CASS法工藝在某高校生活污水處理中的應用
[專家介紹]梅凱，南京工業大學 環境學院教授，赴德國訪問學者。《亞洲給水排水》編委會委員，中國土木工程學會建筑排水委員會常務委員，南京環境科學學會理事會理事。注冊設備工程師，南京工業大學建筑設計研究院副總工程師；注冊監理工程師，南京工業大學建設監理公司副總工程師。
從事市政給水排水專業本科和研究生的教學工作，主講 “排水工程”、“水質工程學”、“水工程施工”等課程的本科生、研究生的主干課程和學位課程，指導研究生20多名，三次獲得江蘇省高等學校本專科優秀畢業設計團隊獎，學校教書育人先進個人。
1、 工程概況
南京某高校新區位于南京某大學城東北面，占地13．5萬m2 ，整個校區分二期建設，南區為一期工程，已建成投入使用，北區為二期工程。根據規劃設計和環保部門的要求，一、二期工程分別建造污水處理裝置，收集處理校區的生活污水達標排放。一期工程的污水處理裝置已建成投入調試階段。根據設計任務書的要求，二期工程污水處理裝置設計服務人口為7000人，還應考慮處理規模有擴容能力，能滿足9000人生活污水處理要求。考慮將來出水消毒的方案，并從經濟和技術的角度對處理后水的利用提出可行性方案。根據招標文件要求，經處理后的污水，其出水水質達國家一級排放標準，就近排入水體或市政雨水管網。
2、 污水處理工藝設計
2.1 水量和水質
根據業主提供的資料，設計總人口近期為7 000人，遠期為9 000人，宿舍配有洗衣房，冷熱水供應。污水處理裝置按24 h連續工作。污水處理設備設計日處理水量：近期1 600 m ／d，遠期2 400 m ／d。
處理污水量：近期Qh=1 600／24=67 m 3／h，遠期Qh=2 400／24=100 m3／h.設備處理能力按近期設計，能適應遠期的要求。處理的污水為生活污水，經處理后出水水質達《污水綜合排放標準》GB8978—1996一級排放標準。進、出水的水質見表1。
2.2 工藝流程
高校校區生活污水的水質、水量變化較小，污染物的可生化性好。在工藝選擇時盡量選擇管理方便，無污泥或污泥量少的工藝，以防因污泥處理不當造成二次污染，并且出水水質要好，保證達標排放，工藝流程如圖1所示。格柵用于攔截污水中大塊漂浮物，保證后續處理構筑物的正常運行及減輕處理負荷，為系統的長期正常運行提供保障。學校用水較集中，與居住建筑相比連續用水時間短，最大連續用水時間為每天18：00～22：00，考慮到二期工程擴容不再建調節池，故調節池設計水力停留時間為6．0 h。調節池池體采用鋼筋混凝土結構，內置潛污泵，以一定的額定流量提升至CASS池，保證CASS池連續、穩定地周期工作。該泵為液下型水泵，具有無堵塞，使用壽命長，能耗低，施工維護方便等特點。
由于污水在調節池內停留時間較長，調節池除調節水質水量外，還具有一定厭氧生化處理作用，可將大分子的有機物降解為小分子的有機物，為了提高厭氧的處理效果，在池內分段裝填生物彈性填料，為微生物提供棲息場所，實質為厭氧生物接觸氧化法，既利用調節池的調節能力，又利用污水在調節池中的停留這段時間來分解氧化有機物，充分地利用時間和空間。為防止生物填料在調節池水位變動時脫水，潛污泵的停泵水位高于填料的高度。為了強化除磷的效果，系統采用無動力外循環系統。該循環系統利用了水力學的原理，無須外加動力，可自動地將CASS反應池內的活性污泥回流到水解調節池，與進水進行充分混合。根據計算，在設定了初始回流量后，隨著水位的變化，自動地調節回流量的大小，污泥回流量按日平均流量的20％設定 。通過外循環系統的作用，為微生物在水解調節池中除磷創造了無氧的條件 此外，為改善水解調節池水力混合條件，避免在池內產生水力死角，在設計中特意利用潛水泵出水的部分余壓和水流，進行橫向水力混合攪拌，以此改變水流的縱向運動的狀態，迫使水流以旋流的方式在池內運動。
CASS池包括生物選擇器和主反應區。設置生物選擇器的主要目的是利用膠團細菌較高的比增長速率，有效地抑制絲狀菌的生長與繁殖，使系統選出絮凝性細菌 ，系統不易發生污泥膨脹。生物選擇器容積約占整個池子的10％。生物選擇器的工藝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。CASS法工藝集反應、沉淀、排水于一體，微生物
處于缺氧一好氧一厭氧交替運行的過程，因此具有較好的脫氮除磷效果。主要設汁參數的計算見表2，主要構筑物、設備設計參數及性能見表3：
2.3 自動控制
整個處理系統控制采用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、潷水器。調節池水泵采用3臺潛污泵，正常情況下，兩用一備，順序啟動，互為備用，當池內水位達到最高報警水位時，3臺潛污泵可同時工作。水泵的啟閉由PLC中央控制器控制，其控制信號由液位傳感器根據調節池液位發出。CASS池生物選擇器內水下曝氣機啟動，與調節池潛污泵同步，關閉時，滯后潛污泵0．5 h CASS池主反應池內的水下曝氣機按工作2 h，間歇2 h周期循環運行。潷水器在水下曝氣機停機1 h后啟動，工作0．5 h，周期循環運行，工作周期為4 h ，系統的啟閉由各階段的液位和進、出水水質控制。系統設置故障報警功能及信號，以便及時維護及更換設備。
3 技術經濟分析
3.1 機電能耗
機電能耗見表4。
3．2 設備總投資
設備總投資見表5。
3.3 運行費用
由于采用自動控制，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、污泥處理費用及設備折舊費4部分組成。(水量按滿負荷1 6OO m ／d，系統運行按365 d／a計)。
(1)工資費用
一名管理人員的工資按每年8 000元計，則污水處理工資成本：
8 000／(1 600 X 365)=0．013元／ITr’
(2)耗電費用
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)污泥處理費用
理論計算剩余污泥為負增長，考慮到實際情況，每年清理外運一次，每次為60 II ，按180元／車，5m3／車計，[200 X(60／5)]／2 400／360=0．000 1元／m 。
(4)折舊費
處理裝置折舊年限按10 a考慮，則年折舊費為：l37．68／10=13．77萬元
折舊費為：
13．77 X 10 000／(1 600 X 30 X 12)=0．239元／m 。
污水處理系統無需投加藥劑，無藥劑費。
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 環境效益
污水經過處理，可有效地改變排放水質，大量消減污染物，減少對環境的危害，其主要污染指標年削減量為(以平均值計，年運行時間以365d計)，
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
