山西大医院污水处理CAST工艺设计

0 引言

山西大医院属于大型综合医院，医院污水来源及成分复杂，含有病原性微生物、有毒、有害的物理化学污染物和放射性污染物等，具有空间传染、急性传染和潜伏性传染等特征。主要指医院门诊、病房、手术室、各类检验室、病理解剖室、放射室、洗衣房、太平间等所有与医院运营相关处排出的诊疗、生活及粪便污水。一类污染物及放射性废水经预处理达标后方可排入本污水处理站。此外，生活污水经化粪池、餐厅废水经隔油池后和医疗废水一并进入医院污水处理站处理。处理工艺采用CAST工艺。

本污水处理站处理规模为1 500 m3/d(近期)，2 500 m3/d(远期)。

本污水处理站出水水质执行GB 18466-2005医疗机构水污染物排放标准中的排放标准(近期)，预处理标准(远期)。

污水处理工艺流程框图见图1。

图1 污水处理工艺流程框图

1 CAST工艺简介

CAST工艺是循环活性污泥技术。其主要原理是:把序批式活性污泥法(SBR)的反应池沿长度方向分为两部分，前部为预反应区，后部为主反应区。在预反应区内，微生物能通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大部分可溶性有机物，经历一个高负荷的基质快速积累过程，对进水水质、水量、pH和有毒有害物质起到较好的缓冲作用，可有效防止污泥膨胀;随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解过程，完成对污水中有机物质的降解。CAST工艺同时能够比较充分发挥活性污泥的降解功能，也能够减轻二沉淀池的负荷，有利于提高二沉池固液分离效果。

2 CAST工艺设计

2．1 设计基础数据

设计流量按照最高日最高时流量进行设计，设计流量为104．17 m3/h;设计进水水质依据参照同类型综合医院废水水质。近期设计出水水质执行GB 18466-2005医疗机构水污染物排放标准中的排放标准。

污水设计进出水主要水质见表1。

表1 设计进出水水质 mg/L

2．2 CAST生物池主要构造

CAST生物池由预反应区和主反应区组成。

预反应区，两座，单池基本尺寸为L×B×H=10．0 m×1．5 m×4．5 m，其中有效水深 4．0 m，超高 0．5 m;预反应区底部设有DN300放空管，顶部设有DN300溢流管和DN200回流污泥管，预反应区与主反应区的隔墙上底部开有800 mm×700 mm连通孔。

主反应区，两座，单池基本尺寸为L×B×H=13．5 m×10．0 m×4．5 m，其中有效水深4．0 m，超高0．5 m，每池设置2 台搅拌机、1台虹吸式滗水器、1台回流污泥泵、1台剩余污泥泵、1套膜式曝气系统。同时主反应区内还设置有DO测定仪、污泥浓度(MLSS)计、酸度(pH)计、超声波水位计。

2．3 预反应区设计

由于山西大医院运行初期，下游市政污水处理厂建设不完善，无法接纳污水。排放水需直接排入水体，故本工程对脱氮除磷的要求较高，所以预反应区根据活性污泥反应动力学原理进行设计，运行条件按厌氧环境考虑，在预反应区内考虑了较显著的反硝化作用(回流污泥混合液中通常含2．0 mg/L左右的硝态氮)。同时预反应区利用了活性污泥的快速吸附作用而加速对溶解性底物的去除，并对难降解有机物起到良好的水解作用，还可使污泥中的磷在厌氧条件下得到有效的释放。污泥回流量按最大时处理量的20%考虑，污水水力停留时间按1．0 h计。

为了使回流污泥和污水进行充分混合，形成均匀的厌氧环境，在预反应区内设置2台潜水搅拌器，该搅拌器属于高转速(705 r/min)、小叶轮(370 mm)类型，具有较好的混合搅拌功能，考虑到厌氧环境对磷的释放影响较大，故在预反应区内还设置有DO在线测定仪，其输出信号接入CAST反应池PLC子站，PLC子站根据DO值的大小及变化，对回流污泥量进行在线调节，以达到最佳的厌氧环境以利于磷的释放。同时PLC总站可绘制预反应区进水水量、进水水质、污泥回流量与DO的关系曲线，对运行工作起到高效、优质的指导作用。

2．4 主反应区设计

为降低管理难度和污水处理成本，故设计中采用了泥龄较长，污泥负荷较低的延时曝气方式，设计泥龄为15．7 d，污泥负荷取 0．088 kg BOD5/kg MLSS。

由于采用了延时曝气方式，故污泥产泥率比较低，取值为0．945 kg SS/kg BOD5，每日剩余污泥产量为3 510 kg，剩余污泥经主反应区内的剩余污泥泵抽升至污泥池。污泥池内设置有潜水搅拌器以保持池内有氧状态，防止磷的析出。

由于主反应区具有同步硝化和反硝化功能，反硝化主要是在泥水分离阶段使污泥结构内部处于缺氧状态而实现的，因此，PLC子站将根据CAST生物池内的DO值，对生物速率、曝气时间、曝气量、排泥速率等重要运行参数进行在线调节。

排水装置选型时，考虑到运行自动化程度较高，选用虹吸式滗水器，电磁阀控制虹吸排气管的开启，PLC控制。

曝气设备采用了较先进的超微孔膜式曝气盘，具有较高的氧转移效率，在水深为4．0 m的清水中膜式曝气盘具有25%的氧转移效率;同时盘式曝气器比较节能，具备防堵塞与自清洗功能。

为使曝气系统正常运行，鼓风机房内设3台可调导叶片的单级高速罗茨鼓风机(2用1备)，鼓风机设计风量为Q=13．87 m3/min，设计风压50 000 Pa。考虑到反应池为变容运行方式，水位变幅达2．0 m，为减少能耗、降低成本，其中两台为电机采用变频运行方式，同时空气管路独立设置，互不干扰。

2．5 工作周期设计

CAST生物池以一定的时间序列运行，运行过程包括进水—曝气、静止沉淀、排水排泥、闲置四个阶段，不同的运行阶段的运行方式可根据需要进行调整。本工程CAST生物池每日工作24 h，分为6．0个工作周期，每周期工作时间为4．0 h，其中进水—曝气3．0 h，静止沉淀0．5 h，排水排泥 0．5 h。在同一时间各池的工作时序均不同，不会发生重叠，同一时间只有一个反应池滗水，自动控制及操作管理较简单，具体工作时序见表2。

表2 工作时序

进水曝气阶段CAST主反应区内边充水边曝气，同时池内的回流污泥泵连续不断的向预反应区回流污泥。此时有机污染物被微生物氧化分解，同时污水中的氨氮通过微生物的硝化作用转化为硝态氮。

静止沉淀阶段CAST主反应区不充水也不曝气，此时微生物利用水中剩余的DO进行氧化分解，生物池逐渐由好氧状态向缺氧状态转变，开始进行反硝化反应，活性污泥逐渐沉到池底，上层水逐渐变清。

排水排泥阶段CAST主反应区的滗水器开始工作，自上而下逐渐排出上清液，同时池内的剩余污泥泵向污泥调节池输送剩余污泥。此时，生物池逐渐由缺氧状态过渡到厌氧状态，继续进行反硝化反应。

实际运行过程中，由于滗水器的滗水能力是按最不利的情况进行设计选型的，而这种最不利情况不易出现，故实际滗水时间通常要比设计滗水时间短，其剩余时间通常用于CAST主反应区内污泥的闲置，以恢复污泥的吸附能力。

3 结语

本文介绍的CAST工艺设计方法及设计参数取值已应用于太原飞机场污水处理厂，由于一些客观原因，山西大医院污水处理站正处于紧张的建设之中，而相同工艺、相近规模的太原飞机场污水处理厂(4 500 m3/d)已建成并已完成试运行，其各项指标值均满足设计要求，试运行效果见表3。

表3 实际进出水水质(平均值) mg/L

实践证明，上述设计方法及参数取值是合理可行的，同时也说明CAST工艺是适合山西大医院污水处理的一种新型工艺。

［1］邓新平，曾小林．水处理常见方法阐述［J］．山西建筑，2010，36(8):190-191．

［2］张 统．SBR及其变法污水处理技术与回用技术［M］．北京:化学工业出版社，2000．

［3］GB 8978-1996，污水综合排放标准［S］．

［4］沈耀良，王宝贞．循环活性污泥系统(CASS)处理城市废水［J］．给水排水，1999，25(11):5-8．