jié)池體積小或不設(shè),無(wú)二沉池和污泥回流,運(yùn)行方式靈活;結(jié)構(gòu)緊湊,占地少,基建、運(yùn)行費(fèi)用低;反應(yīng)過(guò)程濃度梯度大,不易發(fā)生污泥膨脹;抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng),處理效果好;厭氧(缺氧)和好氧交替發(fā)生,同時(shí)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(diǎn)如下:CASS池的變?nèi)葸\(yùn)行提高了系統(tǒng)對(duì)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(qiáng)了微生物對(duì)磷的釋放、反硝化、對(duì)有機(jī)物的吸附吸收等作用,增加了系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)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(shí)間由高到低變化,微生物經(jīng)歷了對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、減速生長(zhǎng)期和衰減期,其降解有機(jī)物的速率也相應(yīng)地由零級(jí)反應(yīng)向一級(jí)反應(yīng)過(guò)渡。由于SBR系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)運(yùn)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(qiáng)化了工藝的處理效能;采用該法處理COD濃度可達(dá)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(jī)物質(zhì)。
CASS工藝從污染物的降解過(guò)程來(lái)看,污水以相對(duì)較低的流量連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)池,被混合液稀釋到相對(duì)較低的濃度。從空間上看CASS工藝為完全混合式,而在時(shí)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(jī)物得到完全降解。通過(guò)對(duì)沉淀階段和排水階段污水進(jìn)入反應(yīng)池后基質(zhì)在主反應(yīng)區(qū)內(nèi)擴(kuò)散規(guī)律的研究,發(fā)現(xiàn)基質(zhì)擴(kuò)散前沿邊界在反應(yīng)器水平方向和垂直方向都與沉淀時(shí)間的自然對(duì)數(shù)呈函數(shù)關(guān)系。
3、類似的脫氮除磷過(guò)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(gè)過(guò)程,而SBR工藝在時(shí)間上的靈活控制,不僅可以很容易地實(shí)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(zhǎng)曝氣時(shí)間和增加污泥齡來(lái)強(qiáng)化硝化反應(yīng)及聚磷菌過(guò)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(guò)程更快地完成;還可以在厭氧條件下通過(guò)攪拌促進(jìn)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(lái)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(jī)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?dú)?實(shí)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(jī)酸合成聚β—羥基丁酸(PHB)并儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi),這是一個(gè)過(guò)量的釋放磷的過(guò)程,為好氧條件下的過(guò)量攝磷創(chuàng)造先決條件。由于廢水的進(jìn)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(qiáng)化反硝化功能,也可不曝氣進(jìn)行除磷。對(duì)主反應(yīng)區(qū)的曝氣強(qiáng)度進(jìn)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(shí)現(xiàn)同步硝化和反硝化。
4、經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行方式比較
4.1經(jīng)濟(jì)性比較
SBR工藝只需要一個(gè)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(duì)穩(wěn)定,也可不設(shè)調(diào)節(jié)池。Ketchum等人的統(tǒng)計(jì)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(shí)的推動(dòng)力比平時(shí)高20%～30%,氧的轉(zhuǎn)移率高,所以運(yùn)行費(fèi)用比傳統(tǒng)活性污泥法低。
從CASS工藝投入運(yùn)行的實(shí)例分析,該工藝與其他工藝相比具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。首先,建設(shè)費(fèi)用低,比普通曝氣法省25%,無(wú)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(yùn)行費(fèi)用低,自動(dòng)化程度高,管理方便,脫氮除磷不需要另加藥劑,運(yùn)行費(fèi)用省25%左右。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明CASS工藝具有絕對(duì)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)優(yōu)先考慮。
4.2運(yùn)行方式比較
對(duì)于整個(gè)SBR處理工藝而言,運(yùn)行周期的確定除了要保證處理過(guò)程中運(yùn)行的穩(wěn)定性和處理效能外,還要保證每個(gè)池充水的順序連續(xù)性,即合理的運(yùn)行周期應(yīng)滿足運(yùn)行過(guò)程中避免兩個(gè)或兩個(gè)以上的池子同時(shí)進(jìn)水或第一個(gè)池子和最后一個(gè)池子進(jìn)水脫節(jié)的現(xiàn)象。
CASS工藝運(yùn)行時(shí)邊進(jìn)水邊曝氣,同時(shí)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(guò)程中不僅不停止進(jìn)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(diǎn)。潷水期間為了提高污泥濃度、加強(qiáng)反硝化及聚磷菌的過(guò)量釋磷,污泥回流系統(tǒng)照常運(yùn)行。
5、設(shè)計(jì)和應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題
SBR工藝進(jìn)水和排水是間斷式的,因此在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意水量的平衡問(wèn)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(jì)調(diào)節(jié)池和反應(yīng)池時(shí)應(yīng)充分考慮,避免出現(xiàn)旱季水量不足和雨季水量過(guò)多引起的反應(yīng)器不正常運(yùn)行。
間歇式運(yùn)行容易使污泥在沉淀期進(jìn)入曝氣頭內(nèi)部,增大了再次曝氣的管道阻力,也會(huì)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(duì)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(shí),要選擇適當(dāng)?shù)钠貧鈺r(shí)間,最好與其他物理化學(xué)方法串聯(lián)使用。
對(duì)于SBR工藝在設(shè)計(jì)與應(yīng)用中要考慮的問(wèn)題,CASS工藝也要進(jìn)行考慮。此外,與SBR工藝相比,CASS工藝對(duì)自動(dòng)化程度要求更高,一般情況下,都設(shè)有自動(dòng)控制系統(tǒng)和手動(dòng)操作兩種方式,以防在一種操作方式發(fā)生故障時(shí)可以采用另一操作方式進(jìn)行控制。
6、結(jié)束語(yǔ)
隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視,對(duì)廢水處理出水水質(zhì)要求,尤其對(duì)含氮、磷等物質(zhì)的排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格,研究開(kāi)發(fā)和運(yùn)用經(jīng)濟(jì)合理、功能性強(qiáng)、操作靈活、自動(dòng)化程度高和運(yùn)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(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的工藝,無(wú)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。
活性污泥法
1、原理及工藝特點(diǎn)
1.1原理
SBR工藝是通過(guò)時(shí)間上的交替運(yùn)行實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)活性污泥法的運(yùn)行全過(guò)程。該工藝只有一個(gè)SBR池,但同時(shí)具有調(diào)節(jié)池、曝氣池和沉淀池的功能。運(yùn)行過(guò)程分為進(jìn)水、曝氣、沉淀、潷水、閑置五個(gè)階段。一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi),各階段的運(yùn)行時(shí)間、反應(yīng)器混合液體積的變化及運(yùn)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(yùn)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(gè)階段。不同的運(yùn)行階段,根據(jù)需要調(diào)整運(yùn)行方式。CASS工藝共分為三個(gè)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(yùn)行。有機(jī)污染物通過(guò)三個(gè)區(qū)的連續(xù)降解,可以達(dá)到很好的處理效果,同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)脫氮除磷。
1.2工藝特點(diǎn)
與傳統(tǒng)活性污泥法相比,SBR工藝所具有的優(yōu)點(diǎn)非常明顯:工藝簡(jiǎn)單,調(diào)節(jié)池體積小或不設(shè),無(wú)二沉池和污泥回流,運(yùn)行方式靈活;結(jié)構(gòu)緊湊,占地少,基建、運(yùn)行費(fèi)用低;反應(yīng)過(guò)程濃度梯度大,不易發(fā)生污泥膨脹;抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng),處理效果好;厭氧(缺氧)和好氧交替發(fā)生,同時(shí)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(diǎn)如下:CASS池的變?nèi)葸\(yùn)行提高了系統(tǒng)對(duì)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(qiáng)了微生物對(duì)磷的釋放、反硝化、對(duì)有機(jī)物的吸附吸收等作用,增加了系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)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(shí)間由高到低變化,微生物經(jīng)歷了對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、減速生長(zhǎng)期和衰減期,其降解有機(jī)物的速率也相應(yīng)地由零級(jí)反應(yīng)向一級(jí)反應(yīng)過(guò)渡。由于SBR系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)運(yùn)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(qiáng)化了工藝的處理效能;采用該法處理COD濃度可達(dá)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(jī)物質(zhì)。
CASS工藝從污染物的降解過(guò)程來(lái)看,污水以相對(duì)較低的流量連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)池,被混合液稀釋到相對(duì)較低的濃度。從空間上看CASS工藝為完全混合式,而在時(shí)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(jī)物得到完全降解。通過(guò)對(duì)沉淀階段和排水階段污水進(jìn)入反應(yīng)池后基質(zhì)在主反應(yīng)區(qū)內(nèi)擴(kuò)散規(guī)律的研究,發(fā)現(xiàn)基質(zhì)擴(kuò)散前沿邊界在反應(yīng)器水平方向和垂直方向都與沉淀時(shí)間的自然對(duì)數(shù)呈函數(shù)關(guān)系。
3、類似的脫氮除磷過(guò)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(gè)過(guò)程,而SBR工藝在時(shí)間上的靈活控制,不僅可以很容易地實(shí)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(zhǎng)曝氣時(shí)間和增加污泥齡來(lái)強(qiáng)化硝化反應(yīng)及聚磷菌過(guò)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(guò)程更快地完成;還可以在厭氧條件下通過(guò)攪拌促進(jìn)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(lái)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(jī)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?dú)?實(shí)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(jī)酸合成聚β—羥基丁酸(PHB)并儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi),這是一個(gè)過(guò)量的釋放磷的過(guò)程,為好氧條件下的過(guò)量攝磷創(chuàng)造先決條件。由于廢水的進(jìn)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(qiáng)化反硝化功能,也可不曝氣進(jìn)行除磷。對(duì)主反應(yīng)區(qū)的曝氣強(qiáng)度進(jìn)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(shí)現(xiàn)同步硝化和反硝化。
4、經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行方式比較
4.1經(jīng)濟(jì)性比較
SBR工藝只需要一個(gè)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(duì)穩(wěn)定,也可不設(shè)調(diào)節(jié)池。Ketchum等人的統(tǒng)計(jì)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(shí)的推動(dòng)力比平時(shí)高20%～30%,氧的轉(zhuǎn)移率高,所以運(yùn)行費(fèi)用比傳統(tǒng)活性污泥法低。
從CASS工藝投入運(yùn)行的實(shí)例分析,該工藝與其他工藝相比具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。首先,建設(shè)費(fèi)用低,比普通曝氣法省25%,無(wú)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(yùn)行費(fèi)用低,自動(dòng)化程度高,管理方便,脫氮除磷不需要另加藥劑,運(yùn)行費(fèi)用省25%左右。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明CASS工藝具有絕對(duì)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)優(yōu)先考慮。
4.2運(yùn)行方式比較
對(duì)于整個(gè)SBR處理工藝而言,運(yùn)行周期的確定除了要保證處理過(guò)程中運(yùn)行的穩(wěn)定性和處理效能外,還要保證每個(gè)池充水的順序連續(xù)性,即合理的運(yùn)行周期應(yīng)滿足運(yùn)行過(guò)程中避免兩個(gè)或兩個(gè)以上的池子同時(shí)進(jìn)水或第一個(gè)池子和最后一個(gè)池子進(jìn)水脫節(jié)的現(xiàn)象。
CASS工藝運(yùn)行時(shí)邊進(jìn)水邊曝氣,同時(shí)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(guò)程中不僅不停止進(jìn)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(diǎn)。潷水期間為了提高污泥濃度、加強(qiáng)反硝化及聚磷菌的過(guò)量釋磷,污泥回流系統(tǒng)照常運(yùn)行。
5、設(shè)計(jì)和應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題
SBR工藝進(jìn)水和排水是間斷式的,因此在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意水量的平衡問(wèn)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(jì)調(diào)節(jié)池和反應(yīng)池時(shí)應(yīng)充分考慮,避免出現(xiàn)旱季水量不足和雨季水量過(guò)多引起的反應(yīng)器不正常運(yùn)行。
間歇式運(yùn)行容易使污泥在沉淀期進(jìn)入曝氣頭內(nèi)部,增大了再次曝氣的管道阻力,也會(huì)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(duì)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(shí),要選擇適當(dāng)?shù)钠貧鈺r(shí)間,最好與其他物理化學(xué)方法串聯(lián)使用。
對(duì)于SBR工藝在設(shè)計(jì)與應(yīng)用中要考慮的問(wèn)題,CASS工藝也要進(jìn)行考慮。此外,與SBR工藝相比,CASS工藝對(duì)自動(dòng)化程度要求更高,一般情況下,都設(shè)有自動(dòng)控制系統(tǒng)和手動(dòng)操作兩種方式,以防在一種操作方式發(fā)生故障時(shí)可以采用另一操作方式進(jìn)行控制。
6、結(jié)束語(yǔ)
隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視,對(duì)廢水處理出水水質(zhì)要求,尤其對(duì)含氮、磷等物質(zhì)的排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格,研究開(kāi)發(fā)和運(yùn)用經(jīng)濟(jì)合理、功能性強(qiáng)、操作靈活、自動(dòng)化程度高和運(yùn)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(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的工藝,無(wú)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。
