CASS工藝在某小型污水處理廠的運行調試

羅 松，周 飛

(成都市排水有限責任公司，四川成都 610000)

目前，我國小城鎮污水處理發展嚴重滯后，偏遠小城鎮的污水仍處于“零處理”階段，大部份已建的污水處理設施破舊落后，達不到設計排放標準[1]。根據國務院《“十二五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》統計，截至2012年，全國建制鎮約90%以上未建設污水處理設施，生活污水處理率不足10%，這嚴重加深了區域性水環境的污染。“十二五”期間各項建設任務目標為：到2015年污水處理率進一步提高，城市污水處理率達到85%(直轄市、省會城市和計劃單列市城區實現污水全部收集和處理，地級市85%，縣級市70%)，縣城污水處理率平均達到70%，建制鎮污水處理率平均達到30%。2016年頒發的《“十三五”生態環境保護規劃》要求：到2020年全國所有縣城和重點鎮具備污水收集處理能力，城市和縣城污水處理率分別達到95%和85%左右。在這樣的背景下，在小城鎮建設中小型污水處理設施變得尤為需要。

小城鎮污水主要以居民生活污水和餐飲廢水為主，污水水質水量不穩定，日變化系數較大，可生化性好，污水中懸浮物濃度、氮和磷的含量較高[2]。針對小城鎮污水的特點，CASS(cylic activated sludge system)工藝具有獨特的優勢，其運行靈活、抗沖擊能力強、生化處理效率高。工藝核心構筑物CASS池集沉淀和污泥回流于一體，節省了二沉池和污泥回流設備，污水處理設施布置緊湊，占地面積小，投資低[3-4]。

本文以成都市某新建城鎮污水處理廠CASS工藝的調試運行為研究對象，通過計算污水處理關鍵參數和分析污水處理效果，探討CASS工藝采用污泥接種培養法的可行性和調試運行中遇到的問題及對應的解決措施，為中小型污水處理廠CASS工藝的選擇提供實用案例。

1 工程試驗及方法

1.1 工程概況

成都市某新建CASS工藝城鎮污水處理廠運行規模為1.5萬m3/d，工程占地面積約1.2萬m2，2016年11月正式投入運行。設計進、出水水質如表1所示，處理水排放按《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準執行。污水處理采用CASS+混凝沉淀池+轉盤濾池工藝，工藝流程如圖1所示。

表1 設計進、出水水質Tab.1 Designed Inlet and Outlet Water Quality

圖1 污水處理廠工藝流程圖Fig.1 Process Flow Chart of Sewage Treatment Plant

1.2 水質水量情況

為了掌握該廠真實的進水情況及該小城鎮的水質水量特點，更好地為下一步啟動調試做好準備，有必要對進水進行了全面監測。因污水廠提升泵坑進水渠無流量計，泵坑進水水量無法監測，僅能通過泵坑液位變化推斷出進水流量峰值出現在9∶00～11∶00和19∶00～22∶00兩個時段。此外由于周邊設有3座高等學校，進水高低峰值變化較大，不利于CASS池的穩定運行。

污水廠在2016年10月1日～10月27日對其進水進行了水質連續監測。由表2可知：污水廠進水COD波動較大，為160～748 mg/L，平均值為365 mg/L，接近設計值400 mg/L，但是波動比較大，最大值為設計值的190%，最小值為設計值的40%；污水廠進水BOD5波動也較大，平均值為162.8 mg/L，BOD/COD基本保持在0.45，可生化性良好；污水廠進水NH3-N和TN相對穩定，平均值分別為42.1 mg/L和50.8 mg/L，均略大于設計值；污水廠進水TP波動較大，為4.34～12.80 mg/L，平均值為7.74 mg/L，為設計值的190%，最大值為設計值的320%，實際進水值均遠大于設計值。

表2 污水廠進水水質Tab.2 Water Quality of Influent

1.3 調試運行

污水處理廠設CASS池1座4格，于2016年11月開始投入調試運行，活性污泥培養采用異步培訓法。由于工期緊張，污泥直接接種培養，接種污泥來自周邊氧化溝工藝的污水處理廠脫水污泥。培養初期平均進水CODCr為300 mg/L，BOD5為120 mg/L，接近設計進水水質。培養采取連續換水培菌法，將CASS池注水至設計水位的1/3，經過1 d的悶曝后，開始進行連續換水培菌。運行周期為6 h，其中進水曝氣1.5 h、曝氣1.5 h、沉淀1.5 h、潷水1.5 h。曝氣時同時打開生物選擇區、缺氧區攪拌器和主反應區回流泵，讓接種污泥與污水充分混合，且控制溶解氧在2～4 mg/L。

圖2為活性污泥濃度增長曲線，圖3為進出水水質的變化曲線。培菌初期，由于采用污泥接種培養法，生化池污泥濃度較高，保持在2 500 mg/L左右。連續換水培養5 d后，活性污泥老化加快，新生污泥增長緩慢，生化池污泥濃度降至1 600 mg/L左右。 培菌13 d后污泥濃度開始增長， 觀察泥水混合液呈灰褐色，絮體結構密實，沉降性能良好，生化處理效果穩定，標志著活性污泥培養成功。

活性污泥培養成功后，逐步增加進水量馴化污泥。馴化期間CASS池通過調整剩余污泥排放量，使SV30穩定在20%～30%，MLSS穩定在3 000～4 000 mg/L。通過鏡檢觀察到菌膠團結構密實，原生動物中鐘蟲和累枝蟲迅速增多，輪蟲也少量出現，楯纖蟲和表殼蟲生物相活躍，活性污泥已具備了吸附和氧化降解有機物的能力，標志著活性污泥馴化成功[5]。表3為生化池進出水水質，COD去除率為91.4%～96.5%，BOD5去除率為95.3%～98.1%，TP去除率為81.3%～90.7%，NH3-N去除率為89.5%～99.1%。除TP外其余監測指標穩定達標。

圖2 生化池活性污泥濃度增長曲線Fig.2 Concentration Increasing Curve of Activated Sludge in Biochemical Tank

圖3 進出水水質變化曲線Fig.3 Variation Curve of Water Quality of Influent and Effluent

表3 生化池進出水水質Tab.3 Water Quality of Influent and Effluent of Biochemical Tank

污泥馴化成功后，進入滿負荷穩定運行階段，此時開始在絮凝沉淀池投加PAC進行化學輔助除磷。采用固體PAC(Al2O3含量為28%)配制成濃度為5%的溶液進行投加。先根據經驗公式初步計算投加量，如表4所示，再結合燒杯試驗結果進行試投加，根據出水TP進行合理調整，在保證出水TP達標的前提下，使PAC投加量處于更經濟的范圍。經過合理的PAC藥劑投加，出水TP穩定保持在0.3 mg/L以下，排放達標。由于污水廠進水TP波動較大，且均大于設計值，因此投加系數取3倍值。

表4 PAC投加量理論計算Tab.4 Theoretical Calculation of PAC Dosage

注：去除1 mol(31 g)磷需要投加1 mol(27 g)鋁

污水處理廠調試完成后，正處于冬季低溫期。為保證低溫狀態下出水穩定達標排放，采取增強曝氣風量，提高污泥濃度至5 000 mg/L，減少剩余污泥排放、適當延長污泥齡，保持CASS潷水后的較高液位，防止出現冰凍等措施，保障出水水質穩定達標。在長時間的實際運行中，該污水廠均保持出水水質穩定，排放達標。表5為該污水廠2017年上半年進出水水質的月統計情況。

表5 2017年進出水水質月統計表Tab.5 Monthly Statistical Table for Water Quality of Influent and Effluent in 2017

2 調試運行中遇到的問題及解決措施

(1)進水量不穩定

污水處理廠建址于成都市某鎮，周邊有3座高等學校。學校放假期間，正處于污水廠活性污泥馴化的關鍵階段。污水進水量嚴重不足，進水濃度偏低，不能滿足全廠的正常運轉。由于曝氣設備的客觀限制，生化池在水量不足的情況下溶解氧持續偏高，活性污泥呈老化趨勢。為了不影響活性污泥的培養馴化，每日集中水量確保3座CASS池正常運行，1座CASS池閑置。閑置CASS池按周期運行，只曝氣沉淀，不進水、不出水。盡量調整3座生化池的進水量和溶解氧，防止活性污泥老化。

(2)出水總氮不穩定

在活性污泥馴化階段，由于進水水量不足，且連續幾天下雨，進水BOD平均值低于90 mg/L，碳氮比偏低，反硝化反應所需碳源不足。為了保證出水總氮的穩定達標排放，采取投加乙酸鈉和延長污泥回流時間的方式來促進反硝化反應的正常運行。此外CASS池采用多點進水的設計，即原污水可以同時或分別進入生物選擇區和缺氧區。在進水曝氣階段回流混合液和進水混合，可以同時或分別進入至缺氧區和生物選擇區。因此污水廠還通過增大回流量、分配至生物選擇區，并減少生物選擇區曝氣風量、降低溶氧、控制進水量分配，為生物選擇區的反硝化反應創造條件，來增加CASS池的反硝化反應容積。經過調整，出水總氮穩定達標。

(3)紫外線消毒效果不穩定

CASS池潷水器在潷水初期水量較大，潷水中期水量較為穩定，潷水后期水量逐步減少，此外潷水周期短、潷水器運行頻率較快，導致潷水時水量波動較大。在潷水初期紫外消毒渠過流量大，紫外消毒接觸停留時間較短，造成潷水初期部分出水消毒效果不佳，大腸菌群檢測超標。為了保證大腸菌群達標排放，調試期間通過自控設計將潷水器潷水過程分階段運行，設置潷水器下行時停留時間，通過間斷運行控制出水水量波動，并增強紫外線強度，以此保證出水消毒效果。

(4)設備和自動化控制故障頻繁

CASS工藝以時序控制運行周期，以自控系統控制設備運轉，進水閥門、曝氣閥門和回流泵等主要生化池設備頻繁啟停。在調試運行初期，經常出現設備故障、中控失靈等現象，導致人工操作量較大。隨著調試運行，通過對全廠設備的精心維護和自動化控制系統的改造，設備運行逐漸穩定，實現自動化生產，運行管理簡單。CASS工藝的運行管理對機械設備和電氣設備維護保養的要求較高，調試運行時應特別注意加強設備巡查和保養頻次。

(5)鼓風機踹振

CASS工藝曝氣的特點是間歇曝氣，且池內液位在進水曝氣過程中會發生變化。在兩格CASS池間切換曝氣閥門、進水液位升高或季節性進氣溫度升高，都可能出現風機出口壓力過高，導致鼓風機喘振停機情況的發生，經常喘振會影響風機的使用壽命。因此在風機選型時，出口風壓的選擇應在正常計算的基礎上考慮相當的富裕量，或對風機喘振壓力傳感器設定保護值富裕量范圍。

3 總結

此次CASS工藝污水處理廠調試運行結果表明，針對小城鎮污水處理，CASS工藝具有獨特的實用優勢，其工藝運行靈活、抗沖擊能力強的特點更適合中小型污水處理廠。經過一段時間的滿負荷生產運行，該污水處理廠出水排放穩定達標，生產運行管理簡單穩定，生產能耗較低。