循环活性污泥法组合工艺在社区污水处理中的应用研究

郝静文

(河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南 郑州 451460)

1 概述

随着村镇经济水平的日益提高，农户的日常生活和生产用水量与日俱增，污水的排放量也日益增加[1-3]。社区作为农村建设的一种新模式，近年来在国内外大量涌现。由于社区的人员相对聚集，产生的污水量较大，若未经达标处理便排放，将成为农村水生态破坏的重要源头[4]。

农村污水处理与城市污水处理的工艺选择有较大区别，农村地区污水来源相对分散，水质波动也相对较大[5]。ZHENG等[6]基于气升回流技术建立了强化的缺氧/好氧(A/O)生物接触氧化工艺，取得了较好的农村污水污染物去除效果，对TN和NH3-N的去除效率分别达到95.3%和80.6%。严子春等[7]为降低农村生活污水的治理成本，研发了絮凝/A/O生物接触氧化工艺，应用光伏动力驱动系统运行，结果表明在最佳运行参数下，污水中的COD、NH3-N、TN、TP和SS经该工艺处理后，质量浓度均可达到地方一级排放标准，同时运行动力费用降低了4.155元/m3。陈月芳等[8]采用串联的斜板生物滤池对农村地区的生活污水进行净化，结果表明硝化液的最适回流比为100%，此时的污染物去除效果最好，出水浓度优于地方农村生活污水一级排放标准。潘伟亮等[9]研发了一种适用于农村污水处理的新型生态滤池，运行期能实现较高的COD、SS去除效果，去除率分别超过83%、91%，对NH3-N、TN、TP的去除率则分别达到了69%、39%、44%以上。当传统处理工艺对农村社区污水的处理效果不理想时，通常通过设计组合工艺的方式，来进一步强化污水处理构筑物的处理效果[10]，以确保农村社区生活污水的有序和达标排放。

基于此背景，本研究提出了适用于社区污水处理的组合工艺流程，对工艺流程涉及的关键构(建)筑物及相关参数进行了设计，并对其综合运行效果和成本展开了分析，以期实现对社区污水中主要污染物的高效和稳定去除，从而达到减少水环境污染、改善农村区域人居环境的目的。

2 工程概况

2.1 污水来源及水质

工程污水来源于成都某农村社区居民的生活污水，设计水量为800m3/d。经处理后水质指标要求达到或优于GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标，水质参数见表1。

表1 设计原水、排水水质参数

2.2 工艺流程

结合社区经济和自然条件，综合考虑污水的一级处理、二级处理、深度处理、消毒方式、污水回用及污泥处理，设计污水处理工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程示意图

3 主要构筑物及设计参数

3.1 主要构筑物

(1)格栅。格栅是采用金属或塑料等材料制作而成的栅条或筛网结构，其功能是拦截污水中较明显的漂浮物和悬浮物，防止设备被杂质堵塞，本工艺选用平面机械清渣格栅。

(2)调节池。由于地处农村，社区成员多以种植业为主，村民有早出晚归的作息规律，使得早晚出现污水水量的高峰期，因而设置调节池来保障进水水量和水质的相对稳定。

(3)沉砂池。沉砂池主要用于污水中无机颗粒物的分离，以减少对后续处理流程的干扰。农村居民因种植劳作，洗浴污水中泥沙含量相对较高，因而需设置沉砂池。由于平流沉砂池流速不稳定，有机颗粒物沉降率较高，不宜采用，又因为该地生活污水中BOD5浓度不太高，使用曝气沉砂池会预曝气消耗有机物，致使污水中碳源不足，影响二级处理阶段的反硝化效果。因此，本工艺采用旋流沉砂池。

(4)CASS反应池。循环活性污泥法(Cyclic activated sludge system，CASS)作为本工艺的二级处理阶段，污水中的大部分有机物、氮素污染物是在该阶段被去除的，因此该池是整个污水处理工艺的核心。考虑到污水性质，本设计采用具有“选择区-兼性区-主反应区”3个反应区的CASS技术，主反应区设置滗水装置，水下铺设微孔曝气器，曝气方式采用鼓风曝气。

(5)絮凝沉淀池。絮凝沉淀池是为了污水能够稳定达标排放而设计的，其工艺形式多种多样。目前，国内外更多的是使用网格絮凝沉淀，其工艺简单、絮凝效果好、时间短，适用于污水的深度净化。本工艺选用网格絮凝沉淀法，絮凝剂与污水的混合方式采用水泵水力混合。

(6)转盘滤池。转盘滤池和絮凝沉淀池配合使用，可以使出水的水质更好，本设计推荐采用纤维转盘滤池，其主体滤料为聚酯纤维，材料化学性质稳定、力学性能好，由该种材料制成的转盘滤池出水效果优、使用寿命长、前期投资和运行成本低。另外，在转盘过滤器工作时一般不需人为操作，可实现自动化运行。

(7)污泥浓缩池。综合考虑社区生活污水的特性和CASS工艺技术的特点，污泥产量相对较少，且性质相对较为稳定，故选择结构简明、管理方便的重力浓缩池进行污泥浓缩。

(8)污泥脱水间。自然脱水摊晒所需面积大、耗时长，不推荐使用。根据实际情况，本工艺选用效率较高的带式压滤机脱水，该种设备运行能耗低、可连续运行、脱水性能好，在污泥处理中较受青睐。

3.2 主要设计参数

通过设计计算和对比分析得到主要构(建)筑物的参数条件见表2。

表2 污水处理主要构(建)筑物

该工艺采用的主要处理设备如表3所示。

表3 污水处理主要设备

4 运行效果及经济技术分析

4.1 整体运行效果

工艺调试稳定后，对进、出水水质进行连续监测，计算出主要水体污染物的去除效果如图2所示。由图2(a)所示的COD去除情况可以看出，当污水中COD浓度为246.2～318.5mg/L时，本工艺可实现有机物的高效去除，处理后出水中的COD浓度降至13.8～31.4mg/L，平均值仅为20.1mg/L，去除率高达90.1%～95.4%，平均去除率为93.2%。从图2(b)所示的BOD5去除效果来看，进水BOD5浓度为145.9～199.5mg/L，说明该污水水质的可生化性较好，经处理后出水BOD5浓度为1.4～8.2mg/L，平均为4.5mg/L，去除率为95.8%～99.1%，平均为97.5%。图2(c)反映了NH3-N的去除效果，可以看到当进水NH3-N浓度为30.5～39.8mg/L，本工艺表现出优良的脱氮效能，处理后出水NH3-N的浓度降至0.3～1.9mg/L，浓度均值仅为1.1mg/L，去除率均值则达到了96.9%。图2(d)反映了运行期间SS的去除效果，对进水SS含量为125.3～199.8mg/L的污水进行处理后，出水SS浓度范围为1.2～9.1mg/L，平均为4.8mg/L，去除率均值达到97.3%。

由此可见，该工艺对农村社区污水表现出优良的净化效果，上述水质指标均能达到相应的国家排放标准。不仅如此，当水质不稳定时，该工艺依然表现出较高的处理效率，可见其抵抗负荷冲击的能力较强。CASS工艺运行灵活、抗冲击负荷能力强、管理方便、工程造价合理且易升级改造，不仅符合当下污染物的处理要求，也与该地区的中远期发展目标最为适应。

图2 主要污染物的去除效果

4.2 运行费用及处理成本

该工艺污水处理总运行费用等于人工费、电费、日常用水费、药剂费及污泥处理费等费用的总和。本污水处理站设计运行管理人员共7人，劳务费每人每天150元，人工费总计1050元/d。总耗电量大约在348kW·h/d左右，污水处理站电费消耗约为212.2元/d。设污水处理站日常用水定额150L/(人·d)，则日常用水费为3.36元/d。本工艺在运行时会投加絮凝剂和FeCl3，絮凝剂投加量大约在0.4kg/d左右，FeCl3投加量在8kg/d左右，则污水处理产生的药剂费大约为40元/d。按照相关标准，污泥处理费用大约为200元/t，本工艺剩余污泥为30kg/d，则污泥处理费用大约为6元/d。综上所得，本工程运行产生的费用大约为1311.56元/d，单位体积污水的处理成本核算为1.64元/m3。

与现有的A/O、絮凝/A/O、生物滤池等技术方法相比，本组合工艺对污染物的去除效率处于较高水平，而处理成本处于较低水平，在农村地区具有良好的实用性，表现出较高的应用和推广价值。

5 结论

为减少农村水环境污染，改善区域生活环境，本研究设计了以“CASS+絮凝+转盘滤池”工艺为核心的工艺用于农村社区污水处理，得到如下结论：

(1)经组合工艺处理后，COD、BOD5、NH3-N、SS的出水浓度分别低于50、10、5、10mg/L，去除率均高于90%，符合国家排放限值的要求。

(2)组合工艺的日运行成本约为1311.56元，折合1m3污水的净化费用为1.64元，该工艺运行费用低，且具有较高的适应性和抗冲击性，用于处理农村社区污水具有良好的可行性。

(3)本工艺未对农村社区污水中存在的油脂、阴离子表面活性剂等污染物进行去除研究，建议在经济条件允许时增设气浮、隔油等环节来进一步提高出水水质。