CASS+MBR工艺处理污水及回用工程设计

于 驰，张 晶，李立峥

(1．大连理工大学环境科学与工程学院，辽宁大连 116024;2．天津市中天建筑设计院，天津 300180)

随着经济的飞速发展与科技水平的不断提高，污水排放量越来越大，如果未能得到妥善处理，将严重污染环境，而污水处理事业的进行将大大影响未来社会经济的发展。近年来，我国污水处理行业的发展取得了较大程度上的进步，为我国国民经济的发展以及人民生活水平的提高做出重要贡献［1－2］。因此，我国污水治理已经成为当代环境工作的重要项目，新型且能达到《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T 18921－2002)的标准污水处理厂的建立，也已经成为污水治理的工作重点。

基于此，针对天津港保税区实际特点，根据《天津港保税区总体规划》，拟在天津港保税区起步区雨污水泵站处建设污水处理厂。该工程位于天津保税区新港大道与海滨三路交汇处，雨污水泵站东侧。该研究主要拟定工艺流程，完成污水处理方案，并对污泥处理等进行分析探讨，提出相应的合理化建议，以期为污水处理厂的建造及改扩建提供一定参考。

污水经过处理后，为了节约水资源，一部分要进行回收利用。回用水主要用作货场、码头、道路冲洗和景观绿化用水。污水处理厂占地共5 000 m2，结合保税区起步区排水量的实际情况，以天津港保税区规划为依据，确定污水处理厂处理量为每天5 000 m3，回用水规模为每天3 000 m3。厂内排水采用雨污分流制。部分雨水经收集后，排入就近的市政雨水管内，而污水经过收集后排放进入污水厂内的格栅池内，经处理后排放。

1 进、出水水质和工艺流程

1．1 进、出水水质 工程再生水可用于园林绿化、环境卫生、工程施工，根据国家《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T 18921－2002)标准，对出水的各项指标都有较严格要求。综合考虑工程经济和管理等因素，污水二级处理过程中利用生物优势处理废水，使出水水质能达到要求。表1分别列出了进、出水水质情况。

表1 进、出水水质

1．2 工艺流程 污水处理设计中最重要的是工艺选择，工艺的确定直接影响污水处理效果、出水水质，同时还会对污水处理厂的经济消耗、设备管理、安全运转等各方面产生影响，因此，必须根据实际条件客观合理地选择处理工艺，以达到最佳的污水处理效果。根据工程设计的进水水质和所要达到的出水排放标准，所采用的污水处理工艺除具有去除有机污染物和悬浮固体的效果外，还应具有除磷脱氮的功能［3－4］。

目前，主要有两大类中水处理工艺:一类是以污水处理厂二级出水为原水，经物理化学方法为主的深度净化处理，达到回用水水质要求。最常用的深度处理工艺为混凝+沉淀+过滤和连续微滤。另一类是采用生化法与膜分离结合的处理工艺，将污水直接处理使其达到回用水水质要求，如膜生物反应器［2］。结合工程的具体情况和国内外的实际经验，该项目工艺部分决定将生物处理与膜分离两种技术相结合，以保证再生水水质。

循环式活性污泥法(CASS)工艺是在传统SBR工艺基础上开发出来的新工艺，由预处理、CASS反应池、消毒、污泥处理等工序构成［5］。CASS工艺在SBR池内进水端增加了一个生物选择器，实现了连续进水与间歇排水。CASS具有工艺流程比较简单，占地小，投资低，生化反应推动力大，沉淀效果好，抗冲击能力强，不易发生污泥膨胀，适用范围广，适合分期建设等优点。

近年来，随着膜生产技术的提高和生产成本的降低，膜技术在污水处理领域中的应用，特别是与生物反应器相组合的膜生物反应器(MBR)作为一种新型高效污水处理技术在国际上受到了广泛关注［6］。MBR是将传统的生物处理工艺与膜技术结合为一体的新型污水处理技术。MBR采用膜分离与活性污泥法相结合的方法处理含碳有机物，能使有机物深度氧化的同时保留体系中的硝化细菌，也可同时进行硝化与反硝化作用，成功除氮，在低温时亦具有高处理能力［7］。使用MBR进行污水处理不仅可以节约大量水资源，还可以减少设备占地，节约能源，减少设备购置、运行和管理的费用，避免二次污染，具有良好的环境效益、社会效益和经济效益［8］。为保证再生水水质，最终选定CASS+MBR的处理工艺。污泥处理工艺推荐采用直接浓缩脱水处理。工艺流程如图1所示。

2 主要构筑物和处理设备设计

2．1 细格栅间 主要功能:拦截部分杂物和纤维状物质。确保在后续的处理过程中各个系统能够正常运行。

2．1．1 构筑物。细格栅间:采用一座矩形钢筋砼构筑物，工艺尺寸:3．5 m ×1．6 m ×2．0 m，有效水深:H=1．5 m。

图6给出了分时电价前后系统总负荷(常规负荷+电动汽车负荷)的时序曲线。由图可得，当电动汽车集群接入电网时会增加系统总负荷波动，场景1中加入无序充电负荷的系统负荷与未接入电动汽车时的系统负荷相比，负荷波动方差从306.05 MW2升至535.07 MW2；但是在分时电价引导的充电模式下，系统负荷峰谷差要远小于无序充电模式下的峰谷差，系统负荷波动方差降至375.67 MW2。场景2中情况类似，不再赘述。采取分时电价引导的有序充电模式后显著改善了电动汽车集群对于系统负荷波动的影响。

2．1．2 主要设备。①回转式污细格栅:2台，型号GSHZ800，栅条间隙:b=5 mm，功率:1．5 kW。②机械除污细格网:4个，设计流量:0．15 m3/s，网格间隙:b=3 mm，配有栅渣运输皮带运输机一台。

2．2 曝气沉砂池

2．2．1 构筑物。曝气沉砂池:确定为一座矩形钢筋砼构筑物，工艺尺寸:5 m ×2．5 m ×3．0 m，有效水深:H=2．5 m，最大流量时的停留时间为3 min。

2．2．2 主要设备。①吸砂机:管道布气带浮渣撇除系统共2个，型号S-2。②潜水无堵塞泵:采用型号AV1．4-4的泵一台，N=1．4 kW，Q=54 m3/h，H=2 m。

2．3 生物处理池 主要功能:中空纤维膜分离与生物处理相结合，污水处理后达到回用水标准。

2．3．1 CASS池。CASS池1座(4格)，矩形钢筋砼构筑物，设计流量:Q=85 m3/h，总有效池容:V=1 500 m3，工艺尺寸:20 m×4 m×5．8 m ×4，有效水深:H=5．0 m，污泥龄:SRT=15 d，混合液悬浮固体浓度:MLSS=4 000 mg/L，污泥负荷:F/M=0．08 kg BOD5/(kg MLSS·d)，产泥率:E=0．55 kg SS/kg BOD5，水力停留时间:T=18 h，标准状况下空气量:850 m3/h。

2．3．2 MBR 池。MBR 池 1座(4格)，设计流量:Q=125 m3/h，总有效池容:V=1 500 m3，工艺尺寸:20 m ×4 m ×5．8 m×4，有效水深:H=5．0 m，污泥龄:SRT=30 d，混合液悬浮固体浓度:MLSS=6 000 mg/L，污泥负荷:F/M=0．06 kg BOD5/(kg MLSS·d)，产 泥 率:E=0．45 kg SS/(kg BOD5)，水力停留时间:T=12 h，标准状况下空气量:2 500 m3/h。

2．3．3 主要设备。

(2)污泥回流泵，采用潜水离心泵，16台，型号:WQ2155-409，回流比50%，Q=45 m3/h，H=8 m，N=2．2 kW。

(3)中空丝膜组件，数量32台，中空纤维膜孔径:0．2 μm，中空纤维膜设计通量:15 L/(m2·h)，中空纤维膜面积:1 280 m2，膜组件参数:帘式膜 10 片/件，产水量 Q=3．0 m3/h/件。

(4)旋转式滗水器，数量8台，型号:B-200。最大滗水深度:1．3 m，滗水量:2 500 m3/d，电机功率:0．75 kW。

(5)行车式膜组件吊装设备。采用轨道行车式设备1台，工艺尺寸L×B×H=16 m×16 m×5．5 m，功率4 kW，起吊重量1 500 kg。

(6)离心鼓风机，数量4台，3用1备，型号GRB-200，Q=21．9 m3/min，H=6 m，N=37 kW。

2．4 中水处理间

2．4．1 构筑物。中水处理间1座，采用半地下式砖混结构。尺寸:L×B×H=18 m×6 m×5 m，回用水处理量:125 m3/h。

2．4．2 主要设备。①水泵，自吸式离心泵，型号GMP-35-80，6台，4用2备，Q=33 m3/h，H=17 m，N=5．0 kW。②膜组件化学清洗设备2套，形式为浸泡式。③电动单梁悬挂起重机1 套。T=1 t。

2．5 清水池 半地下钢筋混凝土结构，1座。工艺尺寸L×B×H=8 m×16 m×5 m，贮存处理达标的再生水。

2．6 送水泵房

2．6．1 构筑物。半地下式砖混结构，1座，工艺尺寸L×B×H=12 m×6 m×5 m，为中水用户输送处理达标的再生水。

2．6．2 主要设备。①卧式单级离心泵，型号:KQW100/150/-11/2，3 台，2 用 1 备。Q=65．4 m3/h，H=32 m，N=11 kW。②真空泵，型号:SZB-4，2台(1用1备)。Q=240 L/min，真空度:－67．1 kPa，N=2．2 kW。

2．7 加氯加药间

2．7．1 构筑物。单层地上建筑，1座。尺寸:L×B×H=9．0 m ×6．0 m ×5．0 m，Q=200 m3/h，氯气投加量5 mg/L，向出水中投加氯气，达到消毒的目的。

2．7．2 主要设备。①自动流量比例加氯机，2台(1用1备)，型号:WP841，Q=2 kg Cl2/h。②氯瓶，2套，容量:100 kg。③漏氯吸收装置1套，能力:500 kg/h。④电动单梁悬挂起重机，1 台，T=1 t，L=7．5 m，起吊高度:5．0 m。

2．8 污泥处理部分

2．8．1 构筑物。①污泥泵池，矩形污泥泵池。尺寸:2 m×2 m×4 m。②脱水机房。尺寸:12 m×6 m×5 m。

2．8．2 主要设备。①滤布式浓缩脱水一体机，1套。型号TB-2000，尺寸12 m×6 m×5 m，湿污泥处理量9～15 m3/h，滤布宽度2 000 mm，功率20 kW。②电动单梁悬挂起重机1台。T=1 t，跨度7．5 m，起吊高度:5．0 m，功率2 kW。

2．9 过程控制系统 工程通过现场总线控制系统，对污水处理工艺(电气)运行过程进行分散控制、集中管理。现场总线控制系统由工控机和自治控制器以及智能现场设备组成。整个污水处理厂拟建中央控制室一间。

3 结语

随着社会进步与发展，环境治理工作越来越受到重视，建立合理新型，能够达到国家要求的污水处理厂势在必行。天津港保税区起步区雨污水泵站新型污水处理厂的建立，能够满足当地污水处理要求，废水水质达到标准。

(1)污水处理及回用工程采用CASS与MBR相结合的工艺，不需要大量的污泥回流和内回流，运行管理简单。采用这种组合式工艺，结构紧凑，分期建设和扩建方便，同时也为国内类似污水处理工程的设计提供借鉴。

(2)由于季节原因，中水需用量变化较大。膜组件运行方式可降低能耗，根据回用水量的变化，可以对模块进行灵活调节，及时调整运行方案，使中水用量与处理量相匹配，既避免了设备及运转的浪费，又确保用水安全可靠。

(3)MBR处理出水含盐量等尚不明确，故中水脱盐处理需做场地预留与经济测算，待MBR实际运行后，对其出水进行相关监测来确定脱盐处理是否需要。

［1］颜斌．城市污水处理业市场取向改革研究［J］．产业经济，2013，4(10):40－41．

［2］李利蓉，李晔，桑稳姣．城镇污水处理厂提标改扩建工程设计［J］．安全与环境工程，2013，20(2):72 －76．

［3］张辰，李春光．国外污水处理厂改造工程实例分析［J］．给水排水，2009，35(2):14－18．

［4］张智，陈杰云，李勇，等．处理低碳源污水的倒置A2/O工艺强化脱氮技术研究［J］．中国给水排水，2009(7):7－9．

［5］胡邦，蒋岚岚，张万里，等．MBR工艺在城市污水处理厂中的工程应用［J］．给水排水，2009，35(11):22 －24．

［6］曾一鸣．膜生物反应器技术［M］．北京:国防工业出版社，2007．

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［8］黄学政．膜生物反应器(MBR)处理高浓度有机废水的研究［D］．西安:西安建筑科技大学，2006．