CASS工藝在某小型污水處理廠的運(yùn)行調(diào)試

羅 松，周 飛

(成都市排水有限責(zé)任公司，四川成都 610000)

目前，我國(guó)小城鎮(zhèn)污水處理發(fā)展嚴(yán)重滯后，偏遠(yuǎn)小城鎮(zhèn)的污水仍處于“零處理”階段，大部份已建的污水處理設(shè)施破舊落后，達(dá)不到設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)[1]。根據(jù)國(guó)務(wù)院《“十二五”全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》統(tǒng)計(jì)，截至2012年，全國(guó)建制鎮(zhèn)約90%以上未建設(shè)污水處理設(shè)施，生活污水處理率不足10%，這嚴(yán)重加深了區(qū)域性水環(huán)境的污染?！笆濉逼陂g各項(xiàng)建設(shè)任務(wù)目標(biāo)為：到2015年污水處理率進(jìn)一步提高，城市污水處理率達(dá)到85%(直轄市、省會(huì)城市和計(jì)劃單列市城區(qū)實(shí)現(xiàn)污水全部收集和處理，地級(jí)市85%，縣級(jí)市70%)，縣城污水處理率平均達(dá)到70%，建制鎮(zhèn)污水處理率平均達(dá)到30%。2016年頒發(fā)的《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》要求：到2020年全國(guó)所有縣城和重點(diǎn)鎮(zhèn)具備污水收集處理能力，城市和縣城污水處理率分別達(dá)到95%和85%左右。在這樣的背景下，在小城鎮(zhèn)建設(shè)中小型污水處理設(shè)施變得尤為需要。

小城鎮(zhèn)污水主要以居民生活污水和餐飲廢水為主，污水水質(zhì)水量不穩(wěn)定，日變化系數(shù)較大，可生化性好，污水中懸浮物濃度、氮和磷的含量較高[2]。針對(duì)小城鎮(zhèn)污水的特點(diǎn)，CASS(cylic activated sludge system)工藝具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其運(yùn)行靈活、抗沖擊能力強(qiáng)、生化處理效率高。工藝核心構(gòu)筑物CASS池集沉淀和污泥回流于一體，節(jié)省了二沉池和污泥回流設(shè)備，污水處理設(shè)施布置緊湊，占地面積小，投資低[3-4]。

本文以成都市某新建城鎮(zhèn)污水處理廠CASS工藝的調(diào)試運(yùn)行為研究對(duì)象，通過(guò)計(jì)算污水處理關(guān)鍵參數(shù)和分析污水處理效果，探討CASS工藝采用污泥接種培養(yǎng)法的可行性和調(diào)試運(yùn)行中遇到的問(wèn)題及對(duì)應(yīng)的解決措施，為中小型污水處理廠CASS工藝的選擇提供實(shí)用案例。

1 工程試驗(yàn)及方法

1.1 工程概況

成都市某新建CASS工藝城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行規(guī)模為1.5萬(wàn)m3/d，工程占地面積約1.2萬(wàn)m2，2016年11月正式投入運(yùn)行。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示，處理水排放按《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。污水處理采用CASS+混凝沉淀池+轉(zhuǎn)盤(pán)濾池工藝，工藝流程如圖1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)Tab.1 Designed Inlet and Outlet Water Quality

圖1 污水處理廠工藝流程圖Fig.1 Process Flow Chart of Sewage Treatment Plant

1.2 水質(zhì)水量情況

為了掌握該廠真實(shí)的進(jìn)水情況及該小城鎮(zhèn)的水質(zhì)水量特點(diǎn)，更好地為下一步啟動(dòng)調(diào)試做好準(zhǔn)備，有必要對(duì)進(jìn)水進(jìn)行了全面監(jiān)測(cè)。因污水廠提升泵坑進(jìn)水渠無(wú)流量計(jì)，泵坑進(jìn)水水量無(wú)法監(jiān)測(cè)，僅能通過(guò)泵坑液位變化推斷出進(jìn)水流量峰值出現(xiàn)在9∶00～11∶00和19∶00～22∶00兩個(gè)時(shí)段。此外由于周邊設(shè)有3座高等學(xué)校，進(jìn)水高低峰值變化較大，不利于CASS池的穩(wěn)定運(yùn)行。

污水廠在2016年10月1日～10月27日對(duì)其進(jìn)水進(jìn)行了水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測(cè)。由表2可知：污水廠進(jìn)水COD波動(dòng)較大，為160～748 mg/L，平均值為365 mg/L，接近設(shè)計(jì)值400 mg/L，但是波動(dòng)比較大，最大值為設(shè)計(jì)值的190%，最小值為設(shè)計(jì)值的40%；污水廠進(jìn)水BOD5波動(dòng)也較大，平均值為162.8 mg/L，BOD/COD基本保持在0.45，可生化性良好；污水廠進(jìn)水NH3-N和TN相對(duì)穩(wěn)定，平均值分別為42.1 mg/L和50.8 mg/L，均略大于設(shè)計(jì)值；污水廠進(jìn)水TP波動(dòng)較大，為4.34～12.80 mg/L，平均值為7.74 mg/L，為設(shè)計(jì)值的190%，最大值為設(shè)計(jì)值的320%，實(shí)際進(jìn)水值均遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值。

表2 污水廠進(jìn)水水質(zhì)Tab.2 Water Quality of Influent

1.3 調(diào)試運(yùn)行

污水處理廠設(shè)CASS池1座4格，于2016年11月開(kāi)始投入調(diào)試運(yùn)行，活性污泥培養(yǎng)采用異步培訓(xùn)法。由于工期緊張，污泥直接接種培養(yǎng)，接種污泥來(lái)自周邊氧化溝工藝的污水處理廠脫水污泥。培養(yǎng)初期平均進(jìn)水CODCr為300 mg/L，BOD5為120 mg/L，接近設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。培養(yǎng)采取連續(xù)換水培菌法，將CASS池注水至設(shè)計(jì)水位的1/3，經(jīng)過(guò)1 d的悶曝后，開(kāi)始進(jìn)行連續(xù)換水培菌。運(yùn)行周期為6 h，其中進(jìn)水曝氣1.5 h、曝氣1.5 h、沉淀1.5 h、潷水1.5 h。曝氣時(shí)同時(shí)打開(kāi)生物選擇區(qū)、缺氧區(qū)攪拌器和主反應(yīng)區(qū)回流泵，讓接種污泥與污水充分混合，且控制溶解氧在2～4 mg/L。

圖2為活性污泥濃度增長(zhǎng)曲線，圖3為進(jìn)出水水質(zhì)的變化曲線。培菌初期，由于采用污泥接種培養(yǎng)法，生化池污泥濃度較高，保持在2 500 mg/L左右。連續(xù)換水培養(yǎng)5 d后，活性污泥老化加快，新生污泥增長(zhǎng)緩慢，生化池污泥濃度降至1 600 mg/L左右。 培菌13 d后污泥濃度開(kāi)始增長(zhǎng)， 觀察泥水混合液呈灰褐色，絮體結(jié)構(gòu)密實(shí)，沉降性能良好，生化處理效果穩(wěn)定，標(biāo)志著活性污泥培養(yǎng)成功。

活性污泥培養(yǎng)成功后，逐步增加進(jìn)水量馴化污泥。馴化期間CASS池通過(guò)調(diào)整剩余污泥排放量，使SV30穩(wěn)定在20%～30%，MLSS穩(wěn)定在3 000～4 000 mg/L。通過(guò)鏡檢觀察到菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)密實(shí)，原生動(dòng)物中鐘蟲(chóng)和累枝蟲(chóng)迅速增多，輪蟲(chóng)也少量出現(xiàn)，楯纖蟲(chóng)和表殼蟲(chóng)生物相活躍，活性污泥已具備了吸附和氧化降解有機(jī)物的能力，標(biāo)志著活性污泥馴化成功[5]。表3為生化池進(jìn)出水水質(zhì)，COD去除率為91.4%～96.5%，BOD5去除率為95.3%～98.1%，TP去除率為81.3%～90.7%，NH3-N去除率為89.5%～99.1%。除TP外其余監(jiān)測(cè)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

圖2 生化池活性污泥濃度增長(zhǎng)曲線Fig.2 Concentration Increasing Curve of Activated Sludge in Biochemical Tank

圖3 進(jìn)出水水質(zhì)變化曲線Fig.3 Variation Curve of Water Quality of Influent and Effluent

表3 生化池進(jìn)出水水質(zhì)Tab.3 Water Quality of Influent and Effluent of Biochemical Tank

污泥馴化成功后，進(jìn)入滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行階段，此時(shí)開(kāi)始在絮凝沉淀池投加PAC進(jìn)行化學(xué)輔助除磷。采用固體PAC(Al2O3含量為28%)配制成濃度為5%的溶液進(jìn)行投加。先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初步計(jì)算投加量，如表4所示，再結(jié)合燒杯試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行試投加，根據(jù)出水TP進(jìn)行合理調(diào)整，在保證出水TP達(dá)標(biāo)的前提下，使PAC投加量處于更經(jīng)濟(jì)的范圍。經(jīng)過(guò)合理的PAC藥劑投加，出水TP穩(wěn)定保持在0.3 mg/L以下，排放達(dá)標(biāo)。由于污水廠進(jìn)水TP波動(dòng)較大，且均大于設(shè)計(jì)值，因此投加系數(shù)取3倍值。

表4 PAC投加量理論計(jì)算Tab.4 Theoretical Calculation of PAC Dosage

注：去除1 mol(31 g)磷需要投加1 mol(27 g)鋁

污水處理廠調(diào)試完成后，正處于冬季低溫期。為保證低溫狀態(tài)下出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，采取增強(qiáng)曝氣風(fēng)量，提高污泥濃度至5 000 mg/L，減少剩余污泥排放、適當(dāng)延長(zhǎng)污泥齡，保持CASS潷水后的較高液位，防止出現(xiàn)冰凍等措施，保障出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。在長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行中，該污水廠均保持出水水質(zhì)穩(wěn)定，排放達(dá)標(biāo)。表5為該污水廠2017年上半年進(jìn)出水水質(zhì)的月統(tǒng)計(jì)情況。

表5 2017年進(jìn)出水水質(zhì)月統(tǒng)計(jì)表Tab.5 Monthly Statistical Table for Water Quality of Influent and Effluent in 2017

2 調(diào)試運(yùn)行中遇到的問(wèn)題及解決措施

(1)進(jìn)水量不穩(wěn)定

污水處理廠建址于成都市某鎮(zhèn)，周邊有3座高等學(xué)校。學(xué)校放假期間，正處于污水廠活性污泥馴化的關(guān)鍵階段。污水進(jìn)水量嚴(yán)重不足，進(jìn)水濃度偏低，不能滿足全廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于曝氣設(shè)備的客觀限制，生化池在水量不足的情況下溶解氧持續(xù)偏高，活性污泥呈老化趨勢(shì)。為了不影響活性污泥的培養(yǎng)馴化，每日集中水量確保3座CASS池正常運(yùn)行，1座CASS池閑置。閑置CASS池按周期運(yùn)行，只曝氣沉淀，不進(jìn)水、不出水。盡量調(diào)整3座生化池的進(jìn)水量和溶解氧，防止活性污泥老化。

(2)出水總氮不穩(wěn)定

在活性污泥馴化階段，由于進(jìn)水水量不足，且連續(xù)幾天下雨，進(jìn)水BOD平均值低于90 mg/L，碳氮比偏低，反硝化反應(yīng)所需碳源不足。為了保證出水總氮的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，采取投加乙酸鈉和延長(zhǎng)污泥回流時(shí)間的方式來(lái)促進(jìn)反硝化反應(yīng)的正常運(yùn)行。此外CASS池采用多點(diǎn)進(jìn)水的設(shè)計(jì)，即原污水可以同時(shí)或分別進(jìn)入生物選擇區(qū)和缺氧區(qū)。在進(jìn)水曝氣階段回流混合液和進(jìn)水混合，可以同時(shí)或分別進(jìn)入至缺氧區(qū)和生物選擇區(qū)。因此污水廠還通過(guò)增大回流量、分配至生物選擇區(qū)，并減少生物選擇區(qū)曝氣風(fēng)量、降低溶氧、控制進(jìn)水量分配，為生物選擇區(qū)的反硝化反應(yīng)創(chuàng)造條件，來(lái)增加CASS池的反硝化反應(yīng)容積。經(jīng)過(guò)調(diào)整，出水總氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

(3)紫外線消毒效果不穩(wěn)定

CASS池潷水器在潷水初期水量較大，潷水中期水量較為穩(wěn)定，潷水后期水量逐步減少，此外潷水周期短、潷水器運(yùn)行頻率較快，導(dǎo)致潷水時(shí)水量波動(dòng)較大。在潷水初期紫外消毒渠過(guò)流量大，紫外消毒接觸停留時(shí)間較短，造成潷水初期部分出水消毒效果不佳，大腸菌群檢測(cè)超標(biāo)。為了保證大腸菌群達(dá)標(biāo)排放，調(diào)試期間通過(guò)自控設(shè)計(jì)將潷水器潷水過(guò)程分階段運(yùn)行，設(shè)置潷水器下行時(shí)停留時(shí)間，通過(guò)間斷運(yùn)行控制出水水量波動(dòng)，并增強(qiáng)紫外線強(qiáng)度，以此保證出水消毒效果。

(4)設(shè)備和自動(dòng)化控制故障頻繁

CASS工藝以時(shí)序控制運(yùn)行周期，以自控系統(tǒng)控制設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)水閥門(mén)、曝氣閥門(mén)和回流泵等主要生化池設(shè)備頻繁啟停。在調(diào)試運(yùn)行初期，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備故障、中控失靈等現(xiàn)象，導(dǎo)致人工操作量較大。隨著調(diào)試運(yùn)行，通過(guò)對(duì)全廠設(shè)備的精心維護(hù)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)的改造，設(shè)備運(yùn)行逐漸穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單。CASS工藝的運(yùn)行管理對(duì)機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的要求較高，調(diào)試運(yùn)行時(shí)應(yīng)特別注意加強(qiáng)設(shè)備巡查和保養(yǎng)頻次。

(5)鼓風(fēng)機(jī)踹振

CASS工藝曝氣的特點(diǎn)是間歇曝氣，且池內(nèi)液位在進(jìn)水曝氣過(guò)程中會(huì)發(fā)生變化。在兩格CASS池間切換曝氣閥門(mén)、進(jìn)水液位升高或季節(jié)性進(jìn)氣溫度升高，都可能出現(xiàn)風(fēng)機(jī)出口壓力過(guò)高，導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)喘振停機(jī)情況的發(fā)生，經(jīng)常喘振會(huì)影響風(fēng)機(jī)的使用壽命。因此在風(fēng)機(jī)選型時(shí)，出口風(fēng)壓的選擇應(yīng)在正常計(jì)算的基礎(chǔ)上考慮相當(dāng)?shù)母辉Ａ浚驅(qū)︼L(fēng)機(jī)喘振壓力傳感器設(shè)定保護(hù)值富裕量范圍。

3 總結(jié)

此次CASS工藝污水處理廠調(diào)試運(yùn)行結(jié)果表明，針對(duì)小城鎮(zhèn)污水處理，CASS工藝具有獨(dú)特的實(shí)用優(yōu)勢(shì)，其工藝運(yùn)行靈活、抗沖擊能力強(qiáng)的特點(diǎn)更適合中小型污水處理廠。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的滿負(fù)荷生產(chǎn)運(yùn)行，該污水處理廠出水排放穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，生產(chǎn)運(yùn)行管理簡(jiǎn)單穩(wěn)定，生產(chǎn)能耗較低。