概述
北京航天城污水处理厂是跨世纪国家重点工程的配套设施。该污水处理厂分两期建设，一期工程于1996年12月破土动工，至1998年4月建成并投入设备调试及试运行，7月29日经北京市环保局验收后转入正常运转。近期排放污水量7 200m3/d，远期14 400m3/d。废水主要包括生活污水、工业废水和医院污水，各自所占比例为81.5%、18.0%、0.5%，其污水主要是生活污水，主要污染物包括：有机物、悬浮物和油类等。设计进出水水质及排放标准(北京市综合废水排放二级标准)见表1。
表1 设计进出水水质及排放标准
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1 工艺概况
1.1 工艺简介
在大量文献调研基础上，通过方案筛选，我们选用周期循环活性污泥法(Cyclic Activated Sludge System，简称CASS)。该工艺最早是美国川森维柔废水处理公司1975年研究成功并推广应用的废水处理技术专利。为将该工艺引进、消化，探讨适合 我国国情的新型污水处理工艺，总装备部工程设计研究总院环保中心于1994年在实验室进行了模拟试验研究，并成功地应用于北京航天城污水处理厂。
1.2 工艺流程
污水处理厂高程布置如图1所示。污水中含有较大颗粒的悬浮物和漂浮物，经过格栅截留，除去上述污染物，防止后续处理构筑物管道、阀门和水泵机组堵塞。污水 经集水池用潜污泵抽至沉砂池，在沉砂池中可除去比重较大的无机颗粒，污水经沉砂池后由配水管自流进入CASS池进行生物处理，出水达标后，部分用作农田灌 溉或池塘补充水，剩余部分排放。
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CASS池是污水处理厂的核心，它在SBR的基础上前部设置了生物选择区，后部安装了可升降的自动滗水器，曝气、沉淀、排水均在同一池子内周期性循环进 行。生物选择区和主反应区之间由隔墙隔开，污水由生物选择区通过隔墙下部进入主反应区，托动水层缓慢上升。整个CASS池平面24m×24m，主反应区和 预反应区长度分别为19.25m和3.75m，宽度方向分4格，每格可独立运行，池深5m，有效水深4.5m(污泥区高1.3m，缓冲区高1.7m)，活 性污泥界面以上最小水深为1.34m，每周期排水比约为1/3，CASS反应池构造简图示于图2。
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2 工程调试和试运行
污水处理厂调试及试运行是污水处理工程建设的重要阶段，是检验污水处理厂前期设计、施工、安装等工程质量的重要环节。设备安装完工后，按单体调试、局部联 合调试和系统联合试运转三个步骤进行。污泥的培养驯化采用接种培养法，具体是在CASS池中加入其它污水处理厂浓缩脱水后的污泥，闷曝24h，此后每天排 出部分上清液并加入新的污水，逐步加大负荷，此阶段不排泥。培养期间应通过镜检密切观察CASS池中微生物相的变化；同时进行进、出水水质及反映活性污泥 性能指标的测定，包括：SV、MLSS、SVI、COD、BOD5等。随着微生物培养时间的增加，检测到污泥中有大量活跃的原生动物和少量的后生动物，此 时SVI＝80mL/g～100mL/g，SV＝18%～20%，MLSS＝1 200mg/L～1 800mg/L，表明活性污泥培养基本成功。此阶段完成后即可进入污水厂全面试运行阶段。
污水厂试运行是指在满负荷进水条件下，优化、摸索运行参数，取得最佳的去除效果，同时对工程整体质量进一步全面考核，为今后长期稳定运行奠定基础。此阶段 大致包括以下几方面工作：滗水器控制参数的确定，CASS池运行周期及曝气、沉淀、排水、闲置时间的分配，自控系统的校正、污泥脱水过程中混凝剂的投加量 等。
2.1 滗水器控制参数的确定
CASS工艺的特点是程序工作制，可依据进、出水水质变化来调整工作程序，保证出水效果。滗水器是CASS工艺中的关键设备，工程采用的滗水器是我院环保 中心和四达水处理公司在模拟试验基础上开发成功的新型滗水设备。该滗水器采用丝杠套筒式，通过电机的运动，带动丝杠上下移动，从而带动连接于丝杠末端的浮 动式滗水堰，完成滗水过程。
每次滗水阶段开始时，滗水器以事先设定的速度首先由原始位置降到水面，然后随水面缓慢下降，下降过程为：下降10s，静止滗水30s，再下降10s，静止 滗水30s…，如此循环运行直至设计排水最低水位，通过滗水器的堰式装置迅速、稳定、均匀地将处理后的上清液排至排水井，滗水器下降速度与水位变化相当， 排出的始终是最上层的上清液，不会扰动已沉淀的污泥层。滗水器上升过程是由低水位连续升至最高位置，即原始位置，上升时间通过调试摸索确定。滗水器在运行 过程中设有限位开关，保证滗水器在安全行程内工作。调试工作主要是根据进出水水质及水量来探索滗水器的排水时间、滗水器最佳下降速度及排水结束后滗水器的 上升时间。
2.2 CASS池运行周期的确定
根据实验室小试结果，原设计的CASS池运行周期是4h，其中曝气2h，沉淀1h，排水1h。调试过程中发现原水浓度比设计原水浓度低，有必要根据实际废 水水质情况来确定运行周期，根据进出水水质指标适当调整周期中各阶段时间的分配，如适当减少曝气时间、延长沉淀时间等，这样在保证出水水质的情况下节省了 能耗。污水厂实际运行周期仍是4h，其中曝气1.5h，沉淀1h，排水1h，闲置0.5h。
2.3 自控系统的校准
CASS工艺之所以在国外得到普遍应用，得益于自动化技术的应用。北京航天城污水处理厂根据工艺流程与厂区设备分布状况，自动控制采用集散式控制系统，由 我院环保中心与北京研华公司合作研制。整套控制系统采用现场可编程控制(PLC)与微机集中监控，在污水提升泵房、4座CASS池及污泥脱水机房各设置1 台现场控制机(可手动控制)；在中心监控室设有1台工控机和模拟显示屏。现场控制机独立完成相应的参数设置、数据显示、自动控制、数据通信等全功能，中央 控制计算机通过工业现场总线向各现场控制机传输和采集数据，并可根据进、出水水质变化适当调整工作程序，发现问题及时解决。模拟显示屏显示工艺全过程的数 据与状态。
2.4 运行结果
从每天监测的水质情况看，CASS工艺经过上述各阶段的调试和试运行，取得了良好效果。进水水质：CODCr＝70mg/L～80mg /L，BOD5＝30mg/L～35mg/L，pH＝6.8～7.5；出水经常保持在CODCr＝20mg/L以下，BOD5=7mg/L左 右，SVI＝80mL/g～100mL/g，SV=18%～20%，pH＝6.8～7.5，优于国家排放标准。
CASS工艺产生的污泥量较少，污泥性质稳定，具有良好的沉降、絮凝、脱水性能。调试至今半年过去了，未发生污泥膨胀现象，这样更从实践上验证了CASS工艺的优越性。
3 CASS工艺的特点
从北京航天城污水处理厂的运行实践来看，CASS工艺与其它污水处理工艺相比确实是一种先进实用的工艺。具体体现在以下几个方面：
(1)此工艺建设费用低，与常规活性污泥法相比，省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，工艺流程简洁，建设费用可节省10%～25%，占地面积可减少20%～35%。
(2)运转费用省。由于曝气是周期性的，重新开始曝气时，氧浓度梯度大，传递效率高，节能效果显著，运转费用可节省10%～25%。此外，本工程采用水下曝气机代替传统鼓风机曝气，消除了噪音污染。
(3)有机物去除率高，出水水质好。
(4)管理简单，运行可靠，能有效防止污泥膨胀。与传统的SBR工艺相比，CASS最大的特点在于增加了一个生物选择区，且连续进水(沉淀期、排水期仍连 续进水)，没有明显标志的反应阶段和闲置阶段。设置生物选择区的主要目的是使系统选择出良好的絮凝性生物。
据有关资料介绍，污泥膨胀的直接原因是丝状菌的过量繁殖。由于丝状菌比菌胶团的比表面积大，因此，有利于摄取低浓度底物。而一般丝状菌的比增殖速率比其它 细菌小，在高底物浓度下菌胶团和丝状菌都以较大速率降解底物和增殖，但由于菌胶团细菌比增殖速率较大，其增殖量也很大，从而占优势。所以CASS池首端设 计合理的生物选择区可以有效地抑制丝状菌的生长和繁殖，克服污泥膨胀。
(5)控制系统设计紧密结合CASS工艺特点，管理简单，运行可靠。CASS工艺要求周期性地对相关设备进行控制，在系统设计与软件编程上我们采取了以下 做法：①滗水器的滗水量采用了准PWM法，即在排水进程滗水器间歇下降，由于下降时间与间歇时间均可方便设定，实现了非调速滗水机滗水量的控制；②监控室 内可方便地设定曝气量；③采取了超低水位进程暂停、超高水位声光报警等较完备的保护措施。④污水提升泵采用自动循环备用的自控模式，使每台泵的运行几率尽 可能相同；避免了自动备用方式造成的主泵过度运转。日处理量7 200m3/d的北京航天城污水处理厂，需操作管理工5～8人，而我国相同规模采用传统污水处理工艺则需操作管理工30人以上。
(6)污泥产量低，性质稳定。
