CASS工藝處理醫(yī)院廢水的初步設(shè)計(jì)

胡曉峰 古小超

(青海大學(xué)化工學(xué)院，青海 西寧 810016)

醫(yī)院廢水是指醫(yī)院(包括綜合性醫(yī)院和各種專(zhuān)科醫(yī)院)、療養(yǎng)院等排放的被病原體或被放射污染的水。醫(yī)院廢水大多來(lái)自病房、門(mén)診、化驗(yàn)室、手術(shù)室、廁所等場(chǎng)所，其來(lái)源及成分復(fù)雜，含有病原性微生物、有毒有害的化學(xué)污染物、重金屬、有機(jī)物和放射性污染等，具有空間污染、急性傳染和潛伏性傳染等特征，不經(jīng)有效處理會(huì)成為一條疫病擴(kuò)散的重要途徑和嚴(yán)重污染環(huán)境。

根據(jù)醫(yī)院廢水來(lái)源的不同，醫(yī)院廢水一般分為三類(lèi)：①傳染病菌污水。該類(lèi)污水會(huì)有腸道病菌、病毒、結(jié)核桿菌。②一般帶病菌污水。這些污水是醫(yī)療器械的洗滌污水及腸道病菌污水。③醫(yī)院職工的普通生活污水,含廚房、職工廁所和盥洗廢水。其中①②類(lèi)廢水應(yīng)根據(jù)污水量的多少來(lái)確定是否將其合并處理。

醫(yī)院廢水中通常含有多種細(xì)菌、病毒、寄生蟲(chóng)卵和一些有毒有害物質(zhì)。這些細(xì)菌、病毒和寄生蟲(chóng)卵在環(huán)境中具有較強(qiáng)的抵抗力，在污水中存活時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)人們使用或接觸細(xì)菌、病毒和寄生蟲(chóng)卵或有毒有害物質(zhì)污染過(guò)的蔬菜時(shí)，就會(huì)使人治病，甚至引起傳染病的爆發(fā)流行。同時(shí)，醫(yī)院廢水中還含有重金屬、消毒劑、有機(jī)溶劑以及酸、堿、放射性物質(zhì)等，是致癌、致畸、致突變物質(zhì)，這些物質(zhì)排入水體將對(duì)環(huán)境造成巨大的危害并長(zhǎng)期危害人體健康。

1.概論

1.1 醫(yī)院廢水的進(jìn)出水水質(zhì)狀況見(jiàn)表1-1，出水水質(zhì)要求達(dá)到《醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18466-2005排放標(biāo)準(zhǔn)。

表1-1 進(jìn)出水水質(zhì)參數(shù)表 單位mg/L

1.2 污水處理量

設(shè)計(jì)的污水處理廠日處理污水量1000m3/d。

2.醫(yī)院廢水處理工藝方案比較

2.1 工藝方案分析

各種醫(yī)院廢水處理工藝比較：[3-4]

(1)生物接觸氧化法又稱(chēng)浸沒(méi)式生物膜法，是使某種填料浸沒(méi)于水中,在填料表面和填料間的空隙生成膜狀活性污泥,廢水與其接觸從而得到凈化,為了使凈化進(jìn)行的比較徹底,必須使廢水循環(huán),反復(fù)與生物膜接觸。由于填料和生物膜都浸沒(méi)在廢水中,因此必須進(jìn)行強(qiáng)制性的曝氣充氧,曝氣也兼行使廢水循環(huán)的功能。

(2)生物轉(zhuǎn)盤(pán)法也屬于生物膜法的一種，其生物膜的載體是盤(pán)片，該法污泥量少，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，占地面積少，無(wú)堵塞現(xiàn)象。缺點(diǎn)是盤(pán)材較貴，易產(chǎn)生揮發(fā)性物資污染，生物轉(zhuǎn)盤(pán)的性能受外界環(huán)境影響較大。

(3)序批示活性污泥法(SBR法)是在工業(yè)和自控技術(shù)發(fā)展的前提下,將傳統(tǒng)的活性污泥中曝氣、沉淀等各處理單元集中在一個(gè)反應(yīng)池中進(jìn)行,按時(shí)間順序?qū)崿F(xiàn)不同的處理目的。其基本操作程序由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置等5個(gè)基本過(guò)程組成。從污水流入開(kāi)始到閑置時(shí)間結(jié)束算做一個(gè)周期。在一個(gè)周期內(nèi)一切過(guò)程都在一個(gè)設(shè)有曝氣裝置的反應(yīng)池內(nèi)依次進(jìn)行,這種操作周期周而復(fù)始,反復(fù)進(jìn)行達(dá)到不斷進(jìn)行污水處理的目的。因而可省去連續(xù)流活性污泥法中必須設(shè)置的沉淀池和污泥回流裝置。

(4)CASS工藝是間歇式活性污泥法的一種變革，并保留了其他間歇式活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)。是近年來(lái)國(guó)際公認(rèn)的生活污水及工業(yè)污水處理的先進(jìn)工藝，是由SBR工藝在工程設(shè)計(jì)中發(fā)展而來(lái)。CASS工藝的核心是CASS池，其基本結(jié)構(gòu)是：在序批式活性污泥法的基礎(chǔ)上，反應(yīng)池沿池長(zhǎng)方向設(shè)計(jì)為兩部分，前部為生物選擇區(qū)也稱(chēng)預(yù)反應(yīng)區(qū)，后部為主反應(yīng)區(qū)，其主反應(yīng)區(qū)后部安裝了可升降的自動(dòng)撇水裝置。整個(gè)工藝的曝氣、沉淀、排水等過(guò)程在同一池子內(nèi)周期循環(huán)運(yùn)行，省去了常規(guī)活性污泥法的二沉池和污泥回流系統(tǒng)；同時(shí)可連續(xù)進(jìn)水，間斷排水。該工藝現(xiàn)已在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。

2.2 方案確定

通過(guò)對(duì)各種處理工藝處理效果，處理費(fèi)用，工藝自動(dòng)化程度等的比較，最后確定推薦方案是CASS工藝。見(jiàn)圖2-1：

圖2-1 CASS工藝流程圖

3.CASS的設(shè)計(jì)計(jì)算

CASS(Cyclic Activated Sludge System)是在SBR的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，即在SBR池內(nèi)進(jìn)水端增加了一個(gè)生物選擇器，實(shí)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系統(tǒng)選擇出絮凝性細(xì)菌，其容積約占整個(gè)池子的10%。生物選擇器的工藝過(guò)程遵循活性污泥的基質(zhì)積累--再生理論，使活性污泥在選擇器中經(jīng)歷一個(gè)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(gè)較低負(fù)荷的基質(zhì)降解階段，以完成整個(gè)基質(zhì)降解的全過(guò)程和污泥再生。

(1)池子容積計(jì)算

每周期處理水量體積為：

式中：Q—每天處理水量，m3/d；h—運(yùn)行周期，小時(shí)；n—CASS池子數(shù)目，個(gè)；

根據(jù)選取的充水比參數(shù)求曝氣池單池子的容積為：

又根據(jù)每個(gè)CASS池子各部分的體積比求得總體積：

設(shè)定池深為3.5m，有效深度為3m，則根據(jù)寬深比參數(shù)取寬為5.5m，則長(zhǎng)為：

L=400÷3÷5.5=24.24m

L：B=4.4 符合要求。

(2)各部分尺寸

根據(jù)各區(qū)體積比例得CASS池子的各部分尺寸如下。

主反應(yīng)區(qū)的長(zhǎng)為:24.24-0.67-3.37=20.2m

(3)水力停留時(shí)間計(jì)算

(4)污泥COD負(fù)荷計(jì)算

由預(yù)計(jì)COD去除率得其COD去除量為:

229.5×71%=163mg/L

式中:Q—每天處理水量，m3/d；SU—進(jìn)水COD濃度與出水濃度之差，mg/L；n—CASS池子個(gè)數(shù)；X—設(shè)計(jì)污泥濃度，mg/L；V—主反應(yīng)區(qū)池體積，m3。

=0.0733kgCOD/(kgMLSS·d)

(5)潷水深度計(jì)算

式中：Q—每天處理水量，m3/d；n1—CASS池子個(gè)數(shù)；n2— 一日內(nèi)運(yùn)行周期數(shù)；A—CASS池子的面積，m2。

驗(yàn)算充水比：

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明包含回流量的沖水比可以達(dá)到31.25%，因此以上假設(shè)成立。

(6)需氧量計(jì)算

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，微生物氧化1kgCOD的參數(shù)a′取0.53，微生物自身耗氧參數(shù)b′取0.188，則一個(gè)池子需氧量為：

O2=a′Q(S0-Se)+b′XV=0.53×1200/2×163×10-3+0.188×4000×10-3×333.33=302.5kg/d

溫度為20度和30度的水中溶解氧飽和度分別為：

Cs(20)=9.17mg/L，Cs(30)=7.63mg/L

空氣擴(kuò)散器出口處的絕對(duì)壓力為:

Pb=1.013×105+9.8×103H=1.013×105+9.8×103×3=1.307×105Pa

式中：H—最大水深，m。

空氣離開(kāi)主反應(yīng)區(qū)池時(shí)的氧百分比為：

式中：EA—空氣擴(kuò)散器的氧轉(zhuǎn)移效率，取20%值。曝氣池中混合液平均氧飽和濃度按最不利溫度計(jì)算為：

取參數(shù)a=0.82，β=0.95，c=2.0，ρ=1.0則換算為20度時(shí)的脫氧清水的充氧量為：

曝氣池平均供氣量為：

每立方米廢水供空氣量為：

每去除1kgCOD的耗空氣量為：

(7)預(yù)反應(yīng)區(qū)和反應(yīng)區(qū)間的導(dǎo)流孔計(jì)算

設(shè)計(jì)流水速度U=50m/h，池子寬B=5.5m，水深H1=1.3m，n1為CASS池子數(shù)目，n3為導(dǎo)流孔個(gè)數(shù)按照設(shè)計(jì)資料參數(shù)取2，預(yù)反應(yīng)區(qū)長(zhǎng)度為L(zhǎng)1=3.8m，則：

=0.8m2

設(shè)計(jì)導(dǎo)流孔在池底部，要求孔口高要小于1m，設(shè)高為0.6m。則孔寬為：

(8)剩余污泥量計(jì)算

CASS的剩余污泥主要來(lái)自微生物代謝的增殖污泥，還有很多部分由進(jìn)水懸浮物沉淀形成。CASS生物代謝產(chǎn)泥量為：

式中：a—微生物代謝增系數(shù)，kgVSS/kgCOD；b—微生物自身氧化率，1/d。

根據(jù)醫(yī)院廢水性質(zhì)，參考類(lèi)似經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)a=0.83，b=0.05，則有：

假定排泥含水率為98%，則排泥量為：

=3.55m3/d

每池池底坡向排泥坡度i=0.01，池出水端池底設(shè)(0.8×0.8×0.4)m3排泥坑一個(gè)，每池排泥坑中接出泥管DN150一根，剩余污泥在重力作用下排入集泥井。

4．結(jié)語(yǔ)

利用CASS工藝處理醫(yī)院廢水，在處理水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一，采用水下曝氣機(jī)能有效降低噪音等特點(diǎn)，成為目前醫(yī)院廢水處理設(shè)計(jì)中運(yùn)用較廣的工藝，出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

[1]趙慶良,李偉光.特種廢水處理技術(shù)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2003.

[2]阮文權(quán).廢水生物處理工程設(shè)計(jì)實(shí)例詳解[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[3]馬世豪,凌波.醫(yī)院污水污物處理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[4]柏景方.污水處理技術(shù)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2006.