【文章內(nèi)容簡介】 好。池內(nèi)水沉淀時是在水平流速為零的理想靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀，沉淀效果好。池內(nèi)溶解氧值交替變化。沉淀排水時，溶解 氧接近零，抑制了絲狀菌的生長，污泥沉淀性能好； （ 5）能耗低。由于池內(nèi)溶解氧的交替變化，使溶解氧濃度梯度大，提高了氧的利用率。沒有污泥回流系統(tǒng)，節(jié)省能耗，降低了運行費用； （ 6）除磷脫氮。一個運行周期內(nèi)，厭氧、兼氧、好氧交替變化，在一個池內(nèi)實現(xiàn)了除磷脫氮。其工藝流程如下（包括污泥處理）。 16 隨著 SBR 工藝的改進，目前 SBR 工藝變種有多種形式，比較典型的有連續(xù)進水周期循環(huán)活性污泥法（簡稱 CASS 法），間歇進水周期循環(huán)式活性污泥法（簡稱 CAST法），間歇式循環(huán)曝氣活性污泥法（簡稱 ICEAS 法），連續(xù)曝 氣和間歇曝氣相結(jié)合的活性污泥法（簡稱 DAT－ IAT 法），三池連體型前部連續(xù)曝氣和后部交替曝氣相結(jié)合的活性污泥法（簡稱 UNITANK 法）等，以上幾種改進型的 SBR 工藝都各有其特點。 工藝方案 上述工藝方案各有其特點，比選情況見下表： 各工藝方案比選情況一覽 比較內(nèi)容 方案一 傳統(tǒng)活性污泥法 方案二 氧化溝及其改進法 方案三 SBR 及其改進法 工藝特點 好氧條件下運行，然后混合液進入二次沉淀池，在池中，活性污泥與澄清液分離后，一部分回流到曝氣池進行接種， 污水和活性污泥的混合液在其中不斷循環(huán)流動， 好氧、兼氧條件下運行 在一個池子中完成污水的生化反應(yīng)、沉淀、排水、排泥，好氧、兼氧條件下運行。 運行管理 設(shè)備及構(gòu)筑物較多，運行管理相對復(fù)雜及要求高。 管理簡單，方便。但由于設(shè)備數(shù)量較多，因此維修工作量較大。 對設(shè)備自動控制要求較高，方便操作。 設(shè) 備 設(shè)備種類及數(shù)量相對多，維護要求設(shè)備數(shù)量多，但品種單一，維護工作量雖較大。 設(shè)備種類和數(shù)量較多，元件要求高，自 17 高 控水平高。 投 資 設(shè)備、構(gòu)筑物投資最高 設(shè)備、構(gòu)筑物投資居中 如用國內(nèi)元件、時間控制、則設(shè)備構(gòu)筑物投資較少。 運行費 相對最高 相對較 少 相對較少 占 地 相對居中 相對最多 相對最少 在進行工藝方案的選擇時，根據(jù)項目具體的實際情況，我們主要考慮以下幾方面的因素： 首先是污水水量、水質(zhì)變化幅度較大，排水量時變化系數(shù)很大，甚至間斷排放，形成水質(zhì)、水量的沖擊。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，污水處理廠工程運行、管理中一般大多沒有污水處理專業(yè)人員，對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，工藝流程簡單，維護工作量要小，選用設(shè)備的操作與控制要簡單， 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)知識水平較低的特點。 第三，土地征用費較高，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，并進行綠化，不影響園區(qū)景觀。 第五，為了保護經(jīng)濟開發(fā)區(qū)內(nèi)的整體環(huán)境，必須盡力減輕污水處理機械噪音及散發(fā)的異味對環(huán)境的影響。因此應(yīng)選擇運行噪聲低、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行成本費用。 根據(jù)以上分析，選擇推薦 SBR 法的改進工藝 —— 改良型 CASS 工藝（連續(xù)進水周期循環(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。 18 CASS 工藝簡述 CASS 工藝介紹 CASS 工藝是 SBR 工藝的改進型，在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，其特點是占地小，運用費用低，技術(shù)成孰、工藝穩(wěn)定。 CASS 工藝是通過充氧、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，氧的供給會在一個預(yù)定的時段停止，此時整個體系處于均衡狀態(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)過特殊設(shè)計的潷水器在不擾動污泥層的情況下排除，與眾不同的是反應(yīng)過程中需氧量任何微小的降低都能被探測到并反饋到中心控制臺而引起充氧強度的自動降低，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行費用。 CASS 工藝與其它活性污泥處理技術(shù)比較有以下優(yōu)點： ? 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)緊湊簡單，無需復(fù)雜的管線傳輸，系統(tǒng)操作簡單且更具有靈活性； ? 在污水處理廠剛建成運行時，流量一般來說 較設(shè)計值低， CASS 可以調(diào)節(jié)液位計的設(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這樣的功能； ? 因為對于每個反應(yīng)單體而言出水是間斷的，在高負(fù)荷時活性污泥才不會流失，因而可以保持系統(tǒng)在高負(fù)荷時的處理效率。而其它的生物處理方法在高流量負(fù)荷時經(jīng)常會出現(xiàn)活性污泥流失的問題； ? CASS 在固液分離時整體水體接近完全靜止?fàn)顟B(tài)，不會發(fā)生短流現(xiàn)象，同時，在沉淀階段整個反應(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 19 磷的效果； ? 采用自動化控制和在線儀器，以保證出水水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)； ? 模塊化設(shè)計有利于今后擴容； ? 處理流程簡潔，控制靈活，可根據(jù)進水水質(zhì)和出水水質(zhì)控制指標(biāo)處理水量，改變運行周期及工藝處理方法，適應(yīng)性很強； CASS 反應(yīng)池技術(shù)特點 本項目污水處理廠建設(shè)的總體工藝流程包括一級處理工段、生物處理工段及污泥處理工段?？傮w工藝流程的確定對污水處理廠的技術(shù)經(jīng)濟性能有決定性的影響，同時各單元處理工藝 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。 CASS 反應(yīng)池內(nèi)分為選擇區(qū)和反應(yīng)區(qū)。反應(yīng)池的運行操作由進水、反應(yīng)、沉淀、潷水和待機五個階段組成。 ? 進水期 : 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)進水可簡化對進水的控制，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)期的長短一般由進水水質(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)混合液進行固液分離，因該階段在完全靜止情況下進行，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，沉淀階段結(jié)束，設(shè)置在反應(yīng)池末端的潷水器開動，將上清液緩緩潷出池外，當(dāng)池 水位降到低水位時停止?jié)? 20 ? 待機期：在每池潷水后完成了一個運行周期，在實際操作中，潷水所需時間往往小于理論最大時間，故潷水完成后兩周期間閑置時間就是待機期，該階段可視污水的水質(zhì)、水量和處理要求決定其長短或取消。在此階段可以從反應(yīng)池排除剩余活性污泥。反應(yīng)池排出的剩余污泥由于泥齡長，已基本穩(wěn)定。 設(shè)計有效性動力學(xué)模擬檢驗 與先進國家相比，中國的污水處理技術(shù)無論是工藝、設(shè)備及實踐經(jīng)驗上仍處于落后狀態(tài)，這導(dǎo)致了設(shè)計上照搬照抄，許多重要的參數(shù)或過于陳舊、或過于保守而使工程造價增加。另一方面，又由于缺乏必 要的實驗手段，幾乎沒有一個設(shè)計院有自己的 “ 經(jīng)驗參數(shù) ” 及獨立的設(shè)計體系，導(dǎo)致許多新建的污水廠運行中問題不斷，使原工藝設(shè)計目的不能達(dá)到。 先進國家普遍采用模擬試驗對設(shè)計方案進行試驗、校正或優(yōu)化。通過計算機模型檢驗，可以發(fā)現(xiàn)原設(shè)計中的重大缺陷，也可以通過調(diào)整來驗證出水值。這些模型與實際的污水處理廠的運行結(jié)果之間吻合極好，相關(guān)性都在 95%以上，因此被廣泛采用來檢驗其設(shè)計的可行性?？梢哉f，沒有這樣的實驗支持的設(shè)計，很大意義上是盲目和缺乏實際意義的。 譬如，沒有相當(dāng)實踐經(jīng)驗的工程師是無法確定泥齡與出水質(zhì)量之間的量化關(guān)系 ，也很難通過內(nèi)回流污泥量及 MLSS 來診斷反應(yīng)池本身的微生物系統(tǒng)狀態(tài)，由此反映在設(shè)計中對 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 CASS 池設(shè)計進行的實驗驗證，并同步應(yīng)用專業(yè)程度極高的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)模型對設(shè)計條件下的出水值及不同泥齡時反應(yīng)池的節(jié)奏效應(yīng)進行模擬，為針對 CASS 池設(shè)計提供了殷實的數(shù)據(jù)積累。相關(guān)的實驗結(jié)果如下： 穩(wěn)態(tài)模式實驗結(jié)果 ? 出水水質(zhì)隨污泥泥齡變化實驗結(jié)果 從實驗結(jié)果看，出水水質(zhì)好于預(yù)期。脫氮效果理想。 21 ? 懸浮固體 MLSS 隨著污 泥齡變化實驗結(jié)果 MLSS 比設(shè)計預(yù)定值略高，因此， 1) 實際泥齡可能比預(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)計值相近，說明生物模擬過程與設(shè)計值一致，結(jié)果是可靠的 。 ? 硝化與反硝化污泥齡變化試驗結(jié)果 理論上污泥齡在 12 天便可實現(xiàn)硝化，但是實際上并不一定如此。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 ,并大部進入活性污泥。由圖可見，反硝化開始在泥齡為 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，以滿足硝化并同時反硝化的需要。 22 泥齡的選擇作為設(shè)計條件是最為關(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，而以 NO3大量產(chǎn)生為標(biāo)志的硝化過程以指數(shù)增長方式在 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)動力模式實驗結(jié)果證實 , 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，因而不僅對后續(xù)的污泥處理提供了穩(wěn)定、少 23 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)動力學(xué)模擬實驗結(jié) 果 穩(wěn)定態(tài)模型使得對設(shè)計參數(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)過程實際上是一個非穩(wěn)定過程，這就需要用更復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)模型進行更詳盡的計算。 選擇比較復(fù)雜的變量，如磷含量（總磷、聚磷酸、磷酸）以及比較容易出問題的區(qū)域如選擇區(qū)及混合區(qū)進行了動力學(xué)模型試驗。為了達(dá)到非穩(wěn)態(tài)條件下的穩(wěn)定值，模型設(shè)計進行模擬運行二周，以達(dá)到 “ 微生物體系 ” 的相對穩(wěn)定。 ? 氨氮動力學(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。參照圖 3 可以證實此時硝化過程已經(jīng)開始，反應(yīng)池內(nèi)的 氨氮濃度在。 在進水期、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。進水初期、高濃度的碳有機物首先消耗池內(nèi)溶解氧，反硝化以后污水中碳源有機物作為電子供體，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，污水中含碳有機物濃度已大為減少，這時可減 24 小或停止曝氣，可以利用內(nèi)源碳進行反硝化。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)活性污泥也會吸附污水中有機物并以多聚物形式貯存起來。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， 但質(zhì)量多少仍與潷水時段有關(guān)。在靜止沉淀一個半小時后， DO 迅速降低（圖 8），導(dǎo)致氨氮平衡的動力過程逆轉(zhuǎn)而使其含量在最后半小時迅速上升。為此，我們再作了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水到出水（ Y軸則表示池深）。可以看出氨氮從進水到出水指數(shù)遞減。在接近污泥層時最高，因此 潷水深度在此時了決定出水水質(zhì)，這顯然有助于設(shè)計值的優(yōu)化。 ? 磷的動力學(xué)過程 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物，并轉(zhuǎn)化為 PHB（聚 β 羥丁酸）。當(dāng)聚磷菌進入好氧條件下時就降解體內(nèi)儲存的 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)點在于不增加剩余污泥量 , 缺點是為了避免剩余污泥中磷的再次釋放，對污泥處理工藝的選擇有一定的限制。 在厭氧段釋放 1mg 的磷吸收儲存的有機物，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