【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。因此所選擇的工藝必須具有較好的經(jīng)受沖擊負(fù)荷的能力，適應(yīng)水質(zhì)、水量變化較大的沖擊。 其次，污水處理廠工程運(yùn)行、管理中一般大多沒(méi)有污水處理專業(yè)人員，對(duì)處理工藝原理了解甚少，操作人員普遍技術(shù)水平較低，因此要求所選處理工藝成熟、可靠，工藝流程簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量要小，選用設(shè)備的操作與控制要簡(jiǎn)單，易被操作人員掌握，維修技術(shù)水平要求較低，以便適應(yīng)管理和操作人員專業(yè)知識(shí)水平較低的特點(diǎn)。 第三，土地征用費(fèi)較高，因此要求工程占地小。 第四 ，污水處理建筑必須與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。因此工程盡量采用與周圍環(huán)境相近的風(fēng)格，并進(jìn)行綠化，不影響園區(qū)景觀。 第五，為了保護(hù)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)的整體環(huán)境，必須盡力減輕污水處理機(jī)械噪音及散發(fā)的異味對(duì)環(huán)境的影響。因此應(yīng)選擇運(yùn)行噪聲低、污泥量產(chǎn)生少的工藝方案。 第六，一般資金總額有限，特別關(guān)心工程總投資及其運(yùn)行成本費(fèi)用。 根據(jù)以上分析，選擇推薦 SBR法的改進(jìn)工藝 —— 改良型 CASS工 22 藝（連續(xù)進(jìn)水周期循環(huán)式活性污泥法）作為某污水處理廠污水處理的主體工藝方式。 23 CASS 工藝簡(jiǎn)述 CASS 工藝介紹 CASS 工藝是 SBR 工藝的改進(jìn)型，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，其特點(diǎn)是占地小，運(yùn)用費(fèi)用低，技術(shù)成孰、工藝穩(wěn)定。 CASS 工藝是通過(guò)充氧、缺氧和厭氧條件的連續(xù)變化達(dá)到降低BOD COD，硝化，脫氮及除磷的目的。反應(yīng)池內(nèi)分為選擇區(qū)和反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)池內(nèi)污泥從反應(yīng)區(qū)不斷循環(huán)至選擇區(qū)以吸收易溶性基質(zhì)中的降解部分并促使絮凝性微生物生長(zhǎng)，氧的供給會(huì)在一個(gè)預(yù)定的時(shí)段停止，此時(shí)整個(gè)體系處于均衡狀態(tài)，活性污泥中的微粒便不斷沉淀到達(dá)池底而形成上清液，上清液再經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的潷水器在不擾動(dòng)污泥層的情況下排除，與眾不同的是反應(yīng)過(guò)程中需氧量任何微小的 降低都能被探測(cè)到并反饋到中心控制臺(tái)而引起充氧強(qiáng)度的自動(dòng)降低，系統(tǒng)因此能始終保持在低耗能，高效率的狀態(tài)，從而極大地降低處理污水的運(yùn)行費(fèi)用。 CASS 工藝與其它活性污泥處理技術(shù)比較有以下優(yōu)點(diǎn)： ? 以一組反應(yīng)池取代了傳統(tǒng)方法及其它變型方法中的調(diào)節(jié)池、初次沉淀池、曝氣池及二沉池，整體結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的管線傳輸，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單且更具有靈活性； ? 在污水處理廠剛建成運(yùn)行時(shí)，流量一般來(lái)說(shuō)較設(shè)計(jì)值低， CASS可以調(diào)節(jié)液位計(jì)的設(shè)定值使用反應(yīng)池部分容積，避免了不必要的電耗。其它生物處理方法則無(wú)這樣的功能； ? 因?yàn)閷?duì)于每個(gè)反應(yīng)單體 而言出水是間斷的，在高負(fù)荷時(shí)活性污 24 泥才不會(huì)流失，因而可以保持系統(tǒng)在高負(fù)荷時(shí)的處理效率。而其它的生物處理方法在高流量負(fù)荷時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)活性污泥流失的問(wèn)題； ? CASS 在固液分離時(shí)整體水體接近完全靜止?fàn)顟B(tài)，不會(huì)發(fā)生短流現(xiàn)象，同時(shí)，在沉淀階段整個(gè)反應(yīng)池容積都用于固液分離，較小的活性污泥顆粒都可得到有效的固液分離，因此，出水質(zhì)量高于其它的生物處理方法； ? 易產(chǎn)生污泥膨脹的絲狀細(xì)菌在反應(yīng)池中因反應(yīng)條件的不斷的循環(huán)變化而得到有效的抑制； ? 在正常的進(jìn)水條件下，可以不用添加化學(xué)藥劑而達(dá)到硝化，反硝化及除磷的效果； ? 采用自 動(dòng)化控制和在線儀器，以保證出水水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)； ? 模塊化設(shè)計(jì)有利于今后擴(kuò)容； ? 處理流程簡(jiǎn)潔，控制靈活，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)控制指標(biāo)處理水量，改變運(yùn)行周期及工藝處理方法，適應(yīng)性很強(qiáng)； CASS 反應(yīng)池技術(shù)特點(diǎn) 本項(xiàng)目污水處理廠建設(shè)的總體工藝流程包括一級(jí)處理工段、生物處理工段及污泥處理工段?？傮w工藝流程的確定對(duì)污水處理廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能有決定性的影響，同時(shí)各單元處理工藝及構(gòu)筑物的選擇也是非常重要的，直接影響污水處理廠運(yùn)行的穩(wěn)定、可靠性和靈活性。因此必須根據(jù)工程的內(nèi)外部條件、確定的進(jìn)出水水質(zhì)及總體處理工藝 方案等因素綜合考慮工藝流程單元及構(gòu)筑物的選擇。 25 CASS反應(yīng)池內(nèi)分為選擇區(qū)和反應(yīng)區(qū)。反應(yīng)池的運(yùn)行操作由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、潷水和待機(jī)五個(gè)階段組成。 ? 進(jìn)水期 : 與其它 SBR 工藝不同， CASS 系統(tǒng)的污水原水是連續(xù)流入反應(yīng)池內(nèi)前部的選擇區(qū)與從反應(yīng)池后部的反應(yīng)區(qū)不斷循環(huán)至此的污泥混合，使污泥吸收易溶性基質(zhì)中的降解部分，并促使絮凝性微生物生產(chǎn)，污水在選擇區(qū)厭氧狀態(tài)下停留 2小時(shí)后沿選擇區(qū)與反應(yīng)區(qū)隔墻下部的入口及相聯(lián)的多孔管勻速流入反應(yīng)區(qū)。連續(xù)進(jìn)水可簡(jiǎn)化對(duì)進(jìn)水的控制，這樣的分池系統(tǒng)也避免了水力短路； ? 反應(yīng)期：污水進(jìn)入反應(yīng)區(qū) 池中發(fā)生生化反應(yīng)，在這階段可以只混合不曝氣，或即混合又 曝氣，使污水處在反復(fù)的好氧 — 缺氧中，反應(yīng)期的長(zhǎng)短一般由進(jìn)水水質(zhì)及所要求的處理程度而定； ? 沉降期：在此階段反應(yīng)器內(nèi)混合液進(jìn)行固液分離，因該階段在完全靜止情況下進(jìn)行，表面水力和固體負(fù)荷低，沉淀效率高于一般沉淀池的沉淀效率； ? 潷水期：當(dāng)池水位升到最高水位時(shí)，沉淀階段結(jié)束，設(shè)置在反應(yīng)池末端的潷水器開(kāi)動(dòng)，將上清液緩緩潷出池外，當(dāng)池水位降到低水位時(shí)停止?jié)? ? 待機(jī)期：在每池潷水后完成了一個(gè)運(yùn)行周期，在實(shí)際操作中，潷水所需時(shí)間往往小于理論最大時(shí)間，故潷水完成后兩周期 間閑置時(shí)間就是待機(jī)期，該階段可視污水的水質(zhì)、水量和處理要求決定其長(zhǎng)短或取消。在此階段可以從反應(yīng)池排除剩余活性污 26 泥。反應(yīng)池排出的剩余污泥由于泥齡長(zhǎng)，已基本穩(wěn)定。 設(shè)計(jì)有效性動(dòng)力學(xué)模擬檢驗(yàn) 與先進(jìn)國(guó)家相比，中國(guó)的污水處理技術(shù)無(wú)論是工藝、設(shè)備及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)上仍處于落后狀態(tài)，這導(dǎo)致了設(shè)計(jì)上照搬照抄，許多重要的參數(shù)或過(guò)于陳舊、或過(guò)于保守而使工程造價(jià)增加。另一方面，又由于缺乏必要的實(shí)驗(yàn)手段，幾乎沒(méi)有一個(gè)設(shè)計(jì)院有自己的 “ 經(jīng)驗(yàn)參數(shù) ” 及獨(dú)立的設(shè)計(jì)體系，導(dǎo)致許多新建的污水廠運(yùn)行中問(wèn)題不斷，使原工藝設(shè)計(jì)目的不能達(dá)到。 先 進(jìn)國(guó)家普遍采用模擬試驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行試驗(yàn)、校正或優(yōu)化。通過(guò)計(jì)算機(jī)模型檢驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)中的重大缺陷，也可以通過(guò)調(diào)整來(lái)驗(yàn)證出水值。這些模型與實(shí)際的污水處理廠的運(yùn)行結(jié)果之間吻合極好，相關(guān)性都在 95%以上，因此被廣泛采用來(lái)檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)的可行性。可以說(shuō)，沒(méi)有這樣的實(shí)驗(yàn)支持的設(shè)計(jì)，很大意義上是盲目和缺乏實(shí)際意義的。 譬如，沒(méi)有相當(dāng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程師是無(wú)法確定泥齡與出水質(zhì)量之間的量化關(guān)系，也很難通過(guò)內(nèi)回流污泥量及 MLSS 來(lái)診斷反應(yīng)池本身的微生物系統(tǒng)狀態(tài)，由此反映在設(shè)計(jì)中對(duì) MLSS 或泥齡的確認(rèn)往往似是而非，帶有相當(dāng)?shù)碾S意 性。 以下是中創(chuàng)水務(wù)的研究人員依據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)，對(duì) CASS 池設(shè)計(jì)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并同步應(yīng)用專業(yè)程度極高的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)模型對(duì)設(shè)計(jì)條件下的出水值及不同泥齡時(shí)反應(yīng)池的節(jié)奏效應(yīng)進(jìn)行模擬，為針對(duì)CASS 池設(shè)計(jì)提供了殷實(shí)的數(shù)據(jù)積累。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下： 27 穩(wěn)態(tài)模式實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ? 出水水質(zhì)隨污泥泥齡變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，出水水質(zhì)好于預(yù)期。脫氮效果理想。 ? 懸浮固體 MLSS隨著污泥齡變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果 MLSS 比設(shè)計(jì)預(yù)定值略高，因此， 1) 實(shí)際泥齡可能比預(yù)定的要小一些 2) 池容仍有縮小的空間。 MLSS 可揮發(fā)性組份比值與設(shè)計(jì)值 相近，說(shuō)明生物模擬過(guò)程與設(shè)計(jì)值一致，結(jié)果是可靠的。 ? 硝化與反硝化污泥齡變化試驗(yàn)結(jié)果 理論上污泥齡在 12 天便可實(shí)現(xiàn)硝化，但是實(shí)際上并不一定如此。在泥齡達(dá)到 16 天后，反硝化才基本達(dá)到，氮已基本被硝解 ,并大部進(jìn) 28 入活性污泥。由圖可見(jiàn)，反硝化開(kāi)始在泥齡為 78 天后，并在 1516天后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，這一點(diǎn)也可從氧的分布圖看出，在 78天之前，系統(tǒng)需氧量只用在分解碳源 BOD，而在其后猛增至一倍以上，以滿足硝化并同時(shí)反硝化的需要。 泥齡的選擇作為設(shè)計(jì)條件是最為關(guān)鍵的因素。從出水質(zhì)量圖（ Effluent Quality）可看出，在泥齡為 78天之前， TKN不降反升， 29 而以 NO3大量產(chǎn)生為標(biāo)志的硝化過(guò)程以指數(shù)增長(zhǎng)方式在 12 天內(nèi)完成，此后 TKN 急劇下降，氨氮也降至微量。 上述穩(wěn)定態(tài)動(dòng)力模式實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí) , 由于 CASS 污泥基本完全處于好氧狀態(tài)，其好氧泥齡顯然大于其它工藝，因而不僅對(duì)后續(xù)的污泥處理提供了穩(wěn)定、少 異味的條件，為出水的高質(zhì)量提供了必要的保證。 非穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果 穩(wěn)定態(tài)模型使得對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)及邊界條件有了優(yōu)化選擇的可能，但 CASS 池內(nèi)的反應(yīng)過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)非穩(wěn)定過(guò)程，這就需要用更復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)模型 進(jìn)行更詳盡的計(jì)算。 選擇比較復(fù)雜的變量，如磷含量（總磷、聚磷酸、磷酸）以及比較容易出問(wèn)題的區(qū)域如選擇區(qū)及混合區(qū)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)。為了達(dá)到非穩(wěn)態(tài)條件下的穩(wěn)定值，模型設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬運(yùn)行二周，以達(dá)到“ 微生物體系 ” 的相對(duì)穩(wěn)定。 ? 氨氮?jiǎng)恿W(xué)變化 圖 2，氨氮在選擇池內(nèi)濃度最高 (2024 mg/l)，顯示了完全缺氧條件下脫氮的可能性。參照?qǐng)D 3 可以證實(shí)此時(shí)硝化過(guò)程已經(jīng)開(kāi)始，反應(yīng)池內(nèi)的氨氮濃度在 。 30 在進(jìn)水期、反應(yīng)后期達(dá)到硝化減少或停止供氧，沉淀期或排水階段都可以發(fā)生反硝化。進(jìn)水初期、高濃度的碳 有機(jī)物首先消耗池內(nèi)溶解氧，反硝化以后污水中碳源有機(jī)物作為電子供體，將池內(nèi) NO3N 還原為 N2，逸出水面， 在反應(yīng)后期，達(dá)到硝化階段，污水中含碳有機(jī)物濃度已大為減少，這時(shí)可減小或停止曝氣，可以利用內(nèi)源碳進(jìn)行反硝化。在沉降期和排水期所發(fā)生的反硝化也是利用內(nèi)源碳作電子供體。 在選擇區(qū)活性污泥也會(huì)吸附污水中有機(jī)物并以多聚物形式貯存起來(lái)。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到部分硝化后，減少或停止向混合液中供氧，則貯存碳源釋放。反硝化菌可以利用釋放的貯存碳源進(jìn)行 CASS系統(tǒng)所特有的利用貯存碳源反硝化。 從圖 圖 6可以清楚看出，可以達(dá)到徹底的除 氮，氨氮在出水中可以控制在 4 mg/l以下，而 TKN總量雖也可以在 4mg/l以下， 31 但質(zhì)量多少仍與潷水時(shí)段有關(guān)。在靜止沉淀一個(gè)半小時(shí)后， DO迅速降低（圖 8），導(dǎo)致氨氮平衡的動(dòng)力過(guò)程逆轉(zhuǎn)而使其含量在最后半小時(shí)迅速上升。為此，我們?cè)僮髁?SBR 反應(yīng)池內(nèi)氨氮的空間分布（圖 9）。圖中從左至右表示從進(jìn)水到出水（ Y軸則表示池深）?？梢钥闯霭钡獜倪M(jìn)水到出水指數(shù)遞減。在接近污泥層時(shí)最高，因此潷水深度在此時(shí)了決定出水水質(zhì)，這顯然有助于設(shè)計(jì)值的優(yōu)化。 ? 磷的動(dòng)力學(xué)過(guò)程 生物除磷是污水中的聚磷菌在厭氧條件下，受到壓抑而釋放出體內(nèi) 的磷酸鹽，產(chǎn)生能量用以吸收有機(jī)物，并轉(zhuǎn)化為 PHB（聚 β 羥丁酸）。當(dāng)聚磷菌進(jìn)入好氧條件下時(shí)就降解體內(nèi)儲(chǔ)存的 PHB 產(chǎn)生能量，隨剩余污泥一起排出系統(tǒng)，從而達(dá)到除磷的目的。生物除磷的優(yōu)點(diǎn)在于不增加剩余污泥量 , 缺點(diǎn)是為了避免剩余污泥中磷的再次釋放，對(duì)污泥處理工藝的選擇有一定的限制。 在厭氧段釋放 1mg 的磷吸收儲(chǔ)存的有機(jī)物，經(jīng)好氧分解后產(chǎn)生的能量用于細(xì)胞合成、增殖，能夠吸收 2～ 的磷。因此磷的吸收取決于磷的釋放，而磷的釋放取決于污水中存在的可快速降解的有機(jī)物的含量，有機(jī)物與磷的比值越大，除磷效果越好。一般的活 性污泥法，其剩余污泥中的含磷量為 ～ 2%，采用 CASS 工藝 , 剩余活性 32 污泥中磷的含量可以達(dá)到傳統(tǒng)活性污泥法的 3倍。 由圖 11 可以發(fā)現(xiàn)，磷在與污泥達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后其動(dòng)力過(guò)程將主要受制于反應(yīng)池內(nèi)的磷的生物循環(huán)，外源性磷的貢獻(xiàn)（如果是恒定的3mg/l的話）將極其微弱。從磷酸在選擇池及混合池的時(shí)序分布（圖4）可以看出，可溶解性磷相當(dāng)穩(wěn)定，在 ~3 mg 之間，而其總量則由污泥生物性貯磷控制。 反應(yīng)池曝氣時(shí)降磷菌利用有機(jī)物氧化放出的能量，大量吸收混合液中的磷，以聚磷酸鹽的形式儲(chǔ)存于體內(nèi)，水中的磷轉(zhuǎn)移到污 泥里，沉淀時(shí)處于缺氧狀態(tài)，除磷菌尚未將吸收的磷大量釋放，即已完成排泥，從而達(dá)到去除水中磷的目的。至潷水時(shí)污泥層呈厭氧狀， DO 和NO3均接近零，除磷菌將體內(nèi)的聚磷酸鹽水解，釋放出正磷酸鹽和能量，有利于進(jìn)一步充分吸磷。即使微生物在反應(yīng)池中不斷地進(jìn)行厭氧 33 和好氧，交替運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)生物除磷。 從最終出水水質(zhì)看，整個(gè)生物動(dòng)力過(guò)程仍然可以證實(shí)，在通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后的 CASS 反應(yīng)流程后，磷的去除是十分理想的。在選擇潷水深度，磷酸為恒量 (圖 7)， 這是可以達(dá)到除磷的動(dòng)力學(xué)依據(jù)。 ? BOD5的去除 污水中 BOD5 的去除是靠微生物的 吸附作用和微生物的代謝作用，然后對(duì)污泥與水進(jìn)行分離完成的。 活性污泥中的微生物在有氧的條件下將污水中的一部分有機(jī)物用于合成新的細(xì)胞，將另一部分有機(jī)物進(jìn)行分解代謝以便獲得細(xì)胞合成所需的能量，其最終產(chǎn)物是 CO2和 H2O等穩(wěn)定物質(zhì)。這也就是污水中 BOD5的降解過(guò)程。在這種合成代謝與分解代謝過(guò)程中，溶解性有機(jī)物直接進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部被利用。而非溶解性有機(jī)物則首先被吸附在微生物表面，然后被酶水解后進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部被利用。由此可見(jiàn)，微生物的好氧代謝作用對(duì)污水中的溶解性有機(jī)物和非溶解性有機(jī)物都起作用，并且代謝產(chǎn)物是無(wú)害的穩(wěn)定物質(zhì)，因此可以使處理污水中的殘余 BOD5 濃度很低。在污泥負(fù)荷≤ d時(shí)，就很容易做到出水 BOD5保持在 20mg/L以下。 綜觀整個(gè)過(guò)程，圖 11 再次顯示內(nèi)源 BOD 的重要性。大量的BOD 與氮、磷一起被 “ 固定 ” 在反應(yīng)池內(nèi)以達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的 F/M值，從而使微生物在一定的動(dòng)力強(qiáng)度下有序地運(yùn)行。這也是 CASS工藝設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步優(yōu)化