CASS工藝在城鎮污水處理廠的應用
摘 要：介紹 CASS工藝原理和某城鎮污水處理廠二期工程對 CASS 工藝的實際應用，該廠處理生活污水量為 3 萬噸/日，出水水質穩定并達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918－2002)一級 A 標準，應用中表明 CASS 工藝具有運行穩定、脫氮除磷效果明顯等優點。
關鍵詞：CASS 工藝；城鎮生活污水；A2/O；應用
1 引言
CASS(Cyclic Activated Sludge System)工藝是世界公認先進的生活污水處理技術。某城鎮污水處理廠一、二期工程總處理規模為5 萬噸/日，兩期均采用 CASS 工藝(A2/O 工藝)。其中一期工程處理量為 2 萬噸/日，于 2009 年 3 月份建成并通過驗收正式投入使用。二期工程處理量為 3 萬噸/日，于 2016 年 10 月建成并通 過驗收正式投入使用。一、二期工程除了處理量不同外，二期工程采用了更為先進的技術和設備。比如：厭氧區建成共用大型的配水渠，增長污水在厭氧區的停留時間，使反消化更加充分，使回流污泥更好釋放磷，為后續吸磷創造更好狀態，也使污水處理前得到充分均質，有效抵抗高濃度污水對反應池的沖擊；1 號與 2 號池共用一個缺氧區，3 號與 4 號池共用一個缺氧區，共用缺氧區有效增加容積使水力停留時間更長，更有效達到反硝化作用；在紫外線消毒池前增加轉盤濾池(諾蒂克公司 DynaDisc 轉盤過濾器)，能有效去除懸浮物；處理后水質可達《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)一級 A 標準。現階段，公司污水處理量總共達到 5 萬噸/日，滿足現有管網收集廢水量，往后隨著市政管網的完善，收集廢水量增多，將會建設三期工程。本文以二期工程的應用進行介紹。
2 CASS工藝簡介
2.1 CASS 工藝的優缺點
CASS(循環式活性污泥法)是連續進水的改良型 SBR，為了提高運行穩定性和加強脫氮除磷功能，通常在 CASS 池前置生物選 擇區(厭氧區)和兼氧區。由于其具有占地面積少、投資建設成本低、運行管理方便、不易發生污泥膨脹、剩余污泥量少、污泥性質穩定、排水水質穩定、可分期建設等優點受到廣泛應用。同時， CASS 池采用全密閉空間處理污水，大大減少廠區及附近的臭氣濃度的影響。只要做好防臭、隔音等措施，減少對周圍環境的影響，可建設在居民區、學校、行政辦公樓等產生污水量大的區域。CASS 工藝應用的缺點是構造相對 SBR 復雜點，儀器設備較多， 維護成本提高，設備操作比較頻繁，不可長時間人工操作，需要先進的遠程操作系統，自動化程度高。
2.2 CASS 池工作原理
CASS 工作原理如圖 1 所示：在主反應器的前部設置了生物選擇區(厭氧區)、兼氧區，主反應池后部設置了可升降的自動潷水裝置。其工作過程可分為曝氣、沉淀、潷水、閑置四個階段，周期循環進行。污水連續進入厭氧區，經過隔墻底部進入主反應區，在保證供氧的條件下，使有機物被池中的微生物降解。根據進水水質可對運行參數進行調整。
在厭氧區內，微生物能通過酶的快速轉移機理迅速吸附污水中大部分可溶性有機物，經歷一個高負荷的基質快速積累過程，對進水水質、水量、pH 和有毒有害物質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。厭氧區和缺氧區能增強脫氮除磷的效果。隨后在主反應區經歷一個較低負荷的基質降解過程。CASS 池里微生物于好氧、缺氧、厭氧周期性變化之中，從而達到對有機物去除作用，同時還具有較好的脫氮、除磷功能。
3 二期工程概況
隨著城鎮的發展，人口的增多，鎮區的污水管網的建設，目前一期工程(處理規模 2 萬噸/日)已經達到設計負荷，無法滿足管網污水收集量的需求，需建設二期工程。二期工程通過深入調查研究，廣泛收集資料，并同市、鎮有關部門的多次協商討論，確定開展二期工程。二期工程類比一期工程，采用 CASS 工藝(A2/O 工藝)，設計規模為日處理量 3 萬噸/日。設計進出水質如表 1。廠外污水經過粗格柵及提升泵房提升后進入細格柵及沉沙池，再經 CASS 生化處理，尾水采用紫外消毒池進行處理。CASS 池產生的剩余污泥經帶式濃縮脫水壓濾機脫水后由單螺桿泵輸送到污泥斗及時外運處理。
4 二期工程工藝流程及說明
污水經粗格柵和細格柵進行預處理，粗格柵用以去除污水中較大的漂浮物和懸浮物，經過細格柵處理后的污水進入渦流沉砂池，主要去除其中一定粒徑的砂粒，以保證后續設備的正常運行。
經過渦流沉砂池處理后的污水進入 CASS 生物池，CASS 生物池由生物選擇池(厭氧區)、缺氧區和主反應區三部分組成。污水曝氣結束后進入沉淀階段，沉淀一個小時后，進入潷水階段，潷水結束后，潷水器自動上升原位。處理流程圖如圖 2。
排出的上清液進入轉盤濾池，再通過水渠道流過紫外線消毒系統，尾水經過消毒后部分回收利用，部分外排到河涌。部分剩余污泥排入貯泥池，送入帶式污泥濃縮脫水機械脫水機進行濃縮脫水處理，直到含水率降至 80 %，形成泥餅外運。
5 主要構筑物及設備參數
5.1 粗格柵
機械格柵按驅動方式分為臂式、鏈式、鋼索牽引式和齒條式。本工程推薦采用鋼索牽引的格柵除污機，其特點是構造簡單，運動部件位于地面，維護簡單，抓斗容量大，可抓撈渠底渣物，運轉穩定可靠。安裝 1 臺鋼繩牽引式格柵除污機，柵寬 B=1.0 m， 柵隙寬 b=21 mm，安裝角度α=75°，柵條斷面寬 s=10 mm，配用 電機功率 N=2.2 kw。在格柵除污機下面安裝一臺帶式輸送機， B=500 mm，L=7.0 m，N=0.75 kW。每道格柵前、后設有閘板供檢修和切換用。
5.2 提升泵房
2 提升泵房污水提升泵采用潛水泵濕式安裝，因其具有節省土建費用， 安裝方便，操作簡單，易于維護等優點，因此本工程推薦采用潛水泵。一期工程安裝有 3 臺潛水泵，2 用 1 備。Q1=230 L/s，H=18 m，N=58 kW(1 臺)；Q2=400 L/s，H=18 m，N=90 kW(2 臺)。二期工程新增 1 臺水泵，Q3=400 L/s，H=18 m,N=90 kW，采用進口設備，變頻控制。
5.3 細格柵、旋流沉沙池
細格柵與旋流沉沙池合建。共設 1 座，平面尺寸：L×B=17.12 m×16.72 m。細格柵設計參數：細格柵機器 2 臺；設計流量：Qmax=0.49 m³/s；過柵流速：Vmax=0.7 m/s；柵條間隙：e=5 mm；柵前水深：h=1.3 m。旋流沉沙池設計參數：旋流沉沙池左右各一 座，每座直徑 3.66 m，池總深 3.70 m；設計流量：Qmax=0.49 m³/s；水力停留時間：30 s。
5.4 CASS 生化池
CASS 反應池設一座，平面尺寸為 82.2 m×40.9 m，池深 6.3 m， 有效水深為 5.5 m，分為 4 格(池)。每池循環運行一個周期 4 h， 一天 6 個周期。好氧池溶解氧通過調節鼓風機的送風量，控制在 2.0 mg/L 左右。每個反應池設進水電動調節閥 1 臺，旋轉式潷水 器 1 臺(水量 1800 m³/h)，微孔曝氣盤 7320 個，污泥流泵 2 臺(每 臺流量 100 m³/h)，剩余污泥泵 1 臺(每臺流量 70 m³/h)，兼氧區設 置水下攪拌器 2 臺(3 kw/臺)，出水端設置電動撇渣器 1 臺(DN300，L=9 m，N=0.37 kw)。設計參數：設計流量：3.0 萬 m³/d，每座共 4 個池，每個池規模 0.75 萬 m³/d，水溫：12 ℃。污泥負荷：0.14 kgBOD5/kgMLSS.d。混合液濃度：3.0 g/L。系統泥齡：15.7 d。剩 余污泥量：3337 kgDS/d。
5.5 紫外線消毒渠
線劑量 15~30 mW·s/c㎡。主要工程內容：條形接觸消毒渠 1 座， 平面尺寸：L×B=12.46 m×4.6 m，接觸區有效水深 0.75 m，設紫外線消毒設備 1 套，功率 30 kw，配套自動水位控制儀和水位傳感器。
5.6 鼓風機房
功能：為 CASS 生化池充氧提供氣源。設備設計規模為 3 萬 m³/d。設計供氣量 67.5 m³/min，供氣壓力：0.7 bar。選用羅茨鼓 風機，設 3 臺(2 用 1 備)，每臺風量為 67.5 m/min，風壓 0.7 bar， 配套電機功率 110 kw。運行方式：根據好氧池溶解氧濃度的反饋， 控制機組開停及調節風量。
5.7 儲泥池和污泥濃縮脫水車間
設儲泥池 1 座分 2 格，平面尺寸 BxL=44 m×5.1 m，高度 4.0m。池內設 2 臺攪拌器，功率 1.5 kw。儲泥池上進行加蓋處理。為防 止磷在厭氧條件下重新釋放，本工程考慮對池內進行間歇充氧， 控制磷的釋放。
污泥濃縮脫水車間主要功能是把污泥進行濃縮、脫水，降低含水率，便于污泥運輸和最終處置。脫水機采用離心濃縮脫水一 體機。設計參數：剩余污泥干重：3337 kg/d；需濃縮污泥量：477 m³/d，含水率 99.3 %，濃縮脫水后污泥量：17 m3/d，含水率 80 %；絮凝劑(PAM)投加量：3~3.5 kg/Td·S；離心濃縮脫水一體機 2 臺， 處理能力 20~70 m³/h·臺，配用電機功率 73.5 kw；污泥進料泵 2 臺(1 用 1 備)，流量 48 m³/h，揚程 0.2 Mpa，電機功率 11 Kw；污 泥切割泵 2 臺(1 用 1 備)，流量 56 m³/h，電機功率 4 kw；干污泥輸送泵(單螺桿泵)，Q=2.0 m³/h，壓力 1.8MPaN=2.2 kw。
5.8 生物除臭設備
生物除臭設備為成套設備，主要收集粗格柵及提升泵房、細格柵、CASS池、儲泥池的臭氣進行處理，處理能力Q=11500~16500 m³/h。設備平面尺寸：LxB=10.8 m×6.3 m。
6 CASS池常見異常及解決對策
7 運行效果及效益
二期工程經安裝設備和調試后，運行穩定，出水水質達標并通過了環保驗收。實際運行的出水水質如表 2，滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》( GB18918-2002)一級 A 標準，符合國家排污證要求排放。2017 年度二期工程污水處理量 946.85 萬噸， COD 削減量 804.65 噸，氨氮削減量 132.42 噸。2018 年度二期工程污水處理量 789.21 萬噸，COD 削減量 670.98 噸，氨氮削減量 110.82 噸。2019 年度二期工程污水處理量 867.93 萬噸，COD 削減量 737.54 噸，氨氮削減量 121.35 噸，大大減少污染物排放，減少河涌水資源污染，保護河涌環境和生態環境，出水水質可達地表水Ⅳ標準，有效緩解河涌水質的惡化，具有良好的環境效益。運行過程中，根據實際進水濃度，嚴格控制各個設備使用時間， 節約用電用水，節省能耗；合理使用藥劑劑量，使處理效果達到最佳，不過度用藥，節約處理成本，提高工程運行的經濟效益。部分排水用于中水回用，一部分用于廠里地坪曬水和綠化，一部分用于壓泥車間的污泥濃縮脫水機械的清洗水。一部分用作市政道路曬水和園林綠化，體現出了社會效益明顯。
8 結語
運用 CASS 工藝處理城鎮生活污水，首先要了解 CASS 工藝原理和處理流程，根據進水的污染物濃度，設置合適的參數，有效控制、解決污水處理過程出現的問題，使得工程運行成本最低， 處理效果最佳。本工程實踐表明，運用 CASS 工藝處理生活污水流程簡單、運行穩定、占地面積少、可分期建設、投資及運行費用低、耐沖擊負荷和脫氮除磷能力強等優點。CASS 工藝處理效果優異，出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》 ( GB18918-2002)一級 A 標準，運用 CASS 工藝處理城鎮生活污水有顯著的環境效益、經濟效益和社會效益，應用前景十分廣闊。
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