北京航天城污水處理廠是跨世紀(jì)國家重點(diǎn)工程的配套設(shè)施。該污水處理廠分兩期建設(shè)，一期工程于1996年12月破土動(dòng)工，至1998年4月建成并投入設(shè)備調(diào)試及試運(yùn)行，7月29日經(jīng)北京市環(huán)保局驗(yàn)收后轉(zhuǎn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。近期排放污水量7 200m3/d，遠(yuǎn)期14 400m3/d。廢水主要包括生活污水、工業(yè)廢水和醫(yī)院污水，各自所占比例為81.5%、18.0%、0.5%，其污水主要是生活污水，主要污染物包括：有機(jī)物、懸浮物和油類等。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)(北京市綜合廢水排放二級標(biāo)準(zhǔn))見表1。
1 工藝概況
1.1 工藝簡介
在大量文獻(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上，通過方案篩選，我們選用周期循環(huán)活性污泥法(Cyclic Activated Sludge System，簡稱CASS)。該工藝比較早是美國川森維柔廢水處理公司1975年研究成功并推廣應(yīng)用的廢水處理技術(shù)專利。為將該工藝引進(jìn)、消化，探討適合 我國國情的新型污水處理工藝，總裝備部工程設(shè)計(jì)研究總院環(huán)保中心于1994年在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究，并成功地應(yīng)用于北京航天城污水處理廠。
1.2 工藝流程
污水處理廠高程布置如圖1所示。污水中含有較大顆粒的懸浮物和漂浮物，經(jīng)過格柵截留，除去上述污染物，防止后續(xù)處理構(gòu)筑物管道、閥門和水泵機(jī)組堵塞。污水 經(jīng)集水池用潛污泵抽至沉砂池，在沉砂池中可除去比重較大的無機(jī)顆粒，污水經(jīng)沉砂池后由配水管自流進(jìn)入CASS池進(jìn)行生物處理，出水達(dá)標(biāo)后，部分用作農(nóng)田灌 溉或池塘補(bǔ)充水，剩余部分排放。
CASS池是污水處理廠的核心，它在SBR的基礎(chǔ)上前部設(shè)置了生物選擇區(qū)，后部安裝了可升降的自動(dòng)潷水器，曝氣、沉淀、排水均在同一池子內(nèi)周期性循環(huán)進(jìn) 行。生物選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū)之間由隔墻隔開，污水由生物選擇區(qū)通過隔墻下部進(jìn)入主反應(yīng)區(qū)，托動(dòng)水層緩慢上升。整個(gè)CASS池平面24m×24m，主反應(yīng)區(qū)和 預(yù)反應(yīng)區(qū)長度分別為19.25m和3.75m，寬度方向分4格，每格可獨(dú)立運(yùn)行，池深5m，有效水深4.5m(污泥區(qū)高1.3m，緩沖區(qū)高1.7m)，活 性污泥界面以上比較小水深為1.34m，每周期排水比約為1/3，CASS反應(yīng)池構(gòu)造簡圖示于圖2。
2 工程調(diào)試和試運(yùn)行
污水處理廠調(diào)試及試運(yùn)行是污水處理工程建設(shè)的重要階段，是檢驗(yàn)污水處理廠前期設(shè)計(jì)、施工、安裝等工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。設(shè)備安裝完工后，按單體調(diào)試、局部聯(lián) 合調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)三個(gè)步驟進(jìn)行。污泥的培養(yǎng)馴化采用接種培養(yǎng)法，具體是在CASS池中加入其它污水處理廠濃縮脫水后的污泥，悶曝24h，此后每天排 出部分上清液并加入新的污水，逐步加大負(fù)荷，此階段不排泥。培養(yǎng)期間應(yīng)通過鏡檢密切觀察CASS池中微生物相的變化;同時(shí)進(jìn)行進(jìn)、出水水質(zhì)及反映活性污泥 性能指標(biāo)的測定，包括：SV、MLSS、SVI、COD、BOD5等。隨著微生物培養(yǎng)時(shí)間的增加，檢測到污泥中有大量活躍的原生動(dòng)物和少量的后生動(dòng)物，此 時(shí)SVI=80mL/g～100mL/g，SV=18%～20%，MLSS=1 200mg/L～1 800mg/L，表明活性污泥培養(yǎng)基本成功。此階段完成后即可進(jìn)入污水廠全面試運(yùn)行階段。
污水廠試運(yùn)行是指在滿負(fù)荷進(jìn)水條件下，優(yōu)化、摸索運(yùn)行參數(shù)，取得比較佳的去除效果，同時(shí)對工程整體質(zhì)量進(jìn)一步全面考核，為今后長期穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。此階段 大致包括以下幾方面工作：潷水器控制參數(shù)的確定，CASS池運(yùn)行周期及曝氣、沉淀、排水、閑置時(shí)間的分配，自控系統(tǒng)的校正、污泥脫水過程中混凝劑的投加量 等。
2.1 潷水器控制參數(shù)的確定
CASS工藝的特點(diǎn)是程序工作制，可依據(jù)進(jìn)、出水水質(zhì)變化來調(diào)整工作程序，保證出水效果。潷水器是CASS工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，工程采用的潷水器是我院環(huán)保 中心和四達(dá)水處理公司在模擬試驗(yàn)基礎(chǔ)上開發(fā)成功的新型潷水設(shè)備。該潷水器采用絲杠套筒式，通過電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)連接于絲杠末端的浮 動(dòng)式潷水堰，完成潷水過程。
每次潷水階段開始時(shí)，潷水器以事先設(shè)定的速度首先由原始位置降到水面，然后隨水面緩慢下降，下降過程為：下降10s，靜止?jié)?0s，再下降10s，靜止 潷水30s…，如此循環(huán)運(yùn)行直至設(shè)計(jì)排水比較低水位，通過潷水器的堰式裝置迅速、穩(wěn)定、均勻地將處理后的上清液排至排水井，潷水器下降速度與水位變化相當(dāng)， 排出的始終是比較上層的上清液，不會擾動(dòng)已沉淀的污泥層。潷水器上升過程是由低水位連續(xù)升至比較高位置，即原始位置，上升時(shí)間通過調(diào)試摸索確定。潷水器在運(yùn)行 過程中設(shè)有限位開關(guān)，保證潷水器在安全行程內(nèi)工作。調(diào)試工作主要是根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)及水量來探索潷水器的排水時(shí)間、潷水器比較佳下降速度及排水結(jié)束后潷水器的 上升時(shí)間。
2.2 CASS池運(yùn)行周期的確定
根據(jù)實(shí)驗(yàn)室小試結(jié)果，原設(shè)計(jì)的CASS池運(yùn)行周期是4h，其中曝氣2h，沉淀1h，排水1h。調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)原水濃度比設(shè)計(jì)原水濃度低，有必要根據(jù)實(shí)際廢 水水質(zhì)情況來確定運(yùn)行周期，根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)適當(dāng)調(diào)整周期中各階段時(shí)間的分配，如適當(dāng)減少曝氣時(shí)間、延長沉淀時(shí)間等，這樣在保證出水水質(zhì)的情況下節(jié)省了 能耗。污水廠實(shí)際運(yùn)行周期仍是4h，其中曝氣1.5h，沉淀1h，排水1h，閑置0.5h。
2.3 自控系統(tǒng)的校準(zhǔn)
CASS工藝之所以在國外得到普遍應(yīng)用，得益于自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用。北京航天城污水處理廠根據(jù)工藝流程與廠區(qū)設(shè)備分布狀況，自動(dòng)控制采用集散式控制系統(tǒng)，由 我院環(huán)保中心與北京研華公司合作研制。整套控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場可編程控制(PLC)與微機(jī)集中監(jiān)控，在污水提升泵房、4座CASS池及污泥脫水機(jī)房各設(shè)置1 臺現(xiàn)場控制機(jī)(可手動(dòng)控制);在中心監(jiān)控室設(shè)有1臺工控機(jī)和模擬顯示屏。現(xiàn)場控制機(jī)獨(dú)立完成相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)通信等全功能，中央 控制計(jì)算機(jī)通過工業(yè)現(xiàn)場總線向各現(xiàn)場控制機(jī)傳輸和采集數(shù)據(jù)，并可根據(jù)進(jìn)、出水水質(zhì)變化適當(dāng)調(diào)整工作程序，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。模擬顯示屏顯示工藝全過程的數(shù) 據(jù)與狀態(tài)。
2.4 運(yùn)行結(jié)果
從每天監(jiān)測的水質(zhì)情況看，CASS工藝經(jīng)過上述各階段的調(diào)試和試運(yùn)行，取得了良好效果。進(jìn)水水質(zhì)：CODCr=70mg/L～80mg /L，BOD5=30mg/L～35mg/L，pH=6.8～7.5;出水經(jīng)常保持在CODCr=20mg/L以下，BOD5=7mg/L左 右，SVI=80mL/g～100mL/g，SV=18%～20%，pH=6.8～7.5，優(yōu)于國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
CASS工藝產(chǎn)生的污泥量較少，污泥性質(zhì)穩(wěn)定，具有良好的沉降、絮凝、脫水性能。調(diào)試至今半年過去了，未發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象，這樣更從實(shí)踐上驗(yàn)證了CASS工藝的優(yōu)越性。
3 CASS工藝的特點(diǎn)
從北京航天城污水處理廠的運(yùn)行實(shí)踐來看，CASS工藝與其它污水處理工藝相比確實(shí)是一種先進(jìn)實(shí)用的工藝。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)此工藝建設(shè)費(fèi)用低，與常規(guī)活性污泥法相比，省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設(shè)備，工藝流程簡潔，建設(shè)費(fèi)用可節(jié)省10%～25%，占地面積可減少20%～35%。
(2)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用省。由于曝氣是周期性的，重新開始曝氣時(shí)，氧濃度梯度大，傳遞效率高，節(jié)能效果顯著，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用可節(jié)省10%～25%。此外，本工程采用水下曝氣機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)曝氣，消除了噪音污染。
(3)有機(jī)物去除率高，出水水質(zhì)好。
(4)管理簡單，運(yùn)行可靠，能有效防止污泥膨脹。與傳統(tǒng)的SBR工藝相比，CASS比較大的特點(diǎn)在于增加了一個(gè)生物選擇區(qū)，且連續(xù)進(jìn)水(沉淀期、排水期仍連 續(xù)進(jìn)水)，沒有明顯標(biāo)志的反應(yīng)階段和閑置階段。設(shè)置生物選擇區(qū)的主要目的是使系統(tǒng)選擇出良好的絮凝性生物。
據(jù)有關(guān)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(tuán)的比表面積大，因此，有利于攝取低濃度底物。而一般絲狀菌的比增殖速率比其它 細(xì)菌小，在高底物濃度下菌膠團(tuán)和絲狀菌都以較大速率降解底物和增殖，但由于菌膠團(tuán)細(xì)菌比增殖速率較大，其增殖量也很大，從而占優(yōu)勢。所以CASS池首端設(shè) 計(jì)合理的生物選擇區(qū)可以有效地抑制絲狀菌的生長和繁殖，克服污泥膨脹。
(5)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊密結(jié)合CASS工藝特點(diǎn)，管理簡單，運(yùn)行可靠。CASS工藝要求周期性地對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與軟件編程上我們采取了以下 做法：①潷水器的潷水量采用了準(zhǔn)PWM法，即在排水進(jìn)程潷水器間歇下降，由于下降時(shí)間與間歇時(shí)間均可方便設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了非調(diào)速潷水機(jī)潷水量的控制;②監(jiān)控室 內(nèi)可方便地設(shè)定曝氣量;③采取了超低水位進(jìn)程暫停、超高水位聲光報(bào)警等較完備的保護(hù)措施。④污水提升泵采用自動(dòng)循環(huán)備用的自控模式，使每臺泵的運(yùn)行幾率盡 可能相同;避免了自動(dòng)備用方式造成的主泵過度運(yùn)轉(zhuǎn)。日處理量7 200m3/d的北京航天城污水處理廠，需操作管理工5～8人，而我國相同規(guī)模采用傳統(tǒng)污水處理工藝則需操作管理工30人以上。
(6)污泥產(chǎn)量低，性質(zhì)穩(wěn)定。
