CASS工藝在小區污水的處理工藝案例
CASS工藝處理小區污水及中水回用案例探討
工藝設計、發起者：臺州市璟航環?？萍加邢薰?/span>
1 概述
建筑小區是具有一種功能或多種功能的相對獨立的區域，其排水系統通常不在城市市政管網覆蓋范圍之內。根據當地的環保標準，必須設置獨立的污水處理設施，這就是我們所指的小區污水處理。
小區污水系統的處理能力，各國并無統一的限定。前蘇聯曾建議單個構筑物的處理能力不宜超過1400m3/d，美國則把處理能力限定在3785m3/d的范圍內。根據我國情況，建議把污水量在4000m3/d以下的處理廠定義為小區污水處理廠。
小區污水不同于城市污水(常包括部分工業廢水)，屬于生活污水范疇。其水質水量特征可概括為：水質水量變化較大，污染物濃度偏低，即比城市污水低，污水可生化性好，處理難度小。
小區污水的處理工藝因污水排入的水體功能不同而異，常用處理方法有：化糞池、一級處理 (初次沉淀池)、生物二級處理及二級處理后再經過濾消毒回用等。由于小區污水量較小，管理者水平不高，所以在工藝設計時盡可能選用無污泥或少污泥的處理工藝，以防因污泥處理不善造成二次污染。本文在介紹小區污水處理設計原則及常用流程的基礎上，重點介紹了周期循環活性污泥(CASS)工藝處理小區污水及回用的設計參數與應用情況。
2 小區污水處理設計原則及常用流程
2.1 設計原則
(1)一般來說，不同小區對出水的要求差異較大，應根據我國《地面環境質量標準》(GB3838 -88)和《污水綜合排放標準》(GB8978-96)的有關規定和當地環保部門的要求確定處理程度，以確保出水水質。
(2)污水處理設施的設計和建設必須結合小區的整體規劃和建筑特點，即外觀設計上要與小區建筑環境相協調，以求美觀。
(3)在污水處理工藝上力求簡單實用，以方便管理。
(4)在高程布置上應盡量采用立體布局，充分利用地下空間。平面布置上要緊湊，以節省用地。
(5)污水處理廠位置應盡可能位于小區下風向，與其它建筑物有一定的距離，以減少對環境的影響。
(6)設備化，定型化，模塊化，施工安裝方便，運行簡易，設備性能穩定，適合分期建設。
(7)處理程度高，污泥產量少，并盡可能采用節能處理技術。
(8)處理構筑物對水力負荷和有機物負荷的適應范圍較大，使系統有較好的經受沖擊負荷的能力。
(9)小區內的人口是逐漸增加的，因此小區污水處理廠應留有發展余地。
2.2 常用流程
根據小區廢水處理的原則，應選擇處理效果穩定、產泥少、節能的處理方法。小區系統中的各類建筑物一般均建有化糞池，所以化糞池應與污水處理方法相結合。常用的工藝流程有：
①污水→格柵→調節池→提升泵→接觸氧化池→沉淀池 →出水。
②污水→格柵→調節池→提升泵→曝氣池→沉淀池污泥回流 →出水。
③污水→格柵→調節池→提升泵→SBR池或CASS池→出水。
④污水→格柵→調節池→提升泵→混凝沉淀(加藥)→過濾→出水(物化方法)。
⑤污水→格柵→調節池→提升泵→接觸氧化池→混凝過濾(加藥)→出水。
國內小區污水處理設計中組合式處理廠曾風靡一時，組合式處理指裝配好的或易于組裝的定型設備，其主要優點是施工快，不占綠地。但實際應用表明，存在不少問題。如設備的維修管理困難，對運行情況考核不便，單機處理水量有限，使用壽命等均有待時間驗證。根據工程設計及實際運行經驗，建議日處理能力1000m3以上的污水處理廠宜采用地上式。在水量不大，場地十分緊張時可考慮用埋地設備。
3 CASS工藝處理小區污水
3.1 工作原理
CASS(Cyclic Activated Sludge System)是在SBR的基礎上發展起來的，即在SBR池內進水端增加了一個生物選擇器，實現了連續進水(沉淀期、排水期仍連續進水)，間歇排水。設置生物選擇器的主要目的是使系統選擇出絮凝性細菌，其容積約占整個池子的10%。生物選擇器的工藝過程遵循活性污泥的基質積累--再生理論，使活性污泥在選擇器中經歷一個高負荷的吸附階段(基質積累)，隨后在主反應區經歷一個較低負荷的基質降解階段，以完成整個基質降解的全過程和污泥再生。
據有關資料介紹，污泥膨脹的直接原因是絲狀菌的過量繁殖。由于絲狀菌比菌膠團的比表面積大，因此有利于攝取低濃度底物。但一般絲狀菌的比增殖速率比非絲狀菌小，在高底物濃度下菌膠團和絲狀菌都以較大速率降解底物與增殖，但由于膠團細菌比增殖速率較大，其增殖量也較大，從而較絲狀菌占優勢，這樣利用基質作為推動力選擇性地培養膠團細菌，使其成為曝氣池中的優勢菌。所以，在CASS池進水端增加一個設計合理的生物選擇器，可以有效地抑制絲狀菌的生長和繁殖，克服污泥膨脹，提高系統的運行穩定性。
CASS工藝對污染物質降解是一個時間上的推流過程，集反應、沉淀、排水于一體，是一個好氧-缺氧-厭氧交替運行的過程，因此具有一定脫氮除磷效果。
3.2 與傳統活性污泥法的比較
與傳統活性污泥工藝相比，CASS工藝具有以下優點：
(1)建設費用低。省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設備，建設費用可節省20%～30 %。工藝流程簡潔，污水廠主要構筑物為集水池、沉砂池、CASS曝氣池、污泥池，布局緊湊，占地面積可減少35%。
(2)運轉費用省。由于曝氣是周期性的，池內溶解氧的濃度也是變化的，沉淀階段和排水階段溶解氧降低，重新開始曝氣時，氧濃度梯度大，傳遞效率高，節能效果顯著，運轉費用可節省10%～25%。
(3)有機物去除率高，出水水質好。不僅能有效去除污水中有機碳源污染物，而且具有良好的脫氮、除磷功能。
(4)管理簡單，運行可靠，不易發生污泥膨脹。污水處理廠設備種類和數量較少，控制系統簡單，運行安全可靠。
(5)污泥產量低，性質穩定。
3.3 曝氣方式的選擇
由于小區大都是居民居住區，對環境的要求比較高，因此污水廠建設時應充分考慮噪音擾民問題和污水廠操作人員的工作環境，采用水下曝氣機代替傳統的鼓風機曝氣可有效解決噪音污染。另外，由于CASS工藝獨特的運行方式，采用水下曝氣機可省去復雜的管路及閥門，安裝、維修方便，使用靈活，可根據進出水情況開不同的臺數，在保證效果的條件下，達到經濟運行的目的。
3.4 撇水方式的選擇
撇水機是CASS工藝的關鍵組成部分，其性能是否穩定可靠直接影響到CASS工藝的正常運行。目前，國內外對撇水機仍在進行研究和開發，按照目前所用的原理，撇水機可分為三種類型，即浮球式、旋轉式和虹吸式。撇水機研制的關鍵是解決潷水過程中，堰口、導水軟管和升降控制裝置與水流之間形成的動態平衡，使之可隨排水量的不同調整浮動水堰浸沒的深度，并隨水位均勻地升降，將排水對底層污泥的干擾降低到最低限度，保證出水水質穩定。
我院自主研制開發的撇水機屬絲杠旋轉式，自動撇水裝置主要組成部分是：潷水器、可擾動的軟管、水位控制器、可伸縮推動桿和驅動電機等。其中潷水器又叫自動浮動式水堰，上部為堰口和防止浮渣進入出水的浮筒，下部出水管兼起支撐作用，部分浸沒在水中，通過可伸縮推動桿使方形堰口達到連續均勻地排出反應池中的上清液。具有升降平穩、排水均勻、自動控制、價格低廉等優點。
3.5 主要設計參數
CASS設計參數：污泥負荷0.1～0.2 kg BOD5/(kgMLSS·d)，污泥齡15～30 d。
水力停留時間12 h，工作周期4 h，其中曝氣2.5 h，沉淀0.75 h，排水0.5～0.75 h。
4 CASS工藝的出水回用
眾所周知，水資源緊缺已經成為世界性問題。我國也同樣面臨水資源短缺的現實。我國目前人均年占有水資源2700m3，僅相當于世界平均水平的1/4。我國的城市缺水現象更為嚴重，在300多個大中城市中有180個城市缺水，其中50多個城市嚴重缺水。以北京為例，全市水資源人均占有量僅為全國人均占有量1/6，而其年用水量已達42億m3，每年大約缺水7～10億m3。由于水資源的短缺，近年來城市供水水價持續上漲，小區污水經過適當處理后，用于小區綠化、廁所便器沖洗、洗車和清潔等有很好的社會效益和經濟效益。
采用CASS工藝處理小區污水，出水水質穩定，優于一般傳統生物處理工藝，其出水接近《生活雜用水水質標準》(CJ25.1-89)，主要項目見表1。通過過濾和消毒處理后，就可以作為中水回用。
表1 生活雜用水水質標準
項目 | 便器沖洗、城市道路澆灑 | 洗車、掃除 |
溶解性固體(mg/L) | 1200 | 1000 |
懸浮性固體(mg/L) | 10 | 5 |
色度(度) | 30 | 30 |
臭 | 無不快感覺 | 無不快感覺 |
pH | 6.5～9.0 | 6.5～9.0 |
BOD(mg/L) | 10 | 10 |
COD(mg/L) | 50 | 50 |
氨氮(mg/L) | 20 | 10 |
總大腸菌群(個/L) | 3 | 3 |
過濾采用膜分離技術，膜分離技術是物質分離技術中的一個單元操作。膜法分離的最大特點是動力為壓力，不伴隨大量熱量變化。因而有節能、可連續操作、便于自動化等優點。為開拓CASS工藝的出水回用領域，開發了一種新型過濾膜(盤片式過濾膜)，該膜具有通量大、壽命長、耐污染強度大、易于反沖洗等優點。工程應用表明具有良好的應用前景。
由于小區污水中含有致病細菌，消毒后回用可確保使用安全，在膜過濾前進行消毒還有利于對膜的保護。消毒采用次氯酸鈉消毒劑即可達消毒要求。
污水處理量在1000m3/d以上時，其污泥處理一般采用濃縮后脫水處理的方法，小規模時由于所產污泥量少，一般濃縮后定期用大糞車外運填埋或作農肥。
在多個工程應用基礎上，近期推出的CASS+膜過濾工藝已經應用于裝備指揮技術學院污水處理及回用(2000m3/d)、總參某部污水處理及回用(3000m3/d)和中華人民共和國濟南海關污水處理及回用(100m3/d)等工程。在濟南海關的污水工程設計中，充分利用所提供的地形，既保護了原有的綠化統一規劃，又可以利用處理后的水進行綠化和沖洗車輛，節約了大量的自來水，使用戶受益匪淺。
5 結論
在水資源日益緊缺的今天，將處理后的水回用于綠化、沖洗車輛和沖洗廁所，其應用前景廣泛。周期循環活性污泥工藝具有出水水質穩定、處理效果好、操作管理運行簡單的特點，實際運行中可以實現中央集中控制和現場手動自動控制，經過多個工程實際應用，該工藝的配套設備潷水器和水下射流曝氣機已經成熟，其出水經過濾和消毒處理后可以達到中水回用的標準，根據實際需求，可以設計成地埋式或半地埋式，因此具有節省占地的優勢。中水回用勢在必行，周期循環活性污泥+膜過濾工藝為小區污水處理及回用提供了新的工藝和配套設備。
