循環式活性污泥法污水處理廠的設計及運行
摘要：循環(huan)式活性(xing)污泥(ni)法(Cyclic Activated Sludge System,簡稱(cheng)CASS)是(shi)在SBR基礎(chu)上 發展 起來的一種新型污水生物處(chu)(chu)(chu)理工藝。該 方法 最早(zao)是(shi)美國川森(sen)維柔(rou)廢水處(chu)(chu)(chu)理公(gong)司于1975年 研(yan)究(jiu) 成功并推(tui)廣 應用(yong) 的廢水處(chu)(chu)(chu)理新技術專利， 目前 在美國、加拿大、澳大利亞(ya)等國270多(duo)(duo)個(ge)污水處(chu)(chu)(chu)理廠(chang)應用(yong)，其中城鎮(zhen)污水處(chu)(chu)(chu)理廠(chang)200多(duo)(duo)家， 工業 廢水處(chu)(chu)(chu)理廠(chang)70多(duo)(duo)家。
關鍵詞：CASS SBR 循環式(shi)活性(xing)污泥法
CASS工(gong)藝集曝(pu)氣(qi)與沉淀于同一(yi)池內，取(qu)消了常規活(huo)性污泥法的(de)(de)一(yi)沉池和(he)二沉池。工(gong)作(zuo)過程(cheng)分(fen)為曝(pu)氣(qi)、沉淀和(he)排水三(san)個(ge)階段，運行中可根據進水水質和(he)排放標(biao)準控制運行參數，如有機負荷、工(gong)作(zuo)周期(qi)、水力(li)停留時間等，通過調(diao)整這些參數使污水處理廠在滿足(zu)出水水質要求(qiu)的(de)(de)條件(jian)下降(jiang)低運行成本。
1 工程設計
1.1 污(wu)水處理廠概(gai)況
北京(jing)航天(tian)(tian)城污(wu)(wu)(wu)水(shui)處理(li)廠(chang)是(shi)(shi)為北京(jing)航天(tian)(tian)工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)服務的(de)，根據(ju)北京(jing)航天(tian)(tian)工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)環境評(ping)價報告書所列數據(ju)，污(wu)(wu)(wu)水(shui)處理(li)廠(chang)隨航天(tian)(tian)工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)的(de)發展分二期建設，設計(ji)處理(li)能力為7 200 m3/d，一期工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)污(wu)(wu)(wu)水(shui)量為3 600 m3/d，主要(yao)包括工(gong)(gong)業廢水(shui)、生活污(wu)(wu)(wu)水(shui)和門診部污(wu)(wu)(wu)水(shui)，各自(zi)所占(zhan)比(bi)例為18.0%、81.5%、0.5%，因此(ci)其污(wu)(wu)(wu)水(shui)主要(yao)是(shi)(shi)生活污(wu)(wu)(wu)水(shui)，污(wu)(wu)(wu)染物(wu)(wu)包括有機物(wu)(wu)、懸浮物(wu)(wu)和油(you)類等。設計(ji)進、出水(shui)水(shui)質及(ji)排(pai)(pai)放標準(北京(jing)市水(shui)污(wu)(wu)(wu)染物(wu)(wu)排(pai)(pai)放二級(ji)標準)見表1。
| 項目 | COD(mg/L) | BOD5(mg/L) | SS(mg/L) | pH | 礦物質(mg/L) |
| 進水 | 350 | 250 | 220 | 6.5～8.5 | 5.8 |
| 出水 | ＜50 | ＜15 | ＜30 | 6.0～8.5 | ＜3 |
| 排放標準 | 60 | 20 | 50 | 6.0～8.5 | 4 |
1.2 污(wu)水處理工藝(yi)
1.2.1 工(gong)藝流(liu)程(cheng)
在北京(jing)航天(tian)城污水處理(li)廠設計中采用CASS工藝，其流程如圖1所示。
1.2.2 主(zhu)要構(gou)筑(zhu)物(wu)、設備及其參數
污水處理廠(chang)主要構筑物及設備示于表2。
| 項目 | 型號或基本尺寸 | 數量 |
| 旋轉式格柵 | 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(cheng)設計參(can)數是依據實(shi)驗室模擬試驗結果確定(ding)的：BOD污泥負(fu)荷為0.11 kgBOD/(kgMLSS·d);CASS池的運(yun)行周(zhou)期(qi)為4 h,其(qi)中曝(pu)氣2 h，采用連續進水(shui)，周(zhou)期(qi)循環延(yan)時(shi)曝(pu)氣法;整(zheng)個CASS池容積(ji)2 880 m3，長度方向分(fen)主反應區和預(yu)反應區，其(qi)長度分(fen)別(bie)為19.25 m和3.75 m，寬度方向分(fen)4格，每格可獨(du)立運(yun)行，池深5 m，有效水(shui)深4.5 m(污泥區高1.3 m，緩沖區高1.7 m)，活性(xing)污泥界面以上最小水(shui)深為1.34 m，每周(zhou)期(qi)排(pai)水(shui)比約(yue)為1/3。 CASS反應池構(gou)造簡圖示于圖2。
水(shui)下曝氣機由潛(qian)水(shui)泵和(he)射(she)流器(qi)組成，充氧量(liang)6.0～7.0 kg/h，服務面積50 m2/臺(tai)(有效水(shui)深5 m)，射(she)流器(qi)電機功率(lv)5.5 kW/臺(tai)。
1.3 污水處理廠(chang)平面(mian)設(she)計
污水處理(li)廠分二期(qi)建設(she)(she)，總用地(di)(di)0.72 hm2，設(she)(she)計時考(kao)慮(lv)遠、近期(qi)結合，占地(di)(di)面(mian)積盡可能(neng)小。其平(ping)面(mian)規劃按規范進行(xing)，綠化率為47%，環形道(dao)路，污水與污泥處理(li)兼顧，常規 分析 化驗儀器完備(bei)(見(jian)圖3)。
2 污水(shui)處理(li)廠的調試運行(xing)
2.1 污水處理廠調試
設備安裝完工后，按(an)單體調(diao)(diao)試、局部聯(lian)合調(diao)(diao)試和系(xi)(xi)統(tong)聯(lian)合試運轉三(san)個步驟進(jin)行。聯(lian)調(diao)(diao)的主(zhu)要工作包括按(an)圖紙檢查(cha)各(ge)構筑物(wu)的施(shi)工質量(liang);各(ge)機械設備、儀表(biao)、閥件是否滿足設計或污水處理廠生產工藝要求;各(ge)處理單元(yuan)及連(lian)接管段(duan)流(liu)量(liang)的匹(pi)配情況;自(zi)動(dong)控制系(xi)(xi)統(tong)是否靈敏可靠;檢查(cha)設備有無(wu)異常震(zhen)動(dong)和噪音(yin);對調(diao)(diao)試中(zhong)發現的 問題 及時解(jie)決，系(xi)(xi)統(tong)工作正常后進(jin)入(ru)污泥培養、馴(xun)化階段(duan)。
污(wu)水(shui)處理(li)廠(chang)的(de)污(wu)泥(ni)培(pei)(pei)養(yang)采用接種培(pei)(pei)養(yang)法，具(ju)體是在CASS池中加(jia)入其他(ta)污(wu)水(shui)處理(li)廠(chang)濃縮(suo)脫水(shui)后的(de)污(wu)泥(ni)，悶曝24 h,以后每天排出(chu)部分上清液并加(jia)入新的(de)污(wu)水(shui)，逐步加(jia)大(da)負荷，此階(jie)(jie)段不排泥(ni)。培(pei)(pei)養(yang)期間(jian)通(tong)過鏡檢(jian)觀察(cha)CASS池中微生(sheng)物相的(de)變化(hua)，同時(shi)進行(xing)進、出(chu)水(shui)水(shui)質(zhi)及活性污(wu)泥(ni)性能指標(biao)的(de)測(ce)定(ding)(包括COD、BOD5、pH、DO、SV、MLSS、SVI等)。隨(sui)著(zhu)培(pei)(pei)養(yang)時(shi)間(jian)的(de)增加(jia)，觀測(ce)到污(wu)泥(ni)中有大(da)量活躍(yue)的(de)原生(sheng)動物(如(ru)鐘蟲)和(he)少量的(de)后生(sheng)動物(如(ru)輪蟲)，此時(shi)SVI=80～100，SV=18%～20%，MLSS=1 200～1 800mg/L，表明活性污(wu)泥(ni)培(pei)(pei)養(yang)基本成功。此階(jie)(jie)段完成后，即進入污(wu)水(shui)廠(chang)全面試運行(xing)階(jie)(jie)段。
2.2 污(wu)水(shui)廠試運行
污水(shui)(shui)廠試(shi)運(yun)(yun)行是指在(zai)滿(man)負荷進水(shui)(shui)條件下，摸索、優化運(yun)(yun)行控(kong)制參(can)(can)數(shu)，取得(de)最佳的(de)去除(chu)效果，為(wei)今后長期穩定(ding)(ding)運(yun)(yun)行奠(dian)定(ding)(ding)基(ji)礎。此階段(duan)大致包括潷水(shui)(shui)器控(kong)制參(can)(can)數(shu)的(de)確(que)定(ding)(ding)，CASS池運(yun)(yun)行周(zhou)期及每個周(zhou)期內曝氣、沉(chen)淀、排水(shui)(shui)、時(shi)延時(shi)間的(de)分(fen)配，污泥(ni)脫水(shui)(shui)過程中混(hun)凝劑的(de)投加量等，并以控(kong)制系(xi)統為(wei)核心全(quan)面檢驗(yan)污水(shui)(shui)處理(li)系(xi)統的(de)運(yun)(yun)行穩定(ding)(ding)性(xing)及處理(li)效果。
2.2.1 潷(bi)水器控制參數的確(que)定(ding)
潷(bi)(bi)(bi)水(shui)(shui)(shui)(shui)器(qi)(qi)的特點是(shi)程序工作(zuo)(zuo)制(zhi)，它可依據進、出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)(shui)質(zhi)變化來(lai)調整工作(zuo)(zuo)程序，保證(zheng)出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)效果。調試工作(zuo)(zuo)主(zhu)要(yao)是(shi)根據進、出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)(shui)質(zhi)來(lai)探索(suo)(suo)潷(bi)(bi)(bi)水(shui)(shui)(shui)(shui)器(qi)(qi)的排(pai)水(shui)(shui)(shui)(shui)時(shi)間(jian)(jian)、最佳下(xia)降速度與潷(bi)(bi)(bi)水(shui)(shui)(shui)(shui)速度的分配以及排(pai)水(shui)(shui)(shui)(shui)結束后潷(bi)(bi)(bi)水(shui)(shui)(shui)(shui)器(qi)(qi)的上(shang)升(sheng)(sheng)(sheng)時(shi)間(jian)(jian)(時(shi)延(yan)階段)等。潷(bi)(bi)(bi)水(shui)(shui)(shui)(shui)器(qi)(qi)開始工作(zuo)(zuo)時(shi)，首(shou)先由(you)原始位置下(xia)降到水(shui)(shui)(shui)(shui)面上(shang)，然后隨水(shui)(shui)(shui)(shui)面緩慢下(xia)降，下(xia)降過(guo)程為(wei)：下(xia)降10 s，停(ting)止(zhi)30 s，再(zai)下(xia)降10 s，停(ting)止(zhi)30 s……直至設計(ji)排(pai)水(shui)(shui)(shui)(shui)最低水(shui)(shui)(shui)(shui)位。潷(bi)(bi)(bi)水(shui)(shui)(shui)(shui)器(qi)(qi)上(shang)升(sheng)(sheng)(sheng)過(guo)程是(shi)由(you)低水(shui)(shui)(shui)(shui)位連續(xu)升(sheng)(sheng)(sheng)至最高位置(即原始位置)，上(shang)升(sheng)(sheng)(sheng)時(shi)間(jian)(jian)通過(guo)調試摸(mo)索(suo)(suo)確定，并設計(ji)有(you)限位開關，保證(zheng)潷(bi)(bi)(bi)水(shui)(shui)(shui)(shui)器(qi)(qi)在安全(quan)行程內(nei)工作(zuo)(zuo)。
2.2.2 CASS池運行周期的確定(ding)
根(gen)據實驗室小試(shi)結(jie)果，原設計(ji)的CASS池運(yun)行(xing)周(zhou)期是4 h，其中(zhong)曝(pu)氣2 h，沉(chen)淀1 h，排水(shui)1 h。調(diao)試(shi)過(guo)程中(zhong)發現原水(shui)濃度比設計(ji)參(can)數偏(pian)低，有必要根(gen)據實際廢水(shui)情況來(lai)確定(ding)運(yun)行(xing)周(zhou)期，根(gen)據進、出水(shui)水(shui)質指標調(diao)整周(zhou)期中(zhong)各階段時間的分(fen)配。實際運(yun)行(xing)周(zhou)期仍為4 h，其中(zhong)曝(pu)氣1.5 h，沉(chen)淀1 h，排水(shui)1 h，時延0.5 h，這樣在保證(zheng)出水(shui)水(shui)質的情況下節省了能耗。
2.2.3 運行結(jie)果
從每(mei)天監測的水質(zhi)情(qing)況看(kan)，CASS工藝經過上述各階(jie)段的調試(shi)和試(shi)運(yun)行，取(qu)得了良好效果。運(yun)行能耗合計0.27 元/(m3·d)，實際運(yun)行進、出水水質(zhi)如表(biao)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 結果討論
3.1 CASS池(chi)運行情況
CASS反(fan)應器的進水端設置一(yi)擋板以防(fang)止進水短路，同時把反(fan)應池分為預反(fan)應區(qu)和主反(fan)應區(qu)，其中預反(fan)應區(qu)在防(fang)止污泥(ni)膨脹、保持良好(hao)出水水質、提高基(ji)質降(jiang)解速(su)率方面起著重要的作(zuo)用。
污(wu)水(shui)連(lian)續進入(ru)預反應(ying)區，首先與其中的(de)污(wu)泥充分混合，使基質濃度較(jiao)高(gao)，抑(yi)制絲狀菌的(de)優勢生長。在沉淀和排水(shui)期間，由于污(wu)水(shui)從預反應(ying)區緩(huan)慢進入(ru)主反應(ying)區下部(bu)，水(shui)流呈(cheng)層(ceng)(ceng)流狀，不會擾動池中各水(shui)層(ceng)(ceng)，保證了出水(shui)水(shui)質。在曝氣階段(duan)，CASS池內污(wu)水(shui)隨著時間的(de)延(yan)長，基質濃度由高(gao)到低，生化(hua)反應(ying)推動力大(da)，因此，反應(ying)速(su)率和去除有機物效率較(jiao)高(gao)。
3.2 簡單易行的自控系統
根(gen)(gen)據我國的(de)實際情況(kuang)，本工(gong)程(cheng)采用的(de)自動(dong)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)為可(ke)編程(cheng)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器(PLC)，在控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)室內的(de)模擬屏上可(ke)以(yi)對 目前 的(de)運(yun)行(xing)情況(kuang)一目了然，并可(ke)根(gen)(gen)據當前的(de)液位指示(shi)綜合(he)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)各部件的(de)運(yun)行(xing)，主(zhu)要控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)參數有(you)水量、CASS池曝氣時(shi)間、沉淀時(shi)間、排水時(shi)間等等。簡單易行(xing)的(de)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)可(ke)以(yi)節省勞動(dong)力，方便操作，同時(shi)又不需要昂貴(gui)的(de)監(jian)測儀器，減(jian)少了人力和物力投入，符合(he)我國國情，是一種值得推廣的(de)自動(dong)化(hua)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)模式。
3.3 曝(pu)氣裝置
采用自吸式射流曝(pu)氣器代替傳(chuan)統(tong)鼓風(feng)機曝(pu)氣，消除了(le)噪音污染，結構(gou)簡(jian)單，易于維護(hu)管理(li)，充(chong)氧能(neng)力強，動力效率高，還(huan)可根據進、出水情(qing)況和水中溶解氧濃度開(kai)啟不同的(de)臺數，在保(bao)證處理(li)效果的(de)條件下達(da)到 經濟(ji) 運行(xing)的(de)目的(de)。
3.4 潷水裝置(zhi)
在航(hang)天城(cheng)的污(wu)水(shui)(shui)處(chu)理工程中采(cai)用自行(xing)研制的新型潷水(shui)(shui)裝置(zhi)，其特點是按設置(zhi)的程序工作，開(kai)始(shi)排水(shui)(shui)時，潷水(shui)(shui)器的下(xia)降速度與水(shui)(shui)面(mian)的下(xia)降速度基本相同，不會擾動已沉淀的污(wu)泥(ni)層，池(chi)子上(shang)部上(shang)清液通過潷水(shui)(shui)器的堰式裝置(zhi)排至排水(shui)(shui)井。該新型裝置(zhi)的 應用 ，解決了(le)CASS工藝應用中關鍵(jian)設備依靠外國進口的問題，為(wei)國家(jia)節省了(le)外匯，為(wei)CASS工藝在我國推廣應用創造了(le)條(tiao)件。
3.5 CASS工藝的優點
與傳統活(huo)性污泥法相比(bi)，CASS工藝具有占地少、投(tou)(tou)資省、管理運行方便、處(chu)理效率高等優點，其投(tou)(tou)資比(bi)較示于表(biao)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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