CASS工艺处理医院废水的初步设计

胡晓峰 古小超

(青海大学化工学院，青海 西宁 810016)

医院废水是指医院(包括综合性医院和各种专科医院)、疗养院等排放的被病原体或被放射污染的水。医院废水大多来自病房、门诊、化验室、手术室、厕所等场所，其来源及成分复杂，含有病原性微生物、有毒有害的化学污染物、重金属、有机物和放射性污染等，具有空间污染、急性传染和潜伏性传染等特征，不经有效处理会成为一条疫病扩散的重要途径和严重污染环境。

根据医院废水来源的不同，医院废水一般分为三类：①传染病菌污水。该类污水会有肠道病菌、病毒、结核杆菌。②一般带病菌污水。这些污水是医疗器械的洗涤污水及肠道病菌污水。③医院职工的普通生活污水,含厨房、职工厕所和盥洗废水。其中①②类废水应根据污水量的多少来确定是否将其合并处理。

医院废水中通常含有多种细菌、病毒、寄生虫卵和一些有毒有害物质。这些细菌、病毒和寄生虫卵在环境中具有较强的抵抗力，在污水中存活时间较长。当人们使用或接触细菌、病毒和寄生虫卵或有毒有害物质污染过的蔬菜时，就会使人治病，甚至引起传染病的爆发流行。同时，医院废水中还含有重金属、消毒剂、有机溶剂以及酸、碱、放射性物质等，是致癌、致畸、致突变物质，这些物质排入水体将对环境造成巨大的危害并长期危害人体健康。

1.概论

1.1 医院废水的进出水水质状况见表1-1，出水水质要求达到《医疗机构水污染排放标准》GB18466-2005排放标准。

表1-1 进出水水质参数表 单位mg/L

1.2 污水处理量

设计的污水处理厂日处理污水量1000m3/d。

2.医院废水处理工艺方案比较

2.1 工艺方案分析

各种医院废水处理工艺比较：[3-4]

(1)生物接触氧化法又称浸没式生物膜法，是使某种填料浸没于水中,在填料表面和填料间的空隙生成膜状活性污泥,废水与其接触从而得到净化,为了使净化进行的比较彻底,必须使废水循环,反复与生物膜接触。由于填料和生物膜都浸没在废水中,因此必须进行强制性的曝气充氧,曝气也兼行使废水循环的功能。

(2)生物转盘法也属于生物膜法的一种，其生物膜的载体是盘片，该法污泥量少，运转费用低，占地面积少，无堵塞现象。缺点是盘材较贵，易产生挥发性物资污染，生物转盘的性能受外界环境影响较大。

(3)序批示活性污泥法(SBR法)是在工业和自控技术发展的前提下,将传统的活性污泥中曝气、沉淀等各处理单元集中在一个反应池中进行,按时间顺序实现不同的处理目的。其基本操作程序由进水、反应、沉淀、排水和闲置等5个基本过程组成。从污水流入开始到闲置时间结束算做一个周期。在一个周期内一切过程都在一个设有曝气装置的反应池内依次进行,这种操作周期周而复始,反复进行达到不断进行污水处理的目的。因而可省去连续流活性污泥法中必须设置的沉淀池和污泥回流装置。

(4)CASS工艺是间歇式活性污泥法的一种变革，并保留了其他间歇式活性污泥法的优点。是近年来国际公认的生活污水及工业污水处理的先进工艺，是由SBR工艺在工程设计中发展而来。CASS工艺的核心是CASS池，其基本结构是：在序批式活性污泥法的基础上，反应池沿池长方向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置。整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统；同时可连续进水，间断排水。该工艺现已在国内外得到广泛的应用。

2.2 方案确定

通过对各种处理工艺处理效果，处理费用，工艺自动化程度等的比较，最后确定推荐方案是CASS工艺。见图2-1：

图2-1 CASS工艺流程图

3.CASS的设计计算

CASS(Cyclic Activated Sludge System)是在SBR的基础上发展起来的，即在SBR池内进水端增加了一个生物选择器，实现了连续进水(沉淀期、排水期仍连续进水)，间歇排水。设置生物选择器的主要目的是使系统选择出絮凝性细菌，其容积约占整个池子的10%。生物选择器的工艺过程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。

(1)池子容积计算

每周期处理水量体积为：

式中：Q—每天处理水量，m3/d；h—运行周期，小时；n—CASS池子数目，个；

根据选取的充水比参数求曝气池单池子的容积为：

又根据每个CASS池子各部分的体积比求得总体积：

设定池深为3.5m，有效深度为3m，则根据宽深比参数取宽为5.5m，则长为：

L=400÷3÷5.5=24.24m

L：B=4.4 符合要求。

(2)各部分尺寸

根据各区体积比例得CASS池子的各部分尺寸如下。

主反应区的长为:24.24-0.67-3.37=20.2m

(3)水力停留时间计算

(4)污泥COD负荷计算

由预计COD去除率得其COD去除量为:

229.5×71%=163mg/L

式中:Q—每天处理水量，m3/d；SU—进水COD浓度与出水浓度之差，mg/L；n—CASS池子个数；X—设计污泥浓度，mg/L；V—主反应区池体积，m3。

=0.0733kgCOD/(kgMLSS·d)

(5)滗水深度计算

式中：Q—每天处理水量，m3/d；n1—CASS池子个数；n2— 一日内运行周期数；A—CASS池子的面积，m2。

验算充水比：

根据实际经验表明包含回流量的冲水比可以达到31.25%，因此以上假设成立。

(6)需氧量计算

根据实际运行经验，微生物氧化1kgCOD的参数a′取0.53，微生物自身耗氧参数b′取0.188，则一个池子需氧量为：

O2=a′Q(S0-Se)+b′XV=0.53×1200/2×163×10-3+0.188×4000×10-3×333.33=302.5kg/d

温度为20度和30度的水中溶解氧饱和度分别为：

Cs(20)=9.17mg/L，Cs(30)=7.63mg/L

空气扩散器出口处的绝对压力为:

Pb=1.013×105+9.8×103H=1.013×105+9.8×103×3=1.307×105Pa

式中：H—最大水深，m。

空气离开主反应区池时的氧百分比为：

式中：EA—空气扩散器的氧转移效率，取20%值。曝气池中混合液平均氧饱和浓度按最不利温度计算为：

取参数a=0.82，β=0.95，c=2.0，ρ=1.0则换算为20度时的脱氧清水的充氧量为：

曝气池平均供气量为：

每立方米废水供空气量为：

每去除1kgCOD的耗空气量为：

(7)预反应区和反应区间的导流孔计算

设计流水速度U=50m/h，池子宽B=5.5m，水深H1=1.3m，n1为CASS池子数目，n3为导流孔个数按照设计资料参数取2，预反应区长度为L1=3.8m，则：

=0.8m2

设计导流孔在池底部，要求孔口高要小于1m，设高为0.6m。则孔宽为：

(8)剩余污泥量计算

CASS的剩余污泥主要来自微生物代谢的增殖污泥，还有很多部分由进水悬浮物沉淀形成。CASS生物代谢产泥量为：

式中：a—微生物代谢增系数，kgVSS/kgCOD；b—微生物自身氧化率，1/d。

根据医院废水性质，参考类似经验数据，设计a=0.83，b=0.05，则有：

假定排泥含水率为98%，则排泥量为：

=3.55m3/d

每池池底坡向排泥坡度i=0.01，池出水端池底设(0.8×0.8×0.4)m3排泥坑一个，每池排泥坑中接出泥管DN150一根，剩余污泥在重力作用下排入集泥井。

4．结语

利用CASS工艺处理医院废水，在处理水质稳定达标排放的同时，具有显著的经济效益，实现了环境效益和经济效益的统一，采用水下曝气机能有效降低噪音等特点，成为目前医院废水处理设计中运用较广的工艺，出水水质达到排放标准。

[1]赵庆良,李伟光.特种废水处理技术[M].哈尔滨工业大学出版社,2003.

[2]阮文权.废水生物处理工程设计实例详解[M].化学工业出版社,2006.

[3]马世豪,凌波.医院污水污物处理[M].北京:化学工业出版社，2000.

[4]柏景方.污水处理技术[M].哈尔滨工业大学出版社,2006.