循环式活性污泥法污水处理厂的设计及运行

侯瑞琴 张统 张志仁 王守中?
(总装备部工程设计研究院环保中心)

　　循环式活性污泥法(Cyclic Activated Sludge System,简称CASS)是在SBR基础上发展起来的一种新型污水生物处理工艺。该方法最早是美国川森维柔废水处理公司于1975年研究成功并推广应用的废水处理新技术专利，目前在美国、加拿大、澳大利亚等国270多个污水处理厂应用，其中城镇污水处理厂200多家，工业废水处理厂70多家。
　　CASS工艺集曝气与沉淀于同一池内，取消了常规活性污泥法的一沉池和二沉池。工作过程分为曝气、沉淀和排水三个阶段，运行中可根据进水水质和排放标准控制运行参数，如有机负荷、工作周期、水力停留时间等，通过调整这些参数使污水处理厂在满足出水水质要求的条件下降低运行成本。

1 工程设计

1.1 污水处理厂概况
　　北京航天城污水处理厂是为北京航天工程服务的，根据北京航天工程环境评价报告书所列数据，污水处理厂随航天工程的发展分二期建设，设计处理能力为7 200 m³/d，一期工程污水量为3 600 m³/d，主要包括工业废水、生活污水和门诊部污水，各自所占比例为18.0%、81.5%、0.5%，因此其污水主要是生活污水，污染物包括有机物、悬浮物和油类等。设计进、出水水质及排放标准(北京市水污染物排放二级标准)见表1。

1.2 污水处理工艺?
1.2.1 工艺流程
　　在北京航天城污水处理厂设计中采用CASS工艺，其流程如图1所示。

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1.2.2 主要构筑物、设备及其参数
　　污水处理厂主要构筑物及设备示于表2。

　　工程设计参数是依据实验室模拟试验结果确定的：BOD污泥负荷为0.11 kgBOD/(kgMLSS·d)；CASS池的运行周期为4 h,其中曝气2 h，采用连续进水，周期循环延时曝气法；整个CASS池容积?2 880 m³，长度方向分主反应区和预反应区，其长度分别为19.25 m和3.75 m，宽度方向分4格，每格可独立运行，池深5 m，有效水深4.5 m(污泥区高1.3 m，缓冲区高1.7 m)，活性污泥界面以上最小水深为1.34 m，每周期排水比约为1/3。 CASS反应池构造简图示于图2。

　　水下曝气机由潜水泵和射流器组成，充氧量6.0～7.0 kg/h，服务面积50 m²/台(有效水深5 m)，射流器电机功率5.5 kW/台。
1.3 污水处理厂平面设计
　　污水处理厂分二期建设，总用地0.72 hm²，设计时考虑远、近期结合，占地面积尽可能小。其平面规划按规范进行，绿化率为47%，环形道路，污水与污泥处理兼顾，常规分析化验仪器完备(见图3)。

2 污水处理厂的调试运行

2.1 污水处理厂调试
　　设备安装完工后，按单体调试、局部联合调试和系统联合试运转三个步骤进行。联调的主要工作包括按图纸检查各构筑物的施工质量；各机械设备、仪表、阀件是否满足设计或污水处理厂生产工艺要求；各处理单元及连接管段流量的匹配情况；自动控制系统是否灵敏可靠；检查设备有无异常震动和噪音；对调试中发现的问题及时解决，系统工作正常后进入污泥培养、驯化阶段。
　　污水处理厂的污泥培养采用接种培养法，具体是在CASS池中加入其他污水处理厂浓缩脱水后的污泥，闷曝24 h,以后每天排出部分上清液并加入新的污水，逐步加大负荷，此阶段不排泥。培养期间通过镜检观察CASS池中微生物相的变化，同时进行进、出水水质及活性污泥性能指标的测定(包括COD、BOD₅、pH、DO、SV、MLSS、SVI等)。随着培养时间的增加，观测到污泥中有大量活跃的原生动物(如钟虫)和少量的后生动物(如轮虫)，此时SVI＝80～100，SV＝18%～20%，MLSS＝1 200～1 800mg/L，表明活性污泥培养基本成功。此阶段完成后，即进入污水厂全面试运行阶段。
2.2 污水厂试运行
　　污水厂试运行是指在满负荷进水条件下，摸索、优化运行控制参数，取得最佳的去除效果，为今后长期稳定运行奠定基础。此阶段大致包括滗水器控制参数的确定，CASS池运行周期及每个周期内曝气、沉淀、排水、时延时间的分配，污泥脱水过程中混凝剂的投加量等，并以控制系统为核心全面检验污水处理系统的运行稳定性及处理效果。
2.2.1 滗水器控制参数的确定
　　滗水器的特点是程序工作制，它可依据进、出水水质变化来调整工作程序，保证出水效果。调试工作主要是根据进、出水水质来探索滗水器的排水时间、最佳下降速度与滗水速度的分配以及排水结束后滗水器的上升时间(时延阶段)等。滗水器开始工作时，首先由原始位置下降到水面上，然后随水面缓慢下降，下降过程为：下降10 s，停止30 s，再下降10 s，停止30 s……直至设计排水最低水位。滗水器上升过程是由低水位连续升至最高位置(即原始位置)，上升时间通过调试摸索确定，并设计有限位开关，保证滗水器在安全行程内工作。
2.2.2 CASS池运行周期的确定
　　根据实验室小试结果，原设计的CASS池运行周期是4 h，其中曝气2 h，沉淀1 h，排水1 h。调试过程中发现原水浓度比设计参数偏低，有必要根据实际废水情况来确定运行周期，根据进、出水水质指标调整周期中各阶段时间的分配。实际运行周期仍为4 h，其中曝气1.5 h，沉淀1 h，排水1 h，时延0.5 h，这样在保证出水水质的情况下节省了能耗。
2.2.3 运行结果
　　从每天监测的水质情况看，CASS工艺经过上述各阶段的调试和试运行，取得了良好效果。运行能耗合计0.27 元/(m³·d)，实际运行进、出水水质如表3所示。

3 结果讨论

3.1 CASS池运行情况
　　CASS反应器的进水端设置一挡板以防止进水短路，同时把反应池分为预反应区和主反应区，其中预反应区在防止污泥膨胀、保持良好出水水质、提高基质降解速率方面起着重要的作用。
　　污水连续进入预反应区，首先与其中的污泥充分混合，使基质浓度较高，抑制丝状菌的优势生长。在沉淀和排水期间，由于污水从预反应区缓慢进入主反应区下部，水流呈层流状，不会扰动池中各水层，保证了出水水质。在曝气阶段，CASS池内污水随着时间的延长，基质浓度由高到低，生化反应推动力大，因此，反应速率和去除有机物效率较高。
3.2 简单易行的自控系统
　　根据我国的实际情况，本工程采用的自动控制系统为可编程控制器(PLC)，在控制室内的模拟屏上可以对目前的运行情况一目了然，并可根据当前的液位指示综合控制各部件的运行，主要控制参数有水量、CASS池曝气时间、沉淀时间、排水时间等等。简单易行的控制系统可以节省劳动力，方便操作，同时又不需要昂贵的监测仪器，减少了人力和物力投入，符合我国国情，是一种值得推广的自动化控制模式。
3.3 曝气装置
　　采用自吸式射流曝气器代替传统鼓风机曝气，消除了噪音污染，结构简单，易于维护管理，充氧能力强，动力效率高，还可根据进、出水情况和水中溶解氧浓度开启不同的台数，在保证处理效果的条件下达到经济运行的目的。
3.4 滗水装置
　　在航天城的污水处理工程中采用自行研制的新型滗水装置，其特点是按设置的程序工作，开始排水时，滗水器的下降速度与水面的下降速度基本相同，不会扰动已沉淀的污泥层，池子上部上清液通过滗水器的堰式装置排至排水井。该新型装置的应用，解决了CASS工艺应用中关键设备依靠外国进口的问题，为国家节省了外汇，为CASS工艺在我国推广应用创造了条件。
3.5 CASS工艺的优点
　　与传统活性污泥法相比，CASS工艺具有占地少、投资省、管理运行方便、处理效率高等优点，其投资比较示于表4(以Q＝7 200 m³/d为例)。

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