北京航天城污水處理廠(chǎng)CASS法工藝調試及運行

概述

        北京航天城污水處理廠(chǎng)是跨世紀國家重點(diǎn)工程的配套設施。該污水處理廠(chǎng)分兩期建設，一期工程于1996年12月破土動(dòng)工，至1998年4月建成并投入設備調試及試運行，7月29日經(jīng)北京市環(huán)保局驗收后轉入正常運轉。近期排放污水量7 200m³/d，遠期14 400m³/d。廢水主要包括生活污水、工業(yè)廢水和醫院污水，各自所占比例為81.5%、18.0%、0.5%，其污水主要是生活污水，主要污染物包括：有機物、懸浮物和油類(lèi)等。設計進(jìn)出水水質(zhì)及排放標準(北京市綜合廢水排放二級標準)見(jiàn)表1。

表1　設計進(jìn)出水水質(zhì)及排放標準

1　工藝概況 

1.1　工藝簡(jiǎn)介

        在大量文獻調研基礎上，通過(guò)方案篩選，我們選用周期循環(huán)活性污泥法(Cyclic Activated Sludge System，簡(jiǎn)稱(chēng)CASS)。該工藝最早是美國川森維柔廢水處理公司1975年研究成功并推廣應用的廢水處理技術(shù)專(zhuān)利。為將該工藝引進(jìn)、消化，探討適合 我國國情的新型污水處理工藝，總裝備部工程設計研究總院環(huán)保中心于1994年在實(shí)驗室進(jìn)行了模擬試驗研究，并成功地應用于北京航天城污水處理廠(chǎng)。

1.2　工藝流程

        污水處理廠(chǎng)高程布置如圖1所示。污水中含有較大顆粒的懸浮物和漂浮物，經(jīng)過(guò)格柵截留，除去上述污染物，防止后續處理構筑物管道、閥門(mén)和水泵機組堵塞。污水 經(jīng)集水池用潛污泵抽至沉砂池，在沉砂池中可除去比重較大的無(wú)機顆粒，污水經(jīng)沉砂池后由配水管自流進(jìn)入CASS池進(jìn)行生物處理，出水達標后，部分用作農田灌 溉或池塘補充水，剩余部分排放。

        CASS池是污水處理廠(chǎng)的核心，它在SBR的基礎上前部設置了生物選擇區，后部安裝了可升降的自動(dòng)潷水器，曝氣、沉淀、排水均在同一池子內周期性循環(huán)進(jìn) 行。生物選擇區和主反應區之間由隔墻隔開(kāi)，污水由生物選擇區通過(guò)隔墻下部進(jìn)入主反應區，托動(dòng)水層緩慢上升。整個(gè)CASS池平面24m×24m，主反應區和 預反應區長(cháng)度分別為19.25m和3.75m，寬度方向分4格，每格可獨立運行，池深5m，有效水深4.5m(污泥區高1.3m，緩沖區高1.7m)，活 性污泥界面以上最小水深為1.34m，每周期排水比約為1/3，CASS反應池構造簡(jiǎn)圖示于圖2。

2　工程調試和試運行

        污水處理廠(chǎng)調試及試運行是污水處理工程建設的重要階段，是檢驗污水處理廠(chǎng)前期設計、施工、安裝等工程質(zhì)量的重要環(huán)節。設備安裝完工后，按單體調試、局部聯(lián) 合調試和系統聯(lián)合試運轉三個(gè)步驟進(jìn)行。污泥的培養馴化采用接種培養法，具體是在CASS池中加入其它污水處理廠(chǎng)濃縮脫水后的污泥，悶曝24h，此后每天排 出部分上清液并加入新的污水，逐步加大負荷，此階段不排泥。培養期間應通過(guò)鏡檢密切觀(guān)察CASS池中微生物相的變化；同時(shí)進(jìn)行進(jìn)、出水水質(zhì)及反映活性污泥 性能指標的測定，包括：SV、MLSS、SVI、COD、BOD5等。隨著(zhù)微生物培養時(shí)間的增加，檢測到污泥中有大量活躍的原生動(dòng)物和少量的后生動(dòng)物，此 時(shí)SVI＝80mL/g～100mL/g，SV＝18%～20%，MLSS＝1 200mg/L～1 800mg/L，表明活性污泥培養基本成功。此階段完成后即可進(jìn)入污水廠(chǎng)全面試運行階段。

        污水廠(chǎng)試運行是指在滿(mǎn)負荷進(jìn)水條件下，優(yōu)化、摸索運行參數，取得最佳的去除效果，同時(shí)對工程整體質(zhì)量進(jìn)一步全面考核，為今后長(cháng)期穩定運行奠定基礎。此階段 大致包括以下幾方面工作：潷水器控制參數的確定，CASS池運行周期及曝氣、沉淀、排水、閑置時(shí)間的分配，自控系統的校正、污泥脫水過(guò)程中混凝劑的投加量 等。

2.1　潷水器控制參數的確定

        CASS工藝的特點(diǎn)是程序工作制，可依據進(jìn)、出水水質(zhì)變化來(lái)調整工作程序，保證出水效果。潷水器是CASS工藝中的關(guān)鍵設備，工程采用的潷水器是我院環(huán)保 中心和四達水處理公司在模擬試驗基礎上開(kāi)發(fā)成功的新型潷水設備。該潷水器采用絲杠套筒式，通過(guò)電機的運動(dòng)，帶動(dòng)絲杠上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)連接于絲杠末端的浮 動(dòng)式潷水堰，完成潷水過(guò)程。

        每次潷水階段開(kāi)始時(shí)，潷水器以事先設定的速度首先由原始位置降到水面，然后隨水面緩慢下降，下降過(guò)程為：下降10s，靜止潷水30s，再下降10s，靜止 潷水30s…，如此循環(huán)運行直至設計排水最低水位，通過(guò)潷水器的堰式裝置迅速、穩定、均勻地將處理后的上清液排至排水井，潷水器下降速度與水位變化相當， 排出的始終是最上層的上清液，不會(huì )擾動(dòng)已沉淀的污泥層。潷水器上升過(guò)程是由低水位連續升至最高位置，即原始位置，上升時(shí)間通過(guò)調試摸索確定。潷水器在運行 過(guò)程中設有限位開(kāi)關(guān)，保證潷水器在安全行程內工作。調試工作主要是根據進(jìn)出水水質(zhì)及水量來(lái)探索潷水器的排水時(shí)間、潷水器最佳下降速度及排水結束后潷水器的 上升時(shí)間。

2.2　CASS池運行周期的確定

        根據實(shí)驗室小試結果，原設計的CASS池運行周期是4h，其中曝氣2h，沉淀1h，排水1h。調試過(guò)程中發(fā)現原水濃度比設計原水濃度低，有必要根據實(shí)際廢 水水質(zhì)情況來(lái)確定運行周期，根據進(jìn)出水水質(zhì)指標適當調整周期中各階段時(shí)間的分配，如適當減少曝氣時(shí)間、延長(cháng)沉淀時(shí)間等，這樣在保證出水水質(zhì)的情況下節省了 能耗。污水廠(chǎng)實(shí)際運行周期仍是4h，其中曝氣1.5h，沉淀1h，排水1h，閑置0.5h。

2.3　自控系統的校準

        CASS工藝之所以在國外得到普遍應用，得益于自動(dòng)化技術(shù)的應用。北京航天城污水處理廠(chǎng)根據工藝流程與廠(chǎng)區設備分布狀況，自動(dòng)控制采用集散式控制系統，由 我院環(huán)保中心與北京研華公司合作研制。整套控制系統采用現場(chǎng)可編程控制(PLC)與微機集中監控，在污水提升泵房、4座CASS池及污泥脫水機房各設置1 臺現場(chǎng)控制機(可手動(dòng)控制)；在中心監控室設有1臺工控機和模擬顯示屏�，F場(chǎng)控制機獨立完成相應的參數設置、數據顯示、自動(dòng)控制、數據通信等全功能，中央 控制計算機通過(guò)工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)向各現場(chǎng)控制機傳輸和采集數據，并可根據進(jìn)、出水水質(zhì)變化適當調整工作程序，發(fā)現問(wèn)題及時(shí)解決。模擬顯示屏顯示工藝全過(guò)程的數 據與狀態(tài)。

2.4　運行結果

        從每天監測的水質(zhì)情況看，CASS工藝經(jīng)過(guò)上述各階段的調試和試運行，取得了良好效果。進(jìn)水水質(zhì)：CODCr＝70mg/L～80mg /L，BOD5＝30mg/L～35mg/L，pH＝6.8～7.5；出水經(jīng)常保持在CODCr＝20mg/L以下，BOD5=7mg/L左 右，SVI＝80mL/g～100mL/g，SV=18%～20%，pH＝6.8～7.5，優(yōu)于國家排放標準。

        CASS工藝產(chǎn)生的污泥量較少，污泥性質(zhì)穩定，具有良好的沉降、絮凝、脫水性能。調試至今半年過(guò)去了，未發(fā)生污泥膨脹現象，這樣更從實(shí)踐上驗證了CASS工藝的優(yōu)越性。

3　CASS工藝的特點(diǎn)

        從北京航天城污水處理廠(chǎng)的運行實(shí)踐來(lái)看，CASS工藝與其它污水處理工藝相比確實(shí)是一種先進(jìn)實(shí)用的工藝。具體體現在以下幾個(gè)方面：

        (1)此工藝建設費用低，與常規活性污泥法相比，省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設備，工藝流程簡(jiǎn)潔，建設費用可節省10%～25%，占地面積可減少20%～35%。

        (2)運轉費用省。由于曝氣是周期性的，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%。此外，本工程采用水下曝氣機代替傳統鼓風(fēng)機曝氣，消除了噪音污染。

        (3)有機物去除率高，出水水質(zhì)好。

        (4)管理簡(jiǎn)單，運行可靠，能有效防止污泥膨脹。與傳統的SBR工藝相比，CASS最大的特點(diǎn)在于增加了一個(gè)生物選擇區，且連續進(jìn)水(沉淀期、排水期仍連 續進(jìn)水)，沒(méi)有明顯標志的反應階段和閑置階段。設置生物選擇區的主要目的是使系統選擇出良好的絮凝性生物。

        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。而一般絲狀菌的比增殖速率比其它 細菌小，在高底物濃度下菌膠團和絲狀菌都以較大速率降解底物和增殖，但由于菌膠團細菌比增殖速率較大，其增殖量也很大，從而占優(yōu)勢。所以CASS池首端設 計合理的生物選擇區可以有效地抑制絲狀菌的生長(cháng)和繁殖，克服污泥膨脹。

        (5)控制系統設計緊密結合CASS工藝特點(diǎn)，管理簡(jiǎn)單，運行可靠。CASS工藝要求周期性地對相關(guān)設備進(jìn)行控制，在系統設計與軟件編程上我們采取了以下 做法：①潷水器的潷水量采用了準PWM法，即在排水進(jìn)程潷水器間歇下降，由于下降時(shí)間與間歇時(shí)間均可方便設定，實(shí)現了非調速潷水機潷水量的控制；②監控室 內可方便地設定曝氣量；③采取了超低水位進(jìn)程暫停、超高水位聲光報警等較完備的保護措施。④污水提升泵采用自動(dòng)循環(huán)備用的自控模式，使每臺泵的運行幾率盡 可能相同；避免了自動(dòng)備用方式造成的主泵過(guò)度運轉。日處理量7 200m³/d的北京航天城污水處理廠(chǎng)，需操作管理工5～8人，而我國相同規模采用傳統污水處理工藝則需操作管理工30人以上。

        (6)污泥產(chǎn)量低，性質(zhì)穩定。