CASS工藝在生活污水處理中的應(yīng)用

文彪

摘 要：文章采用CASS工藝處理某城市大學城校區(qū)及周邊生活污水，并對整個工藝過程進行詳細介紹。經(jīng)過幾年的實際運行，結(jié)果表明了該工藝設(shè)計合理，運行穩(wěn)定可靠，總排放口出水水質(zhì)能穩(wěn)定達到設(shè)計時所要求的城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準GB 18918—2002的一級B標準。

關(guān)鍵詞：CASS工藝；生活污水；活性污泥法；生物選擇區(qū)；脫氮除磷

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）12-0043-03

1 背景概述

CASS生物處理法是周期循環(huán)活性污泥法的簡稱，最早產(chǎn)生于美國，90年代初引入中國。目前，由于該工藝的高效和經(jīng)濟性，應(yīng)用勢頭迅猛，受到環(huán)保部門及用戶的廣泛關(guān)注和一致好評。經(jīng)過模擬試驗研究，已成功應(yīng)用于生活污水、食品廢水、制藥廢水的治理，取得了良好的處理效果，為CASS法在我國的推廣應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

CASS池分預反應(yīng)區(qū)（生物選擇區(qū)）和主反應(yīng)區(qū)。在預反應(yīng)區(qū)內(nèi)形成濃度梯度，并可使噬磷菌釋放磷，而微生物能通過酶的快速轉(zhuǎn)移機理迅速吸附污水中大部分可溶性有機物，經(jīng)歷一個高負荷的基質(zhì)快速積累過程，這對進水水質(zhì)、水量、pH和有毒有害物質(zhì)起到較好的緩沖作用，同時對絲狀菌的生長起到抑制作用，可有效防止污泥膨脹；隨后在主反應(yīng)區(qū)經(jīng)歷一個較低負荷的基質(zhì)降解過程，活性污泥能去除COD、BOD5和脫氮除磷，另有一部分污泥回流至生物選擇區(qū)，污泥回流量約為進水量的20%左右。

CASS工藝集反應(yīng)、沉淀、排水功能于一體，污染物的降解在時間上是一個推流過程，而微生物則處于好氧、缺氧、厭氧周期性變化之中，從而達到對污染物去除作用，同時還具有較好的脫氮、除磷功能。

2 進水水質(zhì)與水量

根據(jù)國家有關(guān)給排水規(guī)范，結(jié)合當?shù)貙嶋H用水情況，確定桂林某污水處理廠目前服務(wù)人口按40 000人計，服務(wù)面積包括大學城內(nèi)的校區(qū)生活區(qū)以及周邊的一個小鎮(zhèn)。現(xiàn)設(shè)計建設(shè)一個日處理量為20 000 t/d的污水處理廠，而該廠采用的是CASS工藝。現(xiàn)通過對污水廠進水口一年的監(jiān)測，并與當初本工藝設(shè)計時的水質(zhì)水量進行對比，見表1。

由于該廠主要服務(wù)于大學城內(nèi)的師生，所以污水廠的進水水質(zhì)水量有很大的周期性變化，因此CASS工藝的靈活性得到很好的實際運用。

按照近期實施的國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準的要求，城鎮(zhèn)污水處理廠出水排入GB3838地表水Ⅲ類功能水域等執(zhí)行一級B標準，因此設(shè)計出水水質(zhì)，見表2。

3 工藝流程

所有生活污水經(jīng)校內(nèi)泵站和管道收集后流過粗格柵進入集水池，粗格柵攔截污水中較大雜質(zhì)后由集水池污水泵提升流過細格柵至旋流沉砂池，在此去除污水中砂粒及懸浮物，然后進入CASS池。經(jīng)過厭氧，缺氧，好氧過程完成生化處理，去除水中BOD、SS、TN、P等污染物?；旌弦航?jīng)沉淀后排出。出水再經(jīng)消毒間，采用紫外消毒最后排出廠外。

而CASS池的剩余污泥經(jīng)過排泥管道進入污泥濃縮池，再由泥泵輸送到脫水機。濃縮池泥水上清液和脫水機脫出的水又回流至集水池。工藝流程，如圖1所示。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

4.1 粗格柵

進水經(jīng)集水槽進入到寬度為1 100 mm 的兩組渠道中，選用回轉(zhuǎn)式格柵除污機2臺，柵條間隙20 mm，每臺功率1.5 kW，渠深8.3 m，安裝角度75 °。帶式柵渣輸送機一臺，以方便柵渣輸送。

4.2 潛污進水泵

集水池內(nèi)設(shè)有上海凱士比泵有限公司的三臺潛污泵：

Q=800 m3/h，H=16 m，N=48 kW。

4.3 細格柵

循環(huán)耙式除污機2臺，渠寬1.2 m，柵條間隙6 mm，H=1.5 m，N=1.5 kW，安裝角度75 °，攔截較小的渣物。無軸螺旋柵渣輸送壓榨一體機，輸送量：2.2 m3/h，N=1.5 kW，安裝角度為 5 °，通過將渣壓榨去水排出。

4.4 旋流沉砂池

旋流式沉砂池設(shè)計尺寸直徑為3.0 m，配有沉砂池攪拌機，N=0.75 kW。氣提除砂機2套，其中每套配有一臺氣提鼓風機，N=4 kW。砂水分離器N=0.37 kW。主要是把旋流分離出來的含砂水體進行砂水分離以達到除砂效果。

4.5 CASS池

CASS生物處理池尺寸：

L×B×H=53 m×54 m× 6.0 m；

單池有效容積L×B×H= 53 m×13.5 m×5 m=3577.5 m3；

生物選擇區(qū)容積L×B×H=6 m×13.5 m×5 m=405 m3，與主反應(yīng)區(qū)比例為1：7.8。

在每個CASS池厭氧區(qū)安裝有南京貝特有限公司的潛水式雙曲面攪拌器，功率3 kW；

反應(yīng)池設(shè)一臺上海凱士比泵有限公司的回流泵，回流泵額定流量為200 m3/h，額定揚程為4.8 m，功率為5.5 kW；

反應(yīng)池設(shè)二臺潛水攪拌器，每臺攪拌器槳葉直徑620 mm，有三個葉片，葉片寬而薄，表面光滑且為后掠式，N=4 kW；

反應(yīng)池末端裝有一臺潷水器，采用江蘇中德環(huán)保設(shè)備有限公司的HPS-I-10000型潷水器，功率為2.2 kW，L=10 000 mm，流量Q=1 000 m3/h；

主反應(yīng)區(qū)底部還鋪有管式微孔管道曝氣器，采用CPEEC曝氣系統(tǒng)型號規(guī)格：PHILIP7-1000F管式橡膠曝氣器，空氣流率最小2 m3/h；

最佳6～12 m3/h，最大24 m3/h，規(guī)格：Ф65*1 000 mm，采用美國SSI進口膜片。另預反應(yīng)區(qū)還裝有一臺氧化還原電位檢測儀，而主反應(yīng)區(qū)配有一個是超聲波液位計，一個是溶解氧測量儀。

4.6 鼓風機

該廠采用三葉羅茨鼓風機。該設(shè)備通過葉輪型線的改進，使總絕熱效率和容積效率進一步提高，風量和壓力特性更加優(yōu)良。其最大的特點是使用時當壓力在允許范圍內(nèi)加以調(diào)節(jié)時流量之變動甚微，壓力選擇范圍很寬，具有強制輸氣的特征。輸送的介質(zhì)不含油。設(shè)備體積小、重量輕、流量大、噪音低、運行平穩(wěn)可靠。3臺鼓風機型號為LYG250（三葉式），額定流量為64.28 m3/min，功率為90 kW，設(shè)置變頻系統(tǒng)（配日立變頻器），根據(jù)CASS池曝氣需求，可調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)供氣量。每臺鼓風機進口設(shè)置過濾器；出風管上設(shè)置逆止閥和手動蝶閥，并設(shè)有風機啟動用的排空管路及排空閥。

4.7 消毒系統(tǒng)

配有NLQ-45KQ開放式紫外線（UV）消毒系統(tǒng)。消毒水量為1 875 t/h，功率為28.16 kW，主電源為AC380 V/50 Hz，透射率>=65%，懸浮物<=30 mg/l，燈管使用壽命>12 000 h。

4.8 污泥調(diào)節(jié)池

池子的尺寸為長5.2 m，寬5 m，高6 m，體積為156 m3。

4.9 脫水機

采用帶式濃縮脫水一體機，污泥脫水機選用中國臺灣啟碩機械有限公司生產(chǎn)的NBD-L1500脫水機2臺，濾帶寬1.5 m，濕泥處理量23～33 m3/h，功率0.72 kW。

5 系統(tǒng)運行

5.1 調(diào)試階段

該污水處理廠2009年12月開始調(diào)試，2010年5月接種污泥進行試運行。接種的污泥為該廠原有的SBR工藝里的原生污泥，所以污泥接種后可直接運用，但原有污泥相對現(xiàn)有工藝來說，污泥量較少需一段時間培養(yǎng)。由于當時試運行期間污水水量較少，水質(zhì)濃度也不高COD在100 mg/L左右，所以污泥培養(yǎng)用了三個月的時間。污泥濃度由剛開始平均1 000 mg/L到后來的 3 000 mg/L。

5.2 正式投入使用階段

2011年3月該廠正式投入使用。受進水水量影響，該廠是間歇式進水和排水。進水時開動雙曲面攪拌器、回流泵和推進器，使污水經(jīng)過一段厭氧和缺氧時間，進水1 h后開始曝氣。該廠一共有四個CASS池，一個CASS池進水時間為80 min，每次都是一個池子進水，進完后再換另一個接著進水。每個CASS池的污泥濃度都控制在3 500～4 000 mg/L。曝氣時間一般設(shè)定為2 h，DO值最高可達3.0 mg/L。在整個曝氣過程中混合液溶解氧的濃度使其從0逐漸上升到2.5 mg/L左右，期間約有50%時間溶解氧接近于零，30 %在1 mg/L左右，20%在2 mg/L。這樣使活性污泥絮體的外周保持一個好氧環(huán)境進行硝化，污水中的有機氮、蛋白氮等在好氧條件下首先被氨化菌轉(zhuǎn)化為氨氮，而后在硝化菌的作用下變成硝酸鹽；由于主反應(yīng)區(qū)耗氧速度較快而溶解氧含量又不高，因此低溶解氧難滲入絮體內(nèi)，這樣，就在微生物絮體中形成了微反應(yīng)區(qū)（微缺氧環(huán)境），使絮體內(nèi)部由反硝化菌發(fā)生反硝化作用，并由外加碳源提供能量，使硝酸鹽氮還原成氮氣從污水中逸出。

另外，該工藝曝氣與非曝氣交替進行，從而使泥水混合液通過主反應(yīng)區(qū)，順序經(jīng)過缺氧—好氧—厭氧環(huán)境，尤其在非曝氣階段內(nèi)污泥層以胞內(nèi)在生物選擇高負荷下儲存或吸收的碳為碳源，進行反硝化，在污泥沉淀過程中也有一定的反硝化作用。

5.3 運用方案

到2013年由于管網(wǎng)完善和周邊大學城的發(fā)展，還有因大學生活污水具有一定的周期性（如大學放假期間），該廠目前主要以三種運行方案為主：

①大學開學期間，進水水質(zhì)濃度較高（COD>300 mg/L），但水量未達滿負荷，可采用加大曝氣量或延長曝氣時間，以保證出水水質(zhì)達標排放。

②雨季里大學開學期間，南方雨季雨水較多，導致大量雨水流入污水管道，導致該廠進水量加大，使進水濃度降低。雨季里因水質(zhì)濃度不高（COD<100 mg/L），縮短曝氣時間，加大進水量。

③大學放假期間，又是枯水季，水量很小且濃度也不高，CASS池都是間歇運行，主要以保證污泥活性。

通過CASS工藝的靈活調(diào)整，該廠這兩年出水達標排放合格率為100%，污水處理效果完全達到國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準中的一級B類標準。這兩年出水實際平均值，見表3。

6 CASS工藝的優(yōu)點

6.1 費用低

與傳統(tǒng)活性污泥法相比，CASS法的優(yōu)點在于建設(shè)費用低：省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流建筑，建設(shè)費用可節(jié)省10%～25%。

6.2 工藝流程短，占地面積少

工藝流程短，占地面積少：污水廠主要構(gòu)筑物為集水池、沉砂池、CASS曝氣池、污泥池，而沒有初次沉淀池、二次沉淀池，布局緊湊，占地面積可減少20%～35%。

6.3 運轉(zhuǎn)費用省

由于曝氣是周期性的，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，氧的濃度梯度大，傳遞效率高，節(jié)能效果顯著，運轉(zhuǎn)費用可節(jié)省10%～25%。

6.4 有機物去除率高，出水水質(zhì)好

根據(jù)研究結(jié)果和工程應(yīng)用情況，通過合理的設(shè)計和良好的管理，對城市污水，進水COD為400 mg/L時，出水小于30 mg/L以下。對可生物降解的工業(yè)廢水，即使進水COD高達3 000 mg/L，出水仍能達到50 mg/L左右。對一般的生物處理工藝，很難達到這樣好的水質(zhì)。

6.5 管理簡單，運行可靠

污水處理廠設(shè)備種類和數(shù)量較少，可自動化程度高，控制系統(tǒng)比較簡單，工藝本身決定了不容易發(fā)生污泥膨脹。

7 結(jié) 語

通過該廠長期運行可知CASS工藝系統(tǒng)管理簡單，運行可靠；污泥產(chǎn)量低，污泥性質(zhì)穩(wěn)定；具有良好的脫氮除磷功能；經(jīng)過處理達標的出水無異味；對進水的水質(zhì)水量的變化有較強的適應(yīng)能力，對污水的處理效果穩(wěn)定，并保證出水水質(zhì)良好，可回用于污水處理廠內(nèi)：如綠化、澆地、洗車等有關(guān)雜用用途。目前此處理工藝在國內(nèi)外處于先進水平，設(shè)備自動化程度高，可用微機進行遠程操作和控制。其工藝有推廣應(yīng)用價值。

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