CASS工艺提标改造A2O工艺技术应用

李 君

(泛华建设集团有限公司，北京 100000)

1 污水处理厂现状

该污水处理厂设计规模为2.0万m3/d，一期建设规模1.0万m3/d。采用CASS工艺(一座两组，单组运行周期6 h，处理能力1万m3/d)。

该污水处理厂设计处理污水水量为1万m3/d，但是目前进水量并没有达到设计规模，目前水量约为0.7万m3/d，出水总氮超标，氨氮超标。同时，由于系统采用一座两组CASS池，每周期排水时间不足50%，导致系统出水量不连续，同时，由于滗水器的特点使得出水量先大后小、波动剧烈，从而出水紫外消毒池液位波动，紫外线灯管，淹没深度变化较大，导致出水粪大肠菌超标[1]。

1.1 污水处理厂工艺流程(见图1)

图1 污水处理厂现状流程图

1.2 污水处理厂出水水质分析

通过收集该污水处理厂实验室对出水水质的检测和记录，整理2018年6月到2019年5月的现状出水COD数据，共358个，统计分析如表1。

表1 污水处理厂现状出水COD分析

整理2018年6月到2019年5月的现状出水SS数据共313个，统计分析如表2。

表2 污水处理厂现状出水SS分析

整理2018年6月到2019年5月的现状出水BOD数据共21个数据，统计分析如表3。

表3 污水处理厂现状出水BOD分析

整理2018年6月到2019年5月的现状出水TN数据共281个，统计分析如表4。

表4 污水处理厂现状出水TN分析

整理2018年6月到2019年5月的现状出水NH3-N数据共357个，统计分析如第184页表5。

表5 污水处理厂现状出水NH3-N分析

通过整理2018年6月到2019年5月的现状出水TP数据共352个，统计分析如第184页表6。

表6 污水处理厂现状出水TP分析

经调查，2019年2月12号进水量为6 399 m3/d，进水水质BOD5为304 mg/L，有机污染物BOD5总值为1 945 kg/d，为全年最高值，此值有代表性，可表达现状污水处理系统的最大处理能力。

以上述日期的进出水质为例，进水BOD5为304 mg/L，出水BOD5为5 mg/L，MLSS为4 150 mg/L，则其BOD污泥去除负荷为0.081 25 kg BOD5/kg MLSS，在此污泥负荷下，系统MLSS仍假定为4 150 mg/L，当污水处理量为1.0万m3/d条件下，进行计算：当进水BOD5低于191 mg/L，出水BOD5趋近为0 mg/L；当进水BOD5为201 mg/L时，出水BOD5为10 mg/L，达标临界值；当进水BOD5高于201 mg/L时，出水BOD5超过10 mg/L，即超过一级A标准限值。

2 进水水质确定

2.1 进水COD确定

该污水处理厂运行正常，水厂内的实验室每天会对进水水质进行检测和记录，通过整理2018年6月到2019年5月的进水COD数据共358个，舍掉COD值大于500 mg/L的数据， COD值共330个，可得到表7。

为了尽可能地保证设计进水COD值高于实际进水COD值，结合表7分析可知，进水COD全部数据发生频率累加值达到85%时，对应的COD值为388 mg/L，进水COD全部数据发生频率累加值达到90%时，对应的COD值为420 mg/L。根据上述进水COD分析计算，本项目设计进水COD值为400 mg/L。

表7 污水处理厂进水COD分析

2.2 进水SS值确定

通过整理2018年6月到2019年5月的进水SS数据共313个，舍掉COD值大于500 mg/L的数据对应的SS值，SS值共288个数据，可得到表8。

为了尽可能地保证设计进水SS值高于实际进水SS值，结合以表8分析可知，进水SS全部数据发生频率累加值达到85%时，对应的SS值为235 mg/L，进水SS全部数据发生频率累加值达到90%时，对

表8 污水处理厂进水SS值分析

应的SS值为247 mg/L。根据上述进水SS分析计算，本项目设计进水SS值为240 mg/L。

2.3 进水BOD5、NH3-N、TN、TP确定

BOD、NH3-N、TN、TP这4项污染物指标均与COD存在一定的关联性。故分别取这4项数据与COD比值的平均值，再用平均值与确定的设计进水COD值相乘，用以确定各项进水指标的数值，见表9。

表9 BOD5、NH3-N、TN、TP进水指标确定

2.4 设计进水水质确定

根据以上污水处理厂水质检测数据分析，污水处理厂进水指标如表10。

表10 污水处理厂进水水质

2.5 设计出水水质

出水水质按《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准确定。

2.6 污水处理工艺流程(见图2)

图2 该城市污水处理厂提标改造工程工艺流程图

3 工艺方案设计

3.1 预处理系统

该污水处理厂原有预处理系统，包括：粗格栅、集水池、细格栅、旋流沉砂池等。预处理粗格栅、集水池、细格栅的运行基本正常，但设备腐蚀老化严重；沉砂池除砂能力很弱，处理效果不好。因此，对构筑物可不做改建，但是需对部分设备进行更换。

更换设备：

回转式固液分离机，设计选2台，安装角度75°，栅条间隙20 mm。

潜水排污泵，设计选3台，2用1备，单台流量：400 m3/h，扬程：13 m。

回转式固液分离机，设计选2台，安装角度75°，栅条间隙3 mm，不锈钢耙齿。

无轴螺旋输送机，设计选1台。

旋流沉砂池除砂器及配套设备，设计选2套，设计流量5 000 m3/d。

螺旋式砂水分离器，设计选1台，设计流量Q=5 L/s～12 L/s。

3.2 生化处理系统

3.2.1 厌氧池

厌氧池利用原有CASS池的厌氧格。

数量为2座，钢筋混凝土结构，每座尺寸为22.5 m×2.0 m×6.5 m(L×B×H)。

3.2.2 缺氧池及好氧池

经计算所需有效池容为5 875 m3，而现有2座CASS池的反应格，每格尺寸为22.5 m×21.8 m×6.10 m(L×B×H)=2 992 m3。2座合计有效池容5 984 m3，满足设计要求，但需进行改造。

改造后缺氧池设计参数：

结构形式：钢筋混凝土结构。

数量：2座。

单池尺寸22.5 m×5.3 m×6.5 m(L×B×H)。

改造后好氧池设计参数：

结构形式：钢筋混凝土结构。

数量：2座。

单池尺寸22.5 m×16.1 m×6.5 m(L×B×H)。

AAO主要设备如下所示：

潜水搅拌器，设计选6台。

混合液回流泵，设计选4台，单台流量：625 m3/h，扬程：1 m。

微孔曝气盘，设计选2 160个，盘径：Φ215 mm，2 m3/(h·只)～3 m3/(h·只)，服务面积：0.35 m2/只～0.75 m2/只。

溶解氧监测仪，设计选2套。

3.3 二沉池进水配水井

结构形式：钢筋混凝土结构。

数量：1座；

3.8 m×1.2 m×4.0 m(L×B×H)；

配套设备：

铸铁镶铜闸门(圆)，配套手动启闭机。

3.4 二沉池

结构形式：钢筋混凝土结构。

数量：2座。

单台尺寸：Φ18 m，5.2 m(D，H)。

中心传动刮泥机，池体直径：18 m，配电功率：0.55 kW ，台数：2台。

3.5 污泥回流池

污泥回流比按50%～100%[1]，则污泥回流量Q为208 m3/h～416 m3/h。

数量：1座；

结构形式：钢筋混凝土结构。

5.0 m×3.0 m×4.0 m(L×B×H)；

有效水深：3.4 m；

配套设备：

污泥回流泵，设计选3台，潜水泵，2用1备，单台流量：210 m3/h，扬程：10 m。

剩余污泥泵，设计选2台，潜水泵，1用1备，单台流量：50 m3/h，扬程：14 m。

液位计：1台，超声波液位计，量程：0 m～10 m。

流量计：2台，用于计量污泥回流量，电磁流量计，量程：0 m3/h～1 000 m3/h。

流量计：1台，用于计量剩余污泥量，电磁流量计，量程：0 m3/h～100 m3/h。

3.6 鼓风机房

原鼓风机房内安装离心鼓风机2台，设备老化，且效率较低，本次改造建筑物利旧。

配套设备：

磁悬浮鼓风机：选用3台鼓风机，2用1备。单台技术参数为Q=34 m3/min，P=70 kPa。

3.7 中间提升水池

Q平均=416 m3/h，Qmaxh=558 m3/h。

HRT=30 min；

数量：1座；

结构形式：钢筋混凝土结构。

有效容积：V=280 m3；

有效水深：3.5 m；

18 m×5 m×4.0 m(L×B×H)；

设计选3台提升泵，2用1备，Q=280 m3/h，扬程：10 m，3台变频。

3.8 混合反应池

设计Q平均=416 m3/h，Qmax=658 m3/h。

混合时间10 s～30 s，反应时间15 min～20 min。

混合反应池设计参数：

结构形式：钢筋混凝土结构。

设计混合池总池容V有效=3.4 m3，

数量：2座，每座1格。

单座池体尺寸2.4 m×1.2 m×2.0 m(L×B×H)。

设计反应池总池容V有效=140 m3，

数量：2座，每座3格，

各单格尺寸2.4 m×2.4 m×4.6 m(L×B×H)。

配套设备：

混合池搅拌机：1台，螺旋式桨叶搅拌机，螺旋桨叶200 mm；

反应池搅拌机：3台，立轴式反应搅拌机，框式桨叶350 mm。

3.9 斜板沉淀池

设计Q平均=416 m3/h，Qmax=658 m3/h。

按照平均时进水量计算，设计水力表面负荷取3.0 m3/(m2·h)[1]；经校核，进水为最大时流量时，设计水力表面负荷为4.74 m3/(m2·h)，满足设计要求。

斜板沉淀池设计参数：

数量：2座。

结构形式：钢筋混凝土结构。

单座池体设计尺寸：15.3 m×5.1 m×4.6 m(L×B×H)；

配套设备：

斜板填料：填料层高度1 m，斜板角度：60°，填料总体积为142 m3。

排泥阀：8台，电动阀DN100。

3.10 絮凝污泥池

深度处理系统设计规模Q=10 000 m3/d，絮凝剂投加量为20 mg/L～30 mg/L，即300 kg/d，经计算絮凝污泥干污泥产生量为108 kg/d，按照絮凝污泥浓度99.6%计算，絮凝污泥量为27 m3/d。

絮凝污泥池设计参数：

数量：1座。

结构形式：钢筋混凝土结构。

停留时间：24 h；有效容积：V=36 m3；有效水深：3.0 m；设计尺寸：4.0 m×3.0 m×3.5 m(L×B×H)；

配套设备：

排泥泵，设计2台，潜污泵，1开1备，间歇工作，单台流量：10 m3/h，扬程：15 m。

3.11 滤布滤池及设备间

设计Q平均=416 m3/h，Qmax=658 m3/h。

滤布滤池设计参数：

数量：1座：

结构形式：钢筋混凝土结构：

设计尺寸：7.6 m×3.5 m×4.0 m(L×B×H)：

滤布滤池配套设备：

滤盘，设计1套，最大处理水量660 m3/h，直径3.5 m。

驱动电机，设计1台，滤布滤池配套设备。

抽吸水泵，设计2台，1用1备，滤布滤池配套设备。

电动球阀，设计7套，滤布滤池配套设备。

备用抽泥泵，设计1台，滤布滤池配套设备。

不锈钢堰板，设计1套，池尺寸4 m×4 m(长×宽)。

附壁闸门，设计1台，滤布滤池配套设备。

3.12 接触消毒池

设计Q平均=416 m3/h，Qmax=658 m3/h。

HRT=30 min。

有效容积：V=330 m3；

接触消毒池设计参数：

数量：1座：

结构形式：钢筋混凝土结构：

设计有效水深：4.3 m：

设计尺寸：11.0 m×8.0 m×5.0 m(L×B×H)。

3.13 次氯酸钠储存池

消毒采用工业次氯酸钠。由于污水设计Q平均=416 m3/h，Qmax=658 m3/h。根据规范，向污水中投加有效氯量按照6 mg/L～15 mg/L，设计取10 mg/L[1]。

工业次氯酸钠溶液有效氯含量按10%计，经计算，次氯酸钠投加量为1 m3/d。

次氯酸钠储存时间按照30 d计，经计算，储存池容积为30 m3。

次氯酸钠储存池设计参数：

数量：1座。

结构形式：钢筋混凝土结构，全地下式。

设计有效水深：3.0m

设计尺寸：4.0 m×2.5 m×3.5 m(L×B×H)。

配套设备：

次氯酸钠加药计量泵：2台，1开1备，隔膜计量泵，单台Q=65 L/h，P=0.2 MPa；

3.14 计量渠

数量：1座。

设计尺寸：8.4 m×0.7 m×1.2 m(L×B×H)。

配套设备：

明渠流量计：量程0 m3/h～1 000 m3/h，1台。

4 污泥脱水机房

污水Q平均=416 m3/h，Qmax=658 m3/h。进水SS平均值为185 mg/L，根据经验估算，一部分悬浮物在厌氧池水解，为生物脱氮过程提供碳源，从而被生化系统所降解，剩余未降解的无机污泥量占50%，即925 kg/d；生化系统泥龄为20 d，经计算，有机污泥量为966 kg/d。无机污泥和有机污泥以剩余污泥形式一同排出系统。深度处理系统化学污泥产生量为108 kg/d。

合计干污泥量为1 931 kg/d。按含水99.2%计算，污泥量为242 m3/d。

4.1 贮泥池

现状贮泥池，尺寸：3.0 m×3.0 m×4.0 m(L×B×H)，有效容积27 m3。经计算，污泥停留时间为2.7 h，满足使用需要。

为防止污泥沉积，池内设有潜水搅拌器1台。但该设备目前腐蚀严重，且经常发生故障。因此。本工程更换潜水搅拌器。

配套设备：

混合搅拌机：立式折桨叶式，1台，桨叶直径D=700 mm，转速r=80 r/min。

4.2 污泥脱水间

进水SS平均值为185 mg/L，根据经验估算，一部分悬浮物在厌氧池水解，为生物脱氮过程提供碳源，从而被生化系统所降解，剩余未降解的无机污泥量约占50%，即925 kg/d；生化系统泥龄为20 d，经计算，有机污泥量为966 kg/d。无机污泥和有机污泥以剩余污泥形式一同排出系统，剩余污泥总量为1 891 kg/d。深度处理系统化学污泥产生量为108 kg/d。合计干污泥量为1 931 kg/d。按含水99.2%计算，污泥量为242 m3/d。泥饼含水率按照80%计算，泥饼产生量为9.655 m3/d。

该污水处理厂运行中产生的污泥，在水厂内污泥脱水间脱水后，由封闭运输车运输至邻近污水处理厂进行污泥深度处理，邻近污水处理厂处理工艺为污泥化学调理+板框压滤，污泥脱水处理量为20 t/d,处理后污泥含水率为60%，之后运输至垃圾填埋场填埋。

配套设备：

带式浓缩压滤一体机，设计1台，规格型号：带宽1.5 m,流量：25 m3/h。

带式压滤机滤布，设计1套，规格型号：带宽1.5 m，浓缩段1条、脱水段2条。

无轴螺旋输送机，设计1台，规格型号：直径300，长度10 m。

4.3 加药系统

4.3.1 除磷加药

污泥脱水机房内现状药库24 m3，现状加药间24 m3。其中，加药间内现状溶药池2座，每座尺寸为1.5 m×1.1 m×1.2 m，经计算总有效容积为3.3 m3。

化学除磷采用PAC，投加量为20 mg/L～30 mg/L，经计算为300 kg/d，溶解后药液浓度按照10%，则药液投加量为3 m3/d。设计采用每天两次配药制度，现有房间及池体可以满足设计要求，因此仅需将设备进行更换或新增。

具体配置如下：

内置溶药搅拌机2台，桨叶直径160 mm，r=1 400 r/min，N=1.1 kW。间歇工作。

加药计量泵3台，2用1备。单台Q=500 L/h，P=0.5 MPa。

4.3.2 污泥脱水絮凝加药

根据计算，包括无机污泥、有机污泥、化学污泥在内，干污泥量合计为1 931 kg/d。按含水99.2%计算，污泥量为242 m3/d。

絮凝剂投加于污泥浓缩脱水一体机的进泥管道上的管道混合器上。PAM投加量为干污泥量的0.3%～0.5%。经计算，粉末PAM药剂量为5.8 kg/d。

溶药浓度按0.1%～0.3%。则药液投加量为5.8 m3/d。污泥脱水机工作制度可设计为每天连续工作6 h。

经现场调研，现状PAM絮凝剂加药装置设备老化，腐蚀严重。本工程考虑进行更换。

设备选型如下：

一体化溶解加药装置1台，溶解箱容积为1 500 L，溶液箱容积180 L，人工料斗容积80L，整机包括三级搅拌，干粉投加，加热器，仓壁振动器。

PAM加药计量泵3台，2用1备。单台Q=1 000 L/h，P=0.1 MPa。

5 进水水质监测间

数量：1座。

设计尺寸：4 m×4 m×3.6 m(L×B×H)。

室内安装各种在线水质监测设备，用于测定污水处理厂进水水质各项指标。

6 出水水质监测间

数量：1座。

设计尺寸：4 m×4 m×3.6 m(L×B×H)。

室内安装各种在线水质监测设备，用于测定污水处理厂出水水质各项指标，监测指标包含COD、SS、氨氮、总氮、总磷、pH。

7 项目投资

本项目投资为3 860.89万元。其中，建安费1 208.35万元、设备购置安装费1 585.79万元、工程建设其他费用547.81万元、预备费371.33万元、建设期利息74.08万元、铺底流动资金73.54万元。

8 运行费用

污水处理厂提标前运行负荷为3 057 kW·h/d，提标后运行负荷为4 870 kW·h/d，电价按0.65元/(kW·h)，增加电费为1 178.45元/天，吨水运行用电成本增加为0.117 8元/m3。污水处理厂提标前自来水用量为5.23 t/d ，提标后自来水用量为13.8 t/d，增加水费为22.45元/d，吨水运行用水成本增加为0.002 2元/m3。项目所用药剂为PAC、PAM、次氯酸钠，费用为0.182 6元/m3废水。综上所述，项目运行费用增加0.302 6元/t。

9 结语

本改造项目实践证明，采用AAO工艺处理城市生活污水，系统运行稳定，能够使得出水达到直接排放的目的。本工程的成功改造运行可以为同类污水处理厂的提高改造提供借鉴的价值。