CASS工藝處理寒冷地區生活污水的試驗研究*

陳淑芳 謝杰

(吉林建筑工程學院城建學院，長春130111)

0 引言

CASS(Cyclic Activated Sludge System)工藝是將變容積活性污泥法和生物選擇器原理有機地結合起來，是近年來國際公認的處理生活污水及工業廢水的先進工藝［1］.由于該工藝具有工藝流程簡單、處理效果穩定、占地面積小、投資及運行費用低、耐沖擊負荷和脫氮除磷能力強、運行管理方便、可分期建設、不易產生污泥膨脹等優點［2-4］，因此近年來CASS工藝在國內已得到一定程度的推廣和應用，尤其在我國北方各地區得到一定程度的應用.但由于寒冷地區排水溫度低(一般低于13℃)，使微生物的活性、種群組成、細胞的增值、活性污泥的絮凝沉降性能、曝氣池充氧效率，以及水的粘度都有較大影響，給污水處理帶來很多困難.而現行的《室外給水排水規范》(GB 50014-2006)中，也未專門對該工藝提出低溫條件下相關的設計參數及要求，因此在實際工程設計中，低溫條件下該工藝的工程設計參數同常溫條件下又有很大區別.

本文充分利用CASS工藝的優勢，結合我國寒冷地區的已建CASS工藝的設計和運行情況，同常溫條件下對比研究CASS工藝在低溫條件下的工程設計參數，為CASS工藝在我國寒冷地區的進一步推廣應用予以借鑒.

1 試驗材料與方法

1.1 試驗原水及種泥

試驗原水采用某高校的生活污水，具體水質如下:COD為200 mg/L～490 mg/L(均值為345 mg/L)，BOD5為100 mg/L～250 mg/L(均值為175 mg/L)，SS為140 mg/L～286 mg/L(均值為213 mg/L)，NH3-N為25 mg/L～55 mg/L(均值為40 mg/L)，TP為3.5 mg/L～9.6 mg/L(均值為6.55 mg/L)，pH值為6.5～8.5(均值為7.5).試驗種泥采用長春市北郊污水處理廠的活性污泥，通過一個多月的培養馴化，CASS工藝即可穩定運行［5］.

1.2 試驗裝置

試驗裝置如圖1所示，主要包括原水箱、CASS池(尺寸為350 mm×180 mm×220 mm)、污泥回流系統、排水系統和排泥系統.原水經水箱自流至CASS池的生物選擇區和主反應區，生物選擇區內設置攪拌器，主反應區內安裝曝氣頭進行曝氣兼起到混合作用.反應池上清液由一個端部裝有曝氣頭(控制排水高度)的虹吸管排出，底部的污泥通過污泥泵回流至生物選擇區.

圖1 試驗裝置

1.3 測試項目與方法

COD，NH3-N，TP:5 B-6 C型氨氮/COD/總磷三參數測定儀;SS:重量法;DO:JPB-607型溶解氧測定儀;pH值:PHS-3 C型精密pH計.

2 試驗結果與分析

2.1 試驗條件［6-7］

氣溫:5℃～14℃;水溫6℃～12℃.

水力停留時間:HRT=14 h，16 h，18 h.

周期運行時間:T=4 h～6 h(分曝氣、沉淀、撇水、閑置4個階段)

進水流量Q=22.5 L/h～11.5 L/h

周期處理水量Q 1=90 L～70 L

周期排水比:1/3～1/4

根據試驗效果，試驗運行參數設置如下:MLSS為3 200 mg/L～4 560 mg/L，HRT為14 h～18 h，SV值為25 %～52 %，DO濃度為2.5 mg/L～3.0 mg/L.按水力停留時間(HRT)的不同實驗劃分為3個階段(即HRT=14 h，16 h，18 h)，各階段中曝氣時間均為3 h.

2.2 試驗效果與分析

(1)CODcr去除效果分析

由表1可以看出:進出水CODcr波動不大，進水CODcr為245 mg/L～491 mg/L，出水30 mg/L～52 mg/L，去除率在85 %～91 %之間，出水效果較好，波動較小，運行穩定，出水水質比較理想.相對應的MLSS=3.20 g/L～4.56 g/L變化不大，污泥負荷=0.45 kgCOD/(kgMLSS·d)～0.79 kgCOD/(kgMLSS·d)，屬正常.但當污泥負荷小于0.50 kgCOD/(kgMLSS·d)時，CODcr去除率小于86 %;隨著污泥負荷增加，CODcr去除率提高;當污泥負荷大于0.75 kgCOD/(kgMLSS·d)時，CODcr去除率有所降低.故污泥負荷=0.50 kgCOD/(kgMLSS·d)～0.75 kgCOD/(kgMLSS·d)時，運行效果比較好.

此外，通過對水力停留時間和不同低溫條件下的對比實驗，發現水力停留時間HRT=14 h，16 h和18 h處理效果差別不大，這說明在一定污泥負荷范圍內，延長水力停留時間對提高去除效果意義不明顯，反而使投入產出比降低.而在進水CODcr較穩定的情況下，出口CODcr濃度較低，出水水質均能達到52 mg/L以下，滿足《污水綜合排放標準》(GBl8918-2002)一級B類排放標準.

表1 試驗效果分析結果

通過與常溫條件下的對比實驗表明:在其他條件相同情況下，常溫條件下CODcr去除率在89.6%～90.4 %之間;低溫條件下CODcr去除率在85.0 %～87.0 %之間，CODcr去除率降低4 %～5 %.

(2)懸浮物(SS)去除效果分析

一般情況下，傳統活性污泥法處理污水的效果隨溫度的降低而變差，出水質量差的一個重要原因就是活性污泥的沉降性能不好.從水質特點上分析，低溫環境下，水的粘滯性增加，固體顆粒沉降阻力增大，降低了泥水分離效果;從物理現象上看，活性污泥比較細碎，不易形成大塊絮凝體，沉淀后的上清液仍有細小的懸浮顆粒隨出水帶走.但從CASS工藝處理低溫的整個實驗過程來看，污水SS的去除率一直都很高，進水SS通常在158 mg/L以上，出水SS通常保持在30 mg/L以下，并且去除效果比較穩定.這從另一方面反映了CASS工藝獨特的運行方式，使曝氣結束后的沉淀階段，整個池子面積均用于在近乎靜止的環境中進行泥水分離，故其固體通量很低，泥水分離效果良好.

通過與常溫條件下的對比實驗表明:在其他條件相同情況下，常溫條件下SS平均去除率為90.6 %;低溫條件下SS平均去除率為88.3 %，SS去除率降低3 %.

(3)NH3-N去除效果分析

由表1可以看出:進出水NH3-N波動不大，進水NH3-N為25 mg/L～55 mg/L，出水7 mg/L～16 mg/L，去除率在64 %～74 %之間，出水效果較好，波動較小，運行較穩定.相對應的MLSS=3.20 g/L～4.56 g/L變化不大，污泥負荷=0.45 kgCOD/(kgMLSS·d)～0.79 kgCOD/(kgMLSS·d)，屬正常.

通過與常溫條件下的對比實驗表明:在其他條件相同情況下，常溫條件下NH3-N平均去除率為75.3%;低溫條件下NH3-N平均去除率為67.6 %，NH3-N平均去除率降低10 %.

(4)TP去除效果分析

由表1可以看出:進出水TP波動不大，進水TP為4.2 mg/L～9.6 mg/L，出水0.6 mg/L～1.1 mg/L，去除率在79 %～89 %之間，出水效果較好，波動較小，運行較穩定.相對應的MLSS=3.20 g/L～4.56 g/L變化不大，污泥負荷=0.45 kgCOD/(kgMLSS·d)～0.79 kgCOD/(kgMLSS·d)，屬正常.但由于污泥濃度較高，菌膠團內部的厭氧區域越來越大，保證了聚磷菌對磷的充分釋放，為在好氧環境下的超量攝取提供了基礎，從而保證了低溫條件下的出水效果.

通過與常溫條件下的對比實驗表明:在其他條件相同情況下，常溫條件下TP平均去除率為89.4 %;低溫條件下TP平均去除率為80.6 %，TP平均去除率降低10 %.

3 結論

(1)低溫對CASS工藝處理生活污水的影響

由于低溫會造成活性污泥沉降性能降低，故低溫對CASS工藝處理效果有一定影響.通過實驗分析，在其他條件相同情況下，與常溫條件相比，CODcr去除率約降低4 %～5 %，SS去除率約降低3 %，NH3-N和TP去除率約降低10 %左右.

(2)推薦的工藝參數

CASS工藝污泥特性如SV，SVI和MLSS等受溫度變化影響較大，而污泥特性的變化直接影響到沉淀時間、排水比和污泥齡等參數的確定.由于北方地區冬季與夏季氣溫相差較大，因此，原水中污染物含量相差較大，反應器中污泥活性變化也較大，為保證出水水質，CASS工藝設計參數按照冬季不利時期條件選擇參數.通過實驗和理論分析，推薦低溫條件下的CASS工藝設計參數為:污泥濃度為3 500 mg/L～4 500 mg/L，污泥負荷=0.50 kgCOD/(kgMLSS·d)～0.75 kgCOD/(kgMLSS·d)，運行效果和經濟性比較好.

［1］M.C.Goronszy.The Cyclic Activated Sludge System For Resort Area Wastewater Treatment［J］.Water Science and Technology，1995，32(9-10):105-114.

［2］Demoulin，G.(SFC Umwelttechnik)，Rudiger，A.，Goronszy，M.C.Cyclic activated sludge technology.Recent operating experience with a 90，000 P.e.plant in Germany［J］.Water Science and Technology，2001，43(3):331.

［3］M.C.Goronszy.Advancements in Cyclic Activated Sludge Technology［M］.IAWQ Yearbook，1999:24-25.

［4］M.C.Goronszy.Dynamic Mathematical Modeling of Sequencing Batch Reactors with Aerated and Mixed filling Period［J］.Water Science and Technology，1997，35(1):457-464.

［5］陳淑芳.CASS工藝處理高校生活污水的試驗研究［J］.中國給水排水，2012(7):79-81.

［6］中國工程建設標準化協會批準.寒冷地區污水活性污泥法處理設計規范(CECS111:2000)［S］.北京:中國計劃出版社，2000.

［7］張自杰.環境工程手冊水污染防治卷［M］.北京:高等教育出版社，1996:574-588.