CASS工艺处理寒冷地区生活污水的试验研究*

陈淑芳 谢杰

(吉林建筑工程学院城建学院，长春130111)

0 引言

CASS(Cyclic Activated Sludge System)工艺是将变容积活性污泥法和生物选择器原理有机地结合起来，是近年来国际公认的处理生活污水及工业废水的先进工艺［1］.由于该工艺具有工艺流程简单、处理效果稳定、占地面积小、投资及运行费用低、耐冲击负荷和脱氮除磷能力强、运行管理方便、可分期建设、不易产生污泥膨胀等优点［2-4］，因此近年来CASS工艺在国内已得到一定程度的推广和应用，尤其在我国北方各地区得到一定程度的应用.但由于寒冷地区排水温度低(一般低于13℃)，使微生物的活性、种群组成、细胞的增值、活性污泥的絮凝沉降性能、曝气池充氧效率，以及水的粘度都有较大影响，给污水处理带来很多困难.而现行的《室外给水排水规范》(GB 50014-2006)中，也未专门对该工艺提出低温条件下相关的设计参数及要求，因此在实际工程设计中，低温条件下该工艺的工程设计参数同常温条件下又有很大区别.

本文充分利用CASS工艺的优势，结合我国寒冷地区的已建CASS工艺的设计和运行情况，同常温条件下对比研究CASS工艺在低温条件下的工程设计参数，为CASS工艺在我国寒冷地区的进一步推广应用予以借鉴.

1 试验材料与方法

1.1 试验原水及种泥

试验原水采用某高校的生活污水，具体水质如下:COD为200 mg/L～490 mg/L(均值为345 mg/L)，BOD5为100 mg/L～250 mg/L(均值为175 mg/L)，SS为140 mg/L～286 mg/L(均值为213 mg/L)，NH3-N为25 mg/L～55 mg/L(均值为40 mg/L)，TP为3.5 mg/L～9.6 mg/L(均值为6.55 mg/L)，pH值为6.5～8.5(均值为7.5).试验种泥采用长春市北郊污水处理厂的活性污泥，通过一个多月的培养驯化，CASS工艺即可稳定运行［5］.

1.2 试验装置

试验装置如图1所示，主要包括原水箱、CASS池(尺寸为350 mm×180 mm×220 mm)、污泥回流系统、排水系统和排泥系统.原水经水箱自流至CASS池的生物选择区和主反应区，生物选择区内设置搅拌器，主反应区内安装曝气头进行曝气兼起到混合作用.反应池上清液由一个端部装有曝气头(控制排水高度)的虹吸管排出，底部的污泥通过污泥泵回流至生物选择区.

图1 试验装置

1.3 测试项目与方法

COD，NH3-N，TP:5 B-6 C型氨氮/COD/总磷三参数测定仪;SS:重量法;DO:JPB-607型溶解氧测定仪;pH值:PHS-3 C型精密pH计.

2 试验结果与分析

2.1 试验条件［6-7］

气温:5℃～14℃;水温6℃～12℃.

水力停留时间:HRT=14 h，16 h，18 h.

周期运行时间:T=4 h～6 h(分曝气、沉淀、撇水、闲置4个阶段)

进水流量Q=22.5 L/h～11.5 L/h

周期处理水量Q 1=90 L～70 L

周期排水比:1/3～1/4

根据试验效果，试验运行参数设置如下:MLSS为3 200 mg/L～4 560 mg/L，HRT为14 h～18 h，SV值为25 %～52 %，DO浓度为2.5 mg/L～3.0 mg/L.按水力停留时间(HRT)的不同实验划分为3个阶段(即HRT=14 h，16 h，18 h)，各阶段中曝气时间均为3 h.

2.2 试验效果与分析

(1)CODcr去除效果分析

由表1可以看出:进出水CODcr波动不大，进水CODcr为245 mg/L～491 mg/L，出水30 mg/L～52 mg/L，去除率在85 %～91 %之间，出水效果较好，波动较小，运行稳定，出水水质比较理想.相对应的MLSS=3.20 g/L～4.56 g/L变化不大，污泥负荷=0.45 kgCOD/(kgMLSS·d)～0.79 kgCOD/(kgMLSS·d)，属正常.但当污泥负荷小于0.50 kgCOD/(kgMLSS·d)时，CODcr去除率小于86 %;随着污泥负荷增加，CODcr去除率提高;当污泥负荷大于0.75 kgCOD/(kgMLSS·d)时，CODcr去除率有所降低.故污泥负荷=0.50 kgCOD/(kgMLSS·d)～0.75 kgCOD/(kgMLSS·d)时，运行效果比较好.

此外，通过对水力停留时间和不同低温条件下的对比实验，发现水力停留时间HRT=14 h，16 h和18 h处理效果差别不大，这说明在一定污泥负荷范围内，延长水力停留时间对提高去除效果意义不明显，反而使投入产出比降低.而在进水CODcr较稳定的情况下，出口CODcr浓度较低，出水水质均能达到52 mg/L以下，满足《污水综合排放标准》(GBl8918-2002)一级B类排放标准.

表1 试验效果分析结果

通过与常温条件下的对比实验表明:在其他条件相同情况下，常温条件下CODcr去除率在89.6%～90.4 %之间;低温条件下CODcr去除率在85.0 %～87.0 %之间，CODcr去除率降低4 %～5 %.

(2)悬浮物(SS)去除效果分析

一般情况下，传统活性污泥法处理污水的效果随温度的降低而变差，出水质量差的一个重要原因就是活性污泥的沉降性能不好.从水质特点上分析，低温环境下，水的粘滞性增加，固体颗粒沉降阻力增大，降低了泥水分离效果;从物理现象上看，活性污泥比较细碎，不易形成大块絮凝体，沉淀后的上清液仍有细小的悬浮颗粒随出水带走.但从CASS工艺处理低温的整个实验过程来看，污水SS的去除率一直都很高，进水SS通常在158 mg/L以上，出水SS通常保持在30 mg/L以下，并且去除效果比较稳定.这从另一方面反映了CASS工艺独特的运行方式，使曝气结束后的沉淀阶段，整个池子面积均用于在近乎静止的环境中进行泥水分离，故其固体通量很低，泥水分离效果良好.

通过与常温条件下的对比实验表明:在其他条件相同情况下，常温条件下SS平均去除率为90.6 %;低温条件下SS平均去除率为88.3 %，SS去除率降低3 %.

(3)NH3-N去除效果分析

由表1可以看出:进出水NH3-N波动不大，进水NH3-N为25 mg/L～55 mg/L，出水7 mg/L～16 mg/L，去除率在64 %～74 %之间，出水效果较好，波动较小，运行较稳定.相对应的MLSS=3.20 g/L～4.56 g/L变化不大，污泥负荷=0.45 kgCOD/(kgMLSS·d)～0.79 kgCOD/(kgMLSS·d)，属正常.

通过与常温条件下的对比实验表明:在其他条件相同情况下，常温条件下NH3-N平均去除率为75.3%;低温条件下NH3-N平均去除率为67.6 %，NH3-N平均去除率降低10 %.

(4)TP去除效果分析

由表1可以看出:进出水TP波动不大，进水TP为4.2 mg/L～9.6 mg/L，出水0.6 mg/L～1.1 mg/L，去除率在79 %～89 %之间，出水效果较好，波动较小，运行较稳定.相对应的MLSS=3.20 g/L～4.56 g/L变化不大，污泥负荷=0.45 kgCOD/(kgMLSS·d)～0.79 kgCOD/(kgMLSS·d)，属正常.但由于污泥浓度较高，菌胶团内部的厌氧区域越来越大，保证了聚磷菌对磷的充分释放，为在好氧环境下的超量摄取提供了基础，从而保证了低温条件下的出水效果.

通过与常温条件下的对比实验表明:在其他条件相同情况下，常温条件下TP平均去除率为89.4 %;低温条件下TP平均去除率为80.6 %，TP平均去除率降低10 %.

3 结论

(1)低温对CASS工艺处理生活污水的影响

由于低温会造成活性污泥沉降性能降低，故低温对CASS工艺处理效果有一定影响.通过实验分析，在其他条件相同情况下，与常温条件相比，CODcr去除率约降低4 %～5 %，SS去除率约降低3 %，NH3-N和TP去除率约降低10 %左右.

(2)推荐的工艺参数

CASS工艺污泥特性如SV，SVI和MLSS等受温度变化影响较大，而污泥特性的变化直接影响到沉淀时间、排水比和污泥龄等参数的确定.由于北方地区冬季与夏季气温相差较大，因此，原水中污染物含量相差较大，反应器中污泥活性变化也较大，为保证出水水质，CASS工艺设计参数按照冬季不利时期条件选择参数.通过实验和理论分析，推荐低温条件下的CASS工艺设计参数为:污泥浓度为3 500 mg/L～4 500 mg/L，污泥负荷=0.50 kgCOD/(kgMLSS·d)～0.75 kgCOD/(kgMLSS·d)，运行效果和经济性比较好.

［1］M.C.Goronszy.The Cyclic Activated Sludge System For Resort Area Wastewater Treatment［J］.Water Science and Technology，1995，32(9-10):105-114.

［2］Demoulin，G.(SFC Umwelttechnik)，Rudiger，A.，Goronszy，M.C.Cyclic activated sludge technology.Recent operating experience with a 90，000 P.e.plant in Germany［J］.Water Science and Technology，2001，43(3):331.

［3］M.C.Goronszy.Advancements in Cyclic Activated Sludge Technology［M］.IAWQ Yearbook，1999:24-25.

［4］M.C.Goronszy.Dynamic Mathematical Modeling of Sequencing Batch Reactors with Aerated and Mixed filling Period［J］.Water Science and Technology，1997，35(1):457-464.

［5］陈淑芳.CASS工艺处理高校生活污水的试验研究［J］.中国给水排水，2012(7):79-81.

［6］中国工程建设标准化协会批准.寒冷地区污水活性污泥法处理设计规范(CECS111:2000)［S］.北京:中国计划出版社，2000.

［7］张自杰.环境工程手册水污染防治卷［M］.北京:高等教育出版社，1996:574-588.