CASS工藝處理小區污水及中水回用方案

1　概述

        建筑小區是具有一種功能或多種功能的相對獨立的區域，其排水系統通常不在城市市政管網(wǎng)覆蓋范圍之內。根據當地的環(huán)保標準，必須設置獨立的污水處理設施，這就是我們所指的小區污水處理。

        小區污水系統的處理能力，各國并無(wú)統一的限定。前蘇聯(lián)曾建議單個(gè)構筑物的處理能力不宜超過(guò)1400m³/d，美國則把處理能力限定在3785m³/d的范圍內。根據我國情況，建議把污水量在4000m³/d以下的處理廠(chǎng)定義為小區污水處理廠(chǎng)。

        小區污水不同于城市污水(常包括部分工業(yè)廢水)，屬于生活污水范疇。其水質(zhì)水量特征可概括為：水質(zhì)水量變化較大，污染物濃度偏低，即比城市污水低，污水可生化性好，處理難度小。

        小區污水的處理工藝因污水排入的水體功能不同而異，常用處理方法有：化糞池、一級處理 (初次沉淀池)、生物二級處理及二級處理后再經(jīng)過(guò)濾消毒回用等。由于小區污水量較小，管理者水平不高，所以在工藝設計時(shí)盡可能選用無(wú)污泥或少污泥的處理工 藝，以防因污泥處理不善造成二次污染。本文在介紹小區污水處理設計原則及常用流程的基礎上，重點(diǎn)介紹了周期循環(huán)活性污泥(CASS)工藝處理小區污水及回 用的設計參數與應用情況。 

2　小區污水處理設計原則及常用流程

2.1　設計原則
 
        (1)一般來(lái)說(shuō)，不同小區對出水的要求差異較大，應根據我國《地面環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838 -88)和《污水綜合排放標準》(GB8978-96)的有關(guān)規定和當地環(huán)保部門(mén)的要求確定處理程度，以確保出水水質(zhì)。
 
        (2)污水處理設施的設計和建設必須結合小區的整體規劃和建筑特點(diǎn)，即外觀(guān)設計上要與小區建筑環(huán)境相協(xié)調，以求美觀(guān)。
 
        (3)在污水處理工藝上力求簡(jiǎn)單實(shí)用，以方便管理。
 
        (4)在高程布置上應盡量采用立體布局，充分利用地下空間。平面布置上要緊湊，以節省用地。
 
        (5)污水處理廠(chǎng)位置應盡可能位于小區下風(fēng)向，與其它建筑物有一定的距離，以減少對環(huán)境的影響。
 
        (6)設備化，定型化，模塊化，施工安裝方便，運行簡(jiǎn)易，設備性能穩定，適合分期建設。

        (7)處理程度高，污泥產(chǎn)量少，并盡可能采用節能處理技術(shù)。
 
        (8)處理構筑物對水力負荷和有機物負荷的適應范圍較大，使系統有較好的經(jīng)受沖擊負荷的能力。
 
        (9)小區內的人口是逐漸增加的，因此小區污水處理廠(chǎng)應留有發(fā)展余地。
　　
2.2　常用流程

        根據小區廢水處理的原則，應選擇處理效果穩定、產(chǎn)泥少、節能的處理方法。小區系統中的各類(lèi)建筑物一般均建有化糞池，所以化糞池應與污水處理方法相結合。常用的工藝流程有： 
    
        ①污水→格柵→調節池→提升泵→接觸氧化池→沉淀池 →出水。 
    
        ②污水→格柵→調節池→提升泵→�┢貧獬鬲�→�┏恋沓鬲�污泥回流　→出水。 
    
        ③污水→格柵→調節池→提升泵→SBR池或CASS池→出水。 
    
        ④污水→格柵→調節池→提升泵→混凝沉淀(加藥)→過(guò)濾→出水(物化方法)。 
    
        ⑤污水→格柵→調節池→提升泵→接觸氧化池→混凝過(guò)濾(加藥)→出水。

        國內小區污水處理設計中組合式處理廠(chǎng)曾風(fēng)靡一時(shí)，組合式處理指裝配好的或易于組裝的定型設備，其主要優(yōu)點(diǎn)是施工快，不占綠地。但實(shí)際應用表明，存在不少問(wèn) 題。如設備的維修管理困難，對運行情況考核不便，單機處理水量有限，使用壽命等均有待時(shí)間驗證。根據工程設計及實(shí)際運行經(jīng)驗，建議日處理能力1000m³以上的污水處理廠(chǎng)宜采用地上式。在水量不大，場(chǎng)地十分緊張時(shí)可考慮用埋地設備。 

3　CASS工藝處理小區污水
　　
3.1　工作原理
　　 
        CASS(Cyclic Activated Sludge System)是在SBR的基礎上發(fā)展起來(lái)的，即在SBR池內進(jìn)水端增加了一個(gè)生物選擇器，實(shí)現了連續進(jìn)水(沉淀期、排水期仍連續進(jìn)水)，間歇排水。設置 生物選擇器的主要目的是使系統選擇出絮凝性細菌，其容積約占整個(gè)池子的10%。生物選擇器的工藝過(guò)程遵循活性污泥的基質(zhì)積累--再生理論，使活性污泥在選 擇器中經(jīng)歷一個(gè)高負荷的吸附階段(基質(zhì)積累)，隨后在主反應區經(jīng)歷一個(gè)較低負荷的基質(zhì)降解階段，以完成整個(gè)基質(zhì)降解的全過(guò)程和污泥再生。

        據有關(guān)資料介紹，污泥膨脹的直接原因是絲狀菌的過(guò)量繁殖。由于絲狀菌比菌膠團的比表面積大，因此有利于攝取低濃度底物。但一般絲狀菌的比增殖速率比非絲狀 菌小，在高底物濃度下菌膠團和絲狀菌都以較大速率降解底物與增殖，但由于膠團細菌比增殖速率較大，其增殖量也較大，從而較絲狀菌占優(yōu)勢，這樣利用基質(zhì)作為 推動(dòng)力選擇性地培養膠團細菌，使其成為曝氣池中的優(yōu)勢菌。所以，在CASS池進(jìn)水端增加一個(gè)設計合理的生物選擇器，可以有效地抑制絲狀菌的生長(cháng)和繁殖，克 服污泥膨脹，提高系統的運行穩定性。
 
        CASS工藝對污染物質(zhì)降解是一個(gè)時(shí)間上的推流過(guò)程，集反應、沉淀、排水于一體，是一個(gè)好氧-缺氧-厭氧交替運行的過(guò)程，因此具有一定脫氮除磷效果。

3.2　與傳統活性污泥法的比較
　　
        與傳統活性污泥工藝相比，CASS工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：
 
        (1)建設費用低。省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設備，建設費用可節省20%～30%。工藝流程簡(jiǎn)潔，污水廠(chǎng)主要構筑物為集水池、沉砂池、CASS曝氣池、污泥池，布局緊湊，占地面積可減少35%。
 
        (2)運轉費用省。由于曝氣是周期性的，池內溶解氧的濃度也是變化的，沉淀階段和排水階段溶解氧降低，重新開(kāi)始曝氣時(shí)，氧濃度梯度大，傳遞效率高，節能效果顯著(zhù)，運轉費用可節省10%～25%。
 
        (3)有機物去除率高，出水水質(zhì)好。不僅能有效去除污水中有機碳源污染物，而且具有良好的脫氮、除磷功能。
 
        (4)管理簡(jiǎn)單，運行可靠，不易發(fā)生污泥膨脹。污水處理廠(chǎng)設備種類(lèi)和數量較少，控制系統簡(jiǎn)單，運行安全可靠。
 
        (5)污泥產(chǎn)量低，性質(zhì)穩定。

3.3　曝氣方式的選擇

        由于小區大都是居民居住區，對環(huán)境的要求比較高，因此污水廠(chǎng)建設時(shí)應充分考慮噪音擾民問(wèn)題和污水廠(chǎng)操作人員的工作環(huán)境，采用水下曝氣機代替傳統的鼓風(fēng)機曝 氣可有效解決噪音污染。另外，由于CASS工藝獨特的運行方式，采用水下曝氣機可省去復雜的管路及閥門(mén)，安裝、維修方便，使用靈活，可根據進(jìn)出水情況開(kāi)不 同的臺數，在保證效果的條件下，達到經(jīng)濟運行的目的。
　　
3.4　撇水方式的選擇

        撇水機是CASS工藝的關(guān)鍵組成部分，其性能是否穩定可靠直接影響到CASS工藝的正常運行。目前，國內外對撇水機仍在進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)，按照目前所用的原 理，撇水機可分為三種類(lèi)型，即浮球式、旋轉式和虹吸式。撇水機研制的關(guān)鍵是解決潷水過(guò)程中，堰口、導水軟管和升降控制裝置與水流之間形成的動(dòng)態(tài)平衡，使之 可隨排水量的不同調整浮動(dòng)水堰浸沒(méi)的深度，并隨水位均勻地升降，將排水對底層污泥的干擾降低到最低限度，保證出水水質(zhì)穩定。

        我院自主研制開(kāi)發(fā)的撇水機屬絲杠旋轉式，自動(dòng)撇水裝置主要組成部分是：潷水器、可擾動(dòng)的軟管、水位控制器、可伸縮推動(dòng)桿和驅動(dòng)電機等。其中潷水器又叫自動(dòng) 浮動(dòng)式水堰，上部為堰口和防止浮渣進(jìn)入出水的浮筒，下部出水管兼起支撐作用，部分浸沒(méi)在水中，通過(guò)可伸縮推動(dòng)桿使方形堰口達到連續均勻地排出反應池中的上 清液。具有升降平穩、排水均勻、自動(dòng)控制、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。

3.5　主要設計參數
　　 
        CASS設計參數：污泥負荷0.1～0.2 kg BOD₅/(kgMLSS•d)，污泥齡15～30 d。

        水力停留時(shí)間12 h，工作周期4 h，其中曝氣2.5 h，沉淀0.75 h，排水0.5～0.75 h。 

4　CASS工藝的出水回用
　　
        眾所周知，水資源緊缺已經(jīng)成為世界性問(wèn)題。我國也同樣面臨水資源短缺的現實(shí)。我國目前人均年占有水資源2700m³，僅相當于世界平均水平的1/4。我國的城市缺水現象更為嚴重，在300多個(gè)大中城市中有180個(gè)城市缺水，其中50多個(gè)城市嚴重缺水。以北京為例，全市水資源人均占有量?jì)H為全國人均占有量1/6，而其年用水量已達42億m³，每年大約缺水7～10億m³。由于水資源的短缺，近年來(lái)城市供水水價(jià)持續上漲，小區污水經(jīng)過(guò)適當處理后，用于小區綠化、廁所便器沖洗、洗車(chē)和清潔等有很好的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。

        采用CASS工藝處理小區污水，出水水質(zhì)穩定，優(yōu)于一般傳統生物處理工藝，其出水接近《生活雜用水水質(zhì)標準》(CJ25.1-89)，主要項目見(jiàn)表1。通過(guò)過(guò)濾和消毒處理后，就可以作為中水回用。

        表1　生活雜用水水質(zhì)標準 

        過(guò)濾采用膜分離技術(shù)，膜分離技術(shù)是物質(zhì)分離技術(shù)中的一個(gè)單元操作。膜法分離的最大特點(diǎn)是動(dòng)力為壓力，不伴隨大量熱量變化。因而有節能、可連續操作、便于自 動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。為開(kāi)拓CASS工藝的出水回用領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)了一種新型過(guò)濾膜(盤(pán)片式過(guò)濾膜)，該膜具有通量大、壽命長(cháng)、耐污染強度大、易于反沖洗等優(yōu)點(diǎn)。工程 應用表明具有良好的應用前景。

        由于小區污水中含有致病細菌，消毒后回用可確保使用安全，在膜過(guò)濾前進(jìn)行消毒還有利于對膜的保護。消毒采用次氯酸鈉消毒劑即可達消毒要求。

        污水處理量在1000m³/d以上時(shí)，其污泥處理一般采用濃縮后脫水處理的方法，小規模時(shí)由于所產(chǎn)污泥量少，一般濃縮后定期用大糞車(chē)外運填埋或作農肥。

        在多個(gè)工程應用基礎上，近期推出的CASS+膜過(guò)濾工藝已經(jīng)應用于裝備指揮技術(shù)學(xué)院污水處理及回用(2000m³/d)、總參某部污水處理及回用(3000m³/d)和中華人民共和國濟南海關(guān)污水處理及回用(100m³/d)等工程。在濟南海關(guān)的污水工程設計中，充分利用所提供的地形，既保護了原有的綠化統一規劃，又可以利用處理后的水進(jìn)行綠化和沖洗車(chē)輛，節約了大量的自來(lái)水，使用戶(hù)受益匪淺。 

5　結論
　　
        在水資源日益緊缺的今天，將處理后的水回用于綠化、沖洗車(chē)輛和沖洗廁所，其應用前景廣泛。周期循環(huán)活性污泥工藝具有出水水質(zhì)穩定、處理效果好、操作管理運 行簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，實(shí)際運行中可以實(shí)現中央集中控制和現場(chǎng)手動(dòng)自動(dòng)控制，經(jīng)過(guò)多個(gè)工程實(shí)際應用，該工藝的配套設備潷水器和水下射流曝氣機已經(jīng)成熟，其出水經(jīng)過(guò) 濾和消毒處理后可以達到中水回用的標準，根據實(shí)際需求，可以設計成地埋式或半地埋式，因此具有節省占地的優(yōu)勢。中水回用勢在必行，周期循環(huán)活性污泥+膜過(guò) 濾工藝為小區污水處理及回用提供了新的工藝和配套設備。