CASS法工藝在某高校生活污水處理中的應(yīng)用
[專家介紹]梅凱，南京工業(yè)大學(xué) 環(huán)境學(xué)院教授，赴德國(guó)訪問學(xué)者�！秮喼藿o水排水》編委會(huì)委員，中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)建筑排水委員會(huì)常務(wù)委員，南京環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)理事會(huì)理事。注冊(cè)設(shè)備工程師，南京工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院副總工程師；注冊(cè)監(jiān)理工程師，南京工業(yè)大學(xué)建設(shè)監(jiān)理公司副總工程師。
從事市政給水排水專業(yè)本科和研究生的教學(xué)工作，主講 “排水工程”、“水質(zhì)工程學(xué)”、“水工程施工”等課程的本科生、研究生的主干課程和學(xué)位課程，指導(dǎo)研究生20多名，三次獲得江蘇省高等學(xué)校本�？苾�(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)，學(xué)校教書育人先進(jìn)個(gè)人。
1、 工程概況
南京某高校新區(qū)位于南京某大學(xué)城東北面，占地13．5萬(wàn)m2 ，整個(gè)校區(qū)分二期建設(shè)，南區(qū)為一期工程，已建成投入使用，北區(qū)為二期工程。根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)和環(huán)保部門的要求，一、二期工程分別建造污水處理裝置，收集處理校區(qū)的生活污水達(dá)標(biāo)排放。一期工程的污水處理裝置已建成投入調(diào)試階段。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，二期工程污水處理裝置設(shè)計(jì)服務(wù)人口為7000人，還應(yīng)考慮處理規(guī)模有擴(kuò)容能力，能滿足9000人生活污水處理要求�？紤]將來出水消毒的方案，并從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的角度對(duì)處理后水的利用提出可行性方案。根據(jù)招標(biāo)文件要求，經(jīng)處理后的污水，其出水水質(zhì)達(dá)國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，就近排入水體或市政雨水管網(wǎng)。
2、 污水處理工藝設(shè)計(jì)
2.1 水量和水質(zhì)
根據(jù)業(yè)主提供的資料，設(shè)計(jì)總?cè)丝诮跒? 000人，遠(yuǎn)期為9 000人，宿舍配有洗衣房，冷熱水供應(yīng)。污水處理裝置按24 h連續(xù)工作。污水處理設(shè)備設(shè)計(jì)日處理水量：近期1 600 m ／d，遠(yuǎn)期2 400 m ／d。
處理污水量：近期Qh=1 600／24=67 m 3／h，遠(yuǎn)期Qh=2 400／24=100 m3／h.設(shè)備處理能力按近期設(shè)計(jì)，能適應(yīng)遠(yuǎn)期的要求。處理的污水為生活污水，經(jīng)處理后出水水質(zhì)達(dá)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB8978—1996一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)、出水的水質(zhì)見表1。
2.2 工藝流程
高校校區(qū)生活污水的水質(zhì)、水量變化較小，污染物的可生化性好。在工藝選擇時(shí)盡量選擇管理方便，無污泥或污泥量少的工藝，以防因污泥處理不當(dāng)造成二次污染，并且出水水質(zhì)要好，保證達(dá)標(biāo)排放，工藝流程如圖1所示。格柵用于攔截污水中大塊漂浮物，保證后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行及減輕處理負(fù)荷，為系統(tǒng)的長(zhǎng)期正常運(yùn)行提供保障。學(xué)校用水較集中，與居住建筑相比連續(xù)用水時(shí)間短，最大連續(xù)用水時(shí)間為每天18：00～22：00，考慮到二期工程擴(kuò)容不再建調(diào)節(jié)池，故調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為6．0 h。調(diào)節(jié)池池體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)置潛污泵，以一定的額定流量提升至CASS池，保證CASS池連續(xù)、穩(wěn)定地周期工作。該泵為液下型水泵，具有無堵塞，使用壽命長(zhǎng)，能耗低，施工維護(hù)方便等特點(diǎn)。
由于污水在調(diào)節(jié)池內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，調(diào)節(jié)池除調(diào)節(jié)水質(zhì)水量外，還具有一定厭氧生化處理作用，可將大分子的有機(jī)物降解為小分子的有機(jī)物，為了提高厭氧的處理效果，在池內(nèi)分段裝填生物彈性填料，為微生物提供棲息場(chǎng)所，實(shí)質(zhì)為厭氧生物接觸氧化法，既利用調(diào)節(jié)池的調(diào)節(jié)能力，又利用污水在調(diào)節(jié)池中的停留這段時(shí)間來分解氧化有機(jī)物，充分地利用時(shí)間和空間。為防止生物填料在調(diào)節(jié)池水位變動(dòng)時(shí)脫水，潛污泵的停泵水位高于填料的高度。為了強(qiáng)化除磷的效果，系統(tǒng)采用無動(dòng)力外循環(huán)系統(tǒng)。該循環(huán)系統(tǒng)利用了水力學(xué)的原理，無須外加動(dòng)力，可自動(dòng)地將CASS反應(yīng)池內(nèi)的活性污泥回流到水解調(diào)節(jié)池，與進(jìn)水進(jìn)行充分混合。根據(jù)計(jì)算，在設(shè)定了初始回流量后，隨著水位的變化，自動(dòng)地調(diào)節(jié)回流量的大小，污泥回流量按日平均流量的20％設(shè)定 。通過外循環(huán)系統(tǒng)的作用，為微生物在水解調(diào)節(jié)池中除磷創(chuàng)造了無氧的條件 此外，為改善水解調(diào)節(jié)池水力混合條件，避免在池內(nèi)產(chǎn)生水力死角，在設(shè)計(jì)中特意利用潛水泵出水的部分余壓和水流，進(jìn)行橫向水力混合攪拌，以此改變水流的縱向運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，迫使水流以旋流的方式在池內(nèi)運(yùn)動(dòng)。
CASS池包括生物選擇器和主反應(yīng)區(qū)。設(shè)置生物選擇器的主要目的是利用膠團(tuán)細(xì)菌較高的比增長(zhǎng)速率，有效地抑制絲狀菌的生長(zhǎng)與繁殖，使系統(tǒng)選出絮凝性細(xì)菌 ，系統(tǒng)不易發(fā)生污泥膨脹。生物選擇器容積約占整個(gè)池子的10％。生物選擇器的工藝遵循活性污泥的基質(zhì)積累——再生理論，使活性污泥在選擇器中經(jīng)歷一個(gè)高負(fù)荷的吸附階段(基質(zhì)積累)，隨后在主反應(yīng)區(qū)經(jīng)歷一個(gè)較低負(fù)荷的基質(zhì)降解階段，以完成整個(gè)基質(zhì)降解的全過程和污泥再生。CASS法工藝集反應(yīng)、沉淀、排水于一體，微生物
處于缺氧一好氧一厭氧交替運(yùn)行的過程，因此具有較好的脫氮除磷效果。主要設(shè)汁參數(shù)的計(jì)算見表2，主要構(gòu)筑物、設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)及性能見表3：
2.3 自動(dòng)控制
整個(gè)處理系統(tǒng)控制采用Programmable Controller可編程器作為中央控制器，主要控制潛污泵、水下曝氣機(jī)、潷水器。調(diào)節(jié)池水泵采用3臺(tái)潛污泵，正常情況下，兩用一備，順序啟動(dòng)，互為備用，當(dāng)池內(nèi)水位達(dá)到最高報(bào)警水位時(shí)，3臺(tái)潛污泵可同時(shí)工作。水泵的啟閉由PLC中央控制器控制，其控制信號(hào)由液位傳感器根據(jù)調(diào)節(jié)池液位發(fā)出。CASS池生物選擇器內(nèi)水下曝氣機(jī)啟動(dòng)，與調(diào)節(jié)池潛污泵同步，關(guān)閉時(shí)，滯后潛污泵0．5 h CASS池主反應(yīng)池內(nèi)的水下曝氣機(jī)按工作2 h，間歇2 h周期循環(huán)運(yùn)行。潷水器在水下曝氣機(jī)停機(jī)1 h后啟動(dòng)，工作0．5 h，周期循環(huán)運(yùn)行，工作周期為4 h ，系統(tǒng)的啟閉由各階段的液位和進(jìn)、出水水質(zhì)控制。系統(tǒng)設(shè)置故障報(bào)警功能及信號(hào)，以便及時(shí)維護(hù)及更換設(shè)備。
3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
3.1 機(jī)電能耗
機(jī)電能耗見表4。
3．2 設(shè)備總投資
設(shè)備總投資見表5。
3.3 運(yùn)行費(fèi)用
由于采用自動(dòng)控制，只需配備一名兼職管理工作人員。其污水處理成本即為一名管理人員工資、污水處理電費(fèi)、污泥處理費(fèi)用及設(shè)備折舊費(fèi)4部分組成。(水量按滿負(fù)荷1 6OO m ／d，系統(tǒng)運(yùn)行按365 d／a計(jì))。
(1)工資費(fèi)用
一名管理人員的工資按每年8 000元計(jì)，則污水處理工資成本：
8 000／(1 600 X 365)=0．013元／ITr’
(2)耗電費(fèi)用
每天耗電量為590 kW ·h／d，污水處理耗電成
本為590 X0．55／1 600=0．20元／m 。
(3)污泥處理費(fèi)用
理論計(jì)算剩余污泥為負(fù)增長(zhǎng)，考慮到實(shí)際情況，每年清理外運(yùn)一次，每次為60 II ，按180元／車，5m3／車計(jì)，[200 X(60／5)]／2 400／360=0．000 1元／m 。
(4)折舊費(fèi)
處理裝置折舊年限按10 a考慮，則年折舊費(fèi)為：l37．68／10=13．77萬(wàn)元
折舊費(fèi)為：
13．77 X 10 000／(1 600 X 30 X 12)=0．239元／m 。
污水處理系統(tǒng)無需投加藥劑，無藥劑費(fèi)。
則每t污水處理成本為：
0．013+0．20+0．000 1+0．239 0．452元／m 。
3．4 環(huán)境效益
污水經(jīng)過處理，可有效地改變排放水質(zhì)，大量消減污染物，減少對(duì)環(huán)境的危害，其主要污染指標(biāo)年削減量為(以平均值計(jì)，年運(yùn)行時(shí)間以365d計(jì))，
COD (400—1O0)X 1 600 X 365／(1 000 X1 000)=175．20 t／a：
BOD ：(200—20)X 1 600 X 365／(1 000 X1 000)：105．12 t／a：
SS：(200—70)X 1 600 X 365／(1 000 X 1 000)= 75．9 t／a：
P(NH3一N)：(25—15)×1 600×365／(1 000×1 000)=5．84 t／a
