一种CASS工艺应对异常进水水质冲击的应急调控方法

摘要

本发明提供一种CASS工艺应对异常进水水质冲击的应急调控方法，包括如下步骤：根据安装在CASS工艺污水处理厂总进水口的在线检测，判断CASS反应池是否即将受到异常进水的冲击；若检测某时段有异常进水进入CASS反应池，则根据进水流量调整处于或即将进入进水阶段的CASS反应池至所能实现的最低的充水比（f）和最高的污泥回流比（R），以营造最大的缓冲能力；再根据异常进水的水质特性控制处于或即将进入进水阶段的CASS反应池一个运行周期内进水、曝气、沉淀和滗水四个阶段的时间分配和对应的溶解氧浓度水平；若为正常情形，则按正常模式运行。本发明仅对CASS工艺运行方法进行调整，不需要对设备进行改动，具有实用性的特点。

权利要求

1.一种CASS工艺应对异常进水水质冲击的应急调控方法，包括如下步骤：

1）首先，根据安装在CASS工艺污水处理厂总进水口的在线检测仪，判断CASS反应池是否即将受到异常进水的冲击，即检测某时段是否即将有高浓度有机物污水或高浓度含氮污水流入CASS反应池；其中，所述高浓度有机物污水进水的CODcr为对应水质指标设计进水浓度的1.2-2.0倍，高浓度含氮污水进水的TN为对应水质指标设计进水浓度的1.2-2.0倍；

2）若检测某时段高浓度有机物污水或高浓度含氮污水的异常进水进入CASS反应池，则根据进水流量调整处于即将进入进水阶段的CASS反应池至所能实现的最低的充水比f和最高的污泥回流比R，以营造最大的缓冲能力；其中，污泥回流比可调节范围为0-30%，充水比可调节范围为0.1-0.4；并执行步骤3）；

若为正常情形，即没有高浓度有机物污水或高浓度含氮污水流入CASS反应池，则按设计模式运行，不执行步骤3）；

3）根据进水在线检测仪检测情况，判断是高浓度有机物污水还是高浓度含氮污水，以控制处于即将进入进水阶段的该CASS反应池一个运行周期内进水、曝气、沉淀和滗水四个阶段的时间分配和对应的溶解氧浓度水平；具体调控措施如下表所示： 。

说明书

一种CASS工艺应对异常进水水质冲击的应急调控方法

技术领域

[0001] 本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种CASS工艺应对异常进水水质冲击的应急调控方法。

背景技术

[0002] CASS (Cyclic Activated Sludge System)工艺是循环活性污泥技术的一种形式，是以序批式曝气-非曝气方式运行的充-放式间歇活性污泥处理工艺。CASS的基本结构是：在序批式活性污泥法（SBR）的基础上，反应池沿池长方向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置。整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统；同时可连续进水，间断排水。CASS工艺集反应、沉淀、排水、功能于一体，污染物的降解在时间上是推流过程，而微生物则处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中，从而达到对污染物去除作用。

[0003] 国内对CASS工艺的探索研究大部分集中在工艺设计、参数优化、某一具体过程的控制和装置改进等方面，如CN200810227685.8提出的分段进水深度脱氮的过程控制装置及方法，主要针对如何有效利用进水碳源达到更好的脱氮效果； CN200710177458.4则提出了强化循环活性污泥法脱氮的实时控制方法。以上的专利公告的方法多强调依靠在线仪器捕捉合适的调控点，均没有涉及异常污水冲击处理的方法。

[0004] 异常进水水质冲击是进水的某些水质指标浓度短时间大幅超过其设计值的情况。随着城市的快速发展，城市污水下水道管网服务面积也随之快速的增大，同时其管理难度亦逐渐增大，由于某些工业企业自身的污水处理设施未正常运行或违规偷排工业废水，导致市政管网中接纳了大量达不到《污水排入城市下水道水质标准》（CJ343-2010）的工业废水。这些工业废水量相对生活污水较小，但通常具有较高的有机物或总氮浓度，且在进入城市下水道时瞬时流量大，因而造成进入城市污水厂的混合污水水质波动较大，甚至构成了大幅超过设计进水值的水质冲击，严重影响了污水处理厂的正常运行。CASS工艺是城市污水处理的典型工艺之一，但常规的CASS工艺运行模式并未涉及异常进水水质冲击时的应急调控处理，缺乏灵活性，因而必然对污水排放的稳定达标带来影响。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是解决现有CASS工艺不能应急处理高浓度有机物污水或高浓度含氮污水的冲击，导致异常进水使污水处理不能稳定达标排放的问题，提供一种CASS工艺应对异常进水水质冲击的应急调控方法。

[0006] 解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种CASS工艺应对异常进水水质冲击的应急调控方法，包括如下步骤：

[0007] 1）首先，根据安装在CASS工艺污水处理厂总进水口的在线检测仪，判断CASS反应池是否即将受到异常进水的冲击，即检测某时段是否即将有高浓度有机物污水或高浓度含氮污水流入CASS反应池；其中，所述高浓度有机物污水进水的CODcr为对应水质指标设计进水浓度的1.2-2.0倍，高浓度含氮污水进水的TN为对应水质指标设计进水浓度的1.2-2.0倍；

[0008] 2）若检测某时段高浓度有机物污水或高浓度含氮污水的异常进水进入CASS反应池，则根据进水流量调整处于即将进入进水阶段的CASS反应池至所能实现的最低的充水比f和最高的污泥回流比R，以营造最大的缓冲能力；其中，污泥回流比可调节范围为0-30%，充水比可调节范围为0.1-0.4；并执行步骤3）；

[0009] 若为正常情形，即没有高浓度有机物污水或高浓度含氮污水流入CASS反应池，则按设计模式运行，不执行步骤3）；

[0010] 3）根据进水在线检测仪检测情况，判断是高浓度有机物污水还是高浓度含氮污水，以控制处于即将进入进水阶段的该CASS反应池一个运行周期内进水、曝气、沉淀和滗水四个阶段的时间分配和对应的溶解氧浓度水平；具体调控措施如下表所示： [0011]

[0012] 相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

[0013] 1、本发明依据析因实验效应分析的结果，提出调整充水比(f)和污泥回流比(R)的总体调整思路；充分利用pH、ORP、DO、MLSS、COD、NH3-N等在线监测设备和便携式水质分析仪器，针对异常进水状况，依托PLC控制系统进行前馈和反馈的实时控制。

[0014] 2、基于进水冲击的特性（是高浓度有机物污水还是高浓度含氮污水）和效应分析的结论，系统地提出了一个运行周期内进水、曝气、沉淀和滗水四个阶段的时间分配和对应的溶解氧浓度水平这些调整方案中的具体措施。

[0015] 3、本发明仅对CASS工艺运行方法进行调整，而进水异常对出水达标排放的干扰是污水处理厂普遍面临的生产问题，因此该发明提出的方法具有很强的可推广性，可在采用CASS工艺的污水厂中推广；不需要对设备进行改动，具有实用性的特点。

[0016] 综上，本发明提供的应急运行模式，可以有效应对不超过2倍于设计值的高有机或/和高含氮浓度的冲击，以可变强度曝气为核心，在效应分析的基础上依托前馈-反馈控制有效地进行调控，改变了原设计单一的运行操作模式，在周期时间长度、周期内各阶段时间分配、曝气模式及强度、充水比(f)和污泥回流比(R)等方面针对进水冲击特性进行调整，可充分利用调整充水比f和污泥回流比R提升CASS反应池的缓冲能力，降低水质冲击对CASS反应池生物系统的破坏性影响；采用微曝气与全曝气相结合的模式可以在反应池中营造良好的反硝化-硝化环境，最大限度地提升脱氮效率。可最大限度地利用既有设备进行调控，保证按《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级B标准设计的CASS工艺污水厂出水稳定达标排放。

附图说明

[0017] 图1是现有的CASS系统结构图；

[0018] 图2是本发明CASS系统结构原理图；

[0019] 图3是高有机物进水冲击时设计模式和应急模式运行效果对比图；

[0020] 图4是高含氮物进水冲击时设计模式和应急模式运行效果对比图。

具体实施方式

[0021] 参见图1，现有的CASS系统结构为，在反应池的前部设置了生物选择区，后部设置了可升降的自动滗水装置。其工作过程可分为曝气、沉淀、滗水、闲置四个阶段，周期循环进行。污水连续进入预反应区，经过隔墙底部进入主反应区，在保证供氧的条件下，使有机物被池中的微生物降解。根据进水水质可对运行参数进行调整。

[0022] 其CASS原理为：在预反应区内，微生物能通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大部分可溶性有机物，经历一个高负荷的基质快速积累过程，这对进水水质、水量、酸碱度和有毒有害物质起到较好的缓冲作用，同时对丝状菌的生长起到抑制作用，可有效防止污泥膨胀；随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解过程。CASS工艺集反应、沉淀、排水、功能于一体，污染物的降解在时间上是推流过程，而微生物则处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中，从而达到对污染物去除作用，同时还具有较好的脱氮、除磷功能。

[0023] 高浓度有机物污水或高浓度含氮污水是指浓度大幅超过设计进水CODcr或TN浓度的污水。现有的CASS工艺常规运行模式难以应对高浓度有机物污水或高浓度含氮污水异常进水水质的冲击，给污水处理稳定达标带来的影响。

[0024] 本发明提供的一种CASS工艺应对异常进水水质冲击的应急调控方法，是针对高浓度有机物污水或高浓度含氮污水进水两种水质冲击提出了相应的应急调控运行模式。

[0025] 参见图2，本发明CASS系统结构原理中，

[0026] 1、缺氧区ORP读数可作为反硝化碳源是否充足的判据；

[0027] 2、根据进水COD和TN浓度通过变频控制调整污泥回流比R（0-30%）；

[0028] 3、控制MLSS冬季为 5-6 g/L、其余时期3.5-4g/L；

[0029] 4、通过风机开启台数、变频控制和在线DO仪实现阶梯曝气，营造适宜的DO值；

[0030] 5、通过滗水高度调整充水比f（0.1-0.4）控制每周期进水量。

[0031] 本发明CASS工艺应对异常进水水质冲击的应急调控方法，包括如下步骤：

[0032] 1）首先，根据安装在CASS工艺污水处理厂总进水口的在线检测仪，判断CASS反应池是否即将受到异常进水的冲击，即检测某时段是否即将有高浓度有机物污水或高浓度含氮污水流入CASS反应池；其中，所述高浓度有机物污水进水的CODcr为对应水质指标设计进水浓度的1.2-2.0倍，高浓度含氮污水进水的TN为对应水质指标设计进水浓度的1.2-2.0倍；

[0033] 2）若检测某时段高浓度有机物污水或高浓度含氮污水的异常进水进入CASS反应池，则根据进水流量调整处于即将进入进水阶段的CASS反应池至所能实现的最低的充水比f和最高的污泥回流比R，以营造最大的缓冲能力；其中，污泥回流比可调节范围为0-30%，充水比可调节范围为0.1-0.4；并执行步骤3）；

[0034] 若为正常情形，即没有高浓度有机物污水或高浓度含氮污水流入CASS反应池，则按设计模式运行，不执行步骤3）；

[0035] 3）根据进水在线检测仪检测情况，判断是高浓度有机物污水还是高浓度含氮污水，以控制处于即将进入进水阶段的该CASS反应池一个运行周期内进水、曝气、沉淀和滗水四个阶段的时间分配和对应的溶解氧浓度水平；具体调控措施如下表所示：

[0036]

[0037] 例如，采用处理能力为30m3/d的中试实验装置，进水为某污水处理厂的沉砂池出水，污泥龄(SRT)为15天，设计有机负荷0.06-1.2 kgBOD5/kgMLSS·d，污泥回流比可调范围0-30%，充水比可调范围0.1-0.4。配置了流量、溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)、pH和氨氮(NH3-N)在线检测仪，通过PLC系统进行自动控制，调控的手段有污泥回流比R、充水比f、曝气强度和一个周期各阶段的运行时间。

[0038] 利用进水泵和配置的污水与CASS反应池进水混合以模拟合流制管网暴雨季节对污水厂的冲击、高浓度有机物污水或高浓度含氮污水冲击，实验采用2倍的进水流量、COD和NH3-N设计值。通过5组实验获得的运行结果如图3和图4所示，与应急调控模式相比较的是原设计采用的4小时运行模式（进水1h+曝气1h+沉淀1h+滗水1h）。

[0039] （1）高浓度有机物污水进水冲击：

[0040] 在冲击进水条件下，采用高浓度有机物污水进水应急调控模式Ⅰ可以保证COD出水达标，且相对于原设计模式，进水浓度无显著差异（P>0.5），出水浓度有显著差异（P<0.01）且应急调控出水可以达到一级B标准，去除率从86.5%增至93.3%，有显著提高（P<0.01）。对比详见附图3。

[0041] （2）高浓度含氮污水进水冲击：

[0042] 在冲击进水条件下，采用高浓度含氮污水进水应急调控模式Ⅱ可以保证TN出水达标，且相对于原设计模式，进水浓度无显著差异（P>0.5），出水浓度有显著差异（P<0.01）且应急调控出水可以达到一级B标准，去除率从50.8%增至78.4%，有显著提高（P<0.01）。两种运行模式均考虑了碳源（10%甲醇）的投加，采用了相同的投加量。对比详见图4。

[0043] 本发明是一种新的运行调控方法，用来应对波动的进水，以保证在超出设计进水水质一定范围内的波动的异常进水仍然可以被有效地处理，达到一级B标准后排放。在一定进水异常条件下调整充水比(f)和污泥回流比(R)对CASS工艺出水水质的影响效能。充水比f对出水水质为正效应，较小的充水比可以获得较低的污染物出水浓度；污泥回流比R对于出水水质为负效应，较高的污泥回流比可以获得较低的污染物出水浓度。

[0044] 此外，充水比的效应强于污泥回流比，优先考虑的调控手段。但充水比(f)直接影响CASS工艺污水厂的处理水量，因此需要通过前馈流量信息确定每一个CASS池在应对冲击时所能够采用的最低充水比，然后采用最大污泥回流比(R)，并基于进水在线检测仪器前馈的进水冲击的水质特性（高浓度有机物污水或高浓度含氮污水）决定一个进水周期内进水、曝气、沉淀和滗水四个阶段的时间分配和对应的溶解氧浓度水平。

[0045] 本发明可用于解决CASS工艺城市污水厂应对进水冲击的调控措施缺乏针对性，同时没能充分利用现有常规调控手段的最大效能的缺陷，为CASS工艺这一典型的污水处理工艺提供一种综合的应急调控方法，解决现有CASS工艺污水处理厂异常进水水质冲击对污水处理厂的稳定运行带来的影响。