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CAST工艺设计原理及优化运行


工 业 技 术

2012  NO.08 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION

科技资讯

C A S T 工艺设计原理及优化运行 ①
邹宝华 1   王宏斌 2 (1.珠海市规划设计研究院  广东珠海  519000; 2. 运城市环保局  山西运城    0 4 4 0 0 0

) 摘  要 :循环式活性污泥法(CAST) 是 SBR的一种变形工艺,运行简单灵活,能实现同步硝化反硝化。 介绍了 CAST工艺的反应原理和工艺特 征 ,总结了处理低碳氮比污水和低温条件下 CAST的优化运行方法 ,以便获得更好的脱氮除磷效果。 关键词 :CAST 脱氮除磷 工艺优化 中 图 分 类 号 :X703.1 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :16 7 2 -3 7 9 1(2 0 12 )0 3(b )-0 1 1 3-0 2

CAST 工 艺 ( 循 环 式 活 性 污 泥 法 ,Cyclic Activated Sludge Technology) 是 Goronszy 教授在间歇式循环延时曝气活性污泥法基 础 上 开 发 的 一 种 新 型 污 水 处 理 技 术 ,具 有 工艺流程简单、 投资及运行费用低、 占地面 积小、 耐冲击负荷和脱氮除磷能力强等特 征 [1 ] 。 目前 ,CAST 工艺已广泛用于生活污水 脱氮除磷及啤酒、 屠宰、 制药、 印染和化工 等行业的废水处理。

补 低 温 对 微 生 物 活 性 的 不 利 影 响 [4 ] 。 2 . 3 良好的生物除磷功能 CAST 反 应 池 以 曝 气 - 非 曝 气 方 式 交 替 运 行 , 使 活 性 污 泥 处 于 好 氧 -缺 氧 -厌 氧 的 周 期 性 变 化 之 中 ,有 利 于 聚 磷 菌 生 长 繁 殖 。 生物选择区的厌氧环境可促进磷的释放, 且聚磷菌在此过程中吸附和吸收大量易降 解 有 机 物 质 ,为 后 续 的 好 氧 吸 磷 提 供 充 足 的养分。 因 此 ,在 曝 气 阶 段 控 制DO为 2~ 3 mg/L, 同 时 控 制 O RP 在 -150mV 和 +100mV 之 间 ,即 可 获 得 良 好 生 物 除 磷 效 果 。 据报 道 ,间 歇 进 水 方 式 较 连 续 进 水 方 式 提 供 的 厌 氧 停 留 时 间 更 长 ,厌 氧 释 磷 更 彻 底 , 总 磷 去除率越高 [5 ] 。 2 . 4 抗冲击负荷能力强 CA ST 工 艺 可 根 据 进 水 水 量 及 水 质 调 整 工 艺 参 数 ,提 高 系 统 抗 冲 击 能 力 。 如进水 COD 和 氨 氮 较 高 , 应 延 长 曝 气 时 间 , 实 现 达 标排放和经济运行。 对 于 城 市 污 水 ,当 进 水 CO D 为 400mg/L 、 氨 氮 为 60mg/L 时 ,CAST 运 行 周 期 各 工 序 可 设 定 为 进 水 1.5h 、 曝气 3h、 沉 淀 1h、 滗 水 0. 5h, 使 出 水 C OD ≤ 50mg/L 、 氨 氮 ≤ 10mg/L [6 ] 。 此 外,生物选择 区对污染物的生物吸附作用在很大程度上 降低了进水水质波动对主反应区的影响。 2 . 5 工艺运行控制 CA ST 运 行 过 程 的 控 制 一 般 通 过 可 编 程 序 控 制 器 (PLC) 实现 , 如 设 置 集 散 式 控 制 系 统 [ 7] , 主 要 根 据 进 水 量 、 DO、 进水水质 (COD 、 TN 、 TP 等 ) 、 出水水质等的变化规律 自动调整各部件的运行状况以达到最佳处 理效果及高效运行的目标。 2.6 投资省 CAST 工 艺 不 设 初 沉 池 和 二 沉 池 , 工 艺 流程简洁、 设 备 种 类 和 数 量 较 少 ,管 理 简 单 , CA ST 池 内 主 要 设 备 为 污 泥 内 回 流 泵 , 其工程建设费用较传统活性污泥法节省 20%~ 30% [8 ] 。 由于采用间歇曝气方式 , 混合 液 中 氧 利 用 率 高 ,可 降 低 污 水 处 理 成 本 。

出水 TN 偏 高 [ 9] 。 通常采用人工外加碳源的 方 式 提 高 污 水 碳 氮 比 ,以 改 善 出 水 水 质 。 在 传 统 的 4h 周 期 运 行 模 式 下 ,TN 去 除 率 并 不 因 原 水 碳 氮 比 的 增 大 而 显 著 提 高 ;而 降 低 CAST 池 充 水 比 可 降 低 系 统 氮 负 荷 , 有 利 于 提 高 对 低 碳 氮 比 污 水 的 总 氮 去 除 率 [10 ] 。 但 在 实 际 应 用 中 ,充 水 比 不 宜 过 低 ,否 则 处 理 水 量 太 少 ,反 而 会 增 加 整 个 污 水 处 理 厂 运 行 成 本 ; 同 时 , CA ST 池 可 能 会 因 为 长 期 低 负荷运行发生污泥膨胀。 综 合 考 虑 ,CAST 池充水比宜控制在 16% ~ 30% [11] 。 另 一 方 面 ,采 用 分 段 进 水 的 交 替 运 行 模 式 也 可 大 幅 改 善 CA ST 处 理 低 C/N 污 水 的脱氮性能,即保持进水量不变,等量分段 进 水 ,且 随 着 进 水 次 数 增 加 ,TN去 除 率 逐 步提高。 在 此 运 行 模 式 下 , 当 进 水 CO D 为 155 ~ 440mg/L 、 氨 氮 为 57. 98 ~ 82.40mg/L 时 ,CAST出水COD≤ 40mg/L、 氨氮≤ 0.5mg/L、 TN ≤ 2. 0mg/L [ 12 ] 。 总 的 来 说,当 水 温 较 低 时,提 高 混 合 液 D O 值 和 延 长 曝 气 时 间 可 降 低 CA S T 出 水 TN 浓 度 ; 当 水 温 较 高 时 , 应 根 据 进 水 水 量 及水质状况调整运行周期、 曝气时间、 充水 比 等 参 数 ,避 免 在 保 证 出 水 达 标 排 放 的 情 况下浪费能源。 同 时 , 提 高 进 水 C/N 和 延 长 水 力 停 留 时 间 可 改 善 CAST 系统除磷效果 , 且 TP 去 除 率 随 进 水 C/N 比 的 升 高 而 升 高 , 由 此 可 见 , 进 水 碳 源 是 影 响 CAST 除 磷 性 能 的主要因素之一 [13] 。

1  工作原理
CAST 的 核 心 是 间 歇 式 反 应 器 , 分 为 生 物选择区A、 兼 氧 区 B、 主 反 应 区 C, 在 反 应 器 内 曝 气 与 非 曝 气 过 程 交 替 运 行 ,将 生 物 反应过程与泥水分离过程集中在一个池子 中 完 成 ,一 个 完 整 的 周 期 包 括 进 水 、 曝气、 沉淀、 滗水闲置五个工序。 在运行过程中, A、 B 两区通过吸附作用去除部分污染物 , 使 C 区 进 水 相 对 稳 定 ,C 区 的 活 性 污 泥 回 流 至 A区 进 行 生 物 选 择 。 在工程应用中,至少应 设两座 CAST 池 , 以便系统能够连续进水 [2] 。

2  工艺特征
2 . 1 设置生物选择区防止污泥膨胀 污泥膨胀的直接原因是丝状菌过量繁 殖。 根据 J.Chudoba的动力学选择理论 , 高浓 度条件下絮状菌对有机物的利用速率要高 于丝状菌,在生物选择区,活性污泥内回流 使该区基质浓度很高 ,有利于絮状菌快速繁 殖成为优势菌种,同时抑制丝状菌生长,从 而 有 效 克 服 污 泥 膨 胀 [3] 。 此 外 ,生 物 选 择 区 内活性污泥的吸附作用可提高系统有机物 去 除 率 和 氧 利 用 率 ,进 而 加 速 反 应 进 程 。 2 . 2 同步硝化反硝化 CAST 工 艺 不 设 缺 氧 反 应 区 , 利 用 氧 传 递过程中形成的DO浓 度 梯 度 实 现 高 效 的 同步硝化反硝化。 在 活 性 污 泥 絮 体 外 表 面, DO 值较高 , 好 氧 菌 和 硝 化 菌 占 优 势 ; 由于氧 传 递 阻 力 和 外 层 细 菌 对 氧 的 消 耗 ,絮 体 内 部 为 缺 氧 环 境 ,反 硝 化 菌 占 优 势 ,而 具 有 较 高浓度梯度的硝酸盐能够较好地渗透到絮 体 内 部 进 行 反 硝 化 反 应 ,实 现 生 物 脱 氮 。 在 水温较低时,为保证脱氮效果,需确保曝气 过 程 中 混 合 液 DO 值 达 到 2mg/L 以 上 , 以 弥

4  结语
CAST 工艺是以生物反应动力学原理及 合理的水力条件为基础而开发的一种流程 简 单 污 水 处 理 工 艺 ,随 着 计 算 机 自 控 技 术 、 生 物 技 术 和 材 料 等 科 学 的 发 展 ,CAST 工 艺 由于其良好的碳氧化能力和脱氮除磷效率 将在污水处理领域得到更广泛的应用。

参考文献
[1] 孙 剑 辉 , 闫 怡 新 . 循 环 式 活 性 污 泥 法 的 设 计 要 点 [J ]. 中 国 给 水 排 水 , 2 00 3, 19 ( 1 ): 8 9 ~ 9 1 . [2] 白 生 云 , 李 亚 新 .CASS 的 工 作 原 理 与 设 (下转 1 1 5 页)

3  CAST 工艺优化运行
工 程 实 践 证 明 :CAST 工 艺 对 有 机 物 含 量高、 可 生 化 性 好 的 污 水 处 理 效 果 好 ,但 处 理我国南方城市典型的低碳高氮污水时,

① 作 者 简 介 : 邹 宝 华 (1977-), 男 , 广 东 省 珠 海 市 人 , 本 科 , 中 级 工 程 师 , 主 要 从 事 污 水 处 理 设 计 研 究 。

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利用海藻多糖硫酸酯进行的抗癌实验 显 示 ,海 藻 多 糖 硫 酸 酯 能 抑 制 小 鼠 体 内 Lewis 肺 癌 的 生 长 , 抑 瘤 率 可 达 65. 41% 以 上 ; 体外 能 抑 制 A549 肺 癌 细 胞 的 生 长 , 抑制 率 大 于 55.56%; 流 式 细 胞 仪 检 测 到 典 型 的 细胞凋亡峰。 从海藻中提取得到的硫酸化多糖如聚 古 罗 糖 酯 (912), 平 均 相 对 分 子 量 为 6kD 。 体 内 实 验 结 果 表 明 ,912 能 显 著 抑 制 小 鼠 体 内 S 1 80 肉 瘤 的 生 长 ; 体 外 实 验 结 果 表 明 912 对 ts-FT210( 温 度 敏 感 型 大 鼠 乳 腺 癌 细 胞 ) 增 殖的抑制作用能达到 63.69% 以上。 由于 912 对正常细胞及其他大多数肿瘤细胞均无明 显 的 抑 制 作 用 ,说 明 其 具 体 的 作 用 机 理 是 通 过 细 胞 周 期 和 蛋 白 抑 制 发 挥 作 用 ,而 传 统的细胞毒药物是通过诱导凋亡机制发挥 作用。 这与一般的多糖通过增强机体免疫 功能而发挥抗肿瘤活性也不相同。 体 外 实 验 表 明 , 在 样 品 浓 度 为 2.5mg/kg 时 ,硫 酸 化 茯 苓 多 糖 对 肺 癌 细 胞 的 抑 制 率 为 16.2%, 与 顺 铂 合 用 , 能 显 著 降 低 顺 铂 对 肺癌细胞的 IC 50值。 从灰树花发酵菌丝体分 离获得的水不溶性多糖经硫酸化后得到的 灰 树 花 硫 酸 酯 , 在 体 外 对 S 180无 抑 制 活 性 , 但 对 人 胃 癌 细 胞 SGC-7901 有 直 接 杀 伤 作 用 。 硫酸化多糖抗肿瘤的途径既有较为普 遍 的 增 强 机 体 免 疫 功 能 ,也 有 通 过 对 细 胞 周期和特异蛋白表达的抑制及抑制肿瘤诱 导的血管生成。 3 . 4 硫酸化多糖的抗动脉粥样硬化 动脉粥样硬化的发生、 发展是一个十 分 复 杂 的 病 理 过 程 ,它 涉 及 到 血 管 内 皮 细 胞、 平滑肌细胞、 炎性细胞 (如 单 核 细 胞 、 巨 噬 细 胞 )、 淋巴细胞、 血小板等多种细胞及 相关因子。 许多研究发现硫酸化多糖与动 脉粥样硬化存在密切的关系。 大多报道表 明硫酸化多糖可保护血管内皮细胞免受各 种 刺 激 因 子 的 损 伤 作 用 ,从 而 阻 断 动 脉 粥 样 硬 化 形 成 的 起 始 环 节 ;另 外 , 硫 酸 化 多 糖 也可以通过抑制血管内皮细胞的增殖、 迁 移 ,减 少 炎 性 细 胞 、 淋巴细胞、 血小板等黏 附、 聚 集 到 血 管 内 膜 ,抑 制 补 体 的 激 活 等 多 种途径来达到抗动脉粥样硬化的目的。

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J . K im , Y . S . A ne w s ul fa te d β -g al ac t an f ro m c l am s w i t h a nt i - H I V activ ity. Carbo hydr. Res,199 9,321: 12 1 ~ 1 27 . [7] Y an g, X . B . G ao , X . D . H an , F . T a n, R. X. Sulfation of a polysaccharide produced by a marine filamentous fungus Phoma herbarum Y S4108 alters its an tiox idan t pr oper ties in vitr o. Biochimica et Biophysica A cta,2005, 1725: 120 ~ 127. [8] 陈 炅 然 ,胡 庭 俊 . 硫酸多糖抗病毒作用 研 究 进 展 [ J] . 动 物 医 学 进 展 , 2 00 5, 26 (4):54. [9] Mituya,H . Looney, D. J.K uno,S . et al . Dextran sulfate suppression of virus in the H IV family:inhibition of virion binding to CD 4+ cells. Sci,1988,240: 646. [10] 周 靓 , 蒙 义 文 . 多 糖 及 其 衍 生 物 抗 病 毒 作 用 研 究 进 展 [J] . 应用与环境生物学 报 ,19 97,3 (1):82. [11] 冯 仁 田 ,王 福 清 . 低分子量肝素的作用 机制及其临床研究进展 [J] . 中国生化药 物 杂 志 , 19 98 , 19 (5 ) :2 17 . [12] 苗 本 春 , 李 静 , 耿 美 玉 , 等 . 海洋硫酸多 糖 聚 古 罗 糖 酯 (912) 抗 肿 瘤 作 用 机 理 探 讨 [J] . 中 国 海 洋 药 物 ,2003(3),11. [13] 胡 金 凤 , 耿 美 玉 , 张 均 田 . 硫酸多糖与动 脉 粥 样 硬 化 [J] . 中 国 药 理 学 通 报 ,2001, 17(2):127. [14] 邓 成 华 , 杨 祥 良 , 王 雁 , 等 . 取代度对硫 酸酯化虎奶多糖抗氧化活性的影响 [J]. 华 中 理 工 大 学 学 报 , 2000,28(5):104.

4  前景展望
相信随着多糖研究方法的不断改进和 多 糖 制 药 工 艺 的 进 一 步 提 高 ,随 着 多 糖 分 离、 提纯、 糖合成化学以及糖生物学、 医学 研 究 的 不 断 深 入 ,多 糖 硫 酸 化 技 术 必 将 得 到 进 一 步 改 善 ,茯 苓 多 糖 将 会 具 有 更 加 广 阔的市场。

参考文献
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