武汉市某CASS工艺污水厂提标改造工程实践

范 奎，刘丽丽

(上实环境控股(武汉)有限公司，湖北 武汉 430074)

根据《湖北省水污染防治行动计划工作方案》(鄂政发[2016]3号)要求，现有城镇污水处理设施，要因地制宜进行改造，对长江支流、汉江支流劣Ⅴ类断面进行控制，现有的城镇污水处理设施应实施提标改造。由于所研究污水处理厂尾水经提升排至府河，而府河作为长江支流，近年来污染严重，已经对周边的生态环境造成了严重破坏。因此，污水处理厂提标改造迫在眉睫。

1 原污水厂工程概况

1.1 污水厂运行工艺及方式

该污水处理厂一期工程设计日处理能力为4.5×104m3/d，采用“曝气沉淀池+CASS+紫外消毒”的工艺，出水标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准。该工程于2010年动工，但由于工程建设时期城市污水管网不够完善，污水收集率不高，实际进水水量约2.0×104m3/d，所以污水厂按分期实施原则，先建设了一组2.25×104m3/d规模的CASS池，随着城市污水管网逐步完善，实际进水量不断增加，于2014年建设了一期续建工程。污水厂一期和一期续建的污泥处理均采用重力浓缩+机械脱水的工艺，污泥脱水至80%含水率后外运处置[1]。

污水处理厂设计的工艺流程见图1。

图1 提标前污水处理厂工艺流程Fig.1 Flow of wastewater treatment process before upgrading

该污水厂共设置2座CASS池，每座分4格。单格设计流量为5 625 m3/d，污泥负荷按0.1 kg BOD5/kgMLSS·d，CASS池充水比为0.3，设计污泥龄为18 d，水力停留时间为16.07 h。CASS池根据自控程序周期性运行，曝气采用非限制性进水曝气方式，一个周期所需时间为4 h(进水小于2 h，曝气2 h，沉淀1 h，滗水1 h)，具体运行周期见图2。

图2 CASS池循环周期Fig.2 The cycle of CASS process

1.2 污水厂进出水水质情况

对该污水处理厂2016年1月-2018年12月的运行数据进行分析，其中进水情况如表1所示，出水COD、BOD5、SS、TN、TP、NH3-N月均浓度可稳定达到一级B标准，执行一级A标准之后中，出水TN、TP均不能稳定达标，在提标升级过程中需要重点关注。

表1 污水处理厂现状进、出水水质Table 1 Current influent and effluent quality of the WWTP

1.3 原污水厂运行问题

(1)该污水厂每年11月至次年3月左右，进水TN、TP相比4月至10月平均值高分别高24%、28%。生化池水温低，导致CASS池微生物活性大幅下降，特别影响生化系统的硝化与反硝化，进而影响对TN的去除。

(2)由于该厂是CASS工艺，共计2组，8个生化池，由于市政污水处理厂日进水浓度在各时间段有差异[2]，导致各池生化进水负荷不相同，其中进水氨氮，总磷等指标在18：00左右升高，至到第二天8：00左右，系统按CASS池循环周期排水，导致最终出水TP水质浓度波动大，为保证出水达标，各生化池参照“水桶定律”，需要投加足量除磷药剂，其中Fe2SO4按17 mg/L投加量，最大按FeCl3按35 mg/L投加。

1.4 提标改造需解决的主要问题

从现状的进出水水质来看，该工艺的COD、BOD5较容易达到排放标准。但随着城市雨污分流进一步改造和水量进一步增加，进水水质浓度将逐渐增加，现有污水处理构筑物的运行工况与设计工况可能会产生偏差，因此本次提标工程更需要强化对NH3-N、TN、TP及SS加强去除率，以达到一级A排放标准。

污水中氮的去除主要靠硝化、反硝化过程完成，常规的市政污水厂中NH3-N的硝化过程是保证脱氮完成的前提，而NO3-N反硝化制约因素往往是碳源[3]和反硝化时间。因此考虑在CASS池主反应器增加搅拌器(空间上强化反硝化)，配套辅助碳源投加系统，并调整CASS池循环周期以调节硝化和反硝化时间(时间上强化硝化与反硝化)。由于该污水厂生物除磷无法保证出水稳定达标，因此需要增加深度处理单元，以保证出水TP稳定达标。SS的去除与是本工程需要考虑的一个指标。综上本次提标改造工程的重点和难点是强化脱氮除磷[4]。

2 提标改造工艺概况

2.1 提标改造进、出水水质

污水处理厂进水水质将直接影响处理工艺及其参数的选择、工程造价以污水厂运营成本。而水质确定通常系统根据污水水质实测资料、《室外排水设计规范》或国内同类型污水厂进水水质及城市未来发展等方面综合考虑[5]。

由于武汉市大部分污水厂进水水质浓度偏低，根据现状水质调查，结合提标前设计进水水质参数，认为该厂每年11月至次年3月，氨氮、总氮和总磷浓度较高，其余月份与武汉市其他污水厂进水浓度差不多。因此，在提标升级预测进水水质时，结合现状进水浓度，仅对氨氮、总氮和总磷进行了调整，具体水质进出水浓度见表2。

表2 提标改造前后设计进出水水质Table 2 Design influent and effluent quality of the WWTP for before and afer upgrading

2.2 提标改造后污水厂工艺

提标改造后污水厂设计工艺流程如图3所示，增设了生物磁高效沉淀池，精密过滤器，将紫外消毒改造为接触消毒池。具体增设的设备如下：(1)CASS池主反应区增加潜水搅拌机20台，B=615 mm，N=10 kW，n=480 r/min，单格CASS池2台，4台备用，并对8格CASS池新增搅拌器周边的管式曝气管进行拆除，单池拆除量为12～20根，并对余下的曝气管进行加固。(2)新建提升泵房1座。规模为4.5×104m3/d，平面尺寸L×B=8.0 m×5.0 m，设置3台潜水泵，Q=1 315 m3/h，H=6 m，N=37 kW。(3)新建生物磁高效沉淀池1座。规模为4.5×104m3/d，平面尺寸L×B=21.0 m×19.9 m，表面负荷18 m3/m2·h，斜管区上升流速24 m/h。固体PAC按10 mg/L投加，PAM按1.0 mg/L投加，磁粉按0.5～0.8 mg/L投加。设置快混4台，D=1.0 m，N=4.0 kW，n=84 r/min，变频慢混搅拌器4台，D=2.0 m，N=7.5 kW，n=52 r/min；设置中心传动刮泥机2台，D=9.5 m，N=0.55 kW。(4)新建精密过滤单元1座。规模为4.5×104m3/d，平面尺寸L×B=12.7 m×9.7 m，设置3台R200法捷斯精密过滤器，单台Q=2.0×104m3/d。(5)新建接触消毒池1座。规模为4.5×104m3/d，平面尺寸L×B=30.5 m×12.2 m，5%的次氯酸钠按15 mg/L投加。(6)新建配套加药间2座。含乙酸钠投、PAC、PAM、次氯酸钠系统。

图3 提标后污水处理厂工艺流程Fig.3 Flow chart of wastewater treatment process after upgrading

3 工艺运行效果与经济技术分析

提标工程于2018年3月正式开工建设，2019年3月完成试运行，9月份完成验收。下表为工程实施后运行情况，从下表可以看出，该污水处理厂即使在2019年10-12月，进水平均总氮35 mg/L左右，总磷3.1 mg/L左右的情况下，分别为设计负荷的87.5%和77.5%时时，出水水质稳定达到一级A标准。

表3 2019年10月-2020年5月水质监测数据Table 3 Moniting data of water quality from October 2019 to May 2020 (mg·L-1)

2020年1月份，进水总氮有连续6天超过35 mg/L，平均值达39.38 mg/L，其中COD平均值为212 mg/L。本工程改造后为前置反硝化工艺，总氮去需在缺氧环境的CASS内完成，但CASS每周期运行时间固定为240 min，因此需要CASS池沉淀之前完成进水，反硝化，碳化及硝化全过程，因此压缩了原来的曝气时间及进水时间，在保证正常的处理水量及达标前提下，对现场运行管理提出了更高的要求。

通过工艺参数优化调整如下：减少沉淀时间。由原来的60 min改为50 min；减少进水时间。由原来的约60 min改为约40 min；随进水快速投加外碳源。每池在进水初10～15 min之内完成100～180 L的20%乙酸钠投加。进水时间全过程搅拌。CASS池污泥浓度控制在4 000 mg/L左右。污泥浓度过低，反硝化不充分，出水氨氮偏高；污泥浓度过高，内源呼吸增加，曝气时间不够，水温低时，污泥高导致泥位高，出水SS总磷有超标风险。最终CASS运行时间为：进水40 min(其间搅拌40 min、所加外碳源10～15 min)，曝气90 min，沉淀50 min，滗水60 min。

4 结 论

(1)在CASS池出水总磷波动较大的情况下，生物磁高效沉淀池抗冲击负荷较强，出水总磷稳定达标。

(2)本工程通过在CASS池运行周期中增加缺氧阶段进行反硝化脱氮，占用了部分曝气时间，通过优化调整CASS池各阶段运行时间等控制参数，可在现有的进水条件下，保证出水达标。若后期进水COD与TN同时指标偏高时，总氮去除效果有待验证。

(3)外加碳源的前置反硝化脱氮工艺，药剂成本消耗较大。本工程中结合每年进水特性，仅在进水总氮大于30 mg/L时，且水温在15 ℃以下的每年11月-来年2月左右投加碳源，减少了药剂成本。