CASS工艺污水处理工程设计
摘 要：污水处理厂是XX市第一座城市二级污水处理厂，污水处理工艺采用了较先进的CASS工艺，现简述其工艺设计方法及参数取值。
关键词：污水处理厂；CASS工艺；工程设计
一 序 言
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污水处理厂是XX市第一座城市二级污水处理厂。其服务范围为XX市城区生活污水及部分工业废水；设计服务年限至2020年；建设总规模为5×105 m3/d，其中一期工程为2.5×105 m3/d；厂址位于城郊乡村，厂区占地面积4.58 hm2；城市污水经截流沟输送污水处理厂处理后排放，处理后污水的最终受纳水体为湖泊，故污水排放标准执行一级标准(GB8978-1996，《污水综合排放标准》）。污水处理过程中所伴随产生的剩余污泥经浓缩、脱水后形成含水率为70%-80%的泥饼，装车外运进行填埋处理。
污水处理厂污水处理工艺流程框图见图1. |
图1 污水处理厂工艺流程图 |
二 CASS工艺简介
CASS（Cyclic Activated Sludge System）工艺是循环活性污泥技术（CAST）的一种型式。其主要原理是：把序批式活性污泥法（SBR）的反应池沿长度方向分为两部分，前部为预反应区，后部为主反应区。在预反应区内，微生物能通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大部分可溶性有机物，经历一个高负荷的基质快速积累过程，对进水水质、水量、pH和有毒有害物质起到较好的缓冲作用，可有效防止污泥膨胀；随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解过程，完成对污水中有机物质的降解。CASS工艺同时能够比较充分发挥活性污泥的降解功能。也能够减轻二沉淀池的负荷，有利于提高二沉池固液分离效果。
三 CASS工艺设计
1 设计基础数据
设计流量按最高日最高时流量进行设计，设计流量为1531.25 m3/h;设计进水水质依据贵阳市城市污水水质确定，设计出水水质按一级标准(GB8978-1996《污水综合排放标准》)执行。
污水设计进出水水质详见表1.
表1 设计进出水水质
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项 目 |
BOD5（mg/l） |
COD
（mg/l） |
SS
（mg/l） |
NH3-N（mg/l） |
TP
（mg/l） |
|
进 水 |
200 |
300 |
200 |
30 |
4.0 |
|
出 水 |
≤20 |
≤60 |
≤20 |
≤15 |
≤0.5 |
2 CASS生物池主要构造
一期工程建设CASS生物池一座，二期工程增建一座。CASS生物池由预反应区和主反应区组成。
预反应区分为两池，两池之间不连通，每池独立连续工作，单池基本尺寸为L×B×H=10.0×8.0×70 m，其中有效水深6.5 m，超高0.5 m；预反应区底部设有DN300放空管，顶部设有DN300溢流管和DN300回流污泥管，预反应区与主反应区的隔墙上底部开有800×800 mm连通孔。
主反应区分为四池，各池之间不连通，每池独立连续工作，单池基本尺寸为L×B×H=42.0×20.0×7.0 m，其中有效水深6.0 m，超高1.0 m.每池设置1台电动进水堰、1台浮筒式滗水器、1台回流污泥泵、1台剩余污泥泵、1套膜式曝气管。同时主反应区内还设置有DO测定仪、污泥浓度(MLSS)计、酸度（pH）计、超声波水位计。
四 CASS生物反应区设计
1 预反应区设计
由于污水处理厂排放水的接纳水体为湖泊，而湖泊作为该省“两湖治理”的重点对象，需要重点解决富营养化污染，故本工程对除磷的要求较高，所以预反应区根据活性污泥反应动力学原理进行设计，运行条件按厌氧环境考虑，在预反应区内考虑了较显著的反硝化作用（回流污泥混合液中通常含2.0 mg/l左右的硝态氮）。同时预反应区利用了活性污泥的快速吸附作用而加速对溶解性底物的去除，并对难降解有机物起到良好的水解作用，还可使污泥中的磷在厌氧条件下得到有效的释放。污泥回流量按最大时处理量的20%考虑，污水水力停留时间按1.0 h计。
为了使回流污泥和污水进行充分混合，形成均匀的厌氧环境，在预反应区内设置3台ITT Flygt SR4630型潜水搅拌器，该搅拌器属于高转速（705 r/min）、小叶轮（370 mm）类型，具有较好的混合搅拌功能，考虑到厌氧环境对磷的释放影响较大，故在预反应区内还设置有0O在线测定仪，其输出信号接入CASS反应池PLC子站，PLC子站根据0O值的大小及变化，对回流污泥量进行在线调节，以达到最佳的厌氧环境以利于磷的释放。同时PLC总站可绘制预反应区进水水量、进水水质、污泥回流量与DO的关系曲线，对运行工作起到高效、优质的指导作用。
2 主反应区设计
由于XX市城区的现行排水体制仍为雨污合流制，故雨季时进水中BOD5较低，将导致脱氮除磷所需碳源不足，为避免外加碳源，同时降低管理难度和污水处理成本，故设计中采用了泥龄较长，污泥负荷较低的延时曝气方式，设计泥龄为15.7 d, 污泥负荷取0.088 kg
BOD5/kgMLSS.
由于采用了延时曝气方式，故污泥产泥率比较低，取值为0.945 kgSS/kgBOD5，每日剩余污泥产量为4510 kg，剩余污泥经主反应区内的剩余污泥泵抽升至污泥调节池。污泥调节池内设置有潜水搅拌器以保持池内有氧状态，防止磷的析出。
由于主反应区具有同步硝化和反硝化功能，反硝化主要是在泥水分离阶段使污泥结构内部处于缺氧状态而实现的，因此，PLC子站将根据CASS生物池内的DO值，对生物速率、曝气时间、曝气量、排泥速率等重要运行参数进行在线调节。
排水装置选型时，考虑到主反应区内的滗水深度较大（2.0 m）,滗水量也较高（1600 m3/h）而常见的国产旋转式或虹吸式滗水器，在技术水平和产品质量方面均与进口设备存在一定差距，故采用了JETTECH公司的浮筒式滗水器，该滗水器材质为玻璃钢填充聚胺酯。
曝气设备采用了较先进的超微孔膜式曝气管进口设备，与国内常用的球冠形微孔曝气头相比，前者具有更高的氧转移效率，在水深为5.0 m的清水中膜式曝气管具有32%的氧转移效率,比盘式曝气器高25%；同时膜式曝气管比盘式曝气器节能22.7%.另外，膜式曝气管还具有以下特性：1）具有瞬时增加曝气量100％的能力；2）在不增加构筑物或改变构筑物的情况下系统增容20％；3）具备防堵塞与自清洗功能。
为使曝气系统正常运行，鼓风机房内设3台可调导叶片的单级高速罗茨鼓风机(2用1备)，鼓风机设计风量为Q＝137.6 Nm3／min，设计风压68600 Pa.考虑到反应池为变容运行方式，水位变幅达2.0 m，为减少能耗、降低成本，其中两台为电机采用变频运行方式，同时空气管路独立设置，互不干扰。
五 CASS工作周期设计
CASS生物池以一定的时间序列运行，运行过程包括进水-曝气、静止沉淀、排水排泥、闲置四个阶段，不同的运行阶段的运行方式可根据需要进行调整。本工程CASS生物池每日工作24 h，分为6.0个工作周期，每周期工作时间为4.0 h，其中进水-曝气2.0 h，静止沉淀1.0 h，排水排泥1.0 h.在同一时间各池的工作时序均不同，不会发生重叠，同一时间只有一个反应池滗水，自动控制及操作管理较简单，各池具体工作时序如图2.
图2 CASS反应池工作时序图
进水曝气阶段CASS主反应区内边充水边曝气，同时池内的回流污泥泵连续不断的向预反应区回流污泥。此时有机污染物被微生物氧化分解，同时污水中的氨氮通过微生物的硝化作用转化为硝态氮；
静止沉淀阶段CASS主反应区不充水也不曝气，此时微生物利用水中剩余的DO进行氧化分解，生物池逐渐由好氧状态向缺氧状态转变，开始进行反硝化反应，活性污泥逐渐沉到池底，上层水逐渐变清；
排水排泥阶段CASS主反应区的滗水器开始工作，自上而下逐渐排出上清液，同时池内的剩余污泥泵向污泥调节池输送剩余污泥。此时，生物池逐渐由缺氧状态过渡到厌氧状态，继续进行反硝化反应。
实际运行过程中，由于滗水器的滗水能力是按最不利的情况进行设计选型的，而这种最不利情况不易出现，故实际滗水时间通常要比设计滗水时间短，其剩余时间通常用于CASS主反应区内污泥的闲置，以恢复污泥的吸附能力。
六 结束语
本文介绍的CASS工艺设计方法及设计参数取值已应用于XX市污水处理厂等十多座污水处理厂，目前, 十余座污水处理厂已经投入正常运行, 其中一座相同工艺、相近规模的污水处理厂(3.0×105 m3/d)也已建成并已完成试运行,其各项指标值均满足设计要求，运行效果详见下表：
表2 实际进出水水质（平均值）
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项 目 |
BOD5（mg/l） |
COD
（mg/l） |
SS
（mg/l） |
NH3-N（mg/l） |
TP
（mg/l） |
|
进 水 |
120 |
180 |
130 |
20 |
3.5 |
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出 水 |
15 |
30 |
18 |
5 |
0.5 |
实践证明，上述设计方法及参数取值是合理可行的，同时也说明CASS工艺是适合于中小城镇污水处理的一种实用工艺。
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