工艺流程及CASS工艺原理.docx

1、工艺流程及CASS工艺原理污水厂工艺流程及CASS工艺原理 何家明中山市小榄水务有限公司 污 水 处 理 厂 二0一0年五月编一、 城市污水中污染物质的危害城市污水中含有污染物质是对环境和人体健康具有危害性的根源。城市污水中的污染物质大致可分为：固体性、需氧性、营养性、酸碱性、有毒性、油类、生物性及感官性等污染物，其相关水质指标及危害见表1，供参考。表1 城市污水中污染物质的危害类别污染物质相关水质指标危害固体污染物泥沙，矿渣，有机质胶体，微生物，无机质悬浮物和胶体等浑浊度悬浮物（SS）溶解固体（DS）总固体（TS=SS+DS）使水浑 ，降低水的透明度；易使管道及设备堵塞、磨损；影响水生物的活

2、动耗氧有机污染物（可生物降解有机物）碳水化学物，烃类化合物，蛋白质，脂肪，糖，维生素等化学需氧量（COD）高锰酸钾指数（CODMm）耗氧量（OC）生化需氧量（BOD5）总需氧量（TOD）总有机碳(TOC)使水体溶解氧降低富营养化污染物（植物营养素）硝酸盐，亚硝酸盐，氨氮，磷化合物（如洗涤剂等）氮（N）磷 (P)可使湖泊、水库等缓流水体的水质富营养化，滋生藻类，产生水华等；硝酸盐和亚硝酸盐在胃中可生成“三致”物质亚硝酸胺无机无毒污染物酸，碱无机盐类PH值溶解性总固体电导率可使水的PH值发生变化；增加水的无机盐含量和硬度；破坏水体的自然缓冲能力;抑制微生物的生长;妨碍水体的自净；使水质恶化、土壤酸

3、化或盐碱化；酸性废水具有腐浊性有毒污染物无机有毒物质如非重金属物（砷、氧化物）重金属物（汞镉、铬、铅等）；有机有毒物质如有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃、高分子聚合物（塑料、人造纤维、合成橡胶）、染料等毒理学指标具有强烈的生物有毒性，影响水生物生长，并可通过事物链危害人体健康放射性污染物X射线、a射线、b射线、y射线及质子束等放射性指标可引起慢性辐射和后期效应，如诱发癌症，促成贫血、白血球增生，使孕妇和婴儿损伤，引起遗传性损害等油类污染物石油类、动植物油含油量使水面形成油膜，破坏水体的复氧条件。附着于土壤颗粒表面和动植物体表，影响养分吸收和废物排出生物污染物致病的细菌、病毒和病虫卵等细菌总数、总

4、大肠菌群、可引起水致传染疾病，如伤寒、霍乱、痢疾以及肝炎、脑炎等感官性污染物不溶物，漂浮物等色度、浊度、臭味、肉眼可见物使水产生色度、浊度、泡沫、恶臭等热污染水温升高温度水温升高可使水的溶解氧减少，造成水生物死亡；可加快藻类繁殖，加快水体富营养化进程；可导致水中化学反映加快，使水的物化性质发生变化，产生对管道和容器的腐浊；可加速细菌生长繁殖，增加后续水处理的费用二、 城市污水处理方法 城市污水为城市下水道系统收集到的各种污水，通常由生活污水、工业废水和城市降水径流等三部分组成，是一种混合污水。 污水处理，就是采用一定的处理方法和流程将污水中所含的污染物质减少或分离出去，或将其转化为无害和稳定的

5、物质，以使污水得到净化达到恢复其原来性状或使用功能的过程。现代污水处理技术，按其作用机理可分为三类，即物理处理法、化学处理法和生物处理法。也有把物理化学处理法另作一类的物理处理法此法系通过物理作用，分离、回收污水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变污染物的化学性质。化学处理法此法系通过化学反应和传质作用，来分离、回收污水中呈溶解、胶体状态的污染物质，或将其转换为无害物质。生物处理法此法系通过水微生物的代谢作用，使污水中呈溶解状态、胶体状态以及某些不溶解的有机甚至无机污染物质，转化为稳定、无害的物质，从而使污水得到净化。此法也称生化法,即生物化学处理法。一般认为，污水的生化指标（BOD5/

6、COD）大于0.3时才适于用生化处理。三、 城市污水系统 城市污水系统由污水管网、污水处理厂及排放管道组成。 污水管网是输送生活污水、工业废水和一些雨水到污水处理厂的管道网络。分三种污水管网系统：分流制、合流制和部份分流制。 合流制生活污水、工业废水和雨水一起进入一个管道网络。 分流制分成两个完全独立的输送网络，污水管网送生活污水、工业废水到污水处理厂，而雨水、地表径流水则通过雨水管直接排入河流。 部份分流制和分流制一样，分为两个输送网络，但来自屋顶、住宅区的雨水进水污水管输送到污水厂处理，道路上的水则进入雨水管直接排入河流。 将污水输送到污水处理厂有两种情况，如果地面坡度允许，污水可依靠重力

7、自流到污水处理厂；坡度不够的地方就要建泵房将污水直接泵入处理厂或定时将污水泵入较高的重力流管中。 迄今为止，我国大多数城市的污水管网系统采用的是合流形式，分流制只在一些新建的开发区内被采用。四、污水处理的主要水质指标和工艺控制参数1 水质指标 水质指标是对水体进行监测、评价、利用以及污染治理的主要依据。在废水处理装置的运行管理中为了控制和掌握废水处理装置的工作状态和处理效果，必须定期对处理过程中的废水按一定的指标进行监测。水质的分析监测应按国家规定的标准进行。主要水质指标有 生化需氧量（全称生物化学需氧量，BOD）是指在温度、时间都一定的条件下，微生物在分解、氧化水中有机物的过程中所消耗的溶解

8、氧量，单位为mg/l。在水质分析中以20培养五天后1升水中消耗溶解氧的毫克数来表示。BOD反映了水中可被微生物分解的有机物总量。BOD值越大，则说明水中有机物含量越高，所以，BOD是反映水中有机物含量的最主要水质指标。BOD小于mg/l表示水体清洁，大于mg/l则表示水已受到有机物的污染。 悬浮固体（SS）指悬浮于水中的固体物质，也称为悬浮物，是反映废水中固体物质含量的一个重要指标，单位为mg/l。 总磷（TP）水中以各种形式存在的磷的全部含量，单位为mg/l。 氨氮（NH3N）指水中以氨（NH3或NH4）的形式存在的氮，单位为mg/l。 硝酸氮（NO3N）指水中以硝酸盐（NO3）的形式存在的

9、氮，单位为mg/l。. 总氮（TN） 指包括有机氮、氨氮、硝酸氮和亚硝酸氮等全部含量的水质指标，单位为mg/l。 化学需氧量（COD） 是指在一定条件下，用强氧化剂氧化废水中的有机物所消耗的氧量。我国规定的废水检验标准采用重铬酸钾作为氧化剂，在酸性条件下进行测定, 所以记作“CODcr”,单位为mg/l。用高锰酸钾作为氧化剂测得的值称为OC。化学需氧量的测定方法简便、速度快、而且不受水质限制，因此是一项重要的水质指标。 pH值pH值是废水的重要水质指标之一。废水呈酸性或呈碱性，一般都是用pH值来表示。当pH值=7时，水呈中性；当pH值7时,水呈酸性;当pH值7时,水呈碱性。2 工艺控制参数 溶

10、解氧（DO）溶解于水中的分子氧。一般厌氧状态时控制DO小于0.3mg/l ； 缺氧状态时控制DO小于0.5mg/l ；好氧状态时控制DO在2.0mg/l左右。 污泥沉降比（SV）指曝气池的混合液在100ml的量筒中静置30分种后，沉降污泥与混合液的体积比。 混合液悬浮固体（MLSS）指曝气池的混合液中悬浮固体的浓度。一般控制在25004000 mg/l。 混合液的挥发性悬浮固体（MLVSS）指曝气池的混合液中可挥发性悬浮固体的浓度，其值接近活性微生物浓度。 回流比（R）回流污泥量与入流污水量之比。一般控制在25100%之间。五、小榄水务有限公司污水处理厂及CASS工艺简介污水处理厂简介小榄镇远

11、期规划九洲基和工业区两座污水处理厂，服务范围以规划广珠铁路为分界线。九洲基污水处理厂服务铁路以北地区，服务面积47.0Km2，包括北区、西区、永宁、竹源、新市、菊城、东区、升平以及九洲基、绩西、埒西一、绩东一部分地区。工业区污水处理厂服务铁路以南地区，服务面积28.43Km2，包括宝丰、盛丰、联丰、绩东二以及九洲基、绩西、埒西一、绩东一部分地区。近期九洲基污水处理厂主要收集旧城区、新城区全部污水及九洲基地区部分污水，服务建设用地面积约14km2，主要解决一埒大涌、沙口涌、泗涌、米步窖涌、草阜涌、竹尾北村涌、东边涌、金菊河、银菊河等河涌沿线的排污问题；中期收集永宁地区的污水，并完善近期收集系统，

12、服务建设用地面积约6km2。远期收集广珠铁路以北全部范围内污水，服务建设用地面积28.0Km2。九洲基污水处理厂服务范围内的污水收集系统由三条截污主干管组成。 第一条污水主干管：沿沙口大涌至 一埒大涌铺设，主要收集北区、旧城区、新城区等地区的污水，服务范围约16.50km2。污水管起于泗涌河，再沿长堤路、东堤路铺设，最后沿一埒大涌边道路铺设，进入污水处理厂。污水管径d600d1800mm，管长约5.9km，管道坡度：i=0.00080.001。在九洲路与东边涌交汇处，污水管道埋深超过7.0m，设污水中途提升泵站，泵站近期规模为3.0万m3/d，远期规模为8.0万m3/d。 第二条污水主干管：沿

13、永宁工业大道铺设，主要收集西区、永宁等地区的污水，服务范围约15.40km2。污水管起于民安北部，沿永宁工业大道铺设，再沿一埒大涌边道路铺设进入污水处理厂。污水管径d600d1200mm，管长约8.5km，管道坡度：i=0.00080.001。在联岗路与永宁工业大道交叉处，污水管道埋深超过7.0m，设污水中途提升泵站，泵站规模近期为1.0万m3/d ，远期为3.5万m3/d。 第三条污水主干管：沿横海大涌至绩西大道铺设，主要收集九洲基、新南区、绩东等地区的污水，服务范围约15.2km2。污水管起于海傍路，先沿横海大涌西边道路铺设，再转至绩西大道，最后至污水处理厂。污水管径d600d1200mm

14、，管长约6.0km，管道坡度：i=0.00080.001。在绩西大道与流板大涌交叉处，污水管道埋深超过7.0m，设污水中途提升泵站，泵站总规模为3.5万m3/d。小榄污水处理厂采用CASS工艺，循环式活性污泥法是SBR工艺的一种变形，该工艺将可变容积活性污泥法过程和生物选择器原理进行有机结合。污水厂第一期工程设计污水处理量为5万吨/日。该工程2004年立项，2005年11月底建成投产。一期工程主要由中途提升泵站厂外集水输水管道厂内进水泵房旋流沉砂池CASS生物池紫外线消毒渠鼓风机房配电中心脱水车间等污水处理构筑物以及供电供水通讯自控等系统构成。污水处理厂设计规模为：一期5万 m3/d，二期增加

15、5万 m3/d，一期低压计算负荷约900kVA，选一台1000kVA、10/0.4kV变压器。 根据污水处理厂生产工艺流程，整个计算机监控系统分为二层，第一层为现场自动化层，主要有PLC、检测仪表、电控设备等组成。第二层为中心控制管理层，主要有工控机、投影仪、输入/输出设备等组成。中心控制室与现场自动化层之间采用过程总线(工业以太网)进行数据通讯及信息交换。污泥处理工艺采用生污泥直接脱水,泥处置近期为外运填埋。 设计进水、出水水质指标如下： 单位：mg/l COD5BOD5SSTP粪大肠杆菌TNNH3N进水250150250430出水4020200.5104个/L208工艺流程图如下： CAS

16、S工艺原理CASS（Cyclic-Activated-Sludge-System）工艺是近年来国际公认的处理生活污水及工业废水的先进工艺。CASS生物处理法是周期循环活性污泥法的简称，最早产生于美国，90年代初引入中国，目前，由于该工艺的高效和经济性，应用势头迅猛，受到环保部门及拥护的广泛关注和一致好评。其基本结构是：在序批式活性污泥法（SBR）的基础上，反应池沿池长方向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置。整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统；同时可连续进水，间断排

17、水。该工艺最早在国外应用，为了更好地将其引进、消化，开发出适合我国国情的新型污水处理新工艺，总装备部工程设计研究总院环保中心于1994年在实验室进行了整套系统的模拟试验，分别探讨了CASS工艺处理常温生活污水、低温生活污水、制药和化工等工业废水的机理和特点以及水处理过程中脱氮除磷的效果，获得了宝贵的设计参数和对工艺运行的指导性经验。CASS池分预反应区和主反应区。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，这对进水水质、水量、PH和有毒有害物质起到较好的缓冲作用，同时对丝状菌的生长起到抑制作用，可有效防止污泥膨胀；随后在主反应区

18、经历一个较低负荷的基质降解过程。CASS工艺集反应、沉淀、排水、功能于一体，污染物的降解在时间上是一个推流过程，而微生物则处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中，从而达到对污染物去除作用，同时还具有较好的脱氮、除磷功能。CASS法是在间歇式活性污泥法（SBR法）的基础上演变而来的，其工作原理如下图所示： CASS工艺曝气池由三个反应区（选择区、次反应区和主反应区）组成。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装置。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。污水连续进入预反应区，经过隔墙底部进入主反应区，在保证供氧的条件下，使有机物被池中的微生物降解。根据进水水质可对

19、运行参数进行调整。 运行过程中，活性污泥从主反应区回流至选择区中，整个系统以推流方式运行，而各反应区则以完全混合的方式运行，实现同步碳化硝化及反硝化过程。CASS工艺运行操作每周期分为四个阶段：进水/曝气、进水/沉淀、排水和闲置。运行方式可以灵活调整，比如，进水同时可以曝气，也可以不曝气。且每一阶段的运行时间可以根据原水水质水量任意调整。一个周期结束后，下一周期重复上一周期运行。CASS法的特点 与SBR相比，CASS法的优点是：其反应池由预反应区和主反应区组成，因此，对难降解有机物的去除效果更好。 进水过程是连续的，因此，进水管道上无需电磁阀等控制元件，单个池子可独立运行；而SBR进水过程是

20、间歇的，应用中一般要2个或2个以上池子交替使用。 排水是由可升降的堰式滗水器完成的，随水面逐渐下降，均匀将处理后的清水排出，最大限度降低了排水时水流对底部沉淀污泥的扰动。 CASS法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3/4，所以，CASS法比SBR法的抗冲击能力更好。 与传统活性污泥法相比，CASS法的优点是：建设费用低： 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10-25%。以10万吨的城市污水处理厂为例，传统活性污泥法的总投资约1.5亿，CASS法总投资约1.1亿。 工艺流程短，占地面积少： 污水厂主要构筑物为集水池、沉砂池、CASS曝气池、污泥池

21、，而没有初次沉淀池、二次沉淀池，布局紧凑，占地面积可减少20-35%。以10万吨的城市污水厂为例，传统活性污泥法占地面积约为180亩，CASS法占地面积约120亩。 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，氧的浓度梯度大，传递效率高，节能效果显著，运转费用可节省10-25%。 有机物去除率高，出水水质好： 根据研究结果和工程应用情况，通过合理的设计和良好的管理，对城市污水，进水COD为400mg/L时，出水小于30mg/L以下。对可生物降解的工业废水，即使进水COD高达3000mg/L，出水仍能达到50mg/L左右。对一般的生

22、物处理工艺，很难达到这样好的水质。所以，对CASS工艺，二级处理的投资，可达到三级处理的水质。 管理简单，运行可靠： 污水处理厂设备种类和数量较少，控制系统比较简单，工艺本身决定了不发生污泥膨胀。所以，系统管理简单，运行可靠。 污泥产量低，污泥性质稳定。 具有脱氮除磷功能。 无异味。 CASS工艺特点设备安装简便，施工周期短，具有较好的耐水、防腐能力，设备使用寿命长； 对原水的水质水量的变化有较强的适应能力，处理效果稳定，出水水质好，可回用于污水处理厂内的如绿化、浇地、洗车等有关杂用用途； 处理工艺在国内外处于先进水平，设备自动化程度高，可用微机进行操作和控制； 整个工艺运转操作较为简单，维修

23、方便，处理厂内不产生污染环境的臭气和蚊萤； 投资较省，处理成本低，工艺有推广应用价值。 CASS工艺主要技术特征1 连续进水，间断排水传统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。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。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

24、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。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。 CASS操作周期一般可分为四个步骤：曝气阶段 进水/曝气阶段。边进水边曝气，同时活性污泥从主反应区回流至生物选择区，回流量为污水量的2030

25、%。液位由设计最低液位逐渐上升至设计最高液位，有效容积逐渐增加（变容积运行）。由曝气装置向反应池内充氧，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NH3-N通过微生物的硝化作用转化为NO3-N。沉淀阶段 沉淀阶段。此阶段停止曝气，其主要作用是澄清上清液和浓缩污泥。微生物利用水中剩余的DO进行氧化分解。随着溶解氧含量的降低，反应池逐渐由好氧状态向缺氧状态转化，开始进行反硝化反应。活性污泥逐渐沉到池底，上层水变清。 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

26、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/L5000mg/L，沉淀后污泥浓度可达15000mg/L左右。滗水阶段 排水（表面滗水）阶段。沉淀结束后，置于反应池末端的滗水器开始工作，自上而下逐渐排出上清液。排水设施采用移动式自动排水装置滗水器，它是整个CASS工艺中的最关键设备之一。滗水器在沉淀结束时，根据指令开始工作，沿设定的轨道以较高的速度降到水面，在与水面接触后，滗水装置的下降速度即转换到正常滗水下降速度，当滗水装置下降到最低水位，滗水结束即迅速返回到初始状态。滗水器的前部设有挡渣板，可以避免将水面可能存在的浮渣（混）随出水一起排出。滗水器设在池子末端，由电

27、动机驱动，由系统设定的程序计算，变频调节上升或下降速度。在此阶段，污泥回流仍然进行。此时反应池逐渐过渡到厌氧状态继续反硝化。闲置阶段 闲置阶段即是滗水器上升到原始位置阶段。闲置阶段设置的主要目的是在本周期结束转向下个周期前，为反应池提供时间以完成它的整个周期。在此期间，使微生物通过内源呼吸作用恢复其活性，为下个周期创造良好的初始条件。经过闲置期后的活性污泥处于一种营养物的饥饿状态，单位重量的活性污泥具有很大的吸附表面积，因此，一旦进入下个运行周期的进水期时，活性污泥便可充分发挥其较强的吸附能力，有效地除掉污染物。闲置阶段，污泥回流照常进行。CASS生化处理系统是一个多参量（如液位、水质、流量、

28、压力等）、多任务（如进水、曝气、沉淀、排水等）、多设备（如滗水器、鼓风机、调节阀等）的复杂系统，在整个生化处理系统中处于核心地位。CASS工艺成熟，在国内外有成功的操作经验，达到国家一级排放标准。六、污水处理厂一期工程各主要构筑物介绍1 粗格栅、进水泵房粗格栅工艺描述粗格栅可以去除污水中的较大漂浮物，保证水泵使用安全。粗格栅间设计为2条渠道，为地下式两边平行的直壁钢筋混凝土结构，每条渠道内安装1台粗格栅。粗格栅的安装角度为75。格栅可以定时或根据格栅前后的水位差自动运行。粗格栅间上部可以安装皮带输送器。皮带输送器能够收集、传送栅渣至渣桶中。两道粗格栅前后均设有电动闸门，以供格栅检修时能关闭粗格

29、栅的进出水。粗格栅间将同进水泵房一起按10万m3/d规模修建土建工程，设备按近期5万m3/d规模安装。由于进水泵房设计成两个水泵间，因此。粗格栅间的出水连接处上安装了一个闸门，以便水泵间换泵、检修时能够切换。通常有一条渠道在运行，一个备用。土建尺寸 平面尺寸： 11.2X5.2m 深度： 6.70m主要设备 粗格栅： 2台 皮带输送器： 1套 闸门： 5台 监控仪表格栅渠道安装液位差计，通过PLC自动控制机械格栅开/停。信号将传往中心控制室。 就地电气控制箱和就地按钮盒就地电气控制箱能控制粗格栅、皮带运输机的运行。进水泵房工艺描述进水泵房是为了提升污水以满足随后的水处理程序的要求。本工程拟选用

30、可提升式潜水离心泵，它具有效率高和能耗低等特点。潜水泵房土建结构简单紧凑，检修较方便。进水泵房设计为开放式水泵间，有两个独立进水的水泵间，两个水泵间通过进水的一个闸门连通，以便将来换泵、增加水泵或检修时不会对污水处理厂的运行造成大的影响。目前一个水泵间安置了1台大泵，预留安置1台大泵的位置；另一个水泵间安置了2台小泵，并预留了安置1台大泵的位置。进水泵房同粗格栅合建。污水经过粗格栅后被泵提升入进入细格栅间。每个泵都有连接装置，导杆和导链。电动单梁悬挂起重机沿固定的轨道可将水泵吊起、放入泵池中。旱季平均流量时，1台大泵工作，2台小泵备用，或者2台小泵工作，1台大泵备用；旱季高峰流量时，1台大泵和1台小泵工作；雨季最大设计流量时，3台水泵工作，没有备用。在夜间来水量较小时，也可使用1台小泵工作。土建尺寸 平面尺寸： 14.5X8.2m 深度： 9.85m主要设备 进水泵： 1台大泵和2台小泵 闸阀： 规格: DN700 数量: 1台 规格: DN500 数量: 2台 止回阀 规格: DN700 数量: 1台 规格: DN500 数量: 2台 起重机： 1台 电气控制