循環(huán)式活性污泥法污水處理廠的設(shè)計及運行
摘要：循環(huán)式活性污泥法(Cyclic Activated Sludge System,簡稱CASS)是在SBR基礎(chǔ)上 發(fā)展 起來的一種新型污水生物處理工藝。該 方法 最早是美國川森維柔廢水處理公司于1975年 研究 成功并推廣 應(yīng)用 的廢水處理新技術(shù)專利， 目前 在美國、加拿大、澳大利亞等國270多個污水處理廠應(yīng)用，其中城鎮(zhèn)污水處理廠200多家， 工業(yè) 廢水處理廠70多家。
關(guān)鍵詞：CASS SBR 循環(huán)式活性污泥法
CASS工藝集曝氣與沉淀于同一池內(nèi)，取消了常規(guī)活性污泥法的一沉池和二沉池。工作過程分為曝氣、沉淀和排水三個階段，運行中可根據(jù)進水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)控制運行參數(shù)，如有機負荷、工作周期、水力停留時間等，通過調(diào)整這些參數(shù)使污水處理廠在滿足出水水質(zhì)要求的條件下降低運行成本。
1 工程設(shè)計
1.1 污水處理廠概況
北京航天城污水處理廠是為北京航天工程服務(wù)的，根據(jù)北京航天工程環(huán)境評價報告書所列數(shù)據(jù)，污水處理廠隨航天工程的發(fā)展分二期建設(shè)，設(shè)計處理能力為7 200 m3/d，一期工程污水量為3 600 m3/d，主要包括工業(yè)廢水、生活污水和門診部污水，各自所占比例為18.0%、81.5%、0.5%，因此其污水主要是生活污水，污染物包括有機物、懸浮物和油類等。設(shè)計進、出水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)(北京市水污染物排放二級標(biāo)準(zhǔn))見表1。
| 項目 | COD(mg/L) | BOD5(mg/L) | SS(mg/L) | pH | 礦物質(zhì)(mg/L) |
| 進水 | 350 | 250 | 220 | 6.5～8.5 | 5.8 |
| 出水 | ＜50 | ＜15 | ＜30 | 6.0～8.5 | ＜3 |
| 排放標(biāo)準(zhǔn) | 60 | 20 | 50 | 6.0～8.5 | 4 |
1.2 污水處理工藝
1.2.1 工藝流程
在北京航天城污水處理廠設(shè)計中采用CASS工藝，其流程如圖1所示。
1.2.2 主要構(gòu)筑物、設(shè)備及其參數(shù)
污水處理廠主要構(gòu)筑物及設(shè)備示于表2。
| 項目 | 型號或基本尺寸 | 數(shù)量 |
| 旋轉(zhuǎn)式格柵 | XGS—1000 | 2 |
| 集水池 | 9.8m×7.4m×5.3m(H) | 1 |
| 沉砂池 | 15.9m×4.2m×3.2m(H) | 1 |
| CASS池 | 4×24m×6m×5m | 1 |
| 污泥濃縮池 | φ2600mm×3m | 1 |
| 污泥脫水機 | OCT—1000 | 2 |
工程設(shè)計參數(shù)是依據(jù)實驗室模擬試驗結(jié)果確定的：BOD污泥負荷為0.11 kgBOD/(kgMLSS·d);CASS池的運行周期為4 h,其中曝氣2 h，采用連續(xù)進水，周期循環(huán)延時曝氣法;整個CASS池容積2 880 m3，長度方向分主反應(yīng)區(qū)和預(yù)反應(yīng)區(qū)，其長度分別為19.25 m和3.75 m，寬度方向分4格，每格可獨立運行，池深5 m，有效水深4.5 m(污泥區(qū)高1.3 m，緩沖區(qū)高1.7 m)，活性污泥界面以上最小水深為1.34 m，每周期排水比約為1/3。 CASS反應(yīng)池構(gòu)造簡圖示于圖2。
水下曝氣機由潛水泵和射流器組成，充氧量6.0～7.0 kg/h，服務(wù)面積50 m2/臺(有效水深5 m)，射流器電機功率5.5 kW/臺。
1.3 污水處理廠平面設(shè)計
污水處理廠分二期建設(shè)，總用地0.72 hm2，設(shè)計時考慮遠、近期結(jié)合，占地面積盡可能小。其平面規(guī)劃按規(guī)范進行，綠化率為47%，環(huán)形道路，污水與污泥處理兼顧，常規(guī) 分析 化驗儀器完備(見圖3)。
2 污水處理廠的調(diào)試運行
2.1 污水處理廠調(diào)試
設(shè)備安裝完工后，按單體調(diào)試、局部聯(lián)合調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合試運轉(zhuǎn)三個步驟進行。聯(lián)調(diào)的主要工作包括按圖紙檢查各構(gòu)筑物的施工質(zhì)量;各機械設(shè)備、儀表、閥件是否滿足設(shè)計或污水處理廠生產(chǎn)工藝要求;各處理單元及連接管段流量的匹配情況;自動控制系統(tǒng)是否靈敏可靠;檢查設(shè)備有無異常震動和噪音;對調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的 問題 及時解決，系統(tǒng)工作正常后進入污泥培養(yǎng)、馴化階段。
污水處理廠的污泥培養(yǎng)采用接種培養(yǎng)法，具體是在CASS池中加入其他污水處理廠濃縮脫水后的污泥，悶曝24 h,以后每天排出部分上清液并加入新的污水，逐步加大負荷，此階段不排泥。培養(yǎng)期間通過鏡檢觀察CASS池中微生物相的變化，同時進行進、出水水質(zhì)及活性污泥性能指標(biāo)的測定(包括COD、BOD5、pH、DO、SV、MLSS、SVI等)。隨著培養(yǎng)時間的增加，觀測到污泥中有大量活躍的原生動物(如鐘蟲)和少量的后生動物(如輪蟲)，此時SVI=80～100，SV=18%～20%，MLSS=1 200～1 800mg/L，表明活性污泥培養(yǎng)基本成功。此階段完成后，即進入污水廠全面試運行階段。
2.2 污水廠試運行
污水廠試運行是指在滿負荷進水條件下，摸索、優(yōu)化運行控制參數(shù)，取得最佳的去除效果，為今后長期穩(wěn)定運行奠定基礎(chǔ)。此階段大致包括潷水器控制參數(shù)的確定，CASS池運行周期及每個周期內(nèi)曝氣、沉淀、排水、時延時間的分配，污泥脫水過程中混凝劑的投加量等，并以控制系統(tǒng)為核心全面檢驗污水處理系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性及處理效果。
2.2.1 潷水器控制參數(shù)的確定
潷水器的特點是程序工作制，它可依據(jù)進、出水水質(zhì)變化來調(diào)整工作程序，保證出水效果。調(diào)試工作主要是根據(jù)進、出水水質(zhì)來探索潷水器的排水時間、最佳下降速度與潷水速度的分配以及排水結(jié)束后潷水器的上升時間(時延階段)等。潷水器開始工作時，首先由原始位置下降到水面上，然后隨水面緩慢下降，下降過程為：下降10 s，停止30 s，再下降10 s，停止30 s……直至設(shè)計排水最低水位。潷水器上升過程是由低水位連續(xù)升至最高位置(即原始位置)，上升時間通過調(diào)試摸索確定，并設(shè)計有限位開關(guān)，保證潷水器在安全行程內(nèi)工作。
2.2.2 CASS池運行周期的確定
根據(jù)實驗室小試結(jié)果，原設(shè)計的CASS池運行周期是4 h，其中曝氣2 h，沉淀1 h，排水1 h。調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)原水濃度比設(shè)計參數(shù)偏低，有必要根據(jù)實際廢水情況來確定運行周期，根據(jù)進、出水水質(zhì)指標(biāo)調(diào)整周期中各階段時間的分配。實際運行周期仍為4 h，其中曝氣1.5 h，沉淀1 h，排水1 h，時延0.5 h，這樣在保證出水水質(zhì)的情況下節(jié)省了能耗。
2.2.3 運行結(jié)果
從每天監(jiān)測的水質(zhì)情況看，CASS工藝經(jīng)過上述各階段的調(diào)試和試運行，取得了良好效果。運行能耗合計0.27 元/(m3·d)，實際運行進、出水水質(zhì)如表3所示。
| 項目 | COD(mg/L) | BOD5(mg/L) | pH |
| 進水 | 70～80 | 30～35 | 6.8～7.5 |
| 出水 | ＜20 | ＜7 | 6.8～7.5 |
3 結(jié)果討論
3.1 CASS池運行情況
CASS反應(yīng)器的進水端設(shè)置一擋板以防止進水短路，同時把反應(yīng)池分為預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)，其中預(yù)反應(yīng)區(qū)在防止污泥膨脹、保持良好出水水質(zhì)、提高基質(zhì)降解速率方面起著重要的作用。
污水連續(xù)進入預(yù)反應(yīng)區(qū)，首先與其中的污泥充分混合，使基質(zhì)濃度較高，抑制絲狀菌的優(yōu)勢生長。在沉淀和排水期間，由于污水從預(yù)反應(yīng)區(qū)緩慢進入主反應(yīng)區(qū)下部，水流呈層流狀，不會擾動池中各水層，保證了出水水質(zhì)。在曝氣階段，CASS池內(nèi)污水隨著時間的延長，基質(zhì)濃度由高到低，生化反應(yīng)推動力大，因此，反應(yīng)速率和去除有機物效率較高。
3.2 簡單易行的自控系統(tǒng)
根據(jù)我國的實際情況，本工程采用的自動控制系統(tǒng)為可編程控制器(PLC)，在控制室內(nèi)的模擬屏上可以對 目前 的運行情況一目了然，并可根據(jù)當(dāng)前的液位指示綜合控制各部件的運行，主要控制參數(shù)有水量、CASS池曝氣時間、沉淀時間、排水時間等等。簡單易行的控制系統(tǒng)可以節(jié)省勞動力，方便操作，同時又不需要昂貴的監(jiān)測儀器，減少了人力和物力投入，符合我國國情，是一種值得推廣的自動化控制模式。
3.3 曝氣裝置
采用自吸式射流曝氣器代替?zhèn)鹘y(tǒng)鼓風(fēng)機曝氣，消除了噪音污染，結(jié)構(gòu)簡單，易于維護管理，充氧能力強，動力效率高，還可根據(jù)進、出水情況和水中溶解氧濃度開啟不同的臺數(shù)，在保證處理效果的條件下達到 經(jīng)濟 運行的目的。
3.4 潷水裝置
在航天城的污水處理工程中采用自行研制的新型潷水裝置，其特點是按設(shè)置的程序工作，開始排水時，潷水器的下降速度與水面的下降速度基本相同，不會擾動已沉淀的污泥層，池子上部上清液通過潷水器的堰式裝置排至排水井。該新型裝置的 應(yīng)用 ，解決了CASS工藝應(yīng)用中關(guān)鍵設(shè)備依靠外國進口的問題，為國家節(jié)省了外匯，為CASS工藝在我國推廣應(yīng)用創(chuàng)造了條件。
3.5 CASS工藝的優(yōu)點
與傳統(tǒng)活性污泥法相比，CASS工藝具有占地少、投資省、管理運行方便、處理效率高等優(yōu)點，其投資比較示于表4(以Q=7 200 m3/d為例)。
| 項目 | COD(mg/L) | BOD5(mg/L) | pH |
| 進水 | 70～80 | 30～35 | 6.8～7.5 |
| 出水 | ＜20 | ＜7 | 6.8～7.5 |
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