1前言

低溫污水處理是指在我國北緯40℃以北的廣大地區(qū)，其冬季城市污水的水溫一般在10℃以下（6-10℃，少數(shù)地區(qū)4-6℃）時進行的污水處理工程。由于寒冷地區(qū)排水溫度低，輸水管道散熱量大，給污水處理帶來很大困難。此外，溫度對微生物的活性、種群組成、細胞的增殖、活性污泥的絮凝沉降性能、曝氣池充氧效率以及水的粘度都有較大影響。因此，低溫條件下，污水處理工藝及工程設計參數(shù)同常溫條件下有很大區(qū)別。

低溫對生物處理的影響，關系到寒冷地區(qū)城市污水和工業(yè)廢水能否采用生物處理和采用什么樣的生物處理工藝。因此，結合我國國情，探討適合我國寒冷地區(qū)的污水處理工藝，對于緩解寒冷地區(qū)的環(huán)境污染，實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

周期循環(huán)活性污泥法（CASS工藝）不但具有投資省、占地面積少、工藝流程簡單、操作管理方便、處理效果好等優(yōu)點,而且,據(jù)國外資料介紹，CASS工藝對低溫污水仍能保持很好的處理效果。因此，本文充分利用CASS工藝的優(yōu)勢，結合我國寒冷地區(qū)的實際情況，重點探討了CASS工藝對低溫環(huán)境的適應性，探討適合低溫環(huán)境條件下的工程設計參數(shù)和運行管理經(jīng)驗，為CASS工藝在我國寒冷地區(qū)的推廣應用奠定基礎。

2試驗裝置及流程設計

為將國外先進技術引進消化，研究適合我國國情的污水處理工藝，并在我國寒冷地區(qū)推廣應用，總裝備部工程設計研究總院環(huán)保中心自1999年就開始在實驗室進行了2年的系統(tǒng)研究，為工程應用提供了寶貴的工程設計參數(shù)和運行管理經(jīng)驗。

2.1試驗工藝流程

污水取自總裝備部工程設計研究總院家屬樓樓生活污水，用小型潛污泵直接從化糞池提升到儲水箱。儲水箱由PVC加工而成，容積180L，內(nèi)設自動液位控制器。

2.2試驗裝置

試驗裝置如圖1所示，其中CASS裝置自行設計，材質(zhì)為有機玻璃，便于觀察水流運動狀態(tài)、曝氣強度及活性污泥的絮凝情況。該裝置尺寸為：L×B×H=930mm×312mm×410mm，容積118L。

圖2-1CASS工藝處理低溫生活污水實驗裝置

2.3裝置自動控制系統(tǒng)介紹

整套實驗裝置采用PLC程序控制器集中控制。其中儲水箱中的水位由液位控制計控制，低水位時，污水提升泵自動開啟，向水箱注水，至水箱最高水位時，污水提升泵自動關閉，停止進水。

CASS工藝的特點是程序工作制，其整個工作周期均可由程序控制器完成，無須專人操作。此外，CASS工藝還可根據(jù)進、出水水質(zhì)變化適當調(diào)整工作程序，保證出水效果。

完整的CASS工藝工作周期一般分為四個步驟，如表1所示：

表1CASS工藝自動控制情況

2.3裝置自動控制系統(tǒng)介紹

1、CODcr：重鉻酸鉀法；

2、溶解氧（DO）：YSI—52溶解氧儀；

3、BOD5：稀釋倍數(shù)法；

4、pH：pH計或精密pH試紙；

5、污泥沉降比（SV%）：用100ml或1000ml量筒測量；

6、污泥生物相觀察：光學顯微鏡；

7、溫度：YSI—52自帶溫度計；

8、污泥干重、MLSS、SS：重量法測定；

3試驗結果與分析

3.1污泥接種與培養(yǎng)

實驗所用污泥取自首都機場廢水凈化站二沉池回流污泥，該污泥性能良好，鏡檢發(fā)現(xiàn)有大量活躍鐘蟲和少量線蟲，污泥上清液清澈透明。將接種污泥投入CASS池并加入部分污水后悶曝24h，此后，逐步加大進水負荷按照CASS池自身運行方式—連續(xù)進水、間歇排水逐步培養(yǎng)馴化活性污泥，至生物相重新恢復正常、污泥性能穩(wěn)定，處理效果良好，表明污泥培養(yǎng)成熟。

3.1CODcr去除效果分析

3.1.1試驗條件

氣溫：-4～12℃；水溫：5～9℃；

水力停留時間：HRT=10.8h，16h，20h；

周期運行時間：T=215∽296min（分曝氣、沉淀、撇水、閑置四個階段）；

進水流量：Q=160∽87ml/min；

周期處理水量：Q1=34.4∽20.8L；

周期排水比：1/3∽1/4；

根據(jù)試驗效果，按水力停留時間（HRT）的不同實驗劃分為三個階段（即HRT=108h，16h，20h），其中HRT=20h階段中曝氣時間又分為180min和240min。

3.1.2試驗效果與分析

CODcr試驗效果見表2（摘錄）。

HRTh 溫度℃ 進水CODcrmg/L 出水CODcrmg/L SV% SVI MLSS g/L 污泥CODcr負荷kgCOD/kgMLSS.d 去除率% 10.8 -2～11 823 221 62 3.932 158 1.06 73 -1～10 809 137 80 2.487 321 1.10 83 -1～12 982 225 60 3.534 170 0.946 77 -2～10 832 143 56 4.091 136 0.645 83 16.0 -3～5 609 91 49 3.768 130 0.344 85 -3～7 970 90 51 3.695 140 0.559 91 0～8 898 113 58 4.085 141 0.473 87 0～10 928 95 59 3.843 153 0.516 90 20.0 1～5 798 115 55 3.56 154 0.340 86 -4～13 585 96 62 3.706 167 0.340 84 -1～13 813 83 68 4.557 149 0.275 90 5～12 1071 91 71 3.962 179 0.393 92

由上表可以看出：當HRT=10.8h時，進出水CODcr波動較大，進水CODcr為620～1218mg/L，出水122～211mg/L，去除率在74%～89%之間，出水效果不理想，波動較大。相對應的MLSS=2.487～5.678g/L,變化較大,污泥負荷=0.688～1.10kgCOD/(kgMLSS.d),也比較高。

當HRT=16.0h時，該階段進水波動較小,進水CODcr為610～930mg/L，出水CODcr為90～115mg/L，去除率達85%～91%，出水水質(zhì)比較穩(wěn)定。此階段污泥負荷Ns在0.24～0.39kgCODcr/(kgMLSS.d)之間，比第一階段有所降低，污泥濃度也趨于穩(wěn)定,MLSS為2.985～4.13g/L。

由上表可以看出：通過對不同水力停留時間的對比實驗，發(fā)現(xiàn)水力停留時間HRT=16h和20h處理效果差別不大，這說明在一定污泥負荷范圍內(nèi)，延長水力停留時間對提高去除效果意義不明顯，反而使投入產(chǎn)出比降低。

本實驗水力停留時間HRT=16h，污泥濃度MLSS=3000～4500mg/L，污泥負荷0.2～0.3kgCOD/kgMLSS.d,運行效果和經(jīng)濟性比較好。

3.2BOD5去除效果分析

表3BOD5去除效果及BOD5/CODcr的變化

溫度(℃) 進水（mg/L） 出水（mg/L） BOD5去除率(%) BOD5/ CODcr CODcr BOD5 CODcr BOD5 進水 出水 -1～3 813 217 83 13.6 94 0.26 0.16 4～14 760 341 152 9.4 97 0.45 0.06 7～21 862 329 116 15 95 0.38 0.13

通過BOD5實驗分析：雖然進水的可生化性不是很好，這與傳統(tǒng)的生活污水具有良好的可生化性（BOD5/CODcr=0.5左右）有一定差別，其原因是化糞池污水中大便成分含量較高,外觀成乳黃色，有機物濃度比一般小區(qū)或城市污水高2倍以上。理論和實踐證明，糞便污水的可生化性并不理想。另外，實驗出水BOD5已小于15mg/L，表明出水水質(zhì)中能夠生物降解的物質(zhì)絕大部分已去除，CODcr進一步降低的空間十分有限。所以，即使再延長曝氣時間或水力停留時間，出水CODcr不會有顯著降低。

3.3懸浮物（SS）去除效果分析

一般情況下，傳統(tǒng)活性污泥法處理污水的效果隨溫度的降低而變差，出水質(zhì)量差的一個重要原因就是二沉池污泥沉降性能不好。從物理現(xiàn)象上看，活性污泥比較細碎，不易形成大塊絮凝體，沉淀后的上清液仍有細小的懸浮顆粒隨出水帶走；從水質(zhì)特點上分析，低溫環(huán)境下，水的粘滯性增高，固體顆粒沉降阻力增大，降低了泥水分離效果。

但從CASS工藝處理低溫的整個實驗過程來看，廢水SS的去除率一直都很高，進水SS通常在100mg/L以上，出水SS通常保持在10mg/L左右，并且去除效果比較穩(wěn)定。這從另一方面反映了CASS工藝獨特的運行方式，使得曝氣結束后的沉淀階段整個池子面積均用于在近乎靜止的環(huán)境中進行泥水分離，故其固體通量很低，泥水分離效果良好。

4CASS工藝需氧量分析

通過連續(xù)監(jiān)測一個工作周期內(nèi)的溶解氧（DO）發(fā)現(xiàn)，CASS池中DO周期性變化非常明顯，經(jīng)歷一個好氧—缺氧—厭氧過程，氧濃度梯度大，氧轉移效率高，這對生物脫N除P以及防止污泥膨脹都十分有利。

下圖1給出了在低溫條件下DO的變化規(guī)律。

由上圖1可以明顯看出：曝氣結束，沉淀開始后15分鐘內(nèi)，DO從4.15mg/L迅速下降到0.28mg/L，曝氣重新開始前下降幅度趨于平緩，這就給生物反硝化細菌創(chuàng)造了良好的條件，使NO-3-N轉化為NO-2—N進而轉化為N2。這同時也提出了一個問題—低溫及中溫和高溫條件下應設置不同的沉淀時間。因為，夏天由于生物反硝化速率高，釋放出來的N2易使污泥上浮，如果沉淀時間設置過長，就會造成污泥上浮隨水流失。

4結論

4.1低溫對CASS工藝處理生活污水的影響

通過實驗觀察和分析：低溫對CASS工藝處理效果有一定影響，在其它條件相同情況下，與常溫條件相比，CODcr去除率約降低5%，這也反映出CASS工藝對溫度具有較好的適應能力，與國外文獻的介紹是一致的。但低溫造成活性污泥沉降性能降低，SV和SVI普遍高于常溫條件，可通過提高污泥濃度、降低污泥負荷和適當延長沉淀時間，解決給生產(chǎn)運行帶來的困難。

4.2推薦的工藝參數(shù)

通過對不同水力停留時間的對比實驗，發(fā)現(xiàn)水力停留時間HRT=16h和20h處理效果差別不大，這說明在一定污泥負荷范圍內(nèi)，延長水力停留時間對提高去除效果意義不明顯，反而使投入產(chǎn)出比降低。本實驗水力停留時間HRT=16h，污泥濃度MLSS=3000～4500mg/L，污泥負荷0.2～0.3kgCOD/kgMLSS.d,運行效果和經(jīng)濟性比較好。

4.3通過實驗觀察和理論分析可知：

CASS工藝污泥特性如SV、SVI和MLSS等受溫度變化影響較大，而污泥特性的變化直接影響到沉淀時間、排水比和污泥齡等參數(shù)的確定，因此，CASS工藝的運行要制定與溫度變化相適應的操作管理參數(shù)。

參考文獻：

1、穆瑞林，“寒冷地區(qū)城市污水處理工程設計”，《現(xiàn)代廢水處理實用技術》（1997）；

2、張自杰等，《環(huán)境工程手冊水污染防治卷》，高等教育出版社；

3、“寒冷地區(qū)污水活性污泥法處理設計規(guī)范”，（報批稿）《中國工程建設標準化協(xié)會批準》；

4、柏景芳編譯，“美國CASS法城市廢水處理技術”，《國外環(huán)境科學技術》，（1）（1995）。

注：⑴CASS工藝榮獲2000年全軍科技進步二等獎。

⑵CASS工藝榮獲2001年全國發(fā)明博覽會銀獎。