北極星水處理網訊: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。
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(SJR)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。
2CAST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。
一、CASTT生物處理法工藝原理
CASS生物處理法是周期循環活性污泥法的簡稱，CASS池分預反應區和主反應區。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，這對進水水質、水量、PH和有毒有害物質起到較好的緩沖作用，同時對絲狀菌的生長起到抑制作用，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。CASS工藝集反應、沉淀、排水、功能于一體，污染物的降解在時間上是一個推流過程，而微生物則處于好氧、缺氧、厭氧周期性變化之中，從而達到對污染物去除作用，同時還具有較好的脫氮、除磷功能。
二、CAST生物處理法工藝特點:
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1、運行靈活可靠
– 生物選擇器可以根據污水水質情況，以好氧、缺氧和厭氧三種方式運行。選擇器可以恒定容積也可以可變容積運行
– 可任意調節狀態，發揮不同微生物的生理特性
– 選擇器容積可變，避免產生污泥膨脹，提高了系統的可靠性
– 抗沖擊負荷能力強，工業廢水、城市污水處理都適用
2、處理構筑物少，流程簡單
– 池子總容積減少，土建工程費用低
– 不需設二次沉淀池及其刮泥設備，也不用設回流污泥泵站
– 可實現除磷脫氮 ：調節生物選擇器可變容積的曝氣和非曝氣順序，提高了生物除磷脫氮效果
3、節省投資
– 構筑物少，占地面積省
– 設備及控制系統簡單
– 曝氣強度小，不須大氣量的供氣設備
– 運行費用低
三、CAST生物處理法工藝缺點：
1、間歇周期運行，對自控要求較高；
2、變水位運行，電耗增大；
3、容積利用率較低；
4、污泥穩定性不如厭氧硝化好。
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A2/O工藝是Anaerobic-Anoxic-Oxic的英文縮寫，它是厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷工藝的簡稱。A2/O工藝處理效率一般能達到：BOD5和SS為90%~95%，總氮為70%以上，磷為90%左右，一般適用于要求脫氮除磷的大中型城市污水廠。但A2/O工藝的基建費和運行費均高于普通活性污泥法，運行管理要求高，所以對目前我國國情來說，當處理后的污水排入封閉性水體或緩流水體引起富營養化，從而影響給水水源時，才采用該工藝。
A2/O工藝流程圖如下：
A2/O工藝特點：
1、A2/O工藝的優點。
（1）污染物去除效率高，運行穩定，有較好的耐沖擊負荷。
（2）污泥沉降性能好。
(3）厭氧、缺氧、好氧三種不同的環境條件和不同種類微生物菌群的有機配合，能同時具有去除有機物、脫氮除磷的功能。
（4）脫氮效果受混合液回流比大小的影響,除磷效果則受回流污泥中夾帶DO和硝酸態氧的影響，因而脫氮除磷效率不可能很高。
（5）在同時脫氧除磷去除有機物的工藝中，該工藝流程最為簡單，總的水力停留時間也少于同類其他工藝。
（6）在厭氧—缺氧—好氧交替運行下，絲狀菌不會大量繁殖，SVI一般小于100，不會發生污泥膨脹。
（7）污泥中磷含量高，一般為2.5％以上。
2、A2/O工藝的缺點。
（1）反應池容積比A/O脫氮工藝還要大；
（2）污泥內回流量大，能耗較高；
（3）用于中小型污水廠費用偏高；
（4）沼氣回收利用經濟效益差；
（5）污泥滲出液需化學除磷。
01、羅茨風機
羅茨鼓風機屬于容積式鼓風機，是回轉式鼓風機的一種，利用兩個葉形轉子或三個葉形轉子在氣缸內做相對運動來輸送氣體。由于轉子的不斷旋轉，被抽氣體從進氣口吸入到轉子與泵殼之間的空間內，再經排氣口排出，氣體經羅茨風機沒有內壓縮過程。
羅茨鼓風機結構簡單運行平穩、可靠，機械效率高，便于維護和保養，對于被輸送氣體中所含的粉塵、液滴和纖維不敏感；當壓力在一定范圍內變化時，轉速不變，則流量為一常數；運行時適應性強，在流量要求穩定而阻力變化幅度較大時，可以自動調節；與離心風機相比價格低。但噪聲大，存在潤滑油向氣缸滲漏的缺點，同時其風量調節只能采用調節轉速法和旁路放風閥法，調節轉速法由于羅茨風機采用恒轉矩負載，轉速不可調節，而旁路放風閥法則造成能量浪費。當然，對變頻改造后的羅茨風機，在小流量、變流量時效率較高，可達95%以上；效率一般在70%左右，較離心風機相比效率較低，特別是在流量高于100m3/min時，功耗較大。目前，在國外的污水處理系統中，羅茨鼓風機由于存在容量小、噪聲大、效率低、和運行維護費用高等問題，已經被淘汰。
羅茨鼓風機的性能曲線主要指風量（Q）和壓力（P）變化關系的曲線Q-P及軸功率（N）和壓力變化關系的曲線N-P。通過羅茨風機的性能曲線可以看出，在一定轉速下，羅茨鼓風機的壓力變化量較大時，風量的變化量非常小，基本不變；而功率曲線表明，功率隨著壓力的增高而增加。因此，羅茨鼓風機特別適用于管網阻力多變而風量要求基本穩定的場合，我國小型市政和工廠污水處理中應用較多。
02、多級離心鼓風機
離心鼓風機又稱透平鼓風機，氣體在旋轉的葉輪作用下，獲得壓力和流速的增大，可以實現連續送風。其工作原理為當電機轉動從而帶動風機葉輪旋轉，氣體在離心力的作用下甩出并改變流向，動能轉換為靜壓能，從排氣口排出氣體，同時在葉輪間形成一定負壓，使外界氣體在大氣壓的作用下補入，達到連續鼓風的目的。離心鼓風機根據葉輪數量分為多級離心鼓風機和單級離心鼓風機。多級低速離心鼓風機正常是指轉子在2只或2只以上的葉輪串聯在同一根主軸上，至多可有八級風葉，轉子轉速為3000～3600r/min的離心式鼓風機[4]。離心鼓風機一般選用進口節流調節流量與壓力，使風機在較低的功率下運行，不需要放風調節，且能保持同額定工況基本相同的高效率，適用于壓力流量都不穩定的工況。
多級離心鼓風機的送氣量一般較大，但所產生的風壓不高，出口表壓一般不高出110kPa,流量一般在130m3/min左右。
與羅茨鼓風機相比，低速多級離心鼓風機由于具有噪聲較低、風機運行平穩可靠、效率較高等優點，20世紀80年代以來，在國外的污水處理廠中逐漸取代了羅茨鼓風機，但仍存在體積大、質量重、流量調節性能差、效率偏低、能耗大等弊端。
03、單級高速離心鼓風機
單級高速離心鼓風機是從20世紀90年代開始，隨著“三元流動理論”在離心式壓縮機和鼓風機設計上的應用而發展起來的。單級離心鼓風機采用齒輪箱增速，在齒輪箱內用機油潤滑和冷卻。但單級離心鼓風機由于只有一個葉輪，不可能產生較大的風壓，它的出口壓力多在50kPa以內，流量在18～1050m3/min，一般80m3/min左右。
單級高速離心鼓風機采用了三元流動理論進行設計，使其更加符合流體流動規律，其葉輪效率較采用二元葉輪的多級低速離心鼓風機有很大的提高，而且是一級結構，流道短、損失較小，使其效率較多級低速離心提高10%～15%，可高達82%；在結構上采用了軸向進氣導葉調節裝置，在壓力恒定時，流量調節為額定流量的65%～105%，使其在低負荷條件下也可以達到較高的運行效率，這是羅茨鼓風機所沒有的優點；采用自動化監控系統，自動化程度高；采用組裝式整體結構，與同流量和壓力的多級離心式鼓風機相比，節約消耗，重量一般少70%，占地面積約小50%；同時三元流動葉輪比普通二元流動葉輪直徑要小30%～40%，故其轉子轉動慣量較小，機組的啟動和停車時間短，無需高位油箱和蓄能器，使鼓風機轉速可達r/min。
由于單級高速離心鼓風機具有重量輕、體積小、節約能源、性能調節范圍廣泛、效率高和自動化水平高等優點，早已在國外取代多級低速離心式得到廣泛應用，是目前污水處理行業的主流產品。目前，國外生產單級高速離心鼓風機的廠家主要有美國的英格索蘭、日本的川崎重工、德國的德馬克和瑞士的蘇爾壽等，國內的廠家主要有沈陽鼓風機廠、杭州制氧機廠和陜西鼓風機廠等。
羅茨風機適用于100m3/min以內較小流量的處理設備，能耗與離心式相差不大，流量調控好，變水位效率高，且價格低，總體價格經濟效益好，主要用于小型市政污水及工廠污水處理，特別是適合CAST工藝（循環式活性污泥法）污水處理廠。
多級離心風機適用于流量范圍在100～400m3/min的情況下，雖然成本較羅茨風機稍高，但其能耗低，長期綜合效益最佳，主要用于中小型市政污水處理廠。
單級高速離心鼓風機無法采用變頻調速，在滿負荷時效率高，但當流量減少時，功耗并不是同比減小，因此部分負載的效率低，能耗大，主要適用于大中型污水處理廠。
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