CASS工藝在云南省城鎮(zhèn)污水處理中的設(shè)計應(yīng)用

高青榮

重慶市市政設(shè)計研究院昆明分院,重慶 650224

摘要：云南省某縣城污水處理廠設(shè)計規(guī)模4.0萬m3/d，一期為2.0萬m3/d，污水處理工藝采用循環(huán)式活性污泥CASS法；污泥處置采用機械濃縮-機械脫水工藝；出水消毒工藝選用紫外線消毒法。具體介紹了CASS 法工藝的設(shè)計參數(shù)，工藝流程及工程設(shè)計特點，為CASS 法工藝在城鎮(zhèn)污水廠的推廣應(yīng)用，提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：縣城污水廠，CASS 法，水質(zhì)，水量，工程設(shè)計

1 概述

該縣位于云南省中部，東距省會昆明92km。氣候?qū)僦衼啛釒У途暩咴降丶撅L(fēng)四季分明的氣候?？h城污水處理廠地處縣城西部、南河與西河交匯處下游約3km，星宿江東岸，縣城規(guī)劃建設(shè)用地范圍外，現(xiàn)狀為旱地，緩坡，利于污水處理廠建設(shè)，便于尾水排放。設(shè)計總占地面積為32.59畝（考慮深度處理預(yù)留地，廠區(qū)整體布局緊湊合理，占地面積較小。），服務(wù)面積21.0km2，其中一期工程服務(wù)面積為12.8km2。該污水處理廠污水收集系統(tǒng)老城區(qū)采用截流式合流制，新城區(qū)采用完全分流制。整個工程分為兩期建設(shè)，一期旱季設(shè)計污水處理能力為2.0萬m3/d，雨季可超一定處理規(guī)模運行，工程總設(shè)計規(guī)模為4.0萬m3/d，縣城污水處理廠一期工程投資包括廠內(nèi)構(gòu)（建）筑物、管道、設(shè)備、儀表、電氣、自控等計人民幣4061萬元。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下：處理1m3污水投資2030元（一期），處理1m3污水占地0.54m2（一、二期），處理1m3污水運行成本約0.58元。

2 CASS 法工藝流程

根據(jù)國家節(jié)約用地、嚴(yán)禁占用基本農(nóng)田等相關(guān)土地政策，結(jié)合城鎮(zhèn)污水廠生活污水為主、水量和水質(zhì)變化大的特點，考慮縣城污水處理廠運行管理水平，經(jīng)多工藝方案篩選，最終確定：污水處理采用CASS工藝，污泥處置采用機械濃縮-機械脫水工藝，消毒選用紫外線消毒法。本工程具體工藝流程見圖1。

圖1 縣城污水處理廠工藝流程圖

3 工程設(shè)計

依據(jù)縣城總體規(guī)劃和污水處理廠規(guī)模預(yù)測，縣城污水處理廠分二期建設(shè)，其中一期建規(guī)模為2.0萬m3/d，二期建設(shè)規(guī)模為2.0萬m3/d，規(guī)劃期內(nèi)設(shè)計規(guī)模為4.0萬m3/d，本工程一期土建除CASS 池2.0萬m3/d 設(shè)計，其它土建規(guī)模均按4.0萬m3/d 一次設(shè)計建成。設(shè)備分期按需到位。本工程設(shè)計主要構(gòu)（建）筑物見表1。

3.1 污水處理系統(tǒng)

3.1.1 粗格柵及提升泵房

根據(jù)縣城污水處理廠建設(shè)要求，粗格柵提升泵房土建工程及設(shè)備位置預(yù)留均按4.0萬m3/d 規(guī)模進(jìn)行一次設(shè)計建成，設(shè)備分期安裝。提升泵房設(shè)計需考慮污水量的變化，常年設(shè)計流量為4.0萬m3/d，根據(jù)室外排水設(shè)計規(guī)范，取污水總變化系數(shù)為1.41，污水提升泵房實際設(shè)計規(guī)模為5.64萬m3/d。粗格柵與提升泵房合建，粗格柵平面尺寸為15.0×3.0m地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，深度6.0m，提升泵房采用平面尺寸為14m×6.0m的地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，泵池深7.5m。

1. 粗格柵

粗格柵去除進(jìn)水中較大的漂浮物，攔截直徑大于20mm的雜物，以保護(hù)水泵不致堵塞與磨損，并保證后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運行，減輕生物處理的負(fù)荷。

粗格柵2臺置于提升泵站前端進(jìn)水處，每道進(jìn)水柵渠寬為1.5m，柵條間隙為20mm，安裝傾角為75°；設(shè)無軸式螺旋輸送壓榨一體機1臺置于粗格柵出渣口下，輸送能力為2.0m3/h，長度7m，便于收集和輸送粗格柵柵渣。

2. 提升泵房

提升泵房將污水一次提升，使污水以重力依次流過處理構(gòu)筑物，以保證污水廠正常運轉(zhuǎn)。

提升泵房一期配置3臺潛污泵，流量620m3/h，揚程10m，功率22kw，兩用一備。在泵房上方設(shè)計起重量為2噸，起吊高度為12m的電動單梁懸掛式起重機一臺，用于泵房內(nèi)潛污泵、閘閥等安裝與檢修。

3.1.2 細(xì)格柵及旋流沉砂池

1. 細(xì)格柵

細(xì)格柵進(jìn)一步去除污水中的漂浮物及直徑大于5mm的雜物，保證后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運行。

細(xì)格柵置于旋流沉砂池的進(jìn)水端，共設(shè)計兩條流水槽，每條流水槽內(nèi)設(shè)置一道細(xì)格柵，兩條流水槽前端設(shè)置有一公用集水池，集水池與細(xì)格柵間設(shè)電動閥門控制進(jìn)水量，其前后分別設(shè)置有手動檢修閘門。細(xì)格柵共2臺，柵渠寬度1.2m，柵條間隙5mm，有效水深0.75m，安裝傾角60°，單臺電機功率為2.2kw。設(shè)無軸式螺旋輸送壓榨一體機1臺置于細(xì)格柵出渣口下，輸送能力為2.0m3/h，長度6m，便于收集和輸送細(xì)格柵柵渣。

2. 旋流沉砂池

旋流沉砂池利用物理原理去除水中比重大于2.65，粒徑大于0.2mm的無機顆粒，如泥沙、煤渣等，保證后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運行，旋流沉沙池也稱鐘式沉沙池、渦流沉沙池。它是利用水力渦流使泥沙和有機物分開，加速砂粒的沉淀，以達(dá)到沉砂的目的。該池具有基建、運行費用低和運行效果好等優(yōu)點。

旋流沉砂池共1組，平面尺寸為Φ3.65m，旋流沉砂是一種利用機械力控制污水流態(tài)和流速，加速砂粒沉降的沉砂裝置，污水由流入口沿切線方向流入沉砂區(qū)，通過水力攪拌帶動，砂粒受離心力的作用甩向池壁，沉入砂斗，有機物則被送回污水中，調(diào)整轉(zhuǎn)速，可使裝置達(dá)到最佳沉砂效果。沉砂池中沉砂是利用壓縮空氣作用經(jīng)過吸砂機，排砂管至砂水分離器處理后外運；攪拌吸砂機處理量1000~1800m3/h，電動功率為1.1kw；砂水分離器處理量為35m3/h，電機功率為1.3kw；壓縮機風(fēng)量110m3/h，風(fēng)壓為0.4kPa，電機功率2.2kw。

3.1.3 CASS 池

CASS反應(yīng)池功能是利用生物吸附降解的原理，進(jìn)行生物脫氮除磷，同時去除BOD5。在提供足夠氧氣條件下，并在生物反應(yīng)池中營造厭氧、缺氧、好氧環(huán)境，利用生物反應(yīng)池中大量繁殖的活性污泥，降解水中污染物，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

一期CASS反應(yīng)池設(shè)計一座，分為2格，每格尺寸為60.0m×23.5m，總平面尺寸為2820m2，集曝氣、沉淀于一體，周期運行。每周期包括：充水（曝氣）、沉淀、潷水（閑置）等幾個階段。潷水（閑置）過程中排除剩余污泥。每座生物反應(yīng)池前端設(shè)有生物選擇區(qū)（A池）及兼氧反應(yīng)區(qū)（B池）、主反應(yīng)區(qū)（C池），進(jìn)水與回流污泥在選擇區(qū)（A池）混合，提高了底物的濃度梯度，可有效防止污泥膨脹。具體設(shè)計參數(shù)見表2。

（1）進(jìn)出水控制

2格CASS池各設(shè)置1根進(jìn)水總管和排水總管，分別連接每格池子的進(jìn)、出水管，2格池體之間相互獨立。來自旋流沉砂池的污水首先進(jìn)入CASS池的A池，并迅速與回流污泥碰撞混合接觸攪動后，折流進(jìn)入B池，在B池水質(zhì)水量起到緩沖后，在穿孔花墻的調(diào)配作用下從底部進(jìn)入C池。進(jìn)水主管上設(shè)置電動蝶閥，開閉由PLC 控制也可就地手動操作；出水管由潷水器潷水排除，潷水器升降由PLC 控制或手動強制控制。

（2）污泥回流、剩余污泥及排空

回流污泥設(shè)計采用DN300塑料管及回流污泥泵將C池的污泥按40%的回流比輸送至CASS池的進(jìn)水端A池內(nèi)，在A池的回流污泥管端裝有鴨嘴閥；剩余污泥設(shè)計采用DN200塑料管由剩余污泥泵輸送至污泥池，開閉由PLC控制，也要手動操作；排空管采用DN400鋼管由DN400手動閥門控制，靠重力將CASS池的污泥和混合液排放或放空至廠區(qū)排水管道匯集回送到粗格柵提升泵站泵池內(nèi)。

（3）曝氣系統(tǒng)布置

每格曝氣池的好氧區(qū)由一根DN400主管輸送壓縮空氣到地上再由各四只手動閥門控制分別送至B和C池的底部，這樣設(shè)計主要是考慮到分段曝氣量的控制與遞減及曝氣器的維護(hù)。好氧區(qū)采用盤式橡膠膜片微孔曝氣器，兼氧區(qū)采用盤式橡膠膜片中孔曝氣器，空氣分配管道緊貼池底250mm左右，尾端設(shè)有排氣嘴。通過調(diào)節(jié)空氣主管管道上的電動蝶閥的開啟度，可滿足曝氣所需風(fēng)量；通過池上手動閥門可調(diào)整池段的需風(fēng)量大小。兩格共采用盤式橡膠膜片曝氣器5284只，其中微孔曝氣器4912只，中孔曝氣器372只。

（4）CASS池設(shè)施要求

在每格CASS池的進(jìn)水主管設(shè)置有DN500電動蝶閥；在每格CASS池末端設(shè)置有2臺旋轉(zhuǎn)式不銹鋼潷水器，潷水器的出水經(jīng)CASS池出水集水井輸送至出水總管靠重力流入紫外線消毒渠。單臺潷水量1400m3/h，最大潷水深度1.5m，功率1.5kw。同時在A池、B池內(nèi)分別設(shè)置2臺、1臺水下攪拌器，以滿足池體內(nèi)污水脫氮除磷的要求。水下攪拌器共6臺，葉輪直徑為400mm，功率為2.5kw。在每格CASS池的C池內(nèi)設(shè)置回流污泥泵1臺，流量180m3/h，揚程8m，功率5.5kW；設(shè)置剩余污泥泵1臺，流量100m3/h，揚程12m，功率5.5 kW；共計2臺回流污泥泵，2臺剩余污泥泵。

3.1.4 鼓風(fēng)機房

鼓風(fēng)機房按4.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計，土建一次建成，設(shè)備分期安裝。一期設(shè)計選用3臺離心鼓風(fēng)機，二用一備，進(jìn)風(fēng)管直接與大氣相通，在入口處加裝消音空氣濾罩，在出口處安裝安全閥，止回閥和電動蝶閥，為節(jié)約能源，鼓風(fēng)機采用變頻調(diào)整裝置，根據(jù)CASS池的曝氣量需求，自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能的目的。鼓風(fēng)機單臺風(fēng)量100m3/min，出口風(fēng)壓58.8kPa，軸功率126kW，電機功率160kw。在鼓風(fēng)機房上方設(shè)計了起重量為2噸，起吊高度為6m，電動單梁懸掛式起重機1臺，為便于安裝及日常維護(hù)保養(yǎng)之用。

3.1.5 紫外線消毒渠

紫外線消毒設(shè)置于出水計量槽前端，土建采用半地下式混凝土結(jié)構(gòu)，總平面尺寸12.80m×6.0m，其中水槽平面尺寸為7.3m×1.1m兩道過水槽，一期一道過水槽。紫外線消毒設(shè)計采用低壓高強紫外線消毒來菌法，計48根260w紫外線燈管平行于水流方向，并列安裝在水槽內(nèi)常水位以下，設(shè)計紫外線穿透率≥65%，殺菌指標(biāo)：出水中所含大腸桿菌總數(shù)≤10000個/L。紫外線消毒燈管采用機械式自動清洗裝置進(jìn)行日常清洗。

3.1.6 污泥池

CASS池產(chǎn)生的剩余污泥進(jìn)入污泥池，污泥池功能是貯存一定量污泥保證后續(xù)污泥系統(tǒng)正常運行。污泥池所在區(qū)域位于污泥脫水機房一側(cè)，便于污泥泵輸送，污泥濃縮池平面尺寸為7.0×4.8m，高4.8m，有效池深4.5m。

3.1.7 污泥脫水機房

污泥脫水機房土建按4.0萬m3/d規(guī)模一次設(shè)計建成，它由污泥帶式脫水機，絮凝劑投加設(shè)備和無軸螺旋輸送機，空氣壓縮機等組成。污泥脫水機房設(shè)計采用二臺帶式脫水機，一用一備：通過螺桿式污泥泵將污泥濃縮池的污泥抽送到帶式脫水機內(nèi)，經(jīng)多道壓榨脫水后的污泥通過無軸螺旋輸送機被直接送至停放在裝料車間的污泥專用運輸車斗內(nèi)，外運焚燒發(fā)電。脫水機房由獨立小型PLC控制其進(jìn)泥，加藥絮凝及脫水，也可手動操作，主要設(shè)備：帶式脫水機2臺，帶寬為2.0m，功率5kw。加藥設(shè)備1套，空氣壓縮機1臺，皮帶輸送機2臺等。

3.2 工藝基本原理及特點

（1）CASS池由三個區(qū)域組成，即由生物選擇區(qū)，兼氧區(qū)和好氧反應(yīng)區(qū)組成，該工藝處理的是城鎮(zhèn)生活污水為主。具有完全混合型活性污泥法較強的抗沖擊負(fù)荷能力的特點，兼具有推流型活性污泥的特點，采用鼓風(fēng)曝氣，具有曝氣效率高的特點。

（2）生物選擇區(qū)設(shè)置在CASS池前端的進(jìn)水區(qū)，水力停留時間設(shè)計為0.6~0.8h，通常在厭氧條件下運行。進(jìn)入生物選擇區(qū)的生活污水和從好氧主反應(yīng)區(qū)來的回流污泥（回流量約為平均流量的40%）在池中迅速相互混合碰撞接觸攪拌。該生物選擇區(qū)是按照活性污泥微生物種群組成的生物反應(yīng)動力學(xué)原理面設(shè)計的，可有效地抑制污泥的膨脹，提高整個污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）兼氧區(qū)不僅具有輔助厭氧或兼氧條件下運行的生物選擇區(qū)對進(jìn)水水質(zhì)水量瞬間變化的緩沖作用，同時還具有促進(jìn)磷的進(jìn)一步釋放和強化氮的反硝化作用。

（4）好氧主反應(yīng)區(qū)則是最終去除有機底物的主場所。在設(shè)計中，主要考慮的是主反應(yīng)區(qū)的曝氣強度和曝氣池中溶解氧高低值的控制，以便使主反應(yīng)區(qū)內(nèi)的主體混合溶液處于好氧狀態(tài)，而活性污泥結(jié)構(gòu)內(nèi)部則基本處于缺氧狀態(tài)，促使溶解氧向污泥絮凝體的傳遞受到限制，從而使較高的硝酸鹽則能較好地由污泥內(nèi)向主體混合溶液傳遞，有效地進(jìn)行反硝化，從而使好氧主反應(yīng)區(qū)中同時發(fā)生有機污染物的降解以及同步硝化的作用。

（5）污水處理專用機械、機電儀表、自動控制等設(shè)備以選用國產(chǎn)設(shè)備為主，一可節(jié)省投資，二便于維護(hù)、管理，三是配件、技術(shù)支持可靠；具有一定的示范性。

（6）該工藝可變?nèi)莘e的運行提高了對水質(zhì)、水量波動的適應(yīng)性和操作運行的靈活性。

（7）該工藝流程簡單，土建和投資低（無初沉池、二沉池及規(guī)模較大的回流污泥泵站），自動化程度高，同時采用組合式模塊結(jié)構(gòu)，布置緊湊，占地少，分期建設(shè)和擴(kuò)建方便的特點。

（8）本工程采用兩池互通污泥裝置的設(shè)計，從而保障了一旦某主反應(yīng)池停產(chǎn)檢修，即可將該池的活性污泥通過兩池互通污泥裝置將活性污泥調(diào)整到另一格主反應(yīng)池內(nèi)，從而避免了以往只要是停產(chǎn)檢修，就必須排空放盡活性污泥的歷史。當(dāng)一主反應(yīng)池檢修完畢，再通過兩池互通污泥裝置將儲存的活性污泥抽過來，避免了以往排空放盡，檢修好了再重新培養(yǎng)、馴化活性污泥的過程，這在設(shè)計工藝上是一個突破。

（9） 本工程在CASS 池的兩根進(jìn)水管最高端處設(shè)計了獨有的專用排氣裝置，一旦從旋流沉砂池出水管到CASS 池的進(jìn)水管段發(fā)生了嚴(yán)重氣堵現(xiàn)象，將導(dǎo)致CASS 池進(jìn)不了水，水從旋流沉砂池四周溢出，搞得生產(chǎn)現(xiàn)場到處是污水，生產(chǎn)工藝被迫中斷，這種現(xiàn)象長期困擾著運行管理人員。從設(shè)計角度看，這是一個很小的問題，但從生產(chǎn)管理，保證工藝正常運行的角度看，小小專用排氣裝置，可解決了現(xiàn)場管理的大問題。

（10）污水處理廠總占地面積32.59畝，廠內(nèi)除構(gòu)（建）筑物及道路占地外，其余均考慮綠化植草種樹與景觀設(shè)計，該污水處理廠一期綠化率42%，二期綠化率則達(dá)到35%。

4 結(jié)束語

CASS工藝是從常規(guī)SBR工藝和ICEAS工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有較好的除磷脫氮效果，其技術(shù)成熟可靠，運行靈活，抗沖擊能力強，占地面積小，構(gòu)（建）筑物少，省去初沉池，二沉池，回流泵房等優(yōu)點，適合于云南省及我國城鎮(zhèn)污水廠規(guī)模不大，用地緊張，需分期建設(shè)的工程項目，有一定的示范性和推廣價值。通過近幾年的運行信息反饋，設(shè)計人員除必要的工藝優(yōu)化選擇外，設(shè)計人員還應(yīng)認(rèn)真總結(jié)所設(shè)計的污水廠實際運行情況，充分重視和尊重污水廠技術(shù)管理人員的意見和建設(shè)，并及時反饋到新廠設(shè)計及老廠改擴(kuò)建工程中去。另外，選擇污泥處理工藝的基礎(chǔ)是污泥量和污泥的組成，因此在設(shè)計中應(yīng)盡量客觀，合理地確定兩者。總之，一個好的城鎮(zhèn)污水廠需要設(shè)計人員和運行管理人員密切合作，才能使其更好地發(fā)揮其社會、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益。

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