北京航天城污水处理厂调试及运行——CASS法工程应用研究

1　工程概述

　　北京航天城污水处理厂是北京航天工程的配套设施。该污水处理厂服务人口约1.5万，分两期建设，一期工程于1996年12月破土动工，至1998年4月建成并投入设备调试及试运行，7月29日经北京市环保局验收后转入正常生产。其平面规划按规范进行，绿化率为47%，环形道路，污水与污泥处理兼顾，常规分析化验仪器完备，是一个完整的污水处理系统。该工程具有以下特点：
　　 ⑴污水排放量大，近期排放污水量为7200m³/d ，远期为14400m³/d。废水主要包括工业废水、生活污水和门诊部污水，各自所占比例为18.0%、81.5%、0.5%，因此，其污水主要是生活污水。主要污染物有：有机物、悬浮物和油类等。工程设计水质采用经验数据：BOD₅=250mg/l, COD=350mg/l, SS=220mg/l, pH=6.5—8.5, 矿物油=5.8mg/l, 动植物油=8.6mg/l。
　　 ⑵无城市大市政配套设施，如不经处理，直接排放，其污染将是十分严重的。根据北京市环保局的要求，污水必须经过二级处理，达到二级新建企业的排放标准后，才能排入水体。
　　 ⑶作为跨世纪的国家重点工程的配套设施，污水处理厂从工艺水平、技术经济等方面均应体现出时代的先进水平。

2　工艺概况
2．1 工艺简介

　　针对北京航天城污水处理厂，我们采用周期循环活性污泥法（Cyclic Activated Sludge System ,简称CASS）。该工艺是在序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor，简称SBR）的基础上发展起来的一种新型污水生物处理工艺。该方法最早是美国川森维柔废水处理公司1975年研究成功并推广应用的废水处理新技术专利。目前，在美国、加拿大、澳大利亚等国已有270多个污水处理厂应用此工艺，其中城镇废水处理厂200多家，工业废水处理厂70多家。
　　 CASS工艺集曝气与沉淀于同一池内，取消了常规活性污泥法的一沉池和二沉池，其工作过程分为曝气、沉淀和排水三个阶段，运行中可根据进水水质和排放标准控制运行参数，如有机负荷、工作周期、水力停留时间等。该方法在美国的明尼苏达州草原市污水处理厂、俄亥俄州托莱多废水处理厂、密执安州地区废水处理厂、纽约长岛赛尔顿废水处理厂、新墨西哥州造纸厂废水处理站得到应用，并获得了良好的处理效果。为将该工艺引进、消化，探讨适合我国国情的新型污水处理新工艺，总装备部工程设计研究总院环保中心于1994年在实验室进行了模拟试验研究，为以后的工程设计提供了宝贵的设计参数。

2．2 工艺流程

2．3 流程说明

污水中含有大量较大颗粒的悬浮物和漂浮物，经过格栅截留，除去上述污物，对水泵机组及后续处理构筑物具有重要的保护作用。污水经集水池用潜污泵打至沉砂池，在沉砂池中可除去比重较大的无机颗粒，污水经沉砂池后由配水井自流进入CASS池进行生物处理，出水达标后，部分用作农田灌溉的池塘补充水，剩余部分排放。

3 工程调试

污水处理厂调试及试运行是污水处理工程建设的重要阶段，是检验污水处理厂前期设计、施工、安装等工作质量的重要环节。调试的目的是使污水厂运行稳定，发挥其应有的社会效益和环境效益。一个成功的污水处理厂要确保所排出的废水符合规定的排放标准，设备和构筑物处于最佳运行工况，能耗和运转费用较低。
　　 北京航天城污水处理厂的调试工作由总装备部工程设计研究所环保中心负责，整个调试工作分为三大部分：调试阶段、试运行阶段和操作管理人员培训。

3.1 北京航天城污水处理厂调试

3.1.1 清水联调、污水联调

污水处理厂要取得良好的处理效果，必须使各类设备经常处于良好的工作状态和保持应有的技术性能，这是污水处理厂正常运转的先决条件。
设备安装完工后，按单体调试、局部联合调试和系统联合试运转三个步骤进行。清水和污水联调的主要工作是按图纸检查各构筑物的施工质量；各机械设备、仪表、阀件是否满足设计或污水处理厂生产工艺要求；各处理单元及连接管段流量的匹配情况；自动控制系统是否灵敏可靠；检查设备有无异常震动和噪音。
　　 调试中发现的主要问题及解决办法如下：
　　 ①　沉砂池到CASS池的连接管段管径偏小，高峰流量时导致沉砂池溢水。通过加大沉砂池至CASS池之间连接管径，问题得到解决。
　　 ② 　自控系统的校正。CASS工艺之所以在国外得到普遍应用，得益于自动化技术的不断发展和应用。北京航天城污水处理厂各设备普遍采用了自动控制技术。整套控制系统采用现场可编程控制（PLC）与微机集中监控，为方便操作和调试，现场控制除自动控制外，还可选择手动操作。各构筑物的运行状态如进水流量、水泵、格栅、CASS池液位、滗水器、污泥脱水机等工作情况可实时传送到中央监控室，并可根据进、出水水质变化适当调整工作程序，发现问题及时解决。 此阶段完成后进入污泥培养、驯化阶段。

3.1.2 污泥培养及驯化

活性污泥培养是污水处理厂投入生产运行的关键阶段，因为活性污泥是废水净化的核心，有了性能良好的活性污泥才能达到预期的处理效果。
本次污泥的培养驯化采用接种培养法，具体是在CASS池中加入其它污水处理厂浓缩脱水后的污泥，闷曝24h，此后每天排出部分上清液并加入新的污水，逐步加大负荷，此阶段不排泥。培养期间应通过镜检密切观察CASS池中微生物相的变化；同时进行进、出水水质及反应活性污泥性能指标的测定，包括：SV、MLSS、SVI、COD、BOD₅等。在活性污泥培养开始时通过镜检发现有大量的游泳型纤毛虫如数量较多的漫游虫、豆形虫等，此时SVI明显偏低，表明微生物活性不高，随着微生物培养时间的增加，检测到污泥中有大量活跃的原生动物和少量的后生动物，此时，SVI=80~100，SV=18~20%，MLSS=1200~1800mg/L，表明活性污泥培养基本成功。此阶段完成后即可进入污水厂全面试运行阶段。

3.2 污水厂试运行

污水厂试运行是指在满负荷进水条件下，优化、摸索运行参数，取得最佳的去除效果，同时对工程整体质量进一步全面考核，为今后长期稳定运行奠定基础。此阶段大致包括以下几方面工作：滗水器控制参数的确定，CASS池运行周期及曝气、沉淀、排水、时延时间的分配，污泥脱水过程中混凝剂的投加量等。

3.2.1 滗水器控制参数的确定

　　CASS工艺的特点是程序工作制，它可依据进、出水水质变化来调整工作程序，保证出水效果。滗水器是CASS工艺中的关键设备，本工程采用的滗水器是我院环保中心和四达水处理公司联合研制而成，克服了过去关键设备依靠进口的困难，降低了成本，为CASS工艺在我国推广应用创造了条件。每次撇水阶段开始时，滗水器以事先设定的速度首先由原始位置降到水面，然后随水面缓慢下降，下降过程为：下降10秒，静止撇水30秒，再下降10秒，静止撇水30秒…,如此循环运行直至设计排水最低水位，上清液通过滗水器的堰式装置排至排水井。滗水器下降速度与水位变化相当，不会扰动已沉淀的污泥层。滗水器上升过程是由低水位连续升至最高位置，即原始位置，上升时间通过调试摸索确定。滗水器在运行过程中设有线位开关，保证滗水器在安全行程内工作。调试工作主要是根据进出水水质及水量来探索滗水器的排水时间、滗水器最佳下降速度与及排水结束后滗水器的上升时间。

3.2.2 CASS池运行周期的确定

　　根据实验室小试结果，原设计的CASS池运行周期是4小时，其中曝气2小时，沉淀1小时，排水1小时。调试过程中发现原水浓度比设计参数偏低，有必要根据实际废水情况来确定运行周期，根据进出水水质指标适当调整周期中各阶段时间的分配，如适当减少曝气时间、延长沉淀时间等，这样在保证出水水质的情况下节省了能耗，污水厂实际运行周期仍是4小时，其中曝气1.5小时，沉淀1小时，排水1小时，时延0.5小时。
此外调试过程中发现，本工程采用水下曝气机代替传统鼓风机曝气，彻底消除了噪音污染，省去管路及阀门，安装维修方便，使用灵活，可根据进出水情况和水中溶解氧浓度开启不同的台数，在保证处理效果的条件下达到经济运行的目的。

3.2.3 运行结果

从每天监测的水质情况看，CASS工艺经过上述各阶段的调试和试运行，取得了良好效果。如出水经常保持在COD_cr =20mg/L以下，BOD₅=7mg/L左右，SVI=80~100，SV=18~20%，并具有较好的脱氮除磷效果，优于国家排放标准。
CASS工艺产生的污泥量较少，污泥性质稳定，具有良好的沉降、絮凝、脱水性能。调试至今半年过去了，未发生污泥膨胀现象，这样更从实践上验证了CASS工艺机理上的优越性。

3.3 操作管理人员培训

在污水处理厂的运行管理中，水质分析工作极为重要，它对污水处理厂起着指示与指导作用。正确的水质分析结果可反应出污水厂进水浓度，处理后的出水浓度。同时分析数据可反应出污水处理构筑物的运行状态以及各种变化情况。因此，定时定点的水质分析工作是检验污水处理效果、控制污水处理正常运转所必不可少的。考虑到在我国污水处理厂操作管理人员素质普遍较低（全部为战士）的情况，我们采取现场跟班制，出现问题及时解答，定期授课进行系统培训。整个培训工作与调试工作穿插进行，内容包括讲授污水处理的基本知识，操作管理基本常识，实验室各种仪器的操作、使用和保养，药品的配制，常用水质指标的测定方法等。

4 结论

从北京航天城污水处理厂的运行实践来看，CASS工艺与其它污水处理工艺相比确实是一种先进实用的污水处理工艺。具体体现在以下几个方面：
　　 ⑴此工艺建设费用底，省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，建设费用可节省10—25%。工艺流程简洁，占地面积少，污水厂主要构筑物为集水池、沉砂池、CASS曝气池、污泥池，布局紧凑，占地面积可减少20—35%。
　　 ⑵运转费用省。由于曝气是周期性的，池内溶解氧的浓度也是变化的，沉淀阶段和排水阶段溶解氧降低，重新开始曝气时，氧浓度梯度大，传递效率高，节能效果显著，运转费用可节省10—25%。
　　 ⑶有机物去除率高，出水水质好，不仅能有效去除污水中有机碳源污染物，而且具有良好的脱氮、除磷功能。根据研究结果和工程应用情况，通过合理的设计和良好的管理，二级处理的投资，可达到三级处理的水质。
　　 ⑷管理简单，运行可靠，工艺本身决定了不发生污泥膨胀，污水处理厂设备种类和数量较少，控制系统比较简单。据调查，以日处理量7200m³/d的北京航天城污水处理厂为例，需操作管理工5~8人，而我国相同规模采用传统污水处理工艺则需操作管理工30人以上。所以，该工艺管理简单，运行安全可靠。
　　 ⑸污泥产量低，性质稳定。
　　 从运行实践来看,由总装备部工程设计研究总院引进并消化的CASS工艺,具有占地省、投资少、自动化程度高、管理方便、处理效率高、运行成本低等优点，适合我国国情，相信不久将来CASS工艺会给我国的环保工作带来很好的效益。

BEIJING SPACE CITY WASTEWATER TREATMENT PLANT
—STUDY ON EHGINEERING APPLICATION OF CASS PROCESS
Wang Shou—zhong Zhang Tong Hou Rui—qin Zhang Zhi—ren

（Environment protection center in the Institute of Engineering Design and Research under the General Equipment Department，BeiJing，100028）

ABSTRACT：BeiJing Space City waste water treatment project and the Cyclic Activated Sludge System （CASS）process are introduced in this paper，emphasizing on describing adjustment and practical operation of the waste water treatment plant。Some ideas referring to CASS process are suggested according to practical application。

KEY WORDS：PROJECT ADJUSTMENT; CASS PROCESS;SLUDGE CULTIVATE;DECANTER

作者简介：王守中 研究生 中国矿业大学（北京校区）
通讯处： 100028 北京4702信箱2分箱
总装备部工程设计研究院环保中心