循環式活性污泥法污水處理廠的設計及運行
摘要：循環式活性污泥法(Cyclic Activated Sludge System,簡稱CASS)是在SBR基礎上 發展 起來的一種新型污水生物處理工藝。該 方法 最早是美國川森維柔廢水處理公司于1975年 研究 成功并推廣 應用 的廢水處理新技術專利， 目前 在美國、加拿大、澳大利亞等國270多個污水處理廠應用，其中城鎮污水處理廠200多家， 工業 廢水處理廠70多家。
關鍵詞：CASS SBR 循環式活性污泥法
CASS工藝集曝氣與沉淀于同一池內，取消了常規活性污泥法的一沉池和二沉池。工作過程分為曝氣、沉淀和排水三個階段，運行中可根據進水水質和排放標準控制運行參數，如有機負荷、工作周期、水力停留時間等，通過調整這些參數使污水處理廠在滿足出水水質要求的條件下降低運行成本。
1 工程設計
1.1 污水處理廠概況
北京航天城污水處理廠是為北京航天工程服務的，根據北京航天工程環境評價報告書所列數據，污水處理廠隨航天工程的發展分二期建設，設計處理能力為7 200 m3/d，一期工程污水量為3 600 m3/d，主要包括工業廢水、生活污水和門診部污水，各自所占比例為18.0%、81.5%、0.5%，因此其污水主要是生活污水，污染物包括有機物、懸浮物和油類等。設計進、出水水質及排放標準(北京市水污染物排放二級標準)見表1。
| 項目 | COD(mg/L) | BOD5(mg/L) | SS(mg/L) | pH | 礦物質(mg/L) |
| 進水 | 350 | 250 | 220 | 6.5～8.5 | 5.8 |
| 出水 | ＜50 | ＜15 | ＜30 | 6.0～8.5 | ＜3 |
| 排放標準 | 60 | 20 | 50 | 6.0～8.5 | 4 |
1.2 污水處理工藝
1.2.1 工藝流程
在北京航天城污水處理廠設計中采用CASS工藝，其流程如圖1所示。
1.2.2 主要構筑物、設備及其參數
污水處理廠主要構筑物及設備示于表2。
| 項目 | 型號或基本尺寸 | 數量 |
| 旋轉式格柵 | XGS—1000 | 2 |
| 集水池 | 9.8m×7.4m×5.3m(H) | 1 |
| 沉砂池 | 15.9m×4.2m×3.2m(H) | 1 |
| CASS池 | 4×24m×6m×5m | 1 |
| 污泥濃縮池 | φ2600mm×3m | 1 |
| 污泥脫水機 | OCT—1000 | 2 |
工程設計參數是依據實驗室模擬試驗結果確定的：BOD污泥負荷為0.11 kgBOD/(kgMLSS·d);CASS池的運行周期為4 h,其中曝氣2 h，采用連續進水，周期循環延時曝氣法;整個CASS池容積2 880 m3，長度方向分主反應區和預反應區，其長度分別為19.25 m和3.75 m，寬度方向分4格，每格可獨立運行，池深5 m，有效水深4.5 m(污泥區高1.3 m，緩沖區高1.7 m)，活性污泥界面以上最小水深為1.34 m，每周期排水比約為1/3。 CASS反應池構造簡圖示于圖2。
水下曝氣機由潛水泵和射流器組成，充氧量6.0～7.0 kg/h，服務面積50 m2/臺(有效水深5 m)，射流器電機功率5.5 kW/臺。
1.3 污水處理廠平面設計
污水處理廠分二期建設，總用地0.72 hm2，設計時考慮遠、近期結合，占地面積盡可能小。其平面規劃按規范進行，綠化率為47%，環形道路，污水與污泥處理兼顧，常規 分析 化驗儀器完備(見圖3)。
2 污水處理廠的調試運行
2.1 污水處理廠調試
設備安裝完工后，按單體調試、局部聯合調試和系統聯合試運轉三個步驟進行。聯調的主要工作包括按圖紙檢查各構筑物的施工質量;各機械設備、儀表、閥件是否滿足設計或污水處理廠生產工藝要求;各處理單元及連接管段流量的匹配情況;自動控制系統是否靈敏可靠;檢查設備有無異常震動和噪音;對調試中發現的 問題 及時解決，系統工作正常后進入污泥培養、馴化階段。
污水處理廠的污泥培養采用接種培養法，具體是在CASS池中加入其他污水處理廠濃縮脫水后的污泥，悶曝24 h,以后每天排出部分上清液并加入新的污水，逐步加大負荷，此階段不排泥。培養期間通過鏡檢觀察CASS池中微生物相的變化，同時進行進、出水水質及活性污泥性能指標的測定(包括COD、BOD5、pH、DO、SV、MLSS、SVI等)。隨著培養時間的增加，觀測到污泥中有大量活躍的原生動物(如鐘蟲)和少量的后生動物(如輪蟲)，此時SVI=80～100，SV=18%～20%，MLSS=1 200～1 800mg/L，表明活性污泥培養基本成功。此階段完成后，即進入污水廠全面試運行階段。
2.2 污水廠試運行
污水廠試運行是指在滿負荷進水條件下，摸索、優化運行控制參數，取得最佳的去除效果，為今后長期穩定運行奠定基礎。此階段大致包括潷水器控制參數的確定，CASS池運行周期及每個周期內曝氣、沉淀、排水、時延時間的分配，污泥脫水過程中混凝劑的投加量等，并以控制系統為核心全面檢驗污水處理系統的運行穩定性及處理效果。
2.2.1 潷水器控制參數的確定
潷水器的特點是程序工作制，它可依據進、出水水質變化來調整工作程序，保證出水效果。調試工作主要是根據進、出水水質來探索潷水器的排水時間、最佳下降速度與潷水速度的分配以及排水結束后潷水器的上升時間(時延階段)等。潷水器開始工作時，首先由原始位置下降到水面上，然后隨水面緩慢下降，下降過程為：下降10 s，停止30 s，再下降10 s，停止30 s……直至設計排水最低水位。潷水器上升過程是由低水位連續升至最高位置(即原始位置)，上升時間通過調試摸索確定，并設計有限位開關，保證潷水器在安全行程內工作。
2.2.2 CASS池運行周期的確定
根據實驗室小試結果，原設計的CASS池運行周期是4 h，其中曝氣2 h，沉淀1 h，排水1 h。調試過程中發現原水濃度比設計參數偏低，有必要根據實際廢水情況來確定運行周期，根據進、出水水質指標調整周期中各階段時間的分配。實際運行周期仍為4 h，其中曝氣1.5 h，沉淀1 h，排水1 h，時延0.5 h，這樣在保證出水水質的情況下節省了能耗。
2.2.3 運行結果
從每天監測的水質情況看，CASS工藝經過上述各階段的調試和試運行，取得了良好效果。運行能耗合計0.27 元/(m3·d)，實際運行進、出水水質如表3所示。
| 項目 | COD(mg/L) | BOD5(mg/L) | pH |
| 進水 | 70～80 | 30～35 | 6.8～7.5 |
| 出水 | ＜20 | ＜7 | 6.8～7.5 |
3 結果討論
3.1 CASS池運行情況
CASS反應器的進水端設置一擋板以防止進水短路，同時把反應池分為預反應區和主反應區，其中預反應區在防止污泥膨脹、保持良好出水水質、提高基質降解速率方面起著重要的作用。
污水連續進入預反應區，首先與其中的污泥充分混合，使基質濃度較高，抑制絲狀菌的優勢生長。在沉淀和排水期間，由于污水從預反應區緩慢進入主反應區下部，水流呈層流狀，不會擾動池中各水層，保證了出水水質。在曝氣階段，CASS池內污水隨著時間的延長，基質濃度由高到低，生化反應推動力大，因此，反應速率和去除有機物效率較高。
3.2 簡單易行的自控系統
根據我國的實際情況，本工程采用的自動控制系統為可編程控制器(PLC)，在控制室內的模擬屏上可以對 目前 的運行情況一目了然，并可根據當前的液位指示綜合控制各部件的運行，主要控制參數有水量、CASS池曝氣時間、沉淀時間、排水時間等等。簡單易行的控制系統可以節省勞動力，方便操作，同時又不需要昂貴的監測儀器，減少了人力和物力投入，符合我國國情，是一種值得推廣的自動化控制模式。
3.3 曝氣裝置
采用自吸式射流曝氣器代替傳統鼓風機曝氣，消除了噪音污染，結構簡單，易于維護管理，充氧能力強，動力效率高，還可根據進、出水情況和水中溶解氧濃度開啟不同的臺數，在保證處理效果的條件下達到 經濟 運行的目的。
3.4 潷水裝置
在航天城的污水處理工程中采用自行研制的新型潷水裝置，其特點是按設置的程序工作，開始排水時，潷水器的下降速度與水面的下降速度基本相同，不會擾動已沉淀的污泥層，池子上部上清液通過潷水器的堰式裝置排至排水井。該新型裝置的 應用 ，解決了CASS工藝應用中關鍵設備依靠外國進口的問題，為國家節省了外匯，為CASS工藝在我國推廣應用創造了條件。
3.5 CASS工藝的優點
與傳統活性污泥法相比，CASS工藝具有占地少、投資省、管理運行方便、處理效率高等優點，其投資比較示于表4(以Q=7 200 m3/d為例)。
| 項目 | COD(mg/L) | BOD5(mg/L) | pH |
| 進水 | 70～80 | 30～35 | 6.8～7.5 |
| 出水 | ＜20 | ＜7 | 6.8～7.5 |
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