广东某城市污水处理厂CASS工艺设计

　　CASS工艺是循环式活性污泥法(Cyclic Activated Sludge System，简称CASS)，是SBR工艺的一种新的形式。CASS工艺从20世纪70年代开始得到研究和发展，目前我国已经在广东深圳、高要、四会、东莞、南海等地得到广泛应用。
1 工程概况
　　广东省某城市污水处理厂工程设计总规模为4万m3/d，首期为2万m3/d。除CASS池外，其余建(构)筑物土建按4万m3/d一次建成，所有设备分两期安装。该城市污水收集系统为合流制，污水厂从系统末端的中心排渠取水，处理后的达标污水排入西江，平时自流，洪水时则靠排洪泵站输送。
1.1 工艺流程及主要设计参数
　　该城市污水处理厂工艺流程如下：

　　CASS反应器由三个区域组成：生物选择区、兼氧区和主反应区。生物选择区是设置在CASS前端的小容积区，通常在厌氧或兼氧条件下运行。兼氧区不仅具有辅助厌氧和对进水水质水量变化的缓冲作用，同时还具有促进磷的进一步释放和强化反硝化的作用。主反应区则是最终去除有机物的场所。
　　CASS生化池总设计水力停留时间为14h，其中生物选择区1.12h，兼氧区0.84h，主反应区12.04h。池内有效水深为6m。
　　进出水水质及污染物去除率见表1。

表1 进水水质及污染物去除率

类别 水质指标 BOD5 CODcr SS TN NH3-N TP 设计进水水质
(mg/L) 130 300 180 30 25 3.5 设计出水水质
(mg/L) 20 40 20 15 10 0.5 污染物去除率
(%) 85 87 89 50 60 86

1.2 工艺设计及说明
1.2.1 粗格栅井及污水提升泵房
(1)粗格栅井
　　首期工程设1座粗格栅井，内分2格。平面尺寸B×L=7.15×4.60(m)，地下深度6.08m。首期安装一台钢绳牵引式格栅除污机，预留一台格栅位置，栅宽1.0m，栅隙宽20mm，安装角度75°，栅条断面宽10mm，格栅过栅流速0.70m/s，配用电机功率1.1kW。在格栅除污机下面安装一台带式输送机，B=0.50m，L=7.0m，N=0.55kW。
(2)提升泵房
　　平面尺寸B×L＝8.35×3.5(m)，地下部分深7.51m，地上部分高4.50m。水泵根据泵坑内液位信号综合控制水泵启停，并采用先开先停、先停先开的方式轮换运行。采用潜水泵，湿式安装，2用1备，预留2台水泵位置，Ｑ＝580m3/h，H=11.0m，N=22kW。
1.2.2 细格栅渠、比氏沉砂池
　　细格栅渠、比氏沉砂池合建。远期2台细格栅和2座比氏沉砂池独立运行。
(1)细格栅
　　设计过栅流速0.7m/s；栅条间隙5mm；栅前水深1.20m；最大过栅水头损失0.20m。土建尺寸B×L×H =3.7×7.65×1.75(m)。采用回转式细格栅1台，预留一台格栅位置，格栅机宽1.20m，栅条间隙5mm，配用电机功率1.5kW。
(2)比氏沉砂池(见图1)

　　该工程采用比氏360°旋流沉砂池，其主要特点为：改变自由液面进水渠为倾斜式满流坡道，提高了进水稳流效果，进水的射流作用有利于提高砂粒的离心分离效果；由分选区下部进水，上部出水，进水渠与出水渠之间由一半月形水平格板分开，利于防止短流和避免沉砂带入出水；进水渠与出水渠在平面上呈直线布置，平面布置简洁，水利条件好，水头损失小；进出水呈360°，增强了除砂效果；砂泵吸砂管下端设置砂粒流化叶片，防止沉砂板结。
　　主要工程内容:比氏沉砂池2座，每座直径3.60m，池深2.13m，砂斗直径1.52m，砂斗深度1.93m；每座池内设有1台可升降的浆叶分离机和1台提砂泵，功率分别为1.0kW和5.36kW，砂泵Q=15L/S，H=15m。
　　砂水混合物由提砂泵输送至砂水分离器，砂水分离器Q=30L/S，N=0.75kW，分离后的干砂外运处置。比氏沉砂池排砂量为3m3/d，含水率60%，容重1500kg/m3。
1.2.3 CASS池

　　首期工程共设1组CASS池，分为２格池，单格平面尺寸B×L=50.5×19.5(m)。高水位时水深6.0m，超高0.5m；污泥浓度为3.8g/L；污泥负荷为0.06kgBOD5/kgSS·d；泥龄10～15d；剩余泥量2.6t/d(首期)；水力停留时间14h。采用微孔鼓风曝气充氧，所需供风量为62.5Nm3/min(气水比4.5:1)。污泥回流采用潜水泵，污泥回流比为20%，回流污泥通过流量计计量后进入预缺氧区。
　　CASS生化池(2万m3/d规模)内设有如下主要设备：主反应区共设置2套滗水器，单台流量1670m3/h，功率1.5kW；好氧区设置橡胶微孔曝气头，共4854只，过流量3m3/h，氧利用率≥25%，回流污泥采用2台潜水泵，单台性能为Q=90m3/h，H=6.0m，N=5.5kW；剩余污泥采用2台潜水泵，单台性能为Q=45m3/h，H=9.0m，N=3.95kW。
　　CASS工艺循环运行的每一个运行周期的标准时间为4h，其中曝气2h，沉淀和滗水各1h。一天6个周期。每一周期从充水/曝气开始，0～2h进水同时曝气；第3h继续进水但停止曝气，以保证活性污泥沉淀；第4h停止进水，启动滗水器出水，滗水器出水结束至下一周期开始之前为闲置期。首期工程两格CASS池运行工况见表2。

表2 首期工程两格CASS池运行工况表(一个周期)

时间 1# 2# 0∶00～1∶00 进水、曝气 沉淀 1∶00～2∶00 进水、曝气 出水、闲置 2∶00～3∶00 沉淀 进水、曝气 3∶00～4∶00 出水、闲置 进水、曝气

1.2.4 鼓风机房
　　鼓风机房(不含配电间、值班室)尺寸为B×L=8.40×16.2(m)，层高7.5m。设有罗茨鼓风机2台，1用1备。单台风量62.5m3/h；风压0.67bar；效率为82 %；风量调节范围10%～110%；配套电机功率煤110kW。
1.2.5 污泥处理系统
　　该工程污泥处理采用带式浓缩脱水一体机方式，污泥量为2600kgDS/d(按2万m3/d计)；进泥含水率99.2%；出泥含水率75%～80%。絮凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为0.003t/tDS。一体化带式浓缩脱水机带宽为1.0m，单台处理能力为20～40m3/h，按每天12h运行。
2 工程总投资
　　该工程首期设计规模为2万m3/d，近期建成后规模可达到4万m3/d，设计工程内容包括污水处理厂及附属建筑工程等。工程总投资为1644.37万元，各部分费用组成见表3。

表3 污水处理厂费用组成表

工程及费用名称 土建(万元) 设备(万元) 合计(万元) 粗格栅井及污水提升泵房 113.39 122.64 236.03 细格栅渠、比氏沉砂池 24.06 32.00 56.06 CASS池 427.55 201.85 629.40 鼓风机房 12.93 130.95 143.88 污泥处理构(建)筑物 42.82 53.56 96.38 电气、自控 14.52 106.50 121.02 综合楼 68.00 31.10 99.10 管道、阀门 - - 90.00 设计费、监理费等 - - 105.21 其他 - - 67.29 总计 - - 1644.37

3 结论
　　CASS工艺是以生物反应动力学原理及合理的水力条件为基础而开发的一种具有系统组成简单、运行灵活、可靠性好等优点的废水处理新工艺，尤其适合于需要脱氮除磷功能的城市污水处理。