CASS工藝提標(biāo)改造A2O+MBR工程設(shè)計

摘要：針對陜西省咸陽市XX污水處理廠滿負(fù)荷運行，污水管網(wǎng)溢流，尾水排放不能適應(yīng)新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，亟需進(jìn)行提標(biāo)改造。鑒于廠區(qū)內(nèi)用地緊張，充分利用現(xiàn)有設(shè)施，將一期原CASS池重新分配，改造為A2O+MBR膜工藝，新建或改造配套附屬設(shè)施，增加臭氧催化氧化深度處理工藝，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。工程完成后，原CASS工藝?yán)m(xù)批式進(jìn)水模式改造實現(xiàn)污水連續(xù)進(jìn)水，處理水量提升至12萬m3/d，出水水質(zhì)提升至COD≤30mg/L、NH3-N≤1.5mg/L、TN≤15mg/L、TP≤0.3mg/L，滿足《陜西省黃河流域污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB61/224-2018）A標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：CASS升級改造；A2O-MBR

Designof A2O-MBR Processfor CASS Pool Expansion and Reconstruction

Abstract: In view of the fact that the sewage treatment plant in a city in Shaanxi Province is operating at full capacity, the sewage pipe network overflows, and the tailwater discharge cannot meet the new environmental protection standards, it is urgent to Conduct bid Upgradingand transformation. In view of the shortage of land in the plant area, make full use of the existing facilities, redistribute the original CASS tank in Phase I, transform it into A2O-MBR process, build or transform supporting auxiliary facilities, and add ozone catalytic oxidation advanced treatment process to ensure that the effluent quality is stable and up to standard. After the completion of the project, realize continuous sewage inflowand the sewage treatment capacity will be increased to 120,000 m3/d. The effluent quality was implementd in accordance withthe Discharge standard A of the Integrated Wastewater Discharge Standard of the Yellow River Basin in Shaanxi Province.

Key words：CASS；Upgradingand Transformation；A2O-MBR

陜西省咸陽市XX污水處理廠共兩期工程，設(shè)計總處理水量20萬m3/d，出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)根據(jù)相關(guān)文件要求，現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《陜西省黃河流域污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》A標(biāo)準(zhǔn)。咸陽市冬季污水量較大，污水處理廠滿負(fù)荷運行的情況下，污水管網(wǎng)存在溢流現(xiàn)象。因此，需要對XX污水處理廠擬進(jìn)行提標(biāo)改造，并對污水廠一二期進(jìn)行提標(biāo)擴建。其中二期僅對A2O中生化池曝氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，故本文主要介紹一期工程改造設(shè)計。

1.項目概況

咸陽市XX污水處理廠是咸陽市委、市政府確定的城市基礎(chǔ)設(shè)施建重點項目，是全省采用BOT形式投資建成的第一個現(xiàn)代化城市污水處理廠。XX污水處理廠總設(shè)計規(guī)模日處理城市生活污水20萬噸，地面積102畝，該項目采用一次規(guī)劃，兩期實施的原則。

該項目一期工程于2003年開始建設(shè)，采用CASS污水處理工藝，處理后水質(zhì)達(dá)到GB18918-2002一級B標(biāo)準(zhǔn)，2006年10月正式投入商業(yè)運營，2015年5月完成了提標(biāo)改造，處理后水質(zhì)達(dá)到GB18918-2002一級A標(biāo)準(zhǔn)。

咸陽XX污水處理廠改造前一期工藝流程圖

二期工程于2013年開始建設(shè)，采用改良A2O工藝+纖維濾池工藝，2014年12月正式投入商業(yè)運營；兩期工程總投資3億元，處理后水質(zhì)達(dá)到GB18918-2002一級A標(biāo)準(zhǔn)。

咸陽XX污水處理廠二期工藝流程圖

經(jīng)過處理的排放水，其中3萬噸/日排入電廠作為冷卻水使用，3萬噸/日的排放水經(jīng)深度處理后，作為咸陽湖補充水源排入咸陽湖，剩余排入渭河。本次工程主要對一二期進(jìn)行提標(biāo)改造。

原一期工程采用CASS工藝，經(jīng)粗細(xì)格柵及平流沉砂池預(yù)處理后的污水自流入CASS反應(yīng)池的各個操作單元中進(jìn)行生化處理。CASS反應(yīng)池反應(yīng)過程結(jié)束后，污水通過纖維濾池后沉淀，上清液經(jīng)潷水器排入紫外消毒渠。生化過程中需要的氧氣由設(shè)于CASS反應(yīng)池管廊內(nèi)的離心鼓風(fēng)機供給。CASS反應(yīng)池產(chǎn)生的剩余污泥和澄清池產(chǎn)生的污泥由排泥泵排入污泥貯存池，由螺桿泵送入一體化的污泥濃縮機及壓濾機進(jìn)行壓濾脫水。

原CASS反應(yīng)池采用鋼砼結(jié)構(gòu)，一期建設(shè)12個，東、西側(cè)各6個，對稱結(jié)構(gòu)。每個單元分為生物選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū)，單個結(jié)構(gòu)尺寸為L×B×H=57m×18m×6m，反應(yīng)池有效水深為5.5m，總有效容積為67716m3。其中生物選擇區(qū)有效容積為10692m3，主反應(yīng)區(qū)有效容積為57024m3。由于自控缺失，CASS的運行為手動控制，運行周期4小時，期間對溶解氧無調(diào)節(jié)控制，抗沖擊負(fù)荷能力較弱。受CASS工藝自身特點限制，出水脫氮及除磷效果也難以達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)[1-2]。原CASS工藝設(shè)計處理水量10萬m3/d，但實際超過8萬m3/d，出水總氮就會超標(biāo)。基于不增加征地及不停產(chǎn)改造的考慮，提出CASS池容重新分配改造，分批改造為A2O-MBR系統(tǒng)，并新建配套膜設(shè)備間。改造后一期工程峰值處理水量達(dá)12萬m3/d。

改造后一期（10萬噸）A2O+MBR

原設(shè)計進(jìn)、出水具體指標(biāo)：

表1 改造前進(jìn)、出水水質(zhì)

Tab.1Influent and effluentquality beforeupgrading

圖1 改造前CASS池平面布置（西側(cè)）

Fig.1 Layout plan of CASS tank beforeupgrading（west side）

2.提標(biāo)改造工程設(shè)計

2.1.設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)

表2 提標(biāo)改造設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)

Tab.2Design influent and effluentquality of upgrading project

2.2.改造工藝

綜合考慮污水廠現(xiàn)狀，目前污水廠沒有預(yù)留用地，場地非常緊張，而且實際進(jìn)水水質(zhì)比原設(shè)計水質(zhì)高，出水標(biāo)準(zhǔn)提高等多方面因素，本工程一期選擇抗沖擊負(fù)荷能力較強、占地面積小的A2O+MBR工藝[3]，采用原CASS池容重新分配改造，不增加征地。

圖2 提標(biāo)改造工藝流程圖

Fig.2 Flow chart of upgrading process

污水經(jīng)預(yù)處理超細(xì)格柵后進(jìn)入?yún)捬醭?，厭氧發(fā)酵菌在厭氧環(huán)境下將污水中可生物降解的大分子有機物轉(zhuǎn)化為分子量較低的中間發(fā)酵產(chǎn)物，聚磷菌進(jìn)行磷的釋放，為在好氧段進(jìn)行磷的超量吸收實現(xiàn)生物除磷創(chuàng)造條件。反硝化菌利用污水中的有機物作碳源，將回流混合液中帶入的大量NO3-N還原為N2釋放至空氣，達(dá)到脫氮的目的并使BOD5濃度有所下降。

污水在好氧池中有機物被微生物生化降解，濃度繼續(xù)下降；氨氮被硝化成NO3-N。同時聚磷菌進(jìn)行磷的超量吸收，在排除剩余污泥的過程中被除去，完成生物除磷[4]。所以，A2O工藝可以同時完成有機物的去除、除磷和脫氮等功能。好氧池進(jìn)行有機物的氧化和氨氮的硝化，缺氧池則完成脫氮功能，厭氧池和好氧池聯(lián)合完成除磷功能。溶解氧的控制是MBR同步消化和反硝化的關(guān)鍵，為保證脫氮效果，在好氧池后設(shè)后缺氧區(qū)2h，正常情況下按好氧區(qū)運行，當(dāng)進(jìn)水總氮較高的時候按缺氧進(jìn)行運行[5]。

污水進(jìn)入MBR后進(jìn)行固液分離，通過MBR膜對污泥混合液中生物相的有效截留，可以提升A2O工藝段生物相濃度，減小生化處理污泥負(fù)荷，MBR池的微生物濃度高，是傳統(tǒng)方法的2~3倍，可達(dá)8000~10000mg/L，容積負(fù)荷高，對水質(zhì)水量的變化適應(yīng)力強，耐沖擊負(fù)荷強。

2.3.現(xiàn)有泵房及格柵改造（一期、二期共用）

現(xiàn)有提升水泵5臺，流量Q=2100m 3/h，揚程 H=16m，功率N=125kw，5臺全開最大提升能力為25萬m3/d，可以達(dá)到設(shè)計規(guī)模22萬m3/d，但這樣一來沒有備用水泵，現(xiàn)有泵房也不具備條件增加水泵或更換大功率水泵，改造工程增加2臺同型號水泵作為冷備。

現(xiàn)有粗格柵5臺，格柵后未設(shè)閘門，若1臺格柵檢修，整個污水處理廠需要停產(chǎn)，改造工程在現(xiàn)有格柵后增設(shè)閘門，實現(xiàn)格柵檢修不停產(chǎn)，保障污水處理量。

2.4.新建超細(xì)格柵

為去除水中絲狀物、毛發(fā)等纏繞性污染物，防止堵塞MBR膜系統(tǒng)，保障MBR膜的正常運行，改造工程新增3組（2用1備）超細(xì)格柵，過濾精度1mm，單臺渠寬1.6m，渠深2.3m，功率1.5Kw，過水能力12萬m3/d。配套沖洗水泵Q=36m3/h，H=94m，N=30kW，2臺（1用1備）；配套無軸螺旋輸送機及螺旋壓榨機1套，B=320mm，L=11m，N=2.2kW。

2.5.原CASS池改造

圖3 改造后A2O-MBR平面布置（西側(cè)）

Fig.3 Layout plan of A2O-MBR after upgrading（west side）

對原CASS池重新分配，改造成A2O生化池及MBR膜池，改造工程拆除部分隔墻，新增部分導(dǎo)流墻，將CASS池重新劃分，增加配水渠、回流渠設(shè)計，實現(xiàn)連續(xù)進(jìn)水。增加離線清洗池設(shè)計，實現(xiàn)MBR膜組件離線清洗功能。

改造后A2O生化池有厭氧、缺氧、好氧及后缺氧區(qū)組成，好氧區(qū)混合液濃度8.0g/l，缺氧區(qū)混合液濃度6-7.0g/l，厭氧區(qū)混合液濃度3-3.5g/l，污泥負(fù)荷0.1kgBOD5/kgMLSS·d，生化池設(shè)計水深5-5.20m；厭氧停留時間1.30h，缺氧停留時間2.7h，好氧停留時間4.8h，后缺氧區(qū)停留時間1.7h，生物處理總停留時間10.5hr；缺氧池回流厭氧池回流比100%~200%，好氧池回流缺氧池回流比300%，膜池回流好氧池回流比400%。

生化池曝氣鼓風(fēng)機利用原有的生化鼓風(fēng)機，單臺供氣量220Nm3/min（現(xiàn)有4臺，3用1備），氣水比7.9：1，出口風(fēng)壓63Kpa。

一期改造工程東、西兩側(cè)共20個膜池，單個膜池尺寸6.30m×15.086m×4.0m，有效水深3.2米，膜池中的MLSS濃度8000~10000mg/l。單組膜池可安裝膜件數(shù)7個，含預(yù)留1個空位，最大運行膜面積252,560m2，平均產(chǎn)水通量：19.8L/m2.h。

為防止MBR配水渠、回流渠及膜池底部積泥，池底布置穿孔曝氣管進(jìn)行曝氣，形成攪流。

2.6.新建MBR膜設(shè)備間

東西兩側(cè)各新建一座MBR膜設(shè)備間，配套獨立的MBR產(chǎn)水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、反洗系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)，東西兩側(cè)可獨立運行。膜曝氣系統(tǒng)、加藥及清洗系統(tǒng)東西兩側(cè)共用，集中布置于西側(cè)MBR膜設(shè)備間。

(1)產(chǎn)水系統(tǒng)

采用負(fù)壓抽吸產(chǎn)水，通過產(chǎn)水泵的抽吸作用產(chǎn)生負(fù)壓從膜絲中抽出濾液，經(jīng)產(chǎn)水管匯總后，去往后續(xù)深度處理單元。每個膜池設(shè)置1臺產(chǎn)水泵，共計20臺，另冷備2臺，單臺產(chǎn)水泵Q=300m3/h，H=15m，N=18.5kW，變頻控制。

(2)抽真空系統(tǒng)

由于產(chǎn)水是負(fù)壓系統(tǒng)，伴隨著產(chǎn)水的抽出，空氣會在管道中積累，從而影響膜的通量，為了確保濾液中氣體的消除，在產(chǎn)水系統(tǒng)的最高點設(shè)置管道抽真空系統(tǒng)，排出產(chǎn)水氣體。每個膜池設(shè)置1套抽真空系統(tǒng)，采用真空發(fā)生器的形式，最大真空抽氣量35NL/s @0-kPa，最大真空度：95-kPa。

(3)反洗系統(tǒng)

伴隨著清水的抽出，混合液污泥濃度的濃縮，污泥逐漸在膜絲表面聚積，從而造成膜絲表面阻力的增加。本工程東、西兩側(cè)分別設(shè)置1套反洗系統(tǒng)，利用產(chǎn)水進(jìn)行反向沖洗，清水從膜絲內(nèi)側(cè)進(jìn)入，反向沖洗膜絲外表面，把聚集的污染物去除。每套反洗系統(tǒng)配置3臺反洗泵，2用1備，單臺反洗泵Q=379 m3/h，H=10m，N=15kW，變頻控制，可同時對兩個系列進(jìn)行反洗，反洗通量30 L/m2.h。

(4)排泥系統(tǒng)

A2O生化段產(chǎn)生的剩余污泥在MBR膜池中濃縮累積，本工程膜池底部設(shè)計排泥溜槽及積泥坑，通過排泥泵將剩余污泥從系統(tǒng)中排出，去往下一處理單元。本工程東、兩側(cè)分別設(shè)置獨立排泥系統(tǒng)，每套排泥系統(tǒng)配置3臺排泥泵，2用1備，單臺排泥泵Q=54m3/h，H=10m，N=4kW，10個膜池輪流排泥。

(5)膜曝氣系統(tǒng)

通過鼓風(fēng)機對MBR膜組件進(jìn)行吹掃，氣泡沖刷擦洗膜絲表面，有效減少膜絲污染問題。本工程設(shè)置5臺磁懸浮鼓風(fēng)機，單臺風(fēng)機Q=176-220Nm3/min，P=40kPa，N=190kW，變頻控制，5臺風(fēng)機串聯(lián)，曝氣主管分兩路分別去東、西兩側(cè)MBR系統(tǒng)，中間1臺風(fēng)機作為備用風(fēng)機，兩端設(shè)有切斷閥，可獨立控制東、西兩側(cè)曝氣風(fēng)量。

另外，本工程MBR膜曝氣系統(tǒng)配套水沖洗裝置，可實現(xiàn)膜組件曝氣結(jié)構(gòu)件的沖洗清淤，加強膜吹掃效果，有效預(yù)防和緩解膜絲污染。

(6)加藥及清洗系統(tǒng)

A2O+MBR加藥系統(tǒng)包括三部分，①碳源加藥系統(tǒng)，為生物反應(yīng)提供碳源；②鐵鹽加藥系統(tǒng)，采用化學(xué)除磷作為輔助手段；③MBR化學(xué)清洗加藥系統(tǒng)，又包括檸檬酸加藥清洗和次氯酸鈉加藥清洗，通過清洗泵將藥劑打入膜絲內(nèi)側(cè)，反向清洗去除膜絲表面污染物，化學(xué)清洗通量6.0 L/m2.h。

2.7.新建臭氧催化氧化

根據(jù)污水處理廠歷史運行情況來看，本工程COD有超標(biāo)風(fēng)險，通過A2O+MBR工藝改造后，預(yù)計出水COD穩(wěn)定在35mg/L以下，超標(biāo)量不多，增加臭氧催化氧化深度處理，保障出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。考慮廠區(qū)用地緊張，臭氧催化氧化設(shè)備間采用半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸L×B×H＝46.0×27.0×10.5m，設(shè)計處理規(guī)模11萬m3/d，剩余1萬m3/d從系統(tǒng)超越，與經(jīng)過深度處理的污水混合后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計停留時間1h，臭氧投加量：15mg/L，COD去除量：10mg/L。

2.8.污泥深度脫水改造

由于污水處理廠場地緊張且廠區(qū)臨近高鐵橋，無法在新建脫水機房或增加高度，立足在原脫水機房內(nèi)完成改造。該污泥深度脫水系統(tǒng)可將污水濃縮脫水至含水率75～85%左右，再加入少量石灰、鋁鐵鹽等助劑，經(jīng)過污泥混合攪拌系統(tǒng)充分?jǐn)嚢?，再通過特制的帶式污泥深度脫水機將脫水污泥深度脫水至含水率60%以內(nèi)。該一體化污泥深度脫水系統(tǒng)每天可生產(chǎn)含水率60%的污泥40-60噸。污泥經(jīng)過深度脫水后污泥量約為110m3/d，考慮到后端污泥處置可能帶來的周轉(zhuǎn)不及時，在污水處理廠內(nèi)設(shè)計污泥料倉1個，容積為150m3，用于污泥的周轉(zhuǎn)臨時貯存。具體設(shè)備一覽表見下：

表3 污泥深度脫水系統(tǒng)主要設(shè)備一覽表

Tab.3List of Main Equipment of Sludge Deep Dewatering System

3.擴容改造后運行結(jié)果

改造污水處理廠于2022年4月陸續(xù)完成改造進(jìn)入運行調(diào)試階段，運行以來出水水質(zhì)穩(wěn)定，實際進(jìn)、出水水質(zhì)見表4。

表4實際進(jìn)、出水水質(zhì)（2022年8月—2022年10月）

Tab.4Actual influent and effluentquality（2022/8—2022/10）

4.結(jié)語

本工程的實施充分利用現(xiàn)有CASS池池容，改造為A2O生化池和MBR膜池，在現(xiàn)有構(gòu)筑物和用地范圍基礎(chǔ)上擴容改造，本項目具有一定的借鑒意義。改造污水處理廠自2022年4月試運行，2022年8月完成本次提標(biāo)改造工程環(huán)保驗收工作。目前咸陽XX污水處理廠一二期運行穩(wěn)定，解決了廠區(qū)處理能力不足污水溢流和水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問題。出水水質(zhì)優(yōu)于《陜西省黃河流域污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB61/224-2018）A標(biāo)準(zhǔn)，滿足城市發(fā)展的污水治理需求。

咸陽XX污水處理廠自2006年運營至2021年底，一期累計處理污水約3.97億噸，二期工程正式投入商業(yè)運營至2021年底，累計處理污水2.57億噸，共計COD消減184677噸，BOD5消減104357噸，氨氮消減16609噸。

咸陽市XX污水處理廠一二期工程的建成投運，大大削減了排入渭河的污染物數(shù)量，降低了渭河污染負(fù)荷。作為陜西省首家BOT模式的污水處理龍頭企業(yè)，咸陽XX污水處理廠一二期規(guī)模的建成對于渭河三年還清目標(biāo)的順利實現(xiàn)，構(gòu)建綠色生態(tài)長廊，將渭河打造成為關(guān)中城市群的城中河，具有十分重要的意義，同時，也對進(jìn)一步優(yōu)化咸陽城市人居環(huán)境、投資環(huán)境、發(fā)展環(huán)境，提升城市品位和形象發(fā)揮了積極的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]任明華. CAST工藝的性能和優(yōu)化運行研究[D]. 上海: 同濟大學(xué),2007.

Ren Minghua. Study on Performance and Optimum Operation of CAST Process[D]. Shanghai: Tongji University, 2007.

[2]柳蒙蒙，陳彥霖，馬曉龍，陳梅雪，魏源送. 西北地區(qū)某污水廠CASS工藝提質(zhì)增效工程設(shè)計[J]. 中國給水排水，2022,38(2):64-68.

Liu Mengmeng, Chen Yanlin, Ma Xiaolong, Chen Meixue, Wei Yuansong. Process Design of a CASS Upgrading Project of a Wastewater Treatment Plant in Northwest China[J]. China Water ＆ Wastewater, 2022,38(2):64-68.

[3]曹相生，孫延芳，孟雪征. 浸沒式MBR工藝的設(shè)計要點分析[J]. 中國給水排水,2016,32(8):33-36.

Cao Xiangsheng, Sun Yanfang, Meng Xuezheng. Key Design Considerations for Immersed Membrane Bioreactor[J]. China Water ＆ Wastewater, 2016,32(8): 33-36.

[4]蔣嵐嵐，張萬里，胡邦. MBR工藝水質(zhì)凈化效果的季節(jié)變化特性調(diào)研[J]. 中國給水排水,2015,31(7):61-64.

Jiang Lanlan, Zhang Wanli, Hu Bang. Seasonal change characteristics of water purification effect of MBR process system［J］. China Water ＆ Wastewater, 2015,31(7):61-64.

[5]鄭詳，劉俊新. 影響MBR脫氮效率的因素研究. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2005,25(10):1325-1329.

Zheng Xiang, Liu Junxin. Nitrogen removal in A/O and SND processes using MBR[J]. Acta Scientiae Circumstantiae. 2005,25(10):1325-1329.