CASS工艺污水厂提标改造方案优化设计＊

许超 杨云成 祝晓辉,3 刘军 贾洪柏

（1.安吉国千环境科技有限公司，浙江湖州 313300；2.安吉英才人力资源服务有限公司，浙江湖州 313300；3.浙江理工大学 材料与纺织学院 丝绸学院，浙江杭州 310018）

0.引言

随着近年来环保要求和人们环保意识的提高，城镇污水处理厂出水标准日益严格。根据太湖流域有关部门提出的流域整治目标任务，对流域内污水处理厂排放标准进行严格限制，浙江省环太湖流域早期建成的城镇污水处理厂出水水质为《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》一级A标准。随着治理力度进一步加大，浙江省提出了比国家标准一级A标准更为严格的地方标准（DB33/2169-2018）。为了适应新的污水处理排放标准要求，如何根据工艺条件和污水厂实际运营状况选取经济高效的提标改造技术[1-2]是目前多数污水处理厂面临的一个难题。

1.工程背景

本文结合安吉县污水处理二厂实际情况，研究探讨了该厂提标改造技术方案，最终选取MBBR技术方案并以一池做示范项目。污水厂规划分为3期，处理规模为10万t/d，一期于2012年投入运营，二期与2017年底投入运营，一期、二期处理规模约3.8万t/d，三期6万t/d在建。一期、二期最初设计为CASS工艺，执行一级A排放标准。根据浙江地方最新要求执行新的地方排放标准，需对现有工艺进行改造，依据厂区现有构筑物和用地紧缺情况，需选择高效合理，节省提标改造工程成本和后期运维费用的技术方案[3]。

2.污水厂运行现状及问题分析

本污水厂设计采用的主体处理工艺为CASS工艺，设计出水为一级A标准。污水经提升泵房、细格栅、旋流沉沙池进入调蓄池，调蓄池污水分别可向一期或二期CASS池进水，CASS池出水经二次提升泵房进入微絮凝、沙滤池（一期）或高密度沉淀池、滤布滤池（二期），再经消毒滤池出水提升泵排至西苕溪。污水和污泥处理工艺流程如图1所示。

图1 现有处理工艺流程图

进出水水质分析：

根据污水厂2017年11月至2018年10月的逐日进水水质数据分析：

如图2～图5所示，从一年来污水厂进水水质分析来看，进水的COD、氨氮、总氮、总磷等指标波动较大，厂区周边医药等工业废水不定期混入，污水厂需要提高抗冲击负荷能力，原有单一污泥系统CASS池负荷冲击后恢复能力较弱。出水在线实时监测各项指标可稳定达到一级A出水标准，CASS池现有工艺条件，硝化能力不足，无法达到新的地方标准“准IV类水”出水标准，COD、氨氮的抗冲击负荷能力和深度处理能力有待加强。

图2 逐日进水COD及频数

图3 逐日进水氨氮及频数

图4 逐日进水总氮及频数

图5 逐日进水总磷及频数

3.技术方案的对比和选取

结合厂区综合情况和国内外相关技术的发展，关键是提高系统COD、氨氮深度处理能力，有以下3种既满足出水水质标准又不减少出水量的方案可进行对比选取。

方案一：MBR工艺改造方案。

MBR工艺又称为膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor），是污水处理活性污泥法和膜分离技术相结合的新型水处理技术。MBR利用膜系统固液分离的高效性，使生化池污泥浓度显著提高，常规活性污泥难以滞留的硝化细菌得以富集，大大提高生化（尤其是硝化）反应能力和效率，抗冲击负荷能力强，同时，经超、微滤膜处理后，悬浮固体、COD、BOD和浊度极低，出水质量高，可以直接回用作市政用水、受污染河流的生态补充水等实际应用前景广阔。MBR技术改造工艺流程如图6所示，改造后出水可以达到最新地方标准，需要新增膜组件和原池生物区的隔离改造，膜组件后期更换也是需要考虑的成本问题。

图6 MBR改造方案流程图

方案二：BAF工艺改造方案。

曝气生物滤池是一种新型高负荷淹没式三相分离器，是在生物接触氧化工艺的基础上结合给水净化过滤机制形成的一种新型的污水生物处理工艺，可作为活性污泥法与常规的接触氧化法的革新替代技术。曝气生物滤池兼有活性污泥法和生物膜法的优点，集生物氧化、生物絮凝、过滤、反冲洗更新等功能于一体，通过滤料上生长的高浓度生物膜对污染物的生物降解以及滤层的机械拦截和生物絮凝对悬浮物的综合截留作用，实现对污水中污染物的有效去除。其生物浓度高，有种群丰富、结构完整、功能稳定的生态系统，由于独特的设计和全新运行方式，在同一个池中既有好氧区、又有缺氧区，可以在COD得到降解的同时对污水的NH3-N实现硝化和反硝化，氨氮和总氮去除效能高。BAF技术改造工艺流程如图7所示，BAF工艺完全可满足新的标准要求，但就实际改造而言，原池无需太大改动，需在中间串接新的缓冲池和BAF池，许多早期建成的污水厂从用地和建筑资金以及后期维护方面考虑，不太容易接受这一方案。

图7 BAF改造方案流程图

方案三：MBBR功能性载体原位提标改造。

MBBR工艺又称移动床膜生物反应器（Moving Bed Biofilm Reactor），为气-固-液共存的三相流化床处理方法，通过向生化池投放一定量轻质悬浮载体，添加生物膜系统。生物量可达10g/L以上，是普通活性污泥5～10倍，提高系统抗冲击负荷能力和对有毒化合物抵抗能力，结合传统的活性污泥法和生物膜法的优点，使固相生物膜和池中活性污泥发挥各自生物降解优势，反应器中悬浮生物膜载体因搅拌在水中自由运动，传质面积大，传质速率快，同时载体流化时不断切割分散气泡，使布气均匀，提高氧利用率。载体为生长缓慢的硝化细菌及长世代微生物提供着生之所，使生物固体停留时间和水力停留时间相分离，大大提高生物反应器硝化效率。MBBR载体技术也在不断发展进步[2]，相较于市面上其他MBBR载体[4-5]，我们团队开发出来的Levapor MBBR功能性载体以聚氨酯海绵为基础进行改性处理，使其吸附30%～50%的粉末活性炭，比表面积达到20000m²/m³，为现有其他MBBR载体的10倍以上。载体中的粉末活性炭特有的吸附功能使微生物菌群在其表面很快繁殖，迅速形成高活性的生物膜。活性炭粉末还能有效吸收和降解有毒物质，提高系统稳定性，生物量高达30 g/L以上，其各项指标远超市面上通用MBBR载体。MBBR工艺改造简单，兼容性强，可与已建污水处理厂的大部分工艺如A2/O、A/O、SBR、CASS及氧化沟法等组合[6]，节省基建费用，技术改造工艺流程如图8所示，MBBR工艺，载体挂膜生物量高，处理效果好，不需太大建筑改动，后期维护简易，是污水厂提标改造的理想选择方案。

图8 MBBR改造方案流程图

综上可知，方案一、二为工程类技术改造，均需要添加构筑物，这是寸土寸金的城镇规划建设中必须严肃考虑的问题，且二者施工期较长，投资运营费用较大。MBR工艺膜污染严重影响水量，且寿命低，需要定期更换，而BAF工艺的工艺较为复杂，要长期应对布水布气堵塞的问题。而MBBR功能性载体则为非工程原位技术改造，不增加占地面积，不增加额外构筑物，工期短，基本不改变原有工艺流程，不会增加运维人员，前期投资成本低，载体使用寿命是MBR膜的2倍以上，后期维护费用低。3种工艺具体优缺点对比如表1所示。

4.结论和提标改造示范成果

通过以上技术分析和表1的工艺方案对比，考虑到占地面积、投资成本和运行管理费用、运行稳定性等因素，采用基于功能性载体材料的MBBR技术对原有CASS工艺进行改造。该工艺无需新的构筑物，只需要在原有主反应池投加一定量悬浮载体。由于采用特殊的功能性悬浮载体，载体投配比仅为10%～15%，无需再单独构建一套完整的穿孔曝气系统以保证载体流化，仅在原有微孔曝气系统间隙增加部分穿孔管，便于曝气溶氧的有效调节和防止曝气死角，基本为“非工程”原位改造，前期投资小，运行费用基本没有增加。故选用MBBR工艺对CASS系统进行提标改造。

表1 不同提标改造工艺优劣对比分析

根据技术方案的选取，本污水厂以一期1#池（CASS工艺5000t/d）作为浙江省首个CASS-MBBR非工程类“准IV类水”提标技术改造示范工程。该示范工程包括勘察、设计施工在内，历时150d，其中完成多次常规进出水和冲击负荷进出水标定，经自测和具有资质的第三方机构检测均稳定达到最新地方标准“准IV类水”标准并通过了项目验收，可供全省乃至全国类似的污水处理厂提标改造参考。