某處理廠CASS池改造工藝選擇及運行效果

摘要：隨著污水處理廠排到受納水體標準的不斷提高及區(qū)域污染物排放限值的要求，已建的污水處理廠需要提標改造提高排放標準。本文所提工程對現(xiàn)有的CASS池進行改造，通過投加懸浮填料形成CASS+MBBR工藝，其中TN污染物的去除率可提高到8%～15%間，其它污染物也能達到預(yù)期的設(shè)計標準。

關(guān)鍵詞：提標改造;CASS+MBBR工藝;脫氮

中圖分類號：X505 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）01-0-04

Abstract：With the continuous improvement of sewage treatment plant discharge standards and the requirement of regional pollutant discharge limit，the standard of sewage treatment plant needs to be raised and improved.The project has reconstructed the existing CASS pools and formed the CASS + MBBR process by adding suspended fillers.The removal rate of TN pollutants can be increased to 8%～15%， and other pollutants can also meet the expected design standards.

Keywords：Standard upgrading;CASS + MBBR process;Nitrogen removal

某處理廠在2011年投產(chǎn)，隨著城市的發(fā)展污水量顯著增加，污水廠原有設(shè)計能力和實際污水量之間的矛盾日益突出。決定擴建并對原有的CASS池進行提標改造。本文對污水處理廠CASS工藝提標改造的工藝確定及改造后的運行效果進行分析。

1 原污水處理廠CASS池設(shè)計及運行情況

1.1 原設(shè)計情況

某處理廠生化部分建設(shè)規(guī)模為15×104m3/d，采用CASS工藝。共有3組，每組8個，共有24個CASS池。單池尺寸為48 m×24 m×5.45 m，分選擇區(qū)、預(yù)反應(yīng)區(qū)、主反應(yīng)區(qū)的有效體積分別為236.53 m3、921.05 m3、5120.82m3;總體積為6278.4 m3。設(shè)計污泥回流比為20%～100%。最高進水液位為5.45 m，平均處理量為6250 m3/h，有機物污泥負荷為0.1kgBOD5/kgMLSS·d。污泥齡為20.1d，總停留時間為24h。目前運行周期為6小時，進水攪拌0.5h、純曝氣3h、沉淀1 h、潷水1.5 h。排水執(zhí)行一級B標準如表1。

1.2 原實際運行情況

由于原污水處理廠設(shè)計較早，設(shè)計時資料數(shù)據(jù)不齊全，隨著城市的發(fā)展，收水范圍內(nèi)的部分區(qū)域功能區(qū)重新規(guī)劃，造成目前實際運行來水水質(zhì)和設(shè)計有較大的差別。通過對收水區(qū)域內(nèi)踏勘有15家較大的排水企業(yè)有部分工業(yè)廢水排入管網(wǎng)，給污水廠運行造成一定的困難，部分設(shè)備設(shè)施超負荷運行。并有多年運行實際監(jiān)測的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)進水水質(zhì)更接近于排入下水道水質(zhì)標準，部分污染物高于排入下水道標準。

在進水水質(zhì)穩(wěn)定不超過下水道排放標準的時候夏季能穩(wěn)定達標，冬季時候出水水質(zhì)有波動，TN、COD不能穩(wěn)定達標。

2 確定設(shè)計相關(guān)情況

2.1 進出水水質(zhì)的確定

根據(jù)污水處理廠實際運行中的多年進水水質(zhì)數(shù)據(jù)，結(jié)合下水道排入的水質(zhì)標準，收水范圍內(nèi)的區(qū)域，新區(qū)的建設(shè)及入住率的提高，區(qū)域內(nèi)的工業(yè)企業(yè)搬遷。根據(jù)國務(wù)院發(fā)布的《水污染防治行動計劃》（簡稱“水十條”）中的規(guī)定要求，群力污水處理廠所處區(qū)域需要達到一級A的排放標準。本次提標工作對歷史數(shù)據(jù)進行了詳細的分析，確定設(shè)計進水水質(zhì)。出水水質(zhì)按一級A標準實施如表2。

2.2 設(shè)計工藝中的難點

由于污水廠實際進水污染物濃度較原一期工程設(shè)計進水水質(zhì)高，且排放標準較原有排放標準有所提高。進水原有設(shè)施處理效果不能夠滿足要求，現(xiàn)針對各處理指標進行分析?，F(xiàn)況一期工程實際出水 BOD5、氨氮濃度較低，滿足一級 A 標準。SS、COD、TN、TP 濃度不能滿足一級 A 標準，是本次提標改造需要消減的污染因子。

目前運行的CASS池出水 SS 濃度較低，能夠滿足一級 B 排放標準，但是不能滿足一級 A 排放標準。組成出水懸浮物的主要物質(zhì)是活性污泥絮體，其本身的有機成分就很高，對其他指標如TP、BOD5、COD 等影響也很大。去除SS的同時其他有機物、氮、磷指標也會同時有很大的去除，SS是需要考慮的一個因素。對于常規(guī)二級處理，SS達到一級 A 排放標準難度較大，必須在生化后增加深度處理設(shè)施。

現(xiàn)況CASS池采用生物除磷，實際運行出水總磷濃度較低，可以滿足一級 B標準，但是不能完全夠滿足一級 A 排放標準。生物除磷是聚磷菌形成高磷污泥最后排剩余污泥，把磷排出生化系統(tǒng)，可以適當控制污泥相對較短的泥齡，達到優(yōu)化除磷的目的。并輔助化學除磷作為工程措施，保證達標排放。

某處理廠目前實際出水氨氮濃度較低，大部分能夠滿足一級 A排放標準;實際出水總氮濃度較高，部分時段不能滿足一級 B 排放標準。對氨氮、總氮的要求較高一方面需要強化生物處理去除氨氮、總氮。特別在冬季溫度較低的情況下更需要有針對性地降低氨氮、總氮濃度。所以 NH4-N、TN是本次改造工程的難點。

2.3 改造工藝的確定

本工程水質(zhì)在BOD5 /TN>3～5范圍間，即可認為污水碳源可供反硝化菌利用，可進行生物脫氮。結(jié)合其他的污水處理廠的工程案例，同時考慮運行成本、操作條件及維護難易程度等，本工程也考慮選用生物脫氮。生物脫氮的過程較為復(fù)雜，在有機物被氧化的同時，污水中的有機氮也被氧化成氨氮，并且在溶解氧充足、泥齡足夠長的情況下被進一步氧化成硝酸鹽。反硝化菌在缺氧的情況下可以利用硝酸鹽NOx-N 氧化有機物，將硝酸鹽中的氮還原成氮氣，從而完成污水的脫氮過程。

生物脫氮硝化是先決條件。因為硝化菌屬于自養(yǎng)菌，其比生長率明顯小于異養(yǎng)菌的比生長率，生物脫氮系統(tǒng)維持硝化的必要條件是污泥停留時間（泥齡）要大于硝化菌的最小世代周期，同時系統(tǒng)必須在較低的污泥負荷條件下運行。對現(xiàn)況生物池進行強化的方法主要在于對生物量的提升，通過加大生物量，相對降低微生物處理負荷，提升處理設(shè)施的處理效率，實現(xiàn)出水水質(zhì)的提高。解決及調(diào)和硝化細菌菌齡長和生物除磷短泥齡的矛盾問題最優(yōu)的有兩種措施可以實施，一種是采用 MBR 工藝及系統(tǒng)，原水通過厭氧-缺氧-好氧池去除大部分氮磷后出水用超濾膜替代二沉池，用機械的物理截留實現(xiàn)泥水分離，替代傳統(tǒng)的重力沉淀方式，可以將生物處理段的污泥濃度提升到1萬mg/L，實現(xiàn)對生物處理的強化。但對磷的生物去除較差，需要強化化學除磷。

除MBR工藝外，目前提高生物量較多采用的是投加填料的方式，填料的種類有固定式填料和懸浮型填料。目前懸浮型填料使用越來越多。將懸浮型填料作為一種改造的技術(shù)路線，即將 CASS 與懸浮型填料相結(jié)合，形成CASS +MBBR工藝。通過往現(xiàn)有活性污泥曝氣池投加懸浮填料可將現(xiàn)有工藝升級為MBBR工藝，增加系統(tǒng)硝化及脫氮功能，是反應(yīng)器升級、改造的較優(yōu)選擇。通過投資、運行費、改造工作量比較以及其他運行的CASS工藝提標改造的經(jīng)驗，確定CASS+MBBR工藝。對生化池改造同時考慮污水廠冬季進水水溫較低和C/N較低TN 去除率低的情況下，可采用投加碳源的方式強化去除。超量污染物的去除，可通過對生物池改造，增加生物量，降低污泥荷來完成。MBR工程投資費用高，在除磷污染物上運行費用高，后期的維護費用也較高。本工程CASS池改造選擇在生物池內(nèi)投加懸浮填料技術(shù)路線，CASS+MBR 作為改造工藝。

2.4 工藝改造的方式

TN是需要強化去除的，在原有的CASS池內(nèi)通過改造增加缺氧區(qū)域，在空間上具備反硝化的條件，內(nèi)回流泵調(diào)整，用于回流污泥及消化液，提高低溫下生物反硝為化脫氮能力，新增缺氧區(qū)增加潛水攪拌器。

在好氧區(qū)投加生物填料，形成MBBR工藝。減少的好氧區(qū)域通過增加懸浮填料，增加好氧微生物的生物量，提高污染物去除效果。包括泥齡較長的硝化細菌，懸浮填料上掛的生物膜。填料也為硝化細菌的生長提供了載體，延長其污泥齡，提高脫氮效果;同時控制活性污泥體系為短泥齡，增強除磷效果。

重新核算生物池曝氣量，更換空氣流速過大的曝氣器針對改造后好氧區(qū)部分重新布置。缺氧區(qū)下管式曝氣器保留，可根據(jù)生產(chǎn)運行需要開啟或關(guān)閉。經(jīng)核算現(xiàn)況剩余污泥泵流量、揚程滿足要求，移位到攔截篩網(wǎng)后，潷水器兩側(cè)。換回流泵變頻控制滿足回流比最大約為400%。反應(yīng)池維持現(xiàn)況厭氧區(qū)及缺氧區(qū)尺寸不變，將一部分好氧池容調(diào)整為缺氧。

2.5 確定的工藝設(shè)計及參數(shù)

現(xiàn)況CASS反應(yīng)池改造為CASS+MBBR工藝，生物池需氣量有所增，更換能滿足性能要求的空氣懸浮鼓風機：Q=155m3/min，風壓6.5m，N=200kW，8臺，6用2備。

缺氧區(qū)域重新計算在好氧區(qū)域隔出長度約11.05m，增加缺氧區(qū)域1478 m3。由于增加懸浮填料，單格曝氣量4650/h，高于原設(shè)計3600m3/h。懸浮填料材質(zhì)改性聚乙烯，尺寸大小為Φ25 mm×10 mm 的圓柱型，單位有效比表面積≥620 m2/m3。有效水深5.6m，潷水深度1.4m。

改造后的CASS+MBBR池，共24個生化池，每兩格為一小組運行工況相同。本次改造設(shè)計維持原有設(shè)計周期不變，6h為一周期，減少潷水時間，增加單獨進水時間，提高反應(yīng)池反硝化脫氮能力，調(diào)整后運行周期如表4所示：

3 實際運情況及對比分析

全廠24個生化單元格，由于是不減量升級改造，按照每次兩個單元格依次改造，改造時間較長，通過對改造單元格和沒有改造單元格運行情況對比分析，由于在自控程序下運行，兩個單元格運行的時序完全相同，3-8（未改造CASS池）單元格進水完成后1-1（已改造CASS-MBBR池）單元格進水，每單元格進水0.5h，可認為進水水質(zhì)相同。通過對單元格的進水瞬時樣及在每單元格潷水期間取出水瞬時樣作為出水水質(zhì)進行分析，分析COD、氨氮、TN、TP、SS指標。分析比較改造和未改造的單元格對污染物去除的效率，及改造后的運行狀況是否達到設(shè)計的標準?，F(xiàn)對改造單元格和未改造單元格運行情況進行對比分析如表5：

3.1 冬季運行情況對比

取冬季12月份運行情況及出水數(shù)據(jù)進行對比分析，生物池內(nèi)水溫在11～15℃間，運行情況如下分析。

3.1.1 對COD進行分析

通過圖1分析發(fā)現(xiàn)，進水COD平均在440mg/L，1-1單元格平均出水在47mg/L，去除率在89%;3-8單元格平均出水COD在59mg/L，去除率在86%。1-1單元格比3-8單元格高3個百分點。

1-1單元格出水COD個別出水COD超過50mg/L，分析原因出水超50mg/L時，SS也較高，冬季水溫低污泥活性較差，絮凝性不好有一些游離的污泥絮體帶出，對COD的影響較大，對超出50mg/L的出水進行過濾COD均在50mg/L以下，也佐證了在生化后磁混凝沉工段出水由SS帶來的COD達標排放。

3-8單元格出水COD個別出水瞬時樣超過60mg/L，由于低溫，為了保證污染物降解的效率只能提高微生物量，只能提高污泥濃度，過高的污泥濃度影響出水SS，進而影響出水COD。

3.1.2 對氨氮進行分析

通過圖2分析發(fā)現(xiàn)，進水NH3-N平均在43.30mg/L，1-1單元格平均出水在3.26mg/L，去除率在92%;3-8單元格平均出水NH3-N在6.5mg/L，去除率在85%。1-1單元格比3-8單元格高7個百分點。

1-1單元格出水NH3-N較穩(wěn)定，部分時段生化池低于12℃，出水NH3-N效果依然好能到達設(shè)計標準。加了懸浮填料，懸浮填料為載體掛的生物膜，菌齡較長的硝化細菌增加了生物量，硝化效果更好，懸浮填料空隙內(nèi)的生物膜更穩(wěn)定不受生化池內(nèi)排泥的泥齡影響，所有能更好地進行硝化反應(yīng)。

3-8單元格出水高于改造1-1單元格，也能達到并高于原來的CASS池設(shè)計的出水標準，但出水水質(zhì)波動較大。

3.1.3 對TN進行分析

通過圖3分析發(fā)現(xiàn)，進水TN平均在54.97mg/L，1-1單元格平均出水在13.36mg/L，去除率在75%;3-8單元格平均出水TN在17.91mg/L，去除率在67%。1-1單元格比3-8單元格高8個百分點。

實際進水TN低于設(shè)計70mg/L并且C/N比在4左右，也保證了在冬季沒有投加碳源的情況下TN也能達標排放。此階段運行雖然沒有投加碳源但1-1在改造中增加了工程措施，可進行投加碳源強化反硝化?？紤]在C/N比較低特別是冬季低于4的情況下，投加乙酸鈉。通過曲線可發(fā)現(xiàn)沒有改造的3-8單元格出水TN個別時段出水超過20mg/L，按原來的標準不能穩(wěn)定到標。改造的單元格增加的缺氧區(qū)，能有效進行反硝化。保證TN一級A的排放標準。

3.1.4 對TP進行分析

通過圖4分析發(fā)現(xiàn)，進水TP平均在7.42mg/L，1-1單元格平均出水在0.38mg/L，去除率在94%;3-8單元格平均出水TP在0.59mg/L，去除率在92%。1-1單元格比3-8單元格高2個百分點。但兩個單元格運行控制的泥齡是不同的。1-1單元格能達到一級A的排放標準。3-8單元也能達到要求一級B排放標準。

3.2 夏季運行情況

3.2.1 對COD進行分析

通過圖5分析發(fā)現(xiàn)，進水COD平均在401mg/L，1-1單元格平均出水在42mg/L，去除率在89%;3-8單元格平均出水COD在51mg/L，去除率在87%。1-1單元格比3-8單元格高2個百分點。

1-1池出水COD能穩(wěn)定在50mg/L以下能到達一級A排放標準，3-8池出水COD在45～60mg/L之間，出水水質(zhì)波動較大，改造的單元格出水水質(zhì)更穩(wěn)定。

3.2.2 對氨氮進行分析

通過圖6分析發(fā)現(xiàn)，進水NH3-N平均在37.0mg/L，1-1單元格平均出水NH3-N在2.25mg/L，去除率在94%;3-8單元格平均出水NH3-N在3.90mg/L，去除率在90%。1-1單元格比3-8單元格去除率高4個百分點。1-1單元格池出水NH3-N能穩(wěn)定在3以下能到達一級A排放標準。

3.2.3 對TN進行分析

通過圖7分析發(fā)現(xiàn)，進水TN平均在47.16mg/L，1-1單元格平均出水在9.73mg/L，去除率在79%;3-8單元格平均出水TN在16.76mg/L，去除率在64%。1-1單元格比3-8單元格去除率高15個百分點。1-1池出水TN能穩(wěn)定能到達一級A排放標準。

3.2.4 對TP進行分析

通過圖8分析發(fā)現(xiàn)，進水TP平均在7.02mg/L，1-1單元格平均出水在0.41mg/L，去除率在94%;3-8單元格平均出水TP在0.54mg/L，去除率在92%。1-1單元格比3-8單元格高2個百分點。1-1單元格能達到一級A的排放標準。3-8單元也能達到要求一級B排放標準。

3.3 填料及活性污泥中的微生物

經(jīng)鏡檢觀察兩個池活性污泥中微生物種類基本相當，有鐘蟲、輪蟲、楯纖蟲、漫游蟲等。沒有改造的單元中活性污泥生物量比投加填料單元的生物量多，但改造單元格填料上的生物相豐富，有原生動物門中的肉足綱、鞭毛綱、纖毛綱及后生動物門中的線蟲、輪蟲等，并且構(gòu)成了一個完整的生物體系，其中固著型纖毛蟲種類數(shù)量眾多。

4 運行分析及小結(jié)

對比發(fā)現(xiàn)改造的CASS-MBBR工藝，懸浮填料的投加為微生物的生長繁殖提供了附著空間，使得反應(yīng)器內(nèi)同時存在懸浮生長和附著生長的微生物，從而明顯增加了反應(yīng)器內(nèi)的生物量，好氧的條件下發(fā)生硝化反應(yīng)，而在內(nèi)部一定深度處存在缺氧區(qū)，可發(fā)生反硝化反應(yīng)，所以填料在空間上可同時發(fā)生硝化反硝，因此比傳統(tǒng)活性污泥法對 TN 有更好的去除效果。生物池改造實際運行數(shù)據(jù)表明達到了改造的預(yù)期效果，配合后續(xù)工藝能穩(wěn)定達到一級A的排放標準。

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收稿日期：2019-12-01

作者簡介：代純偉（1983-），男，漢族，本科學歷，工程師，研究方向為水污染防治及控制。