CASS工艺在城市污水排放中的应用

罗岩松

(合肥市排水管理办公室，安徽 合肥 230001)

城市污水排放工艺的研究和应用是一个涉及多个学科领域的综合性问题。随着城市化进程的加快，城市污水处理和排放已经成为城市环境保护和可持续发展的重要组成部分。城市污水中含有大量的有机物、氮、磷等污染物，如果直接排放到自然水体中，会对水环境造成严重污染，影响生态系统的稳定和健康。因此，对城市污水进行有效的处理和排放，可以保护水环境，维护生态平衡[1-2]。同时，城市污水中还蕴含着一定的资源利用价值，如能源、肥料等，对城市经济和社会可持续发展也具有重要作用。因此，城市污水排放工艺的研究和应用，既是一项重要的环保工作，也是一项具有重要经济意义的技术创新。

目前，我国城镇污水处理厂对生活污水的处理，多以BOD、SS等有机物的去除为主，以其它无机盐类污染物的去除为辅[3]。然而随着社会经济的发展，各种化学试剂、农药和化肥的大量使用，污水的排放量越来越大，污水中氮、磷元素的含量也越来越高，污水中N和P的含量越来越高，导致了一系列的环境问题。为解决上述问题，本文将开展CASS工艺在城市污水排放中的应用研究。

1 基于CASS工艺的城市污水处理装置设计

在排放城市污水前需要对其进行处理，确保排放的水体水质符合国家规定的排放要求。对此，引入CASS工艺，利用该工艺实现对污水的处理[4]。CASS工艺是一种常用的防腐蚀技术，全称为“钙化-铝酸盐转化法”(Calcium Modified Aluminium Silicate System)。该工艺通过在金属表面形成一层钙化物和铝酸盐复合层，使得金属表面具有较好的耐腐蚀性能和涂装附着力。在处理前，对处理装置进行设计。图1为基于CASS工艺的城市污水处理装置基本结构。

图1 基于CASS工艺的城市污水处理装置基本结构

图1中，A表示进水箱；B表示生物选择区域；C表示主反应区域：D表示排水槽结构；E表示进水泵装置；F表示搅拌装置；G表示污泥回流泵；H表示出水泵；I表示曝气装置。该城市污水处理装置可以分为2个主要部分，第一部分为规格为1L的广口瓶厌氧区；第二部分为规格为5L的广口瓶好氧区，2个区域对应的有效容积分别为0.8和4L。在2个反应区域内，所选用的电动搅拌调速器装置均为JB-300D型号，用于实现对搅拌装置转速的控制。JB-300D型号电动搅拌调速器装置的转速范围在100～2000rpm之间；电源电压为220V；运行功率为300W；搅拌桨配置为Φ8×300mm；外形尺寸规格为：350mm×250mm×750mm。选择3台型号相同的恒流蠕动泵作为进水泵、出水泵以及污泥回流泵[5]。恒流蠕动泵的型号为CDL48-5640，将ACO-7540型号的曝气器作为曝气装置。通过上述各个装置的相互协作完成整个污水处理流程的运行。

在对城市污水处理装置设计时，除了上述结构外，还需要引入一个CASS反应器。在反应过程中，污水与污泥会同时进入到生物选择区域内，再经过兼氧区进入到好氧区内发生反应[6]。随后，通过污泥回流泵的再次循环应用进入到生物选择区域，依次进行循环。CASS反应器的基本结构如图2所示。

图2 CASS反应器基本结构示意图

根据城市污水排放设计规范要求，将CASS反应器的反应池长度设置为1.35m，其中生物选择区域的长度设置为0.15m，主反应区域的长度设置为1.12m，反应池宽度设置为0.42m，反应池高度设置为0.56m，其中包含了保护高度0.10m[7]。在明确上述各个尺寸后，进一步通过下述公式推算出CASS反应器的排水量：

Vi=l×e×hmax

(1)

式中，Vi—CASS反应器的排水量；l—反应池的长度，m；e—反应池的宽度，m；hmax—反应池的最大排水深度。针对CASS反应器的供气，可采用微孔曝气喷嘴，喷嘴直径3～4mm，喷嘴中心间隔100～150mm，喷嘴宽度400mm，将设置2行，主反应区的喷嘴长度为1080mm，设置7行，这样就需要2×7=14个微孔曝气头。

2 污水中污泥培养与驯化

污水中的污泥培养与驯化是一种将污泥中的微生物进行优化培养和驯化，以提高处理污水的效果和稳定性的技术。在进行污泥培养时需要明确驯化条件：微生物的生长环境不能有突然的显著改变，需要一个适应的过程[8]。驯化的过程应该尽可能地与原来的生长环境保持一致，通常以普通生活污水为培养源，在驯化的时候，温度不能低于20℃，驯化方式是持续闷曝3～7d。

污泥集中选用所在污水处理厂二沉池回流污泥，在对污泥进行培养的过程中控制培养桶内的温度在23～33℃范围内，保证溶解氧(DO)大于或等于2.5mg/L，pH值控制在大于或等于6的范围内。选用配制的营养液(通常为C、N、P，比例为100∶5∶1)，对污泥进行为期2周的培养，从而使污泥能够快速生长。在完成上述操作后，需要对污泥进行驯化试验。在试验的过程中，需要通入待处理的城市污水，使污泥能够适应这种污水。同时，每隔一天用电子显微镜进行观察。在经过为期1周的检查后，污泥当中的菌胶逐渐团结，形成紧密结构，形成较大的絮状颗粒且钟虫的数量不断增加，累枝虫也大量出现，说明此时污泥活性良好[9]。再对污泥的沉降情况进行检测，在上清液与沉降污泥可以看出明显的分界线时，且污泥的沉降比能够控制在85%左右时，说明污泥活性应满足后续处理条件，完成对污泥的培养驯化[10]。

3 间断进水方式处理与水质达标排放

在应用CASS工艺对城市污水进行处理时，采用间断的进水方式，这一过程基本包括充水-曝气、沉淀、上清液滗除、充水-闲置，共4个阶段。下述将分别针对各个阶段进行具体说明。在第一阶段，进水、曝气和污泥回流同步进行；在第二阶段，停止第一阶段的所有操作，并静置、沉淀，使污水中的泥和水能够分离。当污泥沉降到出水点以下后，开始进行下一阶段；在第三阶段，进行上清液排除时利用浮球式水位监测装置自动控制排水阀的开关，在完成排水后自动关闭排水阀；在第四阶段，实际滗除的时间通常比设计时间短，因此剩余的时间可以用于反应装置内污泥的闲置处理，从而使污泥能够恢复原有的吸附能力。在闲置的过程中，完成污泥回流和正常进水操作，并进行下一个循环，直到完成对所有城市污水的处理。

在活性污泥工艺中，溶解氧(DO)是关键的操作参数。曝气是影响溶解氧的主要因素之一。从曝气量中扣除由污泥自身呼吸引起的耗氧量，得到了实际的溶解氧量。部分试验和运行数据显示，低溶解氧环境会加速丝状菌的增殖，降低污泥絮体的沉降性能，抑制胞外聚合物的产生，从而对絮体的形成产生负面影响，但是，太高的溶解氧又会造成能量的浪费。在好氧处理中，溶解氧的范围通常是在2.00～4.00mg/L之间。在试验过程中，通过调整曝气器，将好氧区的溶氧水平保持在2.0～2.5mg/L范围内。曝气时间对脱氮效果有很大的影响，要想获得较好的脱氮效果，就必须增大曝气量，对于采用时间作为控制参数的CASS工艺，在选择合适的曝气量，满足沉淀和滗水要求的前提下，应尽量选择较长的曝气时间。在城市生活污水的处理过程中，曝气时间一般占整个运行周期的50%在4h的CASS循环中，选择了2h的曝气时间。

在完成上述间断进水方式对城市污水的处理后，需要确保水质完全达标后才能够排放。主要针对CODcr、SV、MLSS、DO等指标进行测定，对应的方法为重铬酸钾法、沉降比法、重量法、膜电极法，所需要的仪器包括COD测定装置、100ml量筒、马弗炉、DO测定仪等。在完成各项指标的测定后，若测定结果不符合规定，则需要重新完成上述操作步骤，直到测定结果符合规定。若测定结果符合规定，则可直接排放。

4 实例应用

在上述论述基础上，为了进一步验证本文上述提出的基于CASS工艺的污水排放方案在实际应用中的可行性，选择以某城市污水处理厂为依托，针对该处理厂当前处理的城市污水，采用本文方案对其进行处理和排放。针对排放的污水水质各项指标进行测定，验证处理效果。选择将CODcr去除率、氨氮去除率、TN去除率和TP去除率作为测定指标，表1中记录了要求城市污水处理厂处理并排放的水体中各项指标的标准范围。

表1 城市污水处理厂水体排放要求 单位：%

表1中各项指标的去除率计算公式为：

(2)

式中，d—排放水体中某一污染物去除率；m1—进水时该污染物浓度；m2—出水时该污染物浓度。根据上述公式，通过对各个污染物进水浓度和出水浓度的测定，计算得出各污染物的去除率，以此明确CASS工艺在城市污水排放中应用对水体污染物的去除情况。将测定的数据和计算得出的结果记录见表2。

表2 CASS工艺应用后污水污染物去除情况记录表

对比表1和表2中的数据可以看出，在应用CASS工艺后，污水中各个污染物的去除率均达到了规定的范围，因此通过上述得出的结果能够证明，CASS工艺在城市污水排放中应用的可行性，可以实现对城市污水的净化，确保最终排放的水体水质符合国家规定。

5 结语

以城市污水排放作为研究背景，将CASS工艺应用到污水的处理与排放中，同时通过实例应用实现了对该工艺应用可行性的验证。在进行对城市污水的排放时，该工艺能够实现对水体当中CODcr、氨氮、TN、TP等众多污染物的去除，去除率达到标准要求范围。说明该工艺可以实现对城市污水的净化，确保最终排放的水体水质符合国家规定要求。由于研究时间有限，本文上述研究在某些方面仍然存在进步空间，例如提出的处理工艺如何与其他处理工艺相互协同，协同后城市污水处理厂是否能够承受其最大准入负荷等，针对此类问题，在后续的研究中还将进行深入探索。