CASS法工艺在某高校生活污水处理中的应用
[专家介绍]梅凯，南京工业大学 环境学院教授，赴德国访问学者。《亚洲给水排水》编委会委员，中国土木工程学会建筑排水委员会常务委员，南京环境科学学会理事会理事。注册设备工程师，南京工业大学建筑设计研究院副总工程师；注册监理工程师，南京工业大学建设监理公司副总工程师。
从事市政给水排水专业本科和研究生的教学工作，主讲 “排水工程”、“水质工程学”、“水工程施工”等课程的本科生、研究生的主干课程和学位课程，指导研究生20多名，三次获得江苏省高等学校本专科优秀毕业设计团队奖，学校教书育人先进个人。
1、 工程概况
南京某高校新区位于南京某大学城东北面，占地13．5万m2 ，整个校区分二期建设，南区为一期工程，已建成投入使用，北区为二期工程。根据规划设计和环保部门的要求，一、二期工程分别建造污水处理装置，收集处理校区的生活污水达标排放。一期工程的污水处理装置已建成投入调试阶段。根据设计任务书的要求，二期工程污水处理装置设计服务人口为7000人，还应考虑处理规模有扩容能力，能满足9000人生活污水处理要求。考虑将来出水消毒的方案，并从经济和技术的角度对处理后水的利用提出可行性方案。根据招标文件要求，经处理后的污水，其出水水质达国家一级排放标准，就近排入水体或市政雨水管网。
2、 污水处理工艺设计
2.1 水量和水质
根据业主提供的资料，设计总人口近期为7 000人，远期为9 000人，宿舍配有洗衣房，冷热水供应。污水处理装置按24 h连续工作。污水处理设备设计日处理水量：近期1 600 m ／d，远期2 400 m ／d。
处理污水量：近期Qh=1 600／24=67 m 3／h，远期Qh=2 400／24=100 m3／h.设备处理能力按近期设计，能适应远期的要求。处理的污水为生活污水，经处理后出水水质达《污水综合排放标准》GB8978—1996一级排放标准。进、出水的水质见表1。
2.2 工艺流程
高校校区生活污水的水质、水量变化较小，污染物的可生化性好。在工艺选择时尽量选择管理方便，无污泥或污泥量少的工艺，以防因污泥处理不当造成二次污染，并且出水水质要好，保证达标排放，工艺流程如图1所示。格栅用于拦截污水中大块漂浮物，保证后续处理构筑物的正常运行及减轻处理负荷，为系统的长期正常运行提供保障。学校用水较集中，与居住建筑相比连续用水时间短，最大连续用水时间为每天18：00～22：00，考虑到二期工程扩容不再建调节池，故调节池设计水力停留时间为6．0 h。调节池池体采用钢筋混凝土结构，内置潜污泵，以一定的额定流量提升至CASS池，保证CASS池连续、稳定地周期工作。该泵为液下型水泵，具有无堵塞，使用寿命长，能耗低，施工维护方便等特点。
由于污水在调节池内停留时间较长，调节池除调节水质水量外，还具有一定厌氧生化处理作用，可将大分子的有机物降解为小分子的有机物，为了提高厌氧的处理效果，在池内分段装填生物弹性填料，为微生物提供栖息场所，实质为厌氧生物接触氧化法，既利用调节池的调节能力，又利用污水在调节池中的停留这段时间来分解氧化有机物，充分地利用时间和空间。为防止生物填料在调节池水位变动时脱水，潜污泵的停泵水位高于填料的高度。为了强化除磷的效果，系统采用无动力外循环系统。该循环系统利用了水力学的原理，无须外加动力，可自动地将CASS反应池内的活性污泥回流到水解调节池，与进水进行充分混合。根据计算，在设定了初始回流量后，随着水位的变化，自动地调节回流量的大小，污泥回流量按日平均流量的20％设定 。通过外循环系统的作用，为微生物在水解调节池中除磷创造了无氧的条件 此外，为改善水解调节池水力混合条件，避免在池内产生水力死角，在设计中特意利用潜水泵出水的部分余压和水流，进行横向水力混合搅拌，以此改变水流的纵向运动的状态，迫使水流以旋流的方式在池内运动。
CASS池包括生物选择器和主反应区。设置生物选择器的主要目的是利用胶团细菌较高的比增长速率，有效地抑制丝状菌的生长与繁殖，使系统选出絮凝性细菌 ，系统不易发生污泥膨胀。生物选择器容积约占整个池子的10％。生物选择器的工艺遵循活性污泥的基质积累——再生理论，使活性污泥在选择器中经历一个高负荷的吸附阶段(基质积累)，随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解阶段，以完成整个基质降解的全过程和污泥再生。CASS法工艺集反应、沉淀、排水于一体，微生物
处于缺氧一好氧一厌氧交替运行的过程，因此具有较好的脱氮除磷效果。主要设汁参数的计算见表2，主要构筑物、设备设计参数及性能见表3：
2.3 自动控制
整个处理系统控制采用Programmable Controller可编程器作为中央控制器，主要控制潜污泵、水下曝气机、滗水器。调节池水泵采用3台潜污泵，正常情况下，两用一备，顺序启动，互为备用，当池内水位达到最高报警水位时，3台潜污泵可同时工作。水泵的启闭由PLC中央控制器控制，其控制信号由液位传感器根据调节池液位发出。CASS池生物选择器内水下曝气机启动，与调节池潜污泵同步，关闭时，滞后潜污泵0．5 h CASS池主反应池内的水下曝气机按工作2 h，间歇2 h周期循环运行。滗水器在水下曝气机停机1 h后启动，工作0．5 h，周期循环运行，工作周期为4 h ，系统的启闭由各阶段的液位和进、出水水质控制。系统设置故障报警功能及信号，以便及时维护及更换设备。
3 技术经济分析
3.1 机电能耗
机电能耗见表4。
3．2 设备总投资
设备总投资见表5。
3.3 运行费用
由于采用自动控制，只需配备一名兼职管理工作人员。其污水处理成本即为一名管理人员工资、污水处理电费、污泥处理费用及设备折旧费4部分组成。(水量按满负荷1 6OO m ／d，系统运行按365 d／a计)。
(1)工资费用
一名管理人员的工资按每年8 000元计，则污水处理工资成本：
8 000／(1 600 X 365)=0．013元／ITr’
(2)耗电费用
每天耗电量为590 kW ·h／d，污水处理耗电成
本为590 X0．55／1 600=0．20元／m 。
(3)污泥处理费用
理论计算剩余污泥为负增长，考虑到实际情况，每年清理外运一次，每次为60 II ，按180元／车，5m3／车计，[200 X(60／5)]／2 400／360=0．000 1元／m 。
(4)折旧费
处理装置折旧年限按10 a考虑，则年折旧费为：l37．68／10=13．77万元
折旧费为：
13．77 X 10 000／(1 600 X 30 X 12)=0．239元／m 。
污水处理系统无需投加药剂，无药剂费。
则每t污水处理成本为：
0．013+0．20+0．000 1+0．239 0．452元／m 。
3．4 环境效益
污水经过处理，可有效地改变排放水质，大量消减污染物，减少对环境的危害，其主要污染指标年削减量为(以平均值计，年运行时间以365d计)，
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
