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污水处理
摘要
概述了小区污水处理站的设计原则及常用工艺流程，详细介绍了CASS工艺处理小区污水具有出水水质好、运行稳定、管理简单占地少、产泥量低等特点。
CASS工艺的出水经过膜过滤和消毒处理即可达到中水回用的标准，为小区污水处理及回用提供了一种可供选择的工艺及配套设备。
各地都在加快城市污水处理厂的建设,在此其中,小区污水处理的建设占据了很重要的地位。
因此建设小区污水处理厂是一个污水处理的一个重要趋势。
关键词CASS工艺小区污水膜过滤中水回用
目录
1CASS工艺的主要技术特征1
1.1连续进水，间断排水1
1.2运行上的时序性1
1.3运行过程的非稳态性1
1.4溶解氧周期性变化，浓度梯度高2
1.5CASS工艺四阶段2
1.5.2充水-沉淀阶段2
1.5.4充水-闲置阶段3
2小区污水处理技术概述3
2.1小区污水处理技术概述及分类3
3CASS与几种处理方法的比较5
3.1CASS与传统活性污泥法的比较5
3.2CASS与SBR的比较5
4对几种污水处理的要求6
4.1生活污水处理设施的设置应符合下列要求6
4.2小区污水处理工程设计时应注意的问题6
4.3小区污水处理工艺制定时应注意的问题7
4.4传统生物接触氧化工艺存在的问题8
4.5CASS工艺优点8
5CASS的经济性9
6参考文献11
致谢12
1CASS工艺的主要技术特征
1.1连续进水，间断排水
SBR（SequencingBatchReactor）是序批式活性污泥法的简称,它是从加入及排放反应器发展而来的,SBR的核心是SBR反应池,该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一体。
CASS（CyclicActivatedSludgeSystem）法是在间歇式活性污泥法的基础上演变而来的，其在反应器的前部设置了生物选择区，后部设置了可升降的自动滗水器。
其工作过程可分为曝气、沉淀和排水三个阶段，周期循环进行。
传统SBR工艺为间断进水，间断排水，而实际污水排放大都是连续或半连续的，CASS工艺可连续进水，克服了SBR工艺的不足，比较适合实际排水的特点，拓宽了SBR工艺的应用领域。
虽然CASS工艺设计时均考虑为连续进水，但在实际运行中即使有间断进水，也不影响处理系统的运行。
1.2运行上的时序性
CASS反应池通常按曝气、沉淀、排水和闲置四个阶段根据时间依次进行。
1.3运行过程的非稳态性
每个工作周期内排水开始时CASS池内液位最高，排水结束时，液位最低，液位的变化幅度取决于排水比，而排水比与处理废水的浓度、排放标准及生物降解的难易程度等有关。
反应池内混合液体积和基质浓度均是变化的，基质降解是非稳态的。
1.4溶解氧周期性变化，浓度梯度高
CASS在反应阶段是曝气的，微生物处于好氧状态，在沉淀和排水阶段不曝气，微生物处于缺氧甚至厌氧状态。
因此，反应池中溶解氧是周期性变化的，氧浓度梯度大、转移效率高，这对于提高脱氮除磷效率、防止污泥膨胀及节约能耗都是有利的。
实践证实对同样的曝气设备而言，CASS工艺与传统活性污泥法相比有较高的氧利用率。
1.5CASS工艺四阶段
1.5.1充水-曝气阶段
边进水、边曝气，并将主反应区的污泥回流至预反应区（生物选择器）。
在该阶段，曝气系统向反应池内供氧，一方面满足好氧微生物对氧的需要，另一方面有利于活性污泥与有机物的混合与接触，从而使有机亏染物被微生物氧化分解。
同时，污水中的氨氮也通过微生物的硝化作用转化为硝态氮。
1.5.2充水-沉淀阶段
辱止曝气，进行泥水分离，但不停止进水，且污泥回流也不停止。
停止曝气后，微生物继续利用水中剩余的溶解氧进行氧化分解，随着溶解氧含量的降低，好氧状态逐渐向缺氧转化，并发生一定的反硝化作用。
由于沉淀初期，前一阶段曝气所产生的搅拌作用使污泥发生絮凝作用，随后以区域沉降的形式沉降，因此，即使在该阶段不停止进水，依然能获得良好的沉淀效果。
当混合液的污泥浓度为3500mg/L～5000mg/L，沉淀后污泥浓度可达15000mg/L左右。
1.5.3滗水阶段
沉淀阶段完成后，置于反应池末端的滗水器在程序控制下开始工作，自上而下逐层排出上清液。
排水结束后，滗水器将自动复位。
排水过程中，反应池底部污泥层内由于较低的溶解氧含量而发生反硝化作用。
CASS反应器在滗水阶段需停止进水。
若处理系统有两个或两个以上CASS池，当一个CASS池处于滗水阶段时，可将原水引入其他CASS池；若处理系统只存在一个CASS反应器时，原水可先流入反应器前的集水井中。
为了提高污泥浓度，加强反硝化及聚磷菌的过量释磷，污泥回流系统照常运行。
1.5.4充水-闲置阶段
闲置阶段的时间一般较短，主要保证滗水器在此阶段内上升到原始位置，防止污泥流失。
若在此阶段进行适量的曝气，则有利于恢复污泥的活性。
正常的闲置期通常在滗水器恢复待运行状态4min后开始。
CASS工艺的运行就是上述4个阶段依次进行并不断循环重复的过程。
典型的运行周期为4h，其中曝气2h，沉淀1h，滗水1h。
2小区污水处理技术概述
2.1小区污水处理技术概述及分类
目前,较为常用的处理工艺有以下几种：
（1）污水→调节池→初次沉淀池→生物接触氧化池→二沉池→出水,生物接触氧化是应用最广泛的方法,主要优点是停留时间短、易挂膜,尤其适合设备化,埋地建设倍受环保公司及用户青睐,但由于维修管理及设备防腐等方面的问题,近年来应用受到限制。
但如果建成地下钢筋混凝土形式,设置人员通道以便维修,此种地下建设方式在小区水处理中具有较大市场,但这种方式一般处理规模较小,每天排放污水量小于几百吨的小区较为理想。
对上千吨的小区污水处理,推荐采用地面建设方式,生物处理部分可采用接触氧化,曝气方式建议采用低噪音的风机或水下曝气机「1」。
.
（2）污水→调节池→好氧生物处理→混凝沉淀→过滤→出水,对处理程度要求不高,且水量较小时,可采用此工艺,具有占地面积小,异味小,管理简单等优点。
另外,在好氧生物处理之前加上酸化水解,有利于降低能耗,提高系统的总去除率。
生活小区通常有较大的绿地面积,如果把污水处理后回用于浇灌绿地、道路、冲洗汽车,应在上述处理出水后加上消毒或其它补充措施[2]。
（3）序批式活性污泥法（SBR）所谓序列包括两层含义:
一是不同SBR池的运转是按顺序进行,由于污水大都是连续或半连续排放,SBR为2个池或多个池交替运行,因此,从总体上污水连续按顺序依次进入每个反应器,它们相互协调作为一个有机的整体完成污水净化功能[3]。
但对每一个SBR池是间歇进水的;二是每个SBR的运行操作分阶段、按时间次序进行。
工艺特点:
从目前的污水好氧生物处理的研究、应用及发展趋势来看,SBR称得上简易、快速、低耗的污水处理工艺。
与连续式活性污泥法比较,SBR法具有以下特点:
SBR装置结构简单,运转灵活,操作管理方便;投资省,运行费用低;采用SBR法处理小城镇污水,要比用普通活性污泥法节省基建投资30%;可抑制丝状菌生长繁殖,不易发生污泥膨胀,污泥指数SVI较低,有利于活性污泥的沉淀和浓缩;SBR处于好氧/厌氧的交替运行过程中,能够在去除碳物质的同时实现脱氮除磷;SBR处理工艺系统布置紧凑、节省占地;运行稳定性好,能承受较大的水质水量冲击;各项运行控制参数都能通过计算机加以控制,易于实现系统优化运行[5]。
（4）周期循环曝气活性污泥法（CASS）设置生物选择器的主要目的是使系统选择出絮凝性细菌,其容积约占整个池子的10%。
生物选择器的工艺过程遵循活性污泥的基质积累--再生理论,使活性污泥在选择器中经历一个高负荷的吸附阶段（基质积累）,随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解阶段,以完成整个基质降解的全过程和污泥再生[7]。
3CASS与几种处理方法的比较
3.1CASS与传统活性污泥法的比较
CASS建设费用底,省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备,建设费用可节省20%～30%。
工艺流程简洁,污水厂主要构筑物为集水池、沉砂池、CASS曝气池、污泥池,布局紧凑,占地面积可减少35%。
运转费用省,由于曝气是周期性的,池内溶解氧的浓度也是变化的,沉淀阶段和排水阶段溶解氧降低,重新开始曝气时,氧浓度梯度大,传递效率高,节能效果显著,运转费用可节省10～25%[8]。
有机物去除率高,出水水质好,不仅能有效去除污水中有机碳源污染物,而且具有良好的脱氮、除磷功能。
管理简单,运行可靠,不易发生污泥膨胀,污水处理厂设备种类和数量较少,控制系统简单,运行安全可靠。
3.2CASS与SBR的比较
CASS反应池由预反应区和主反应区组成,预反应区控制在缺氧状态,因此,对难降解有机物的去除效果提高。
CASS进水过程连续,因此进水管道上无电磁阀控制元件,单个池子可独立运行,而SBR进水过程是间歇的,应用中一般要2个或2个以上池子交替使用,控制系统复杂程度增加。
CASS每个周期的排水量一般不超过池内总水量的1/3,而SBR则为1/2～3/4,CASS抗冲击能力较好。
4对几种污水处理的要求
4.1生活污水处理设施的设置应符合下列要求
处理站的位置应在常年主导风向的下风向,且应用绿化带与建筑物隔开;处理站宜设置在绿地、停车坪及室外空地的地下;处理站如布置在建筑地下室时,应有专用隔间;处理站与给水泵及清水池水平距离不得小于10米;设置生活污水处理设施的房间或地下室应有良好的通风系统,当处理构筑物为敝开式时,每小时换气次数不宜小于15次,当处理设施有盖板时,每小时换气次数不宜小于5次;生活污水处理应设置排臭系统,或设置有效的臭气处理装置,其排放口位置应避免对周围人、畜、植物造成危害和影响;生活污水处理构筑物机械运行噪声不应超过现行的国家标准《城市区域环境噪声标准》的要求。
对建筑物内运行噪声较大的机械应设独立隔间[9]。
4.2小区污水处理工程设计时应注意的问题
CASS工艺可选择多种曝气方式,但在选择曝气头时要尽量采用不堵塞的曝气形式,如穿孔管、水下曝气机、伞式曝气器、螺旋曝气器等。
采用微孔曝气时应采用强度高的橡胶曝气盘或管,当停止曝气时,微孔闭合,曝气时开启,不易造成微孔堵塞。
此外,由于CASS工艺自身的特点,选用水下曝气机还可根据其运行周期等情况适当开启不同的台数,达到在满足废水要求的前提下节约能耗的目的。
CASS工艺的排水要求与SBR相同,目前,常用的设备为旋转式撇水机,其优点是排水均匀、排水量可调节、对底部污泥干扰小,又能防止水面漂浮物随水排出。
CASS工艺沉淀结束需及时将上清液排出,排水时应尽可能均匀排出,不能扰动沉淀在池底的污泥层,同时,还应防止水面的漂浮物随水流排出,影响出水水质。
目前,常见的排水方式有固定式排水装置如沿水池不同深度设置出水管,从上到下依次开启,优点是排水设备简单、投资少,缺点是开启阀门多、排水管中会积存部分污泥,造成初期出水水质差。
浮动式排水装置和旋转式排水装置虽然价格高,但排水均匀、排水量可调、对底部污泥干扰小,又能防止水面漂浮物随出水排出,因此,这两种排水装置目前应用较多,尤其旋转式排水装置,又称滗水器,以操作灵活、运行稳定性高等优点受到设计人员和用户的青睐。
表1 设计进出水水质及排放标准
项 目
COD
/mg/L
BOD5
/mg/L
SS
/mg/L
pH
矿物油
/mg/L
进 水
350
250
220
6.5～8.5
5.8
出水
＜50
＜15
＜30
6.0～8.5
＜3
排放标准
60
20
50
6.0～8.5
4
4.3小区污水处理工艺制定时应注意的问题
1）处理工艺成熟、可靠,工艺流程简单,所需设备及管道要少,所选用的设备应是通用设备。
2）在制定工艺参数时,要根据各小区水质、水量变化的特点来制定。
3）选用的设备,操作与控制要简单,易操作,维修、更换方便。
4）尽量采用一体化组合式构筑物或设备。
这种一体化工艺可将各个处理单元组合在一起,各单元之间仅用一道隔墙（或隔板）分开,在隔墙上设孔口,实现相邻单元的连接,各单元左右或上下交错排列,构成一体.这种方法具有占地面积小、连接管道少、操作简单、初投资及运行费用较低等优点。
5）尽量采用埋地式或半地下式的形式,将污水处理站全部或大部分埋置在地下,上面绿化。
全埋地式可设置在小区规划的绿地内或道路上,不影响小区景观,也不占用原建筑物规划用地[10]。
4.4传统生物接触氧化工艺存在的问题
目前小区污水处理治理形式较多,大多采用埋地式形式,其工艺为传统的生物接触氧化法:
污水→一沉池→生物接触氧化池→二沉池→消毒池→排放。
传统生物接触氧化工艺存在的问题如下:
1）填料容积负荷偏高,设备总容积较小,经受不了水质、水量变化的冲击,造成出水水质不达标。
2）填料、斜管等器材使用年限一般为3a～5a,如不及时更换将影响污水处理效果,但因器材都填装在地下设备内,更换时空间狭小,环境较差,维护较困难。
3）鼓风机、消毒设备等全部安装在地下设备内,湿度较大,通风不好,容易造成设备腐蚀,使部分设备不能正常运转。
4.5CASS工艺优点
CASS工艺与其它污水处理工艺相比确实是一种先进实用的工艺。
具体体现在以下几个方面：
（1）此工艺建设费用低，与常规活性污泥法相比，省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，工艺流程简洁，建设费用可节省10%～25%，占地面积可减少20%～35%。
（2）运转费用省。
由于曝气是周期性的，重新开始曝气时，氧浓度梯度大，传递效率高，节能效果显著，运转费用可节省10%～25%。
此外，本工程采用水下曝气机代替传统鼓风机曝气，消除了噪音污染。
（3）有机物去除率高，出水水质好。
（4）管理简单，运行可靠，能有效防止污泥膨胀。
与传统的SBR工艺相比，CASS最大的特点在于增加了一个生物选择区，且连续进水（沉淀期、排水期仍连续进水），没有明显标志的反应阶段和闲置阶段。
设置生物选择区的主要目的是使系统选择出良好的絮凝性生物。
据有关资料［1］介绍，污泥膨胀的直接原因是丝状菌的过量繁殖。
由于丝状菌比菌胶团的比表面积大，因此，有利于摄取低浓度底物。
而一般丝状菌的比增殖速率比其它细菌小，在高底物浓度下菌胶团和丝状菌都以较大速率降解底物和增殖，但由于菌胶团细菌比增殖速率较大，其增殖量也很大，从而占优势。
所以CASS池首端设计合理的生物选择区可以有效地抑制丝状菌的生长和繁殖，克服污泥膨胀。
（5）控制系统设计紧密结合CASS工艺特点，管理简单，运行可靠。
CASS工艺要求周期性地对相关设备进行控制，在系统设计与软件编程上我们采取了以下做法：
①滗水器的滗水量采用了准PWM法，即在排水进程滗水器间歇下降，由于下降时间与间歇时间均可方便设定，实现了非调速滗水机滗水量的控制；②监控室内可方便地设定曝气量；③采取了超低水位进程暂停、超高水位声光报警等较完备的保护措施。
④污水提升泵采用自动循环备用的自控模式，使每台泵的运行几率尽可能相同；避免了自动备用方式造成的主泵过度运转。
日处理量7200m3/d的北京航天城污水处理厂，需操作管理工5～8人，而我国相同规模采用传统污水处理工艺则需操作管理工30人以上。
（6）污泥产量低，性质稳定。
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