北京航天城污水處理廠是跨世紀國家重點工程的配套設施。該污水處理廠分兩期建設，一期工程于1996年12月破土動工，至1998年4月建成并投入設備調試及試運行，7月29日經(jīng)北京市環(huán)保局驗收后轉入正常運轉。近期排放污水量7 200m3/d，遠期14 400m3/d。廢水主要包括生活污水、工業(yè)廢水和醫(yī)院污水，各自所占比例為81.5%、18.0%、0.5%，其污水主要是生活污水，主要污染物包括：有機物、懸浮物和油類等。設計進出水水質及排放標準(北京市綜合廢水排放二級標準)見表1。
1 工藝概況
1.1 工藝簡介
在大量文獻調研基礎上，通過方案篩選，我們選用周期循環(huán)活性污泥法(Cyclic Activated Sludge System，簡稱CASS)。該工藝比較早是美國川森維柔廢水處理公司1975年研究成功并推廣應用的廢水處理技術專利。為將該工藝引進、消化，探討適合 我國國情的新型污水處理工藝，總裝備部工程設計研究總院環(huán)保中心于1994年在實驗室進行了模擬試驗研究，并成功地應用于北京航天城污水處理廠。
1.2 工藝流程
污水處理廠高程布置如圖1所示。污水中含有較大顆粒的懸浮物和漂浮物，經(jīng)過格柵截留，除去上述污染物，防止后續(xù)處理構筑物管道、閥門和水泵機組堵塞。污水 經(jīng)集水池用潛污泵抽至沉砂池，在沉砂池中可除去比重較大的無機顆粒，污水經(jīng)沉砂池后由配水管自流進入CASS池進行生物處理，出水達標后，部分用作農(nóng)田灌 溉或池塘補充水，剩余部分排放。
CASS池是污水處理廠的核心，它在SBR的基礎上前部設置了生物選擇區(qū)，后部安裝了可升降的自動潷水器，曝氣、沉淀、排水均在同一池子內(nèi)周期性循環(huán)進 行。生物選擇區(qū)和主反應區(qū)之間由隔墻隔開，污水由生物選擇區(qū)通過隔墻下部進入主反應區(qū)，托動水層緩慢上升。整個CASS池平面24m×24m，主反應區(qū)和 預反應區(qū)長度分別為19.25m和3.75m，寬度方向分4格，每格可獨立運行，池深5m，有效水深4.5m(污泥區(qū)高1.3m，緩沖區(qū)高1.7m)，活 性污泥界面以上比較小水深為1.34m，每周期排水比約為1/3，CASS反應池構造簡圖示于圖2。
2 工程調試和試運行
污水處理廠調試及試運行是污水處理工程建設的重要階段，是檢驗污水處理廠前期設計、施工、安裝等工程質量的重要環(huán)節(jié)。設備安裝完工后，按單體調試、局部聯(lián) 合調試和系統(tǒng)聯(lián)合試運轉三個步驟進行。污泥的培養(yǎng)馴化采用接種培養(yǎng)法，具體是在CASS池中加入其它污水處理廠濃縮脫水后的污泥，悶曝24h，此后每天排 出部分上清液并加入新的污水，逐步加大負荷，此階段不排泥。培養(yǎng)期間應通過鏡檢密切觀察CASS池中微生物相的變化;同時進行進、出水水質及反映活性污泥 性能指標的測定，包括：SV、MLSS、SVI、COD、BOD5等。隨著微生物培養(yǎng)時間的增加，檢測到污泥中有大量活躍的原生動物和少量的后生動物，此 時SVI=80mL/g～100mL/g，SV=18%～20%，MLSS=1 200mg/L～1 800mg/L，表明活性污泥培養(yǎng)基本成功。此階段完成后即可進入污水廠全面試運行階段。
污水廠試運行是指在滿負荷進水條件下，優(yōu)化、摸索運行參數(shù)，取得比較佳的去除效果，同時對工程整體質量進一步全面考核，為今后長期穩(wěn)定運行奠定基礎。此階段 大致包括以下幾方面工作：潷水器控制參數(shù)的確定，CASS池運行周期及曝氣、沉淀、排水、閑置時間的分配，自控系統(tǒng)的校正、污泥脫水過程中混凝劑的投加量 等。
2.1 潷水器控制參數(shù)的確定
CASS工藝的特點是程序工作制，可依據(jù)進、出水水質變化來調整工作程序，保證出水效果。潷水器是CASS工藝中的關鍵設備，工程采用的潷水器是我院環(huán)保 中心和四達水處理公司在模擬試驗基礎上開發(fā)成功的新型潷水設備。該潷水器采用絲杠套筒式，通過電機的運動，帶動絲杠上下移動，從而帶動連接于絲杠末端的浮 動式潷水堰，完成潷水過程。
每次潷水階段開始時，潷水器以事先設定的速度首先由原始位置降到水面，然后隨水面緩慢下降，下降過程為：下降10s，靜止?jié)?0s，再下降10s，靜止 潷水30s…，如此循環(huán)運行直至設計排水比較低水位，通過潷水器的堰式裝置迅速、穩(wěn)定、均勻地將處理后的上清液排至排水井，潷水器下降速度與水位變化相當， 排出的始終是比較上層的上清液，不會擾動已沉淀的污泥層。潷水器上升過程是由低水位連續(xù)升至比較高位置，即原始位置，上升時間通過調試摸索確定。潷水器在運行 過程中設有限位開關，保證潷水器在安全行程內(nèi)工作。調試工作主要是根據(jù)進出水水質及水量來探索潷水器的排水時間、潷水器比較佳下降速度及排水結束后潷水器的 上升時間。
2.2 CASS池運行周期的確定
根據(jù)實驗室小試結果，原設計的CASS池運行周期是4h，其中曝氣2h，沉淀1h，排水1h。調試過程中發(fā)現(xiàn)原水濃度比設計原水濃度低，有必要根據(jù)實際廢 水水質情況來確定運行周期，根據(jù)進出水水質指標適當調整周期中各階段時間的分配，如適當減少曝氣時間、延長沉淀時間等，這樣在保證出水水質的情況下節(jié)省了 能耗。污水廠實際運行周期仍是4h，其中曝氣1.5h，沉淀1h，排水1h，閑置0.5h。
2.3 自控系統(tǒng)的校準
CASS工藝之所以在國外得到普遍應用，得益于自動化技術的應用。北京航天城污水處理廠根據(jù)工藝流程與廠區(qū)設備分布狀況，自動控制采用集散式控制系統(tǒng)，由 我院環(huán)保中心與北京研華公司合作研制。整套控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場可編程控制(PLC)與微機集中監(jiān)控，在污水提升泵房、4座CASS池及污泥脫水機房各設置1 臺現(xiàn)場控制機(可手動控制);在中心監(jiān)控室設有1臺工控機和模擬顯示屏。現(xiàn)場控制機獨立完成相應的參數(shù)設置、數(shù)據(jù)顯示、自動控制、數(shù)據(jù)通信等全功能，中央 控制計算機通過工業(yè)現(xiàn)場總線向各現(xiàn)場控制機傳輸和采集數(shù)據(jù)，并可根據(jù)進、出水水質變化適當調整工作程序，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。模擬顯示屏顯示工藝全過程的數(shù) 據(jù)與狀態(tài)。
2.4 運行結果
從每天監(jiān)測的水質情況看，CASS工藝經(jīng)過上述各階段的調試和試運行，取得了良好效果。進水水質：CODCr=70mg/L～80mg /L，BOD5=30mg/L～35mg/L，pH=6.8～7.5;出水經(jīng)常保持在CODCr=20mg/L以下，BOD5=7mg/L左 右，SVI=80mL/g～100mL/g，SV=18%～20%，pH=6.8～7.5，優(yōu)于國家排放標準。
CASS工藝產(chǎn)生的污泥量較少，污泥性質穩(wěn)定，具有良好的沉降、絮凝、脫水性能。調試至今半年過去了，未發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象，這樣更從實踐上驗證了CASS工藝的優(yōu)越性。
3 CASS工藝的特點
從北京航天城污水處理廠的運行實踐來看，CASS工藝與其它污水處理工藝相比確實是一種先進實用的工藝。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)此工藝建設費用低，與常規(guī)活性污泥法相比，省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設備，工藝流程簡潔，建設費用可節(jié)省10%～25%，占地面積可減少20%～35%。
(2)運轉費用省。由于曝氣是周期性的，重新開始曝氣時，氧濃度梯度大，傳遞效率高，節(jié)能效果顯著，運轉費用可節(jié)省10%～25%。此外，本工程采用水下曝氣機代替?zhèn)鹘y(tǒng)鼓風機曝氣，消除了噪音污染。
(3)有機物去除率高，出水水質好。
(4)管理簡單，運行可靠，能有效防止污泥膨脹。與傳統(tǒng)的SBR工藝相比，CASS比較大的特點在于增加了一個生物選擇區(qū)，且連續(xù)進水(沉淀期、排水期仍連 續(xù)進水)，沒有明顯標志的反應階段和閑置階段。設置生物選擇區(qū)的主要目的是使系統(tǒng)選擇出良好的絮凝性生物。
據(jù)有關資料介紹，污泥膨脹的直接原因是絲狀菌的過量繁殖。由于絲狀菌比菌膠團的比表面積大，因此，有利于攝取低濃度底物。而一般絲狀菌的比增殖速率比其它 細菌小，在高底物濃度下菌膠團和絲狀菌都以較大速率降解底物和增殖，但由于菌膠團細菌比增殖速率較大，其增殖量也很大，從而占優(yōu)勢。所以CASS池首端設 計合理的生物選擇區(qū)可以有效地抑制絲狀菌的生長和繁殖，克服污泥膨脹。
(5)控制系統(tǒng)設計緊密結合CASS工藝特點，管理簡單，運行可靠。CASS工藝要求周期性地對相關設備進行控制，在系統(tǒng)設計與軟件編程上我們采取了以下 做法：①潷水器的潷水量采用了準PWM法，即在排水進程潷水器間歇下降，由于下降時間與間歇時間均可方便設定，實現(xiàn)了非調速潷水機潷水量的控制;②監(jiān)控室 內(nèi)可方便地設定曝氣量;③采取了超低水位進程暫停、超高水位聲光報警等較完備的保護措施。④污水提升泵采用自動循環(huán)備用的自控模式，使每臺泵的運行幾率盡 可能相同;避免了自動備用方式造成的主泵過度運轉。日處理量7 200m3/d的北京航天城污水處理廠，需操作管理工5～8人，而我國相同規(guī)模采用傳統(tǒng)污水處理工藝則需操作管理工30人以上。
(6)污泥產(chǎn)量低，性質穩(wěn)定。
