（环境科学专业论文）cass工艺在通辽经济技术开发区污水处理中的应用研究.pdf

c a s s 工艺在通辽经济技术开发区污水处理中的应用研究 a b s t r a c t ：c y c l i ca c t i v a t e ds l u d g es y s t e mw a sak i n do fi m p r o v e m e n to ns b r 。i t h a dt h e m e r i t so f s i m p l ep r o c e s s ，s m a l la r e a ，e a s yc o n t r o l ，l o wo p e r a t i n gc o s t s ，f e x i b l eo p e r a t i o n ， e a s yt oa d a p tt h ew a t e rq u a n t i t a t i v ea n dw a t e rq u a l i t y ，h i g hr e m o v a lr e s u l t so fn i t r o g e na n d p h o s p h o r u se t c 。n o w a d a y s ，t h ec a s sp r o c e s sh a da p p l i e de x t e n s i v e l yi nv a r i o u si n d u s t r i a l w a s t e w a t e ra n dc i t ys e w a g ei nc h i n a ，i th a db r o a dm a r k e tp r o s p e c t s 。 t h em u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tw a sd e s i g n e da n dc o n s t r u c t e dw i t hp u m p s t a t i o n ，s c r e e nu n i t ，a e r a t i o ng n tc h a m b e r ，c a s st a n k s ，b l o w e rh o u s e ，s l u d g et h i c k e n e ra n d s l u d g ed r y e ru n i ti ne c o n o m i ca n dt e c h n o l o g i c a ld e v e l o p m e n tz o n eo ft o n g l i a oc i t y ，w h e r e 3 11h e c t a r e sl a n dw a sa v a i l a b l e 。t h ec y c l i ca c t i v a t e ds l u d g es y s t e mw a su t i l i z e dt ot r e a t 5 0 ，0 0 0m 3w a s t e w a t e rp e rd a y 。 t h ec u l t i v a t i o no fa c t i v a t e ds l u d g eb e g a ni na p r i l2 0 0 8 ，a n dc o n s i d e r e da st r i a l o p e r a t i o n ， w h i c hl a s t e da b o u tt e nm o n t h s 。d u r i n gt h i sp e r i o d ，s e v e r a lk i n d so f p h y s i c a la n dc h e m i c a l p o l l u t a n t si n c l u d i n gp h ，b o d s ，c o d e r ，s s 、t n ，n h 3 na n dt n ja n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f m i c r o o r g a n i s m sw e r ed e t e c t e dt od e t e r m i n et h es y s t e m st r e a t m e n te f f i c i e n c ya n dr e g u l a t et h e o p e r a t i o n sp a r a m e t e r s 。i na d d i t i o n ，c a u s e sa n dc o u n t e r m e a s u r e so fs l u d g eb u l k i n ga n d f l o a t i n go c c u r r e di na c t i v a t e ds l u d g ec u l t u r ew e r ed i s c u s s e di nt h ep a p e r 。 a c c o r d i n gt ot h ed e s i g np a r a m e t e r sa n di n f l u e n tw a t e rq u a l i t y ，a f t e rt e nm o n t h so f d e b u g g i n gr u n n i n ge x p e r i m e n t s ，t h es t u d ys e l e c t e dar e a s o n a b l eo p e r a t i n gp a r a m e t e r s ： e n t e r i n gt h ew a t e ra n da e r a t i o n3h o u r s ，p r e c i p i t a t i o n1 5h o u r s ，d e c a n t e r6 0m i n u t e s ，i d l e3 0 m i n u t e s ；m l s sc o n t r o l l e di nt h e2 5 0 0t o3 5 0 0m g l ；a tt h ee n do ft h ea e r a t i o nc o n t r o lo f d i s s o l v e do x y g e ni nt h ea e r a t i o nt a n k2t o3m g l ；c o n t r o l l e ds l u d g ea g ei n15t o2 0d a y s 。i n t h i sc y c l eo fo p e r a t i o nb o d 5 ，c o d e r ，s s ，n h 3 na n do t h e ri n d i c a t o r so fw a t e ra c h i e v e di n s t a n d a r do f ( ( d i s c h a r g es t a n d a r do fp o l l u t a n t sf o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ) ) ( g b18 918 - 2 0 0 2 ) 。t h er e s u l t sc o m p l i e dw i t hd e s i g nr e q u i r e m e n t s 。 k e yw o r d s ：c a s sc r a f t ；d e b u g g i n ga n dr u n n i n g ；o p e r a t i o np a r a m e t e r ；a c t i v a t e ds l u d g e ； w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n to fe c o n o m i ca n dt e c h n o l o g i c a ld e v e l o p m e n tz o n ei nt o n g l i a o c i t y ； 4 学位论文独创性声明 本人承诺：所呈交的学位论文是本人在导师指导下所取得的研究成果。论文 中除特别加以标注和致谢的地方外，不包含他人和其他机构已经撰写或发表过的 研究成果，其他同志的研究成果对本人的启示和所提供的帮助，均已在论文中做 了明确的声明并表示谢意。 学位论文作者签名： 学位论文版权的使用授权书 本学位论文作者完全了解辽宁师范大学有关保留、使用学位论文的规定，及 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交复印件或磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本文授权辽宁师范大学，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 并进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后使用本授权书。 学位论文作者签名：指导教师签名： 签名日期： c a s s 工艺在通辽经济技术开发区污水处理中的应用研究 1引言 1 1 我国水赘源状况 我国水资源匮乏，人均水资源量( 2 3 4 0 m 3 a ) 仅为世界平均水平的2 5 。近些年来， 随着经济的持续发展和人口的不断增长，我国对水资源的需求将持续增长，据水利部门 预测，到2 0 5 0 年，全国总需水量将达( 7 0 0 0 - - - 8 0 0 0 ) x 1 0 8 m 3 ，已接近可合理利用水量 的极限。 对水资源需求的持续增长导致了我国水资源缺乏地区的范围不断扩大，缺水程度日 益严重。我国部分沿海城市、华北、西北地区大部分城市水资源短缺，其中部分城市严 重短缺。我国6 1 7 个城市中，有3 0 0 个缺水，5 0 多个城市严重缺水，有1 8 0 个城市平均 日缺水1 2 0 0 x 1 0 4 m 3 。水资源的短缺制约了我国经济的可持续发展，因为缺水，我国国民 生产总值每年减少1 2 0 0 亿元【。 目前，我国水资源分布的特点是地区分布不均匀，水资源的分布与人口、耕地的分 布不相适应。我国水资源总量的8 1 集中分布于长江及其以南地区，而南方的人口仅占 全国的3 5 ，耕地面积仅占全国2 5 。就人均占有淡水资源而言，北方人均水资源拥有量 为1 1 2 7 立方米，仅为南方人均的1 3 。这种分布情况导致的水资源短缺的现状在一个相 当长的时间内难以解决。尽管南方地区水资源比较丰富，但水体污染加剧了一些地区的 缺水程度。如长江三角洲和珠江三角洲，由于水体受到污染，成为污染型( 水质型) 缺水 区。因此水资源的短缺和水污染的加剧己成为我国社会和经济发展的主要制约因素。 1 2 我国水资源污染状况 近些年来，我国污水年排放量、工业废水排放量、生活污水排放量不断增加( 图1 1 ) 。 另外，据2 0 0 6 年中国环境统计年报，全国废水排放总量为5 3 6 8 亿吨，比上年增加2 3 。 其中工业废水排放量为2 4 0 2 亿吨，比上年减少1 2 ：城镇生活污水排放量2 9 6 6 亿吨， 比上年增加5 4 【2 | 。 6 0 0 5 0 0 粤4 0 0 姻 餐3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 + 工业废水排放量一生活废水排放量+ 废水排放总量 2 0 0 02 0 012 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 6 年 图1 1 全国废水排放量年际对比 7 c a s s 工艺在通辽经济技术开发区污水处理中的应用研究 从统计情况看，2 0 0 6 年，全国地表水总体水质虽然有所好转，但仍然属于中度污染。 在国家环境监测网实际监测的7 4 5 个地表水监测断面中，其水源符合“地面水环境质量 指标i - - h i 类标准的仅占4 0 t 3 1 。对全国3 7 个主要湖泊监测的结果表明，每天流入 湖泊的污水量为6 0 0 x 1 0 4 m 3 ，约占全国废水的6 t 4 1 。 据2 0 0 6 中国环境状况公报统计，我国主要河流珠江、长江水质良好，松花江、黄 河、淮河为中度污染，辽河、海河为重度污染。国控网七大水系的1 9 7 条河流4 0 8 个监 测断面中，4 6 的断面满足i i i i 类水质要求，2 8 的断面属、v 类水质，2 6 的断 面属于劣v 类水质。河流污染情况严峻，其发展趋势也令人担忧。从全国情况看，污染 f 从支流向干流延伸，从城市向农村蔓延，从地表向地下渗透，从区域向流域扩展。 2 0 0 6 年，我国2 7 个国控重点湖泊( 水库) 中，满足i i 类水质的2 个( 占7 ) ，i i i 类水质的6 个( 占2 2 ) ，i v 类水质的1 个( 占4 ) ，v 类水质的5 个( 占1 9 ) ，劣v 类水质的1 3 个( 占4 8 ) 。其中，巢湖水质为v 类，太湖和滇池为劣v 类。水库水质好 于湖泊，富营养化程度较轻。在上述2 7 个重点湖泊( 水库) 中，己达富营养化程度的 湖泊有1 7 个，占6 3 。与往年比，水质恶化的重点湖泊( 水库) 比例提高了5 。 2 0 0 6 年，全国近岸大部分海域水质良好，局部海域污染依然重。全国近岸海域一、 二类海水比例为6 7 7 ；三类海水为8 o ；四类、劣四类海水2 4 3 。在四大海区中， 南海、黄海近岸海域水质良好，渤海近岸海域水为轻度污染，东海近岸海域水质为中度 污染，其污染物主要是无机氮、磷酸盐、高锰酸钾盐和石油类产品。在污染较严重的近 岸海域，主要以富营养化污染为主。 2 0 0 6 年对1 6 3 个城市地下水水质的监测结果显示，主要监测点的地下水水质以良 好较差为主。深层地下水水质优于浅层地下水，开采程度低的地区地下水水质优于开 采程度高的地区。统计结果表明：我国城市的地下水资源，均受到污染，局部地区( 主 要是城市周围、排污河两侧及污水灌区) 和部分城市的地下水污染比较严重，污染呈上 升趋势。 1 3 我国污水处理发展现状 我国的环境保护、环境建设是在经济还欠发达，人均g d p 不到8 0 0 美元的情况下 开始的，而国外一般是在人均g d p 3 0 0 0 美元的情况下开始进行环境治理 5 1 。在这种情况 下，我国的环境治理面临着许多困难，诸如水务市场秩序混乱、人力资源匮乏、缺少行 业和技术发展的指导1 6 j 等。 实际上，资金、技术等因素影响了我国的水处理行业发展。建设资会有限，投资渠 道单一，缺乏市场化的运营管理，建成后运行费用较高等因素均制约了我国污水处理厂 的建设进度。事实上，到2 0 0 3 年底，全国尚有6 1 5 的城市没有污水处理厂，绝大多 数小城镇尚未建任何污水处理设施【7 】。而目前全国己运行的污水处理厂中，满负荷运行 的不到1 3 。这样，大量的城市污水未经处理就直接排放，由此造成的水质性缺水进一 8 c a s s 工艺在通辽经济技术开发区污水处理中的应用研究 步加剧了水资源的紧缺局势。 近二十年来，随着城市环境综合治理的深化以及各流域水污染治理力度的加大，我 国城市污水处理厂的建设正以前所未有的速度发展。尤其是在十届人大四次会议批准的 国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要中，节能减排被摆在了十分突出的战略 位置上，十一五规划纲要中提出：将单位国内生产总值能源消耗降低2 0 左右，主要污 染物排放总量减少1 0 ，这将对我国城镇污水处理厂的发展起到更大的推动作用。目前 城市排水管道平均每年增长1 0 8 7 4 k m ，城市污水处理厂平均每年兴建1 7 座【8 1 。据统计， 截止至u 2 0 0 6 年，全国城市污水处理厂有8 1 4 座，污水处理能力达到了7 0 0 0 多万m 3 ，这里 面包括了县、镇、乡的污水处理厂。单纯的市级的污水处理总能力为6 3 1 0 万m 3 ，城市污 水处理率达到的5 7 。+ 从技术角度来说，我国的污水处理沿袭了欧美国家的污水处理路线和处理技术。一 般城市污水的主要污染物是易降解有机物，故绝大多数城市污水厂都采用好氧生物处理 法【9 】。对于城市污水的二级处理工艺来说，可以选用活性污泥法、生物膜法等，其中活 性污泥法具有处理效果好、出水水质稳定、运转经验丰富等优点。国外现有污水处理厂 8 0 以上采用的是活性污泥法【lo 】，其余采用一级处理、强化一级处理、稳定塘法及土地 处理法等【1 1 1 。 随着我国环保事业的发展，一些先进高效的污水处理专用设备也被引入了我国污水 处理行业市场，如格栅机、潜水泵、除砂装置、曝气器、鼓风机、污泥泵、脱水机等设 备装置【1 2 】。这些均促进了我国的污水处理事业的发展。 1 4 研究的意义 随着我国经济的迅速发展，各地区污水排放量不断增加，需要建设很多中小型污水 处理设施才能满足需要。日益严重的富营养化问题也迫使各污水处理厂在去除有机物的 基础上强化对废水的脱氮除磷处理。同时，进入污水中的有毒化学物质及难降解有机化 合物的种类和浓度不断增加。 2 0 0 6 年，国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定发布。同年召开了第 六次全国环境保护大会，在会上，温家宝总理强调，做好新形势下的环保工作，关键是 要加快实现三个转变：一是从重经济增长轻环境保护转变为保护环境与经济增长并重； 二是从环境保护滞后于经济发展转变为环境保护和经济发展同步；三是从主要用行政办 法保护环境转变为综合运用法律、经济、技术和必要的行政办法解决环境问题。这三个 转变标志着中国环境保护工作进入了以保护环境优化经济增长的新阶段。这些方针政策 的出台反映出我国政府对环境保护极为重视。 但是随着我国各种废水排放标准的细化，各种废水排放标准也日益严格，各企业为 了自身利益和发展，对污染物的去除问题也同益重视起来。但是我国的大多数企业因经 济实力有限，在废水处理上的投资很有限。所以研究开发利用效率高、投资少、能耗低 9 c a s s 工艺在通辽经济技术开发区污水处理中的应用研究 的废水处理实用技术很有必要。而c a s s 工艺集调节池、曝气池和沉淀池于一体，具有 投资省、效率高、管理方便、抗冲击负荷能力强、自动化程度高和运行稳定等优点，而 且能够有效地脱氮除磷，适合于多种不同目的的废水处理要求。 本课题选择通辽经济技术开发区污水处理厂c a s s 工艺为研究对象，采用了室外污 水观测、生物镜检和仪表分析监测相结合的研究方法，综合运用p h 、b o d 5 、c o d c r 、 s s 、n h 3 n 和t p 等物理化学指标及各种微生物指标来共同表征c a s s 工艺的污水处理 效果。并通过调整运行周期内各阶段的时间、曝气时间、污泥回流比、溶解氧等各种参 数，收集不同运行状况的数据，找到适合通辽经济技术开发区污水处理厂c a s s 工艺的 最佳运行方案，使污水厂尽早实现出水稳定达标排放，并降低运行成本。该研究有助于 城市污水处理厂经验的推广，为我国城市生活污水的廉价高效处理和污水处理工艺的优 化提供宝贵的生产经验。 1 5 国内外研究概况 c a s s 工艺是由g o r o n s z y 教授研发出来的一种改进型s b r 工艺，多采用模块结构 的分组布置方式。其占地面积小、扩建方便等优点日益为人们所接受。 目前对该工艺的研究主要集中于各阶段的工艺参数优化、p l c 自控系统的完善、各 类自控监测设备的制备、适合该工艺的滗水器的开发等方面。如先进、完善的p l c 自 控系统己使c a s s 工艺各阶段间的切换控制更加自如；浮筒式、旋转式等多种类滗水系 统的开发和改良，己使c a s s 反应池的出水更加澄清，出水水位高程更合理。 在国内，c a s s 工艺最早应用于工业废水处理，并在医院废水、油漆废水、印染废 水等方面进行了大量研究。目前，c a s s 工艺主要应用于需脱氮除磷的城市污水、小区 生活污水及啤酒、屠宰、制药等行业废水的处理中。随着我国环保要求的同益提高，国 内污水处理工程发展迅速，目前国内己有十几座采用c a s s 工艺的城市污水处理厂正在 建设或己投入运行，如北京航天城污水处理厂、吉林浑春市污水处理厂等。 但是，与其他成熟的活性污泥处理工艺相比，c a s s 工艺从初具规模的应用到现在， 发展时问较短，工艺上仍存在较多的有待改进之处。如工艺设计还没有成熟的官方标准 或手册；现有的研究和工程实例主要以物理化学指标表征工艺的运行效果，对生化反应 系统中的生物相研究较少；缺少完善科学的理论依据，在工程设计c a s s 工艺时大多依 靠经验数据，目前仅在中小型城市污水处理厂和某些工业废水处理站上得到了较广的应 用。 1 0 c a s s 工艺在通辽经济技术开发区污水处理中的应用研究 2c a s s 工艺概述 2 1c a s s 工艺简介 c a s s ( c y c l i ca c t i v a t e ds l u d g es y s t e m ) ( 即循环式活性污泥法) 工艺，是由美国 m c g o r o n s z y 教授及其同事在s b r 工艺和氧化沟技术的基础上开发的先进工艺【1 3 】。1 9 7 8 年g o r o n s z y 教授利用活性污泥基质积累再生理论、根据基质去除与污泥负荷的实验结 果以及污泥活性组成和污泥呼吸速率之间的关系，将可变容积活性污泥法和生物选择器 原理进行有机结合，成功开发出c a s s 法，并在美国、加拿大取得c a s s 工艺专利【1 4 】【”】。 c a s s 工艺最初多应用于中小型规模水厂，以减少投资风险。但随着工艺自动化水 平的不断提高，c a s s 法己广泛应用于城市污水和各种工业废水的处理中。至今采用该 工艺的污水处理厂在美国、加拿大、澳大利亚等国己建有2 7 0 多家。我国上海、昆明、 北京等地也相继应用该工艺处理生活污水及工业废水。 2 2c a s s 工艺的基本原理 根据活性污泥菌群的生物反应动力学原理以及活性污泥基质积累一再生理论，在 c a s s 池前端进水区设置生物选择区，有利于通过酶的快速转移和迅速吸收去除部分易 降解的溶解性有机物，同时产生基质积累和再生过程，促进系统选择出絮凝性细菌。即： 活性污泥在选择区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【1 6 1 。 除磷原理：厌氧条件下，进入选择区的污水发酵产物( 进水中溶解性b o d 所转化 的v f a ) 在起始反应阶段迅速被聚磷菌吸附、吸收并转化成p h b ( 聚b 羟基丁酸) 。在 v f a 的诱导下，细胞内聚磷经水解转成f 磷酸盐释放到水溶液中，这使得聚磷菌因占优 势而得以大量繁殖，并且防止了丝状菌繁殖引起的污泥膨胀问题。在主反应区曝气阶段 时，聚磷菌在好氧条件下发生p h b 的降解和磷的吸收，形成聚磷污泥，通过剩余污泥 排放实现污水中磷的去除。在c a s s 系统中，通过可变容积的曝气和非曝气阶段，结合 选择区中v f a 的吸收储存和磷的释放，不断重复进行上述反应，提高了生物除磷效果。 c a s s 系统可实现同步硝化反硝化。根据测定，因微生物絮体中自养菌和异养菌分 稚不均匀，n h 3 n 的硝化( 氧化) 在微生物絮体外面进行，而较高浓度梯度的n 0 3 n 离子可进入絮体内部。运行时通过控制曝气强度和主反应池中溶解氧含量( d o 在2 3 m g l 左右) ，使反应池内混合液处于耗氧状态，微生物絮体内部处于缺氧状态，溶解 氧难以进入絮体内，而较高浓度的硝酸盐可进入絮体内部，从而有效地进行反硝化反应， 这样在主反应池中能同时发生有机污染物的降解以及同步硝化反硝化反应。污泥中存在 的少量硝态氮( n 0 3 ，n 约为l 2 m g l ) 也可通过回流到选择区中而得到反硝化【l 。 2 3c a s s 工艺的组成及运行过程 c a s s 工艺的基本结构：沿池长方向c a s s 池分为两部分，前部为预反应区，包括 c a s s 工艺在通辽经济技术开发区污水处理中的应用研究 生物选择区、配水( 兼氧区) 两部分，后部为主反应区( 好氧区) ，主反应区末端安装 有自动滗水装置( 图2 1 ) 。生物选择区通常在厌氧条件下运行，能够加速对溶解性底物 的去除和对难降解有机物起到良好的水解作用，同时回流带入的硝化态氮可发生反硝化 作用，污泥中的磷能得到有效的释放，有助于在主反应区内对磷的吸收。兼氧区对进水 水质、水量变化具有缓冲作用，并促进磷的进一步释放和强化反硝化作用。主反应区则 是最终去除有机物的场所。 进 水 uu uuuuu。i i ，- 喝 配水区 - 选择区 矗回流污泥0 “ ” u - - + 选择区 c 腮趴 潮卫薹 季l 国l 配水区 i 图2 - 1c a s s 平面布置示意图 c a s s 工艺的循环过程：c a s s 工艺运行周期包括进水一曝气、进水一沉淀( 泥水 分离) 、进水一滗水( 上清液) 和进水一闲置四个阶段。四个阶段在同一池子内循环运 行，其中进水连续，但间断排水。运行过程中，c a s s 池内的水位随进水由低水位逐渐 上升至最高设计水位，因此运行中污水的有效容积逐渐增加( 变容积运行) 。图2 2 为 c a s s 工艺的基本循环过程，其具体运行过程依次为【1 8 】- 【1 9 】： ( 1 ) 进水一曝气阶段：一边进水、一边曝气。主反应区的污泥不断地回流至选择区， 一般回流比约为进水量的2 0 。污泥回流是为了提高厌氧区的污泥浓度。曝气能确保好 氧微生物对氧的需求，并确保污泥与有机物充分混合，使有机污染物被氧化分解。同时， 污水中的氨氮通过硝化反应转化为硝态氮。 ( 2 ) 进水一沉淀阶段：活性污泥在近乎静止的条件下絮凝并进行泥水沉淀分离，上 清液位于污泥层上部，活性污泥沉至池底。在此阶段进水和污泥回流不停止，主反应区 微生物逐步由好氧向缺氧状态转变，缺氧情况下会发生一定程度的反硝化反应。 ( 3 ) 滗水阶段：沉淀结束，在程序控制下滗水器开始运行，自上而下逐渐排出上清 夜，排水结束后滗水器自动复位。滗水期间，进水不进入本池，而是被引入到其它c a s s 反应池中。污泥回流照常进行，由于污泥回流是从池底取泥，故不会影响出水水质。 ( 4 ) 进水一闲置阶段：滗水器逐渐上升复位，以防止污泥流失。若在此阶段进行适 量的曝气，则有利于恢复污泥的活性。此阶段污泥回流正常工作。 1 2 c a s si 艺在通辽济技术开发区* 水n 理中的目研克 & 低m 鬲丽矿一 * 水唯气* 始阶段 塾t 最低水 百酒蓑2 呻t 气 遵木，闲置阶段 e t 墨堡查量 柬 二二= = = = = = - 一停t e 滗水厦排泥结束 b ；$ = t 1 * 日n r 曝气阶段结束 c j 最高水位 沉淀阶段开始 j d 最高水位 停止曝气 。_ 2 停l 沉淀结束滗水开始 图2 - 2c a s s 工艺基本循环过程示意图 上述四个阶段依次进行，不断地循环。 2 , 4 c a s s 工艺的优缺点 2 4 1c a s s 工艺的优点 ( 1 ) 工艺流程简单，自动化程度高，维修和管理工作量、费用显著降低：以组合式 模块结构为多，布置紧凑，占地面积小，建设方便【2 0 】；工艺核心构筑物为c a s s 反应池 无初沉池、二沉池，投资省。， ( 2 ) 具有较好的脱氮除磷效果 通过不同的控制手段，c a s s 工艺可实现好氧、缺氧和厌氧交替的不同运行环境， 而且很容易在好氧条件下通过增大曝气量、反应时间和污泥龄来强化硝化反应，以及顺 利完成除磷菌过量摄磷过程；或以提高污泥浓度的方式提供有机碳源作为电子供体，加 快完成反硝化过程，也可以在进水阶段通过搅拌维持厌氧条件咀促进除磷菌充分的释放 磷口“。 f 3 1 运行灵活，处理效果稳定，对水量，永质变化适应性及抗冲击能力强 c a s s 工艺在通辽经济技术开发区污水处理中的应用研究 c a s s 工艺的变容运行提高了系统对水量水质变化的适应性，当进水浓度高或进水 量高于平常流量很多时，均可使系统保持稳定运行；另外，可根据进出水水质及污水水 量的变化灵活调整一个运行周期中各个工序的运行时间、反应器内混合液容积的变化和 运行状态。 ( 4 ) 不易发生污泥膨胀 c a s s 反应池中存在着较大的浓度递度，而且缺氧、好氧交替变化，这种环境条件 可选择性地培养出菌胶团细菌，使其成为曝气池中的优势菌属，有效地抑制丝状菌的生 长和繁殖，克服污泥膨胀。 2 4 2c a s s 工艺的主要缺点 曝气、搅拌、排水、排泥等设备闲置率较高，；采用降堰排水，水头损失大；自动 化程度高，对操作人员的素质要求也高。 1 4 c a s s 工艺在通辽经济技术开发区污水处理中的应用研究 3 通辽市经济技术开发区污水处理系统 3 1 基本概况 通辽市经济技术开发区污水处理厂( 以下简称为开发区污水厂) 占地面积3 1l h m 2 ， 始建于2 0 0 2 年，由中国市政工程东北设计院设计，采用循环式活性污泥法c a s s i 艺。 根据通辽市经济技术开发区总体规划，开发区排水体制采用雨、污水分流制，雨水 采用城市雨水管道、排洪渠及道路边沟排放，最终流入西辽河。而生活及工业污水排入 城市污水管道，经污水处理厂处理后作为农田、林带用水或排入西辽河【2 1 | 。 根据通辽市经济技术丌发区总体规划、污水厂的服务范围、人口及污水排水现状， 确定开发区污水处理工程设计规模为5 万m 3 d ，其污水总变化系数为1 3 8 。建成后污水 处理厂污水主要来自服务区内综合生活污水和工业企业排放的工业废水，其中生活污水 约占5 0 ，工业污水占约5 0 。污水厂的服务范围包含开发区、河西镇三合屯和辽河镇 的部分村屯，而开发区内将建设以绿色农牧产品深加工、现代生物工程技术、信息技术 为主的高新技术产业。开发区污水厂服务人口至l j 2 0 1 0 年为l o 6 5 万人，2 0 2 0 年增至1 6 0 万 人。 3 2 自然条件 通辽市经济技术开发区位于西辽河下游的冲积洪积平原，地势大体呈西南向东北倾 斜。 通辽市属于北温带大陆季风气候区，雨热同季。年平均气温6 0 。c ，极端最高气温为 3 9 1 ，极端最低气温为- - 3 0 9 ，从1 1 月至第二年4 月均为冬季，冬季持续时间较长； 无霜期1 4 0 天左右，最大冻土深度1 7 9 m ；年平均降雨量为3 9 4 7 m m ，年平均蒸发量为 6 0 0 r a m ，属于少雨干旱地区；冬季室外平均风速为3 4 州s ，夏季为3 1 n l s ，全年主导风 向为西北风；最大积雪厚度为1 4 0 m m 。年平均日照2 7 2 1 5 小时，日照率6 1 【2 2 | 。 3 3 污水处理厂设计进、出水水质标准 结合通辽市已建污水处理厂的水质标准，参照国内部分污水处理厂运转期水质，并 且考虑到开发区工业布局及远期污水水质变化的趋势，确定出进水水质标准。 污水经处理后，最终排入西辽河。西辽河是国家对“三湖、三河”综合治理的范围， 根据地面水环境质量标准( g b 3 8 3 8 8 8 ) 中水域功能分类，该河在通辽市属于i i i 类 水体，再考虑到西辽河有一定的稀释能力及通辽市目前的经济发展状况，故设计的污水 处理厂出水水质必须执行城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 规定的 城市二级污水处理厂的一级b 类标准。 c a s s 工艺在通辽经济技术开发区污水处理中的应用研究 注：当水温1 2 c 时，n h 3 - n 1 5 m g l ，当水温 1 2 c 时，n h 3 - n 一 8 m g l 3 4 污水处理厂工艺流程 。 开发区污水厂的进水原水( 生活污水和工业废水) 经过粗格栅间后，经提升泵房提 升至细格栅间，粗、细格栅机过滤的栅渣外排。原水通过曝气沉砂池后进入一次配水井、 二次配水井，进入到c a s s 生化池中，在c a s s 池中原水经过曝气、搅拌、污泥回流、 滗水等物流化学和生化处理后排入到接触池中，处理后的出水经氯气消毒后外排到西辽 河中( 图3 1 ) 。 进水通过曝气沉砂池时，经一定时间的曝气使比重较大的有机或无机颗粒沉入到池 底，由吸砂泵将沉砂打入到砂水分离间中进行砂水分离。 在c a s s 生化池中，活性污泥会逐渐老化死亡，形成大量的剩余污泥，需要在一定 时间段内用剩余污泥泵把泥抽到污泥贮池中进行污泥浓缩，再由带式污泥脱水机进行脱 水处理，泥饼外运。 泥饼外运 图3 - 1 通辽市经济技术开发区污水处理厂工艺流程 1 6 出水 c h $ s j 在通辽经济技术* 虚b 日水n 理十应月研究 3 5 污水处理厂主要构筑物及设备参数 污水处理厂主要构筑物布局如图3 - 2 所示 l一“ 图3 之污水处理厂主要构筑物分布示意图 3 5 1 进水控制井 其作用是控制进厂污水的水量，满足工艺控制要求。当厂内发生故障或停电时，可 以关闭进水闸板，开启超越闸板，从而进行事故超越排放。 进水控制井为钢筋混凝土结构。结构尺寸为：长宽x 高= 3 4 m x 3 4 m 7 o m ，设二台 p z m 1 2 0 0 型不锈钢闸板，配两台手电两用q s 启闭机。 35 2 粗格栅与污水提升泵房 为了拦截污水中较大的漂浮物，保证提升泵正常运转，在泵房前设置粗格栅问。 粗格栅间共设有三道明渠( 按远期考虑) 两用一各，渠道宽度为15 m ，深度为 45 5 m ，分别安装格栅和渠道闸板，当一道明渠需要检修或停运时，另一道明渠可通过 全部流量。每个渠道的上下游各设不锈钢渠道闸板一个，型号s z f l 5 0 0 ，配s q 一65 t 型 手电两用启闭机，总共六台。粗格栅间配有进口的高链式粗格栅除污机三台，格栅宽度 为15 m ，格栅间隙为1 0 m m ，配套有螺旋输送机一台、s l y 型栅渣压榨机一台( 提升高 度27 m ) 。 污水提升泵房与粗格栅间合建，为半地下式形式。污水提升泵采用六台潜污泵，三 c a s s 工艺在通辽经济技术开发区污水处理中的应用研究 大三小，小泵全部为变频泵，四用两备。大潜污泵型号为w q 6 0 0 1 5 - 4 5 ，单台性能参数 为：流量6 0 0 m 3 h ，提升高度1 5 m ，功率4 5 k w ；小潜污泵型号为w q l 4 0 1 5 1 5 ，单台 性能参数为：流量1 4 0 m 3 h ，提升高度1 5 m ，功率1 6 k w 。 3 5 3 细格栅及曝气沉砂池 细格栅间与曝气沉砂池合建，设在沉砂池前端；曝气沉砂池可以除去水中粒径大于 0 2 m m 的砂粒，以保证后续工艺的正常运行，避免污水泵、阀门磨损，管道堵塞及生物 池的沉淀等。 在细格栅间设置有两道明渠，渠道宽1 6 m ，深1 8 5 m ，分别安装格栅和渠道闸板， 当一道明渠需要检修或停运时，另一道明渠可通过全部流量。每个渠道上下游各设不锈 钢渠道闸板一个，型号p z f l 6 0 0 ，配q s 型手电两用启闭机。渠道上分别安装两台 x g c l 5 0 0 型链式细格栅除污机，格栅宽1 5 m ，栅条间隙5 m m ，配套设置有s f l 3 2 0 型 无轴螺旋输送机一台、s l y 3 0 0 9 型栅渣压榨机一台，均为不锈钢材质。 曝气沉砂池分为两格，每格池宽度为2 4 m ，有效水深为4 3 m ，水平流速为0 0 9 m s ， 停留时间为6 2 8 分钟。曝气沉砂池空气量按0 2 m 3 气m 3 水设计，最大需风量8 0 m 3 m i n ， 配有国产b e l 0 0 型鼓风机两台，一用一备，单台风量为8 2 6m 3 m i n ，风压为4 9 k p a ， 电机功率为1 0 k w 。曝气沉砂池采用双槽桥式吸刮渣机一套，跨度5 2 m 。池底沉砂经吸 砂泵吸至池侧集砂槽，然后自流至砂水分离器。池外配有不锈钢s i f 3 2 0 型砂水分离器 两台。细格栅间及曝气沉砂池均为钢筋混凝土结构，曝气沉砂池的鼓风机房建于细格栅 间下。在曝气沉砂池一端设有管道式集油器两台。 3 5 4 配水井 配水井分为一次配水井及二次配水井。 一次配水井的作用是将污水总进水均匀分配到近期和远期两个系列的c a s s 反应池 上，并设有超越管道。配水井上设有s z y 型不锈钢闸板3 个，以便控制、调节水量， 每台闸板均配套有s c q 2 0 型侧摇式启闭机。 二次配水井均为钢筋混凝土结构，分六道进水渠，每道进水渠上设有不锈钢调节堰 板。其作用是将污水均匀分配给六座c a s s 池。 3 5 5c a s s 生化池 c a s s 生化池是本工艺最关键的水处理构筑物。本工程采用两组十二座c a s s 生化 池( 二期六座c a s s 生化池因污水进水量不足而没有运行) ，单池呈长方形池，其平面 尺寸为5 5 0 m x1 0 0 m ，有效容积3 4 1 0 m 三，设计池深6 2 m ，设计最大水深5 7 m ，最小水 深3 8 m 。 c a s s 生化池分为主反应区和预反应区，预反应区尺寸为1 0 0 m x 4 8 m x 6 2 m ，主反 应区尺寸为5 0 0 m x1 0 0 m x 6 2 m 。预反应区设生物选择区和配水区，进水与回流污泥在 选择区混合，能够防止污泥膨胀，其中回流污泥是按最大处理量的2 0 考虑。选择区设 c a s s 工艺在通辽经济技术开发区污水处理中的应用研究 计了搅拌器，以保证回流污泥与污水充分混合，确保回流污泥中的硝态氮完全发生反硝 化反应。同时在预反应区利用活性污泥的快速吸附作用可以迅速地去处溶解性有机物， 并对难降解有机物起到良好的水解作用。污水进入选择区与回流污泥充分混合后，经配 水区下部缓慢进入主反应区，除曝气阶段外，下部水流呈层流状态，并将池中水推流、 上托，整个运行周期内一直进水。主反应区为好氧区，配水区与主反应区间的隔墙底部 设连通孔。每座池设q j b 型水下搅拌器两台，功率7 5 k w ，转速3 0 3 r p m ；出水端设p s 型旋转式滗水器一台，工艺参数为：流量1 5 0 0 m 3 h ，扬程1 - - - 3 m ，功率1 5 k w ，最大滗 水高度为1 9 m ；池体两侧设a s 3 0 2 w c 潜污泵两台，主要作用是污泥回流和排除剩余 污泥，工艺参数为：流量4 9 8 m 3 h ，扬程1 0 m ，功率3 k w ；反应区均采用高效率的膜式 微孔曝气管曝气，曝气管均匀布在池底，每组池布置0 7 0 m m 曝气管1 6 5 0 个。每个c a s s 池均为间歇曝气，由于好氧区间歇曝气，因此具有同步硝化和反硝化功能，反硝化主要 是在沉淀阶段泥水分离过程中厌氧的污泥结构内部实现的。 开发区污水处理厂主反应区设计污泥龄2 0 天，污泥回流比为2 0 ，污泥负荷约为 0 0 8 l k g b o d 5 k g m l s s d ，曝气池溶解氧浓度0 5 - - - 2 0 m g l ，混合液污泥浓度m l s s 设 计为4 0 0 0 m g l ，气水比为9 8 ：1 。 污水经二次配水井后进入c a s s 池，每座池连续进水，按进水一曝气、进水一沉淀、 进水一滗水、进水一闲置四个阶段为一个周期循环运行。生化池每天运行4 个周期，每 周期6 小时，具体工况为：3 小时进水曝气回流，1 5 小时沉淀，l 小时滗水排泥，闲 置0 5 小时。6 座池分为两组，按照顺序轮流工作。运行周期如表3 2 所示。 表3 2 生化池运行周期表 1 # 池 2 # 池 3 # 池 4 # 池 5 # 池 6 # 池 j 、b 、h j 、b 、h j 、b 、h j 、b 、h j 、b 、h j 、b 、h j 、b 、h j 、b 、h j 、b 、h c c c j 、b 、h j 、b 、h j 、b 、h c 、p 、n c 、p 、n c 、p 、n j 、b 、h j 、b 、h j 、b 、h p 、n 、x p 、n 、x p 、n 、x j 、b 、h j 、b 、h j 、b 、h 注：j 一进水 b 一曝气h 一同流c 一沉淀 p 一滗水 n 一排泥x 一闲置 进水曝气阶段：生化池边进水边曝气，同时主反应区内的回流污泥泵连续不断的向 生物选择区回流污泥。此时有机污染物被微生物氧化分解，同时污水中的氨氮通过微生 物的硝化作用转化为硝态氮； 沉淀阶段：生化池进水但不曝气，悬浮的微生物利用水中剩余的d o 进行氧化分解， 生物池逐渐由好氧状态向缺氧状态转变，开始进行反硝化反应，活性污泥逐渐沉到池底， 上层水逐渐变清； 1 9 x x x 、 、 、 n n n 、 、 、 p p p n n n 、 、 、 p p p 、 、 、 c c c c c c c a s s 工艺在通辽经济技术开发区污水处理中的应用研究 滗水排泥阶段：主反应区末端的滗水器开始工作，自上而下逐渐排出上清液，同时 池内的剩余污泥泵向污泥调节池输送剩余污泥。此时，生化池逐渐由缺氧状态过渡到厌 氧状态，继续进行反硝化反应。 闲置阶段：滗水器开始上提，在厌氧状态下，生化池内反硝化反应继续进行。 c a s s 池运行以时间过程控制，曝气量根据池内溶解氧含量与控制程序中溶解氧的 预先设定值对比来控制，所有控制均由p l c 站自动控制。 3 5 6 鼓风机房 鼓风机房是专为c a s s 反应池供氧而设置的。内设八台x l pn 8 0 罗茨鼓风机，风 机单台风量3 1 2 3 m 3 m i n ，风压6 0 0 k p a ，功率4 5 k w ，六用两备，每台鼓风机对应两座 c a s s 反应池，根据池中溶解氧浓度由自控系统调节供气量。 鼓风机进口设有空气过滤器，进出口均设消声器，设备安装均由减振措施，鼓j x l 机 房的门窗均采用隔音门窗；为了检修和安装方便，鼓风机房内设置1 吨单梁电动葫芦一 台。 3 5 7 接触池 为防止传染疾病的发生，污水排入水体前必须进行加氯消毒处理，以达到消灭有害 细菌