CASS工藝處理城市住宅小區(qū)污水及中水回用探討

黃正文,余 波,周更明

(1.成都大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院,四川成都 610106;2.四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院,四川成都 610065; 3.南充市環(huán)境工程評估中心,四川南充 637000;4.四川長城環(huán)境科學(xué)研究院,四川成都 610106)

0 引 言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市生活污水排放量呈持續(xù)增長趨勢.目前,大部分城市污水處理廠的規(guī)模在10萬t/d以下,污水處理的工藝繁多,且各有利弊,選擇何種工藝對城市污水進(jìn)行處理,是城市建設(shè)項目的業(yè)主、設(shè)計單位和主管政府部門較難解決但又必須解決的問題[1].因此,城市污水工藝及其選擇等方面的研究受到了廣泛重視.

在國外的城市污水處理工藝的相關(guān)研究方面,上世紀(jì)80年代中期,Modell[2,3]提出了一種能夠徹底破壞有機(jī)物結(jié)構(gòu)的新型氧化技術(shù)——超臨界水氧化技術(shù)(SCWO技術(shù)).1972年,Fujishima等[4]發(fā)現(xiàn)光照下的TiO2單晶電極能分解水,此發(fā)現(xiàn)推進(jìn)了有機(jī)物和無機(jī)物光氧化還原反應(yīng)的研究.1894年,Fenton[5]在實驗中將芬頓試劑應(yīng)用于蘋果酸的氧化,研究表明,在一定酸度下,Fe(OH)3以膠體形態(tài)存在,具有凝聚、吸附性能,可除去廢水中部分懸浮物和雜質(zhì). 1975年,Prengle[6]等發(fā)現(xiàn)了O3/UV系統(tǒng)可顯著加快廢水中有機(jī)物的降解速率.1986年,G laze[7]等研究了芳香烴、鹵素等有機(jī)物的O3/UV氧化過程,探討了臭氧與紫外光之間的協(xié)同作用機(jī)理,研究表明,采用臭氧氧化法處理有機(jī)廢水,反應(yīng)速度快,無二次污染.

在國內(nèi),易賽莉[8]對我國城市污水處理工藝現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和總結(jié),提出了可持續(xù)發(fā)展城市污水處理技術(shù)的選擇原則.鄭召宏等[9]介紹了目前國內(nèi)采用的城市污水處理工藝,并對各種工藝的特點做了分析和比較.張艷[10]通過對各種污水處理工藝特點的對比,闡述了從處理效果、投資、占地面積和適用范圍等方面對污水處理工藝的選擇.熊平[11]對各種污水處理新技術(shù)進(jìn)行了介紹,并對各種新技術(shù)的工藝特點進(jìn)行了分析評價.丁巖[12]評述了城市污水處理工藝的定義、流程、實際處理效果及其優(yōu)點與缺點,并對4種主要城市污水處理工藝的投資方案作了經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的分析.劉興平[13]介紹了目前運用較多和正在開發(fā)、研究的城市污水一級、二級、三級處理工藝流程,討論了這些工藝的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢,介紹了一些適用于我國城市污水處理的新工藝.此外,牟全君[1]通過對10萬t/d以下城市污水處理工藝進(jìn)行排序和優(yōu)選,并給出城市污水處理廠建設(shè)及運營的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),供城市污水處理廠建設(shè)的相關(guān)方參考.

綜上,上述研究所提出的污水處理工藝絕大多數(shù)是適合大城市的污水處理廠,在選擇污水處理工藝的技術(shù)方案上也基本沒有提到住宅小區(qū)等小范圍內(nèi)的污水處理的工藝選擇.本文擬從城市住宅小區(qū)的角度來研究其污水處理工藝,根據(jù)城市住宅小區(qū)污水的特點,污水處理設(shè)計原則及常用流程,重點介紹了周期循環(huán)活性污泥(CASS)工藝處理城市住宅小區(qū)污水及回用的設(shè)計參數(shù)與應(yīng)用情況.

1 城市住宅小區(qū)污水概述

城市住宅小區(qū)為具有一種功能或多種功能的相對獨立的區(qū)域,其排水系統(tǒng)通常不在城市市政管網(wǎng)覆蓋范圍之內(nèi).而根據(jù)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),其必須設(shè)置獨立的污水處理設(shè)施,這也是本文所指的城市住宅小區(qū)污水處理系統(tǒng).住宅小區(qū)污水處理系統(tǒng)的處理能力目前并無統(tǒng)一的限定,例如,前蘇聯(lián)曾建議單個構(gòu)筑物的污水處理能力不宜超過1 400 m3/d,美國則把污水處理能力限定在3 785 m3/d的范圍內(nèi),根據(jù)我國情況,建議把污水處理量在4 000 m3/d以下的處理設(shè)施定義為住宅小區(qū)污水處理系統(tǒng).

城市住宅小區(qū)污水不同于城市污水,屬于生活污水范疇,其水質(zhì)水量特征可概括為:水質(zhì)水量變化較大,污染物濃度偏低,污水可生化性好,處理難度相對較小.

城市住宅小區(qū)污水的處理工藝因污水排入的水體功能不同而異,常用處理方法有:化糞池、一級處理(初次沉淀池)、生物二級處理及二級處理后再經(jīng)過濾消毒回用等.由于小區(qū)污水量較小,在污水處理工藝設(shè)計時盡應(yīng)可能選用無污泥或少污泥的處理工藝,以防止因污泥處理不善造成二次污染.

2 住宅小區(qū)污水處理設(shè)計原則及流程選擇

2.1 設(shè)計原則

在綜合分析相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,我們提出城市住宅小區(qū)污水處理設(shè)計原則如下:

(1)一般來說,不同住宅小區(qū)對出水的要求差異較大,因此,在確定污水處理設(shè)計原則時應(yīng)根據(jù)我國《地面環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(G B3838-88)和《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(G B8978-96)的有關(guān)規(guī)定和當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的要求來確定,以確保出水水質(zhì).

(2)污水處理設(shè)施的設(shè)計和建設(shè)必須結(jié)合住宅小區(qū)的整體規(guī)劃和建筑特點,即外觀設(shè)計上應(yīng)與住宅小區(qū)建筑環(huán)境相協(xié)調(diào),以求美觀.

(3)污水處理設(shè)施位置應(yīng)盡可能位于住宅小區(qū)的下風(fēng)向,并與其他建筑物有一定的距離,以減少對環(huán)境的影響.

(4)污水處理設(shè)施在高程布置上應(yīng)盡量采用立體布局,可充分利用地下空間.同時,在平面布置上應(yīng)緊湊,以節(jié)省用地.

(5)污水處理構(gòu)筑物對水力負(fù)荷和有機(jī)物負(fù)荷的適應(yīng)范圍應(yīng)較大,以確保污水處理設(shè)施有較強(qiáng)的經(jīng)受沖擊負(fù)荷的能力.

(6)污水處理設(shè)施應(yīng)設(shè)備化、定型化、模塊化.且施工安裝方便,運行簡易,設(shè)備性能穩(wěn)定,適合分期建設(shè).

(7)污水處理設(shè)施污水處理程度高,污泥產(chǎn)量少,并盡可能采用節(jié)能處理技術(shù).

2.2 流程選擇

根據(jù)城市住宅小區(qū)污水處理的原則,在其工藝流程選擇上應(yīng)選擇處理效果穩(wěn)定、產(chǎn)泥少、節(jié)能的處理方法.住宅小區(qū)污水處理設(shè)施中的各類建筑物一般均建有化糞池,所以化糞池應(yīng)與污水處理工藝相結(jié)合.常用的工藝流程有:

①污水→格柵→調(diào)節(jié)池→提升泵→接觸氧化池→沉淀池 →出水.

②污水→格柵→調(diào)節(jié)池→提升泵→曝氣池→沉淀池→污泥回流→出水.

③污水→格柵→調(diào)節(jié)池→提升泵→SBR池或CASS池→出水.

④污水→格柵→調(diào)節(jié)池→提升泵→混凝沉淀(加藥)→過濾→出水(物化方法).

⑤污水→格柵→調(diào)節(jié)池→提升泵→接觸氧化池→混凝過濾(加藥)→出水.

同時,建議日處理能力1 000 m3以上的污水處理設(shè)施宜采用地上式.在水量不大,場地十分緊張時可考慮用埋地設(shè)備.

3 CASS工藝處理住宅小區(qū)污水

3.1 工藝原理

CASS(Cyclic Activated Sludge System)是在SBR的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種污水處理工藝,即在SBR池內(nèi)進(jìn)水端增加了一個生物選擇器,實現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)水(沉淀期、排水期仍連續(xù)進(jìn)水),間歇排水.設(shè)置生物選擇器的主要目的是使污水處理流程中選擇出絮凝性細(xì)菌,其容積約占整個池子的10%.生物選擇器的工藝過程遵循活性污泥的基質(zhì)積累與再生理論,使活性污泥在選擇器中經(jīng)歷一個高負(fù)荷的吸附階段(基質(zhì)積累),隨后在主反應(yīng)區(qū)經(jīng)歷一個較低負(fù)荷的基質(zhì)降解階段,以完成整個基質(zhì)降解的全過程和污泥再生.

污泥膨脹的直接原因是絲狀菌的過量繁殖.由于絲狀菌比菌膠團(tuán)的比表面積大,因此有利于攝取低濃度底物.在高底物濃度下菌膠團(tuán)和絲狀菌都以較大速率降解底物與增殖,且膠團(tuán)細(xì)菌比增殖速率較大,其增殖量也較大,從而較絲狀菌占優(yōu)勢,這樣利用基質(zhì)作為推動力選擇性地培養(yǎng)膠團(tuán)細(xì)菌,可使其成為曝氣池中的優(yōu)勢菌.因此,在CASS池進(jìn)水端增加一個設(shè)計合理的生物選擇器,可以有效地抑制絲狀菌的生長和繁殖,克服污泥膨脹,提高污水處理系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性.CASS污水處理工藝對污染物質(zhì)降解是一個時間上的推流過程,集反應(yīng)、沉淀、排水于一體,同時,也是一個好氧—缺氧—厭氧交替運行的過程,因此具有一定脫氮除磷效果.

3.2 CASS工藝特點

與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比,CASS污水處理工藝具有以下優(yōu)點:

(1)建設(shè)費用低.該污水處理工藝省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設(shè)備,建設(shè)費用可節(jié)省20%～30%.同時,其污水處理工藝流程簡潔,污水處理設(shè)施的主要構(gòu)筑物為集水池、沉砂池、CASS曝氣池、污泥池,布局緊湊,占地面積可減少35%.

(2)運轉(zhuǎn)費用省.由于該污水處理工藝曝氣是周期性的,池內(nèi)溶解氧的濃度也是變化的,沉淀階段和排水階段溶解氧降低,重新開始曝氣時,氧濃度梯度大,傳遞效率高,節(jié)能效果顯著,運轉(zhuǎn)費用可節(jié)省10%～25%.

(3)有機(jī)物去除率高,出水水質(zhì)好.該污水處理工藝不僅能有效去除污水中有機(jī)碳源污染物,而且具有良好的脫氮、除磷功能.

(4)管理簡單,運行可靠,不易發(fā)生污泥膨脹.采用該污水處理工藝污水處理設(shè)施的設(shè)備種類和數(shù)量較少,控制系統(tǒng)簡單,運行安全可靠.

(5)污泥產(chǎn)量低,性質(zhì)穩(wěn)定.

3.3 曝氣方式選擇

城市住宅小區(qū)對環(huán)境的要求比較高,因此污水處理設(shè)施建設(shè)時應(yīng)充分考慮噪音擾民問題和污水廠操作人員的工作環(huán)境,采用水下曝氣機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)曝氣可有效解決噪音污染.另外,由于CASS污水處理工藝獨特的運行方式,采用水下曝氣機(jī)可省去復(fù)雜的管路及閥門,安裝、維修方便,使用靈活,可根據(jù)進(jìn)出水情況運轉(zhuǎn)不同的臺數(shù),在保證效果的條件下,達(dá)到經(jīng)濟(jì)運行的目的.

3.4 撇水方式選擇

撇水機(jī)是CASS污水處理工藝的關(guān)鍵組成部分,其性能是否穩(wěn)定可靠直接影響到CASS污水處理工藝的正常運行.我們在基于CASS污水處理工藝基礎(chǔ)上,自主研制開發(fā)的撇水機(jī)屬絲杠旋轉(zhuǎn)式,自動撇水裝置主要組成部分包括:潷水器、可擾動的軟管、水位控制器、可伸縮推動桿和驅(qū)動電機(jī)等.其中潷水器為自動浮動式水堰,上部為堰口和防止浮渣進(jìn)入出水的浮筒,下部出水管兼起支撐作用,部分浸沒在水中,通過可伸縮推動桿使方形堰口達(dá)到連續(xù)均勻地排出反應(yīng)池中的上清液,具有升降平穩(wěn)、排水均勻、自動控制、價格低廉等優(yōu)點.

3.5 主要設(shè)計參數(shù)

CASS污水處理工藝設(shè)計參數(shù):污泥負(fù)荷0.1～0.2 kg BOD5/(kgMLSS·d),污泥齡15～30 d.水力停留時間12 h,工作周期4 h,其中曝氣2.5 h,沉淀0.75 h,排水0.5～0.75 h.

4 CASS工藝的出水回用

通過工程試驗與應(yīng)用表明,采用CASS污水處理工藝處理城市住宅小區(qū)污水,其出水水質(zhì)穩(wěn)定,優(yōu)于一般傳統(tǒng)生物處理工藝,出水水質(zhì)接近《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ25.1-89)(見表1),且出水通過過濾和消毒處理后,可作為中水回用.

表1 生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

5 結(jié) 論

CASS污水處理工藝具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、處理效果好、操作管理運行簡單的特點,實際運行中可以實現(xiàn)中央集中控制和現(xiàn)場手動自動控制.經(jīng)過多個工程實際應(yīng)用,該工藝的配套設(shè)備潷水器和水下射流曝氣機(jī)已經(jīng)成熟,其出水經(jīng)過濾和消毒處理后可以達(dá)到中水回用的標(biāo)準(zhǔn),同時,還可根據(jù)實際需求,將其設(shè)計成地埋式或半地埋式,具有節(jié)省占地的優(yōu)勢.在水資源日益緊缺的今天,將處理后的水回用于綠化、沖洗車輛和沖洗廁所,其應(yīng)用前景十分廣泛.

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