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摘要:清龙湾污水处理厂是龙江县即“十一五“后出的污水治理及污泥再利用工程。水厂采用先进的CAST处理工艺水平，现简述其工艺设计方法、证应用及参数值。
关键词:污水处理厂;CAST工艺;推广论证设计；参数参考值
中图分类号： S611文献标识码：A 文章编号：
0 前言
清龙湾污水处理厂是龙江县即“十一五“后出的污水治理及污泥再利用”十二五“政府规划工程。其服务范围为城区生活污水及周边工厂，休闲娱乐度假村及农业排污等。;设计服务年限为2010 年设计规模为2万m3/ d，二期工程2020年设计规模为4万m3/ d厂址位于黑龙江省龙龙县占地5.7公顷;龙江镇长污水系统由铁北污水系统（包括铁北污水泵站、铁南污水系统、污水总干管）和污水处理厂组成。处理厂处理后排放,处理后污水最终经龙湾河（龙湾河是嫩江的一条支流）流入嫩江。故污水排放标准执行一级标准( GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》)、由于CAST系统产生较少的活性污泥，脱水后形成含水率为70 % - 80 %的泥饼,装车外运进行填埋处理。清龙湾处理厂污水处理工艺流程框图：
见图1.
城市进水——粗格栅——提升泵房——细格栅——沉沙池——CAST反应池——调节池及提升泵站——絮凝气浮池——消毒池——龙湾河
CAST工艺简介
CAST 工艺是SBR法的变法，是间歇进水间歇曝气周期排水的活生污泥法的简称。
CAST法采用周期进水和周期性排水原理。生物氧化作用硝化和反硝公作用固液分离等均在一个反应池中进行。CAST池由两个部分组成：
分为预反应区主反应区和滗水器系统
在预反应区内,水流由下而上进入反应池，池中的微生物通过酶经历一个高压耗氧的状态使活性物质转化迅速吸附污水中大部分的可溶性有机物,加速反应过程,对进水水质、水量、pH 和有毒有害物质起到较好的缓冲作用,可有效防止污泥膨胀;随后在主反应区经历一个较低压厌氧的降解过程,完成对污水中有机物质（如生物磷，S等）的降解。CAST 工艺同时能够比较充分发挥活性污泥的降解功能。有很好利用了一次反应中的大量的副产物（如热量，气体氮及温度）,有利于提高二沉池固液分离效果。
2 CAST 工艺设计
2. 1 设计基础数据
设计流量按近期2010年污水平均时流量为准，平均时流量为231.48L/S，污水总变化系数kz=1.49，污水设计流量为344.8L/S。设计进水水质按《城市排入城市下水道泔》（CJ3082-1999）水质确定,设计出水水质达到《地表水环境质量标准CB3838-2002（》3类水体指示，根据国家环保总局公告[2006年第21号]的规定，龙江镇污水处理厂出水水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的A标准。
污水设计进出水水质详见表1.
表1 设计进出水水质
2. 2 CAST 生物池主要构造
CAST生物池的建设主要由城镇排污水量设计来建设，通过进水曝气，静沉排水待机反应池排水比及污泥回流比计算得出有效的CAST反应池：
一个周期单池进水量：q=18336立方米
单池尺寸：L*B*H=68*24*6（超高取1米）m，
实际有效容积=8160立方米（生物选择器：厌氧区：曝气区1:5:30）
CAST池的滗水深度=1.012米
CAST池的污泥浓度=1.75米
污泥有效容积=2856立方米
剩余污泥排放量=23.5立方米/格*周期
剩余污泥含水率：p=99.2%
总污泥量=2.25T/d
总需气量=7765立方米/时=129.4立方米/分
每个曝气头供气量q=3立方米/时
单池曝气头数量=3000个
污泥回流量=412.4立方米/时
安装微孔曝气共12000个； 每池安装潜水搅拌机3台，共12台； 每池安装BPS-I——7000型旋转式滗水器2台，共8台； 污泥回流泵5台，其中一台放在仓库备用，型号为2000WQ400-10-22，性能参数Q=412立方米/时、H=9米、N=22KW。剩余污泥泵5台，其中一台放在仓库内备用，型号为50W32-9-2.2，性能参数Q=32立方米/时、H=9米、N=2.2KW。
2. 3 预反应区设计
由于清龙湾处理厂排放水的接纳水体为嫩江而嫩江为齐齐哈尔地区的主要水体,需要重点解决富营养化污染,故本工程对除磷的要求较高,所以预反应区根据活性污泥反应动力学原理进行设计,运行条件按厌氧低压考虑,在预反应区内考虑了较显著的反硝化作用(回流污泥混合液中通常含2. 0mg/ l 左右的硝态氮) 。同时预反应区利用了活性污泥的快速吸附作用而加速对溶解性底物的去除,并对难降解有机物起到良好的水解作用,还可使污泥中的磷在厌氧条件下得到有效的释放。污泥回流量按最大时处理量的20 %考虑,污水水力停留时间按1. 0 h 计。为了使回流污泥和污水进行充分混合,形成均匀的厌氧低压环境,在预反应区内设置3 台ITT Flygt SR4630型潜水搅拌器,该搅拌器属于高转速(705 r/ min) 、小叶轮(370 mm) 类型,具有较好的混合搅拌功能,考虑到厌氧环境对磷的释放影响较大,故在预反应区内还设置有DO 在线测定仪,其输出信号接入CASS 反应池PLC 子站,PLC 子站根据DO 值的大小及变化,对回流污泥量进行在线调节,以达到最佳的厌氧环境以利于磷的释放。同时PLC 总站可绘制预反应区进水水量、进水水质、污泥回流量与DO 的关系曲线,对运行工作起到高效、优质的指导作用。
2. 4 主反应區设计
由于龙江镇区的现行排水体制仍为雨污合流制,故雨季时进水中BOD5 较低,将导致脱氮除磷所需碳源不足,为避免外加碳源,同时降低管理难度和污水处理成本,故设计中采用了泥龄较长,污泥负荷较低的延时曝气方式,设计泥龄为15. 7 d , 污泥负荷取0. 088 kgBOD5/ kg ML S S .由于采用了延时曝气方式,故污泥产泥率比较低,取值为0. 945 kg S S / kgBOD5 ,每日剩余污泥产量为228.4立方米，应区内的剩余污泥泵抽升至污泥调节池。污泥调节池内设置有潜水搅拌器以保持池内有氧状态,防止磷的析出。由于主反应区具有同步硝化和反硝化功能,反硝化主要是在泥水分离阶段使污泥结构内部处于缺氧状态而实现的,因此,PLC 子站将根据CAST生物池内的DO 值,对生物速率、曝气时间、曝气量、排泥速率等重要运行参数进行在线调节。排水装置选型时,考虑到主反应区内的滗水深度较大(2. 0 m) ,滗水量也较高(1600 m3/ h) 而常见的国产旋转式或虹吸式滗水器,在技术水平和产品质量方面均与进口设备存在一定差距,故采用了国外公司的产品滗水器,该滗水器材质为玻璃钢填充聚胺酯。曝气设备采用了较先进的超微孔膜式曝气管进口设备,与国内常用的球冠形微孔曝气头相比,前者具
有更高的氧转移效率,在水深为5. 0 m 的清水中膜式曝气管具有32 %的氧转移效率,比盘式曝气器高25 %;同时膜式曝气管比盘式曝气器节能22. 7 %. 另外,膜式曝气管还具有以下特性: 1) 具有瞬时增加曝气量100 %的能力;
2) 在不增加构筑物或改变构筑物的情况下系统增容20 %;
3) 具备防堵塞与自清洗功能。
为使曝气系统正常运行,鼓风机房内设3 台可调导叶片的单级高速罗茨鼓风机(2 用1 备) ,鼓风机设计
风量为Q = 137. 6 Nm3/ min ,设计风压68600 Pa. 考虑到反应池为变容运行方式,水位变幅达2. 0 m ,为减少
能耗、降低成本,其中两台为电机采用变频运行方式,同时空气管路独立设置,互不干扰。
2. 5 工作周期設计
完整的CAST操作周期可分为四个步骤：
进水阶段：原水进入反应池并与回流污泥混合，首先经历一个高絮体负荷阶段，从而有利于系统中絮凝型细菌的生长，进一步有效地抑制丝关菌的生长和繁殖，同时污泥经过大气和兼氧两个阶段，发生消化利反硝化，从而实现除磷脱氮的目的。
曝气阶段：由曝气系统向反应池内供氧，引时有机物经微生物作用被生物氧化，同时污水中的氨氮经微生物硝化作用，被氧化生成为硝基氮。
沉淀阶段：此时停止向反应池内供氧，微生物工程继续利用消遣的溶解氧进行特殊化反应液相主体逐渐由好氧状态向缺氧状态转变，活性污泥逐渐沉降到反应池底部，上层水变清。
滗水阶段：在沉降阶段结束后，轩于反应池底部的滗水器系统开始工作排出反应池内上层处理水。此时液相主体逐渐过渡到厌氧状态。在滗水过程中，由于污泥沉降于池底，浓度较大，可根据需要启动污泥泵将剩余污泥排至污泥池中。以保持反应器内有一定的活性污泥浓度。滗水结束后再进入下一个新的周期，开始进水、曝气。。。。。。，周而复始，完成对污水的处理。
图2 CAST反应池工作时序图
进水曝气阶段CAST主反应区内边充水边曝气,同时池内的回流污泥泵连续不断的向预反应区回流污
泥。此时有机污染物被微生物氧化分解,同时污水中的氨氮通过微生物的硝化作用转化为硝态氮;
静止沉淀阶段CAST主反应区不充水也不曝气,此时微生物利用水中剩余的DO 进行氧化分解,生物池
逐渐由好氧状态向缺氧状态转变,开始进行反硝化反应,活性污泥逐渐沉到池底,上层水逐渐变清;
排水排泥阶段CAST主反应区的滗水器开始工作,自上而下逐渐排出上清液,同时池内的剩余污泥泵向
污泥调节池输送剩余污泥。此时,生物池逐渐由缺氧状态过渡到厌氧状态,继续进行反硝化反应。
实际运行过程中,由于滗水器的滗水能力是按最不利的情况进行设计选型的,而这种最不利情况不易
出现,故实际滗水时间通常要比设计滗水时间短,其剩余时间通常用于CAST主反应区内污泥的闲置,以恢
复污泥的吸附能力。
3 结束语
本文介绍的CAST 工艺设计方法及设计参数取值已应用于龙江县清龙湾河污水处理厂,由于一些客观原因,龙江县清龙湾污水处理厂正处于适运营时期，其各项指标值均满足设计要求,试运行效果详见下表:
表2 实际进出水水质(平均值)
实践证明,上述设计方法及参数取值是合理可行的,可以长期做为版本标准的。同时也说明CAST工艺是适合东北地区，黑龙江省龙江县污水处理厂的一种新型工艺设计。
参考文献:
[1 ] 《城针污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002
[2 ] 《环境空气质量标准》GB3095-1996
[3] 《锅炉大气污染物排放标准》GWPB3-1999
[4]《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996
[5]《城市区域环境噪声标准》GB3096-93
[6]《恶臭污染物排放标准》GB14554-93
关键词:污水处理厂;CAST工艺;推广论证设计；参数参考值
中图分类号： S611文献标识码：A 文章编号：
0 前言
清龙湾污水处理厂是龙江县即“十一五“后出的污水治理及污泥再利用”十二五“政府规划工程。其服务范围为城区生活污水及周边工厂，休闲娱乐度假村及农业排污等。;设计服务年限为2010 年设计规模为2万m3/ d，二期工程2020年设计规模为4万m3/ d厂址位于黑龙江省龙龙县占地5.7公顷;龙江镇长污水系统由铁北污水系统（包括铁北污水泵站、铁南污水系统、污水总干管）和污水处理厂组成。处理厂处理后排放,处理后污水最终经龙湾河（龙湾河是嫩江的一条支流）流入嫩江。故污水排放标准执行一级标准( GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》)、由于CAST系统产生较少的活性污泥，脱水后形成含水率为70 % - 80 %的泥饼,装车外运进行填埋处理。清龙湾处理厂污水处理工艺流程框图：
见图1.
城市进水——粗格栅——提升泵房——细格栅——沉沙池——CAST反应池——调节池及提升泵站——絮凝气浮池——消毒池——龙湾河
CAST工艺简介
CAST 工艺是SBR法的变法，是间歇进水间歇曝气周期排水的活生污泥法的简称。
CAST法采用周期进水和周期性排水原理。生物氧化作用硝化和反硝公作用固液分离等均在一个反应池中进行。CAST池由两个部分组成：
分为预反应区主反应区和滗水器系统
在预反应区内,水流由下而上进入反应池，池中的微生物通过酶经历一个高压耗氧的状态使活性物质转化迅速吸附污水中大部分的可溶性有机物,加速反应过程,对进水水质、水量、pH 和有毒有害物质起到较好的缓冲作用,可有效防止污泥膨胀;随后在主反应区经历一个较低压厌氧的降解过程,完成对污水中有机物质（如生物磷，S等）的降解。CAST 工艺同时能够比较充分发挥活性污泥的降解功能。有很好利用了一次反应中的大量的副产物（如热量，气体氮及温度）,有利于提高二沉池固液分离效果。
2 CAST 工艺设计
2. 1 设计基础数据
设计流量按近期2010年污水平均时流量为准，平均时流量为231.48L/S，污水总变化系数kz=1.49，污水设计流量为344.8L/S。设计进水水质按《城市排入城市下水道泔》（CJ3082-1999）水质确定,设计出水水质达到《地表水环境质量标准CB3838-2002（》3类水体指示，根据国家环保总局公告[2006年第21号]的规定，龙江镇污水处理厂出水水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的A标准。
污水设计进出水水质详见表1.
表1 设计进出水水质
2. 2 CAST 生物池主要构造
CAST生物池的建设主要由城镇排污水量设计来建设，通过进水曝气，静沉排水待机反应池排水比及污泥回流比计算得出有效的CAST反应池：
一个周期单池进水量：q=18336立方米
单池尺寸：L*B*H=68*24*6（超高取1米）m，
实际有效容积=8160立方米（生物选择器：厌氧区：曝气区1:5:30）
CAST池的滗水深度=1.012米
CAST池的污泥浓度=1.75米
污泥有效容积=2856立方米
剩余污泥排放量=23.5立方米/格*周期
剩余污泥含水率：p=99.2%
总污泥量=2.25T/d
总需气量=7765立方米/时=129.4立方米/分
每个曝气头供气量q=3立方米/时
单池曝气头数量=3000个
污泥回流量=412.4立方米/时
安装微孔曝气共12000个； 每池安装潜水搅拌机3台，共12台； 每池安装BPS-I——7000型旋转式滗水器2台，共8台； 污泥回流泵5台，其中一台放在仓库备用，型号为2000WQ400-10-22，性能参数Q=412立方米/时、H=9米、N=22KW。剩余污泥泵5台，其中一台放在仓库内备用，型号为50W32-9-2.2，性能参数Q=32立方米/时、H=9米、N=2.2KW。
2. 3 预反应区设计
由于清龙湾处理厂排放水的接纳水体为嫩江而嫩江为齐齐哈尔地区的主要水体,需要重点解决富营养化污染,故本工程对除磷的要求较高,所以预反应区根据活性污泥反应动力学原理进行设计,运行条件按厌氧低压考虑,在预反应区内考虑了较显著的反硝化作用(回流污泥混合液中通常含2. 0mg/ l 左右的硝态氮) 。同时预反应区利用了活性污泥的快速吸附作用而加速对溶解性底物的去除,并对难降解有机物起到良好的水解作用,还可使污泥中的磷在厌氧条件下得到有效的释放。污泥回流量按最大时处理量的20 %考虑,污水水力停留时间按1. 0 h 计。为了使回流污泥和污水进行充分混合,形成均匀的厌氧低压环境,在预反应区内设置3 台ITT Flygt SR4630型潜水搅拌器,该搅拌器属于高转速(705 r/ min) 、小叶轮(370 mm) 类型,具有较好的混合搅拌功能,考虑到厌氧环境对磷的释放影响较大,故在预反应区内还设置有DO 在线测定仪,其输出信号接入CASS 反应池PLC 子站,PLC 子站根据DO 值的大小及变化,对回流污泥量进行在线调节,以达到最佳的厌氧环境以利于磷的释放。同时PLC 总站可绘制预反应区进水水量、进水水质、污泥回流量与DO 的关系曲线,对运行工作起到高效、优质的指导作用。
2. 4 主反应區设计
由于龙江镇区的现行排水体制仍为雨污合流制,故雨季时进水中BOD5 较低,将导致脱氮除磷所需碳源不足,为避免外加碳源,同时降低管理难度和污水处理成本,故设计中采用了泥龄较长,污泥负荷较低的延时曝气方式,设计泥龄为15. 7 d , 污泥负荷取0. 088 kgBOD5/ kg ML S S .由于采用了延时曝气方式,故污泥产泥率比较低,取值为0. 945 kg S S / kgBOD5 ,每日剩余污泥产量为228.4立方米，应区内的剩余污泥泵抽升至污泥调节池。污泥调节池内设置有潜水搅拌器以保持池内有氧状态,防止磷的析出。由于主反应区具有同步硝化和反硝化功能,反硝化主要是在泥水分离阶段使污泥结构内部处于缺氧状态而实现的,因此,PLC 子站将根据CAST生物池内的DO 值,对生物速率、曝气时间、曝气量、排泥速率等重要运行参数进行在线调节。排水装置选型时,考虑到主反应区内的滗水深度较大(2. 0 m) ,滗水量也较高(1600 m3/ h) 而常见的国产旋转式或虹吸式滗水器,在技术水平和产品质量方面均与进口设备存在一定差距,故采用了国外公司的产品滗水器,该滗水器材质为玻璃钢填充聚胺酯。曝气设备采用了较先进的超微孔膜式曝气管进口设备,与国内常用的球冠形微孔曝气头相比,前者具
有更高的氧转移效率,在水深为5. 0 m 的清水中膜式曝气管具有32 %的氧转移效率,比盘式曝气器高25 %;同时膜式曝气管比盘式曝气器节能22. 7 %. 另外,膜式曝气管还具有以下特性: 1) 具有瞬时增加曝气量100 %的能力;
2) 在不增加构筑物或改变构筑物的情况下系统增容20 %;
3) 具备防堵塞与自清洗功能。
为使曝气系统正常运行,鼓风机房内设3 台可调导叶片的单级高速罗茨鼓风机(2 用1 备) ,鼓风机设计
风量为Q = 137. 6 Nm3/ min ,设计风压68600 Pa. 考虑到反应池为变容运行方式,水位变幅达2. 0 m ,为减少
能耗、降低成本,其中两台为电机采用变频运行方式,同时空气管路独立设置,互不干扰。
2. 5 工作周期設计
完整的CAST操作周期可分为四个步骤：
进水阶段：原水进入反应池并与回流污泥混合，首先经历一个高絮体负荷阶段，从而有利于系统中絮凝型细菌的生长，进一步有效地抑制丝关菌的生长和繁殖，同时污泥经过大气和兼氧两个阶段，发生消化利反硝化，从而实现除磷脱氮的目的。
曝气阶段：由曝气系统向反应池内供氧，引时有机物经微生物作用被生物氧化，同时污水中的氨氮经微生物硝化作用，被氧化生成为硝基氮。
沉淀阶段：此时停止向反应池内供氧，微生物工程继续利用消遣的溶解氧进行特殊化反应液相主体逐渐由好氧状态向缺氧状态转变，活性污泥逐渐沉降到反应池底部，上层水变清。
滗水阶段：在沉降阶段结束后，轩于反应池底部的滗水器系统开始工作排出反应池内上层处理水。此时液相主体逐渐过渡到厌氧状态。在滗水过程中，由于污泥沉降于池底，浓度较大，可根据需要启动污泥泵将剩余污泥排至污泥池中。以保持反应器内有一定的活性污泥浓度。滗水结束后再进入下一个新的周期，开始进水、曝气。。。。。。，周而复始，完成对污水的处理。
图2 CAST反应池工作时序图
进水曝气阶段CAST主反应区内边充水边曝气,同时池内的回流污泥泵连续不断的向预反应区回流污
泥。此时有机污染物被微生物氧化分解,同时污水中的氨氮通过微生物的硝化作用转化为硝态氮;
静止沉淀阶段CAST主反应区不充水也不曝气,此时微生物利用水中剩余的DO 进行氧化分解,生物池
逐渐由好氧状态向缺氧状态转变,开始进行反硝化反应,活性污泥逐渐沉到池底,上层水逐渐变清;
排水排泥阶段CAST主反应区的滗水器开始工作,自上而下逐渐排出上清液,同时池内的剩余污泥泵向
污泥调节池输送剩余污泥。此时,生物池逐渐由缺氧状态过渡到厌氧状态,继续进行反硝化反应。
实际运行过程中,由于滗水器的滗水能力是按最不利的情况进行设计选型的,而这种最不利情况不易
出现,故实际滗水时间通常要比设计滗水时间短,其剩余时间通常用于CAST主反应区内污泥的闲置,以恢
复污泥的吸附能力。
3 结束语
本文介绍的CAST 工艺设计方法及设计参数取值已应用于龙江县清龙湾河污水处理厂,由于一些客观原因,龙江县清龙湾污水处理厂正处于适运营时期，其各项指标值均满足设计要求,试运行效果详见下表:
表2 实际进出水水质(平均值)
实践证明,上述设计方法及参数取值是合理可行的,可以长期做为版本标准的。同时也说明CAST工艺是适合东北地区，黑龙江省龙江县污水处理厂的一种新型工艺设计。
参考文献:
[1 ] 《城针污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002
[2 ] 《环境空气质量标准》GB3095-1996
[3] 《锅炉大气污染物排放标准》GWPB3-1999
[4]《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996
[5]《城市区域环境噪声标准》GB3096-93
[6]《恶臭污染物排放标准》GB14554-93