CASS法工藝在某高校生活污水處理中的應(yīng)用
[專家介紹]梅凱,南京工業(yè)大學(xué) 環(huán)境學(xué)院教授,赴德國訪問學(xué)者。《亞洲給水排水》編委會(huì)委員,中國土木工程學(xué)會(huì)建筑排水委員會(huì)常務(wù)委員,南京環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)理事會(huì)理事。注冊設(shè)備工程師,南京工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院副總工程師;注冊監(jiān)理工程師,南京工業(yè)大學(xué)建設(shè)監(jiān)理公司副總工程師。
從事市政給水排水專業(yè)本科和研究生的教學(xué)工作,主講 “排水工程”、“水質(zhì)工程學(xué)”、“水工程施工”等課程的本科生、研究生的主干課程和學(xué)位課程,指導(dǎo)研究生20多名,三次獲得江蘇省高等學(xué)校本?苾(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng),學(xué)校教書育人先進(jìn)個(gè)人。
1、 工程概況
南京某高校新區(qū)位于南京某大學(xué)城東北面,占地13.5萬m2 ,整個(gè)校區(qū)分二期建設(shè),南區(qū)為一期工程,已建成投入使用,北區(qū)為二期工程。根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)和環(huán)保部門的要求,一、二期工程分別建造污水處理裝置,收集處理校區(qū)的生活污水達(dá)標(biāo)排放。一期工程的污水處理裝置已建成投入調(diào)試階段。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求,二期工程污水處理裝置設(shè)計(jì)服務(wù)人口為7000人,還應(yīng)考慮處理規(guī)模有擴(kuò)容能力,能滿足9000人生活污水處理要求?紤]將來出水消毒的方案,并從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的角度對處理后水的利用提出可行性方案。根據(jù)招標(biāo)文件要求,經(jīng)處理后的污水,其出水水質(zhì)達(dá)國家一級排放標(biāo)準(zhǔn),就近排入水體或市政雨水管網(wǎng)。
2、 污水處理工藝設(shè)計(jì)
2.1 水量和水質(zhì)
根據(jù)業(yè)主提供的資料,設(shè)計(jì)總?cè)丝诮跒? 000人,遠(yuǎn)期為9 000人,宿舍配有洗衣房,冷熱水供應(yīng)。污水處理裝置按24 h連續(xù)工作。污水處理設(shè)備設(shè)計(jì)日處理水量:近期1 600 m /d,遠(yuǎn)期2 400 m /d。
處理污水量:近期Qh=1 600/24=67 m 3/h,遠(yuǎn)期Qh=2 400/24=100 m3/h.設(shè)備處理能力按近期設(shè)計(jì),能適應(yīng)遠(yuǎn)期的要求。處理的污水為生活污水,經(jīng)處理后出水水質(zhì)達(dá)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB8978—1996一級排放標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)、出水的水質(zhì)見表1。
2.2 工藝流程
高校校區(qū)生活污水的水質(zhì)、水量變化較小,污染物的可生化性好。在工藝選擇時(shí)盡量選擇管理方便,無污泥或污泥量少的工藝,以防因污泥處理不當(dāng)造成二次污染,并且出水水質(zhì)要好,保證達(dá)標(biāo)排放,工藝流程如圖1所示。格柵用于攔截污水中大塊漂浮物,保證后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行及減輕處理負(fù)荷,為系統(tǒng)的長期正常運(yùn)行提供保障。學(xué)校用水較集中,與居住建筑相比連續(xù)用水時(shí)間短,最大連續(xù)用水時(shí)間為每天18:00~22:00,考慮到二期工程擴(kuò)容不再建調(diào)節(jié)池,故調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為6.0 h。調(diào)節(jié)池池體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),內(nèi)置潛污泵,以一定的額定流量提升至CASS池,保證CASS池連續(xù)、穩(wěn)定地周期工作。該泵為液下型水泵,具有無堵塞,使用壽命長,能耗低,施工維護(hù)方便等特點(diǎn)。
由于污水在調(diào)節(jié)池內(nèi)停留時(shí)間較長,調(diào)節(jié)池除調(diào)節(jié)水質(zhì)水量外,還具有一定厭氧生化處理作用,可將大分子的有機(jī)物降解為小分子的有機(jī)物,為了提高厭氧的處理效果,在池內(nèi)分段裝填生物彈性填料,為微生物提供棲息場所,實(shí)質(zhì)為厭氧生物接觸氧化法,既利用調(diào)節(jié)池的調(diào)節(jié)能力,又利用污水在調(diào)節(jié)池中的停留這段時(shí)間來分解氧化有機(jī)物,充分地利用時(shí)間和空間。為防止生物填料在調(diào)節(jié)池水位變動(dòng)時(shí)脫水,潛污泵的停泵水位高于填料的高度。為了強(qiáng)化除磷的效果,系統(tǒng)采用無動(dòng)力外循環(huán)系統(tǒng)。該循環(huán)系統(tǒng)利用了水力學(xué)的原理,無須外加動(dòng)力,可自動(dòng)地將CASS反應(yīng)池內(nèi)的活性污泥回流到水解調(diào)節(jié)池,與進(jìn)水進(jìn)行充分混合。根據(jù)計(jì)算,在設(shè)定了初始回流量后,隨著水位的變化,自動(dòng)地調(diào)節(jié)回流量的大小,污泥回流量按日平均流量的20%設(shè)定 。通過外循環(huán)系統(tǒng)的作用,為微生物在水解調(diào)節(jié)池中除磷創(chuàng)造了無氧的條件 此外,為改善水解調(diào)節(jié)池水力混合條件,避免在池內(nèi)產(chǎn)生水力死角,在設(shè)計(jì)中特意利用潛水泵出水的部分余壓和水流,進(jìn)行橫向水力混合攪拌,以此改變水流的縱向運(yùn)動(dòng)的狀態(tài),迫使水流以旋流的方式在池內(nèi)運(yùn)動(dòng)。
CASS池包括生物選擇器和主反應(yīng)區(qū)。設(shè)置生物選擇器的主要目的是利用膠團(tuán)細(xì)菌較高的比增長速率,有效地抑制絲狀菌的生長與繁殖,使系統(tǒng)選出絮凝性細(xì)菌 ,系統(tǒng)不易發(fā)生污泥膨脹。生物選擇器容積約占整個(gè)池子的10%。生物選擇器的工藝遵循活性污泥的基質(zhì)積累——再生理論,使活性污泥在選擇器中經(jīng)歷一個(gè)高負(fù)荷的吸附階段(基質(zhì)積累),隨后在主反應(yīng)區(qū)經(jīng)歷一個(gè)較低負(fù)荷的基質(zhì)降解階段,以完成整個(gè)基質(zhì)降解的全過程和污泥再生。CASS法工藝集反應(yīng)、沉淀、排水于一體,微生物
處于缺氧一好氧一厭氧交替運(yùn)行的過程,因此具有較好的脫氮除磷效果。主要設(shè)汁參數(shù)的計(jì)算見表2,主要構(gòu)筑物、設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)及性能見表3:
2.3 自動(dòng)控制
整個(gè)處理系統(tǒng)控制采用Programmable Controller可編程器作為中央控制器,主要控制潛污泵、水下曝氣機(jī)、潷水器。調(diào)節(jié)池水泵采用3臺(tái)潛污泵,正常情況下,兩用一備,順序啟動(dòng),互為備用,當(dāng)池內(nèi)水位達(dá)到最高報(bào)警水位時(shí),3臺(tái)潛污泵可同時(shí)工作。水泵的啟閉由PLC中央控制器控制,其控制信號(hào)由液位傳感器根據(jù)調(diào)節(jié)池液位發(fā)出。CASS池生物選擇器內(nèi)水下曝氣機(jī)啟動(dòng),與調(diào)節(jié)池潛污泵同步,關(guān)閉時(shí),滯后潛污泵0.5 h CASS池主反應(yīng)池內(nèi)的水下曝氣機(jī)按工作2 h,間歇2 h周期循環(huán)運(yùn)行。潷水器在水下曝氣機(jī)停機(jī)1 h后啟動(dòng),工作0.5 h,周期循環(huán)運(yùn)行,工作周期為4 h ,系統(tǒng)的啟閉由各階段的液位和進(jìn)、出水水質(zhì)控制。系統(tǒng)設(shè)置故障報(bào)警功能及信號(hào),以便及時(shí)維護(hù)及更換設(shè)備。
3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
3.1 機(jī)電能耗
機(jī)電能耗見表4。
3.2 設(shè)備總投資
設(shè)備總投資見表5。
3.3 運(yùn)行費(fèi)用
由于采用自動(dòng)控制,只需配備一名兼職管理工作人員。其污水處理成本即為一名管理人員工資、污水處理電費(fèi)、污泥處理費(fèi)用及設(shè)備折舊費(fèi)4部分組成。(水量按滿負(fù)荷1 6OO m /d,系統(tǒng)運(yùn)行按365 d/a計(jì))。
(1)工資費(fèi)用
一名管理人員的工資按每年8 000元計(jì),則污水處理工資成本:
8 000/(1 600 X 365)=0.013元/ITr’
(2)耗電費(fèi)用
每天耗電量為590 kW ·h/d,污水處理耗電成
本為590 X0.55/1 600=0.20元/m 。
(3)污泥處理費(fèi)用
理論計(jì)算剩余污泥為負(fù)增長,考慮到實(shí)際情況,每年清理外運(yùn)一次,每次為60 II ,按180元/車,5m3/車計(jì),[200 X(60/5)]/2 400/360=0.000 1元/m 。
(4)折舊費(fèi)
處理裝置折舊年限按10 a考慮,則年折舊費(fèi)為:l37.68/10=13.77萬元
折舊費(fèi)為:
13.77 X 10 000/(1 600 X 30 X 12)=0.239元/m 。
污水處理系統(tǒng)無需投加藥劑,無藥劑費(fèi)。
則每t污水處理成本為:
0.013+0.20+0.000 1+0.239 0.452元/m 。
3.4 環(huán)境效益
污水經(jīng)過處理,可有效地改變排放水質(zhì),大量消減污染物,減少對環(huán)境的危害,其主要污染指標(biāo)年削減量為(以平均值計(jì),年運(yùn)行時(shí)間以365d計(jì)),
COD (400—1O0)X 1 600 X 365/(1 000 X1 000)=175.20 t/a:
BOD :(200—20)X 1 600 X 365/(1 000 X1 000):105.12 t/a:
SS:(200—70)X 1 600 X 365/(1 000 X 1 000)= 75.9 t/a:
P(NH3一N):(25—15)×1 600×365/(1 000×1 000)=5.84 t/a