羅巖松

(合肥市排水管理辦公室，安徽 合肥 230001)

城市污水排放工藝的研究和應(yīng)用是一個涉及多個學(xué)科領(lǐng)域的綜合性問題。隨著城市化進程的加快，城市污水處理和排放已經(jīng)成為城市環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。城市污水中含有大量的有機物、氮、磷等污染物，如果直接排放到自然水體中，會對水環(huán)境造成嚴重污染，影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和健康。因此，對城市污水進行有效的處理和排放，可以保護水環(huán)境，維護生態(tài)平衡[1-2]。同時，城市污水中還蘊含著一定的資源利用價值，如能源、肥料等，對城市經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展也具有重要作用。因此，城市污水排放工藝的研究和應(yīng)用，既是一項重要的環(huán)保工作，也是一項具有重要經(jīng)濟意義的技術(shù)創(chuàng)新。

目前，我國城鎮(zhèn)污水處理廠對生活污水的處理，多以BOD、SS等有機物的去除為主，以其它無機鹽類污染物的去除為輔[3]。然而隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，各種化學(xué)試劑、農(nóng)藥和化肥的大量使用，污水的排放量越來越大，污水中氮、磷元素的含量也越來越高，污水中N和P的含量越來越高，導(dǎo)致了一系列的環(huán)境問題。為解決上述問題，本文將開展CASS工藝在城市污水排放中的應(yīng)用研究。

1 基于CASS工藝的城市污水處理裝置設(shè)計

在排放城市污水前需要對其進行處理，確保排放的水體水質(zhì)符合國家規(guī)定的排放要求。對此，引入CASS工藝，利用該工藝實現(xiàn)對污水的處理[4]。CASS工藝是一種常用的防腐蝕技術(shù)，全稱為“鈣化-鋁酸鹽轉(zhuǎn)化法”(Calcium Modified Aluminium Silicate System)。該工藝通過在金屬表面形成一層鈣化物和鋁酸鹽復(fù)合層，使得金屬表面具有較好的耐腐蝕性能和涂裝附著力。在處理前，對處理裝置進行設(shè)計。圖1為基于CASS工藝的城市污水處理裝置基本結(jié)構(gòu)。

圖1 基于CASS工藝的城市污水處理裝置基本結(jié)構(gòu)

圖1中，A表示進水箱；B表示生物選擇區(qū)域；C表示主反應(yīng)區(qū)域：D表示排水槽結(jié)構(gòu)；E表示進水泵裝置；F表示攪拌裝置；G表示污泥回流泵；H表示出水泵；I表示曝氣裝置。該城市污水處理裝置可以分為2個主要部分，第一部分為規(guī)格為1L的廣口瓶厭氧區(qū)；第二部分為規(guī)格為5L的廣口瓶好氧區(qū)，2個區(qū)域?qū)?yīng)的有效容積分別為0.8和4L。在2個反應(yīng)區(qū)域內(nèi)，所選用的電動攪拌調(diào)速器裝置均為JB-300D型號，用于實現(xiàn)對攪拌裝置轉(zhuǎn)速的控制。JB-300D型號電動攪拌調(diào)速器裝置的轉(zhuǎn)速范圍在100～2000rpm之間；電源電壓為220V；運行功率為300W；攪拌槳配置為Φ8×300mm；外形尺寸規(guī)格為：350mm×250mm×750mm。選擇3臺型號相同的恒流蠕動泵作為進水泵、出水泵以及污泥回流泵[5]。恒流蠕動泵的型號為CDL48-5640，將ACO-7540型號的曝氣器作為曝氣裝置。通過上述各個裝置的相互協(xié)作完成整個污水處理流程的運行。

在對城市污水處理裝置設(shè)計時，除了上述結(jié)構(gòu)外，還需要引入一個CASS反應(yīng)器。在反應(yīng)過程中，污水與污泥會同時進入到生物選擇區(qū)域內(nèi)，再經(jīng)過兼氧區(qū)進入到好氧區(qū)內(nèi)發(fā)生反應(yīng)[6]。隨后，通過污泥回流泵的再次循環(huán)應(yīng)用進入到生物選擇區(qū)域，依次進行循環(huán)。CASS反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 CASS反應(yīng)器基本結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)城市污水排放設(shè)計規(guī)范要求，將CASS反應(yīng)器的反應(yīng)池長度設(shè)置為1.35m，其中生物選擇區(qū)域的長度設(shè)置為0.15m，主反應(yīng)區(qū)域的長度設(shè)置為1.12m，反應(yīng)池寬度設(shè)置為0.42m，反應(yīng)池高度設(shè)置為0.56m，其中包含了保護高度0.10m[7]。在明確上述各個尺寸后，進一步通過下述公式推算出CASS反應(yīng)器的排水量：

Vi=l×e×hmax

(1)

式中，Vi—CASS反應(yīng)器的排水量；l—反應(yīng)池的長度，m；e—反應(yīng)池的寬度，m；hmax—反應(yīng)池的最大排水深度。針對CASS反應(yīng)器的供氣，可采用微孔曝氣噴嘴，噴嘴直徑3～4mm，噴嘴中心間隔100～150mm，噴嘴寬度400mm，將設(shè)置2行，主反應(yīng)區(qū)的噴嘴長度為1080mm，設(shè)置7行，這樣就需要2×7=14個微孔曝氣頭。

2 污水中污泥培養(yǎng)與馴化

污水中的污泥培養(yǎng)與馴化是一種將污泥中的微生物進行優(yōu)化培養(yǎng)和馴化，以提高處理污水的效果和穩(wěn)定性的技術(shù)。在進行污泥培養(yǎng)時需要明確馴化條件：微生物的生長環(huán)境不能有突然的顯著改變，需要一個適應(yīng)的過程[8]。馴化的過程應(yīng)該盡可能地與原來的生長環(huán)境保持一致，通常以普通生活污水為培養(yǎng)源，在馴化的時候，溫度不能低于20℃，馴化方式是持續(xù)悶曝3～7d。

污泥集中選用所在污水處理廠二沉池回流污泥，在對污泥進行培養(yǎng)的過程中控制培養(yǎng)桶內(nèi)的溫度在23～33℃范圍內(nèi)，保證溶解氧(DO)大于或等于2.5mg/L，pH值控制在大于或等于6的范圍內(nèi)。選用配制的營養(yǎng)液(通常為C、N、P，比例為100∶5∶1)，對污泥進行為期2周的培養(yǎng)，從而使污泥能夠快速生長。在完成上述操作后，需要對污泥進行馴化試驗。在試驗的過程中，需要通入待處理的城市污水，使污泥能夠適應(yīng)這種污水。同時，每隔一天用電子顯微鏡進行觀察。在經(jīng)過為期1周的檢查后，污泥當(dāng)中的菌膠逐漸團結(jié)，形成緊密結(jié)構(gòu)，形成較大的絮狀顆粒且鐘蟲的數(shù)量不斷增加，累枝蟲也大量出現(xiàn)，說明此時污泥活性良好[9]。再對污泥的沉降情況進行檢測，在上清液與沉降污泥可以看出明顯的分界線時，且污泥的沉降比能夠控制在85%左右時，說明污泥活性應(yīng)滿足后續(xù)處理條件，完成對污泥的培養(yǎng)馴化[10]。

3 間斷進水方式處理與水質(zhì)達標排放

在應(yīng)用CASS工藝對城市污水進行處理時，采用間斷的進水方式，這一過程基本包括充水-曝氣、沉淀、上清液潷除、充水-閑置，共4個階段。下述將分別針對各個階段進行具體說明。在第一階段，進水、曝氣和污泥回流同步進行；在第二階段，停止第一階段的所有操作，并靜置、沉淀，使污水中的泥和水能夠分離。當(dāng)污泥沉降到出水點以下后，開始進行下一階段；在第三階段，進行上清液排除時利用浮球式水位監(jiān)測裝置自動控制排水閥的開關(guān)，在完成排水后自動關(guān)閉排水閥；在第四階段，實際潷除的時間通常比設(shè)計時間短，因此剩余的時間可以用于反應(yīng)裝置內(nèi)污泥的閑置處理，從而使污泥能夠恢復(fù)原有的吸附能力。在閑置的過程中，完成污泥回流和正常進水操作，并進行下一個循環(huán)，直到完成對所有城市污水的處理。

在活性污泥工藝中，溶解氧(DO)是關(guān)鍵的操作參數(shù)。曝氣是影響溶解氧的主要因素之一。從曝氣量中扣除由污泥自身呼吸引起的耗氧量，得到了實際的溶解氧量。部分試驗和運行數(shù)據(jù)顯示，低溶解氧環(huán)境會加速絲狀菌的增殖，降低污泥絮體的沉降性能，抑制胞外聚合物的產(chǎn)生，從而對絮體的形成產(chǎn)生負面影響，但是，太高的溶解氧又會造成能量的浪費。在好氧處理中，溶解氧的范圍通常是在2.00～4.00mg/L之間。在試驗過程中，通過調(diào)整曝氣器，將好氧區(qū)的溶氧水平保持在2.0～2.5mg/L范圍內(nèi)。曝氣時間對脫氮效果有很大的影響，要想獲得較好的脫氮效果，就必須增大曝氣量，對于采用時間作為控制參數(shù)的CASS工藝，在選擇合適的曝氣量，滿足沉淀和潷水要求的前提下，應(yīng)盡量選擇較長的曝氣時間。在城市生活污水的處理過程中，曝氣時間一般占整個運行周期的50%在4h的CASS循環(huán)中，選擇了2h的曝氣時間。

在完成上述間斷進水方式對城市污水的處理后，需要確保水質(zhì)完全達標后才能夠排放。主要針對CODcr、SV、MLSS、DO等指標進行測定，對應(yīng)的方法為重鉻酸鉀法、沉降比法、重量法、膜電極法，所需要的儀器包括COD測定裝置、100ml量筒、馬弗爐、DO測定儀等。在完成各項指標的測定后，若測定結(jié)果不符合規(guī)定，則需要重新完成上述操作步驟，直到測定結(jié)果符合規(guī)定。若測定結(jié)果符合規(guī)定，則可直接排放。

4 實例應(yīng)用

在上述論述基礎(chǔ)上，為了進一步驗證本文上述提出的基于CASS工藝的污水排放方案在實際應(yīng)用中的可行性，選擇以某城市污水處理廠為依托，針對該處理廠當(dāng)前處理的城市污水，采用本文方案對其進行處理和排放。針對排放的污水水質(zhì)各項指標進行測定，驗證處理效果。選擇將CODcr去除率、氨氮去除率、TN去除率和TP去除率作為測定指標，表1中記錄了要求城市污水處理廠處理并排放的水體中各項指標的標準范圍。

表1 城市污水處理廠水體排放要求 單位：%

表1中各項指標的去除率計算公式為：

(2)

式中，d—排放水體中某一污染物去除率；m1—進水時該污染物濃度；m2—出水時該污染物濃度。根據(jù)上述公式，通過對各個污染物進水濃度和出水濃度的測定，計算得出各污染物的去除率，以此明確CASS工藝在城市污水排放中應(yīng)用對水體污染物的去除情況。將測定的數(shù)據(jù)和計算得出的結(jié)果記錄見表2。

表2 CASS工藝應(yīng)用后污水污染物去除情況記錄表

對比表1和表2中的數(shù)據(jù)可以看出，在應(yīng)用CASS工藝后，污水中各個污染物的去除率均達到了規(guī)定的范圍，因此通過上述得出的結(jié)果能夠證明，CASS工藝在城市污水排放中應(yīng)用的可行性，可以實現(xiàn)對城市污水的凈化，確保最終排放的水體水質(zhì)符合國家規(guī)定。

5 結(jié)語

以城市污水排放作為研究背景，將CASS工藝應(yīng)用到污水的處理與排放中，同時通過實例應(yīng)用實現(xiàn)了對該工藝應(yīng)用可行性的驗證。在進行對城市污水的排放時，該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)對水體當(dāng)中CODcr、氨氮、TN、TP等眾多污染物的去除，去除率達到標準要求范圍。說明該工藝可以實現(xiàn)對城市污水的凈化，確保最終排放的水體水質(zhì)符合國家規(guī)定要求。由于研究時間有限，本文上述研究在某些方面仍然存在進步空間，例如提出的處理工藝如何與其他處理工藝相互協(xié)同，協(xié)同后城市污水處理廠是否能夠承受其最大準入負荷等，針對此類問題，在后續(xù)的研究中還將進行深入探索。