一、連續循環曝氣系統(CCAS)

A、CCAS工藝簡介

CCAS工藝，即連續循環曝氣系統工藝（Continuous Cycle Aeration System），是一種連續進水式SBR曝氣系統。這種工藝是在SBR（Sequencing Batch Reactor，序批式處理法）的基礎上改進而成。SBR工藝早于1914年即研究開發成功，但由于人工操作管理太煩瑣、監測手段落后及曝氣器易堵塞等問題而難以在大型污水處理廠中推廣應用。SBR工藝曾被普遍認為適用于小規模污水處理廠。進入60年代后，自動控制技術和監測技術有了飛速發展，新型不堵塞的微孔曝氣器也研制成功，為廣泛采用間歇式處理法創造了條件。1968年澳大利亞的新南威爾士大學與美國ABJ公司合作開發了“采用間歇反應器體系的連續進水，周期排水，延時曝氣好氧活性污泥工藝”。1986年美國國家環保局正式承認CCAS工藝屬于革新代用技術（I/A），成為目前的電腦控制的生物除磷、脫氮處理工藝。

CCAS工藝對污水預處理要求不高，只設間隙15mm的機械格柵和沉砂池。生物處理核心是CCAS反應池，除磷、脫氮、降解有機物及懸浮物等功能均在該池內完成，出水可達標排放。

經預處理的污水連續不斷地進入反應池前部的預反應池，在該區內污水中的大部分可溶性BOD被活性污泥微生物吸附，并一起從主、預反應區隔墻下部的孔眼以低流速(0.03-0.05m/min)進入反應區。在主反應區內依照“曝氣（Aeration）、閑置(Idle)、沉淀(Settle)、排水(Decant)”程序周期運行，使污水在“好氧-缺氧”的反復中完成去碳、脫氮，和在“好氧-厭氧”的反復中完成除磷。各過程的歷時和相應設備的運行均按事先編制，并可調整的程序，由計算機集中自控。

CCAS工藝的*結構和運行模式使其在工藝上具有*的優勢：

（1）曝氣時，污水和污泥處于*理想混合狀態，保證了BOD、COD的去除率，去除率高達95%。

（2）“好氧-缺氧”及“好氧-厭氧”的反復運行模式強化了磷的吸收和硝化-反硝化作用，使氮、磷去除率達80%以上，保證了出水指標合格。

（3）沉淀時，整個CCAS反應池處于*理想沉淀狀態，使出水懸浮物（SS）極低，低的SS值也保證了磷的去除效果。

CCAS工藝的缺點是各池子同時間歇運行，人工控制幾乎不可能，全賴電腦控制，對處理廠的管理人員素質要求很高，對設計、培訓、安裝、調試等工作要求較嚴格。

B、國內外城市污水處理廠發展概況

水是經濟發展和社會可持續發展的一個重要因素。隨著城市規模的不斷擴大和人口的增加，水環境污染成了一大難題。城市污水是目前江河湖泊水域污染的重要原因，是制約許多城市可持續發展的主要原因之一。“環境保護”是我國的基本國策，中國可持續發展的戰略與對策制定的2000年治理目標，要求城市污水集中處理率達20%。目前，我國正處于城市污水處理事業的大發展時期，尤其隨著國家西部大開發戰略的實施，中國中西部環境與生態保護已被提上首要議事日程。

城市生活污水處理自200年前工業革命以來，越來越受到人們的重視。城市污水處理率已成為一個地區文明與否的一個重要標志。近200年來，城市污水處理已從原始的自然處理、簡單的一級處理發展到利用各種*技術、深度處理污水，并回用。處理工藝也從傳統活性污泥法、氧化溝工藝發展到A/O、A2/O、AB、SBR（包括CCAS工藝）等多種工藝，以達到不同的出水要求。我國城市污水處理相對于國外發達國家、起步較晚，目前城市污水處理率只有6.7%。在我們大力引起*技術、設備和經驗的同時，必須結合我國發展，尤其是當地實際情況，探索適合我國實際的城市污水處理系統。

結合我國實際情況，參考*技術和經驗，建設城市污水處理廠應符合以下幾個發展方向：
（1）總投資省。我國是一個發展中國家，經濟發展所需資金非常龐大，因此嚴格控制總投資對國民經濟大有益處。

（2）運行費用低。運行費用是污水處理廠能否正常運行的重要因素，是評判一套工藝優劣的主要指標之一。

（3）占地省。我國人口眾多，人均土地資源極其緊缺。土地資源是我國許多城市發展和規劃的一個重要因素。

（4）脫氮除磷效果。隨著我國大面積水體環境的富營養化，污水的脫氮除磷已經成為一個迫切的問題。我國實施的國家《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）也明確規定了適用于所有排污單位，非常嚴格地規定了磷酸鹽排放標準和氨氮排放標準。這就意味著今后絕大多數城市污水處理廠都要考慮脫氮除磷的問題。

（5）現代*技術與環保工程的有機結合。現代*技術，尤其是計算機技術和自控系統設備的出現和完善，為環保工程的發展提供了有力的支持。目前，國外發達國家的污水處理廠大都采用*的計算機管理和自控系統，保證了污水處理廠的正常運行和穩定的合格出水，而我國在這方面還比較落后。計算機控制和管理也必將是我國城市污水處理廠發展的方向。

C、幾種處理系統的工藝比較

為了選擇出工藝上可靠，投資上經濟，管理上方便的城市污水處理系統，結合當地的實際情況，我們調研了國內外污水處理廠的成熟經驗和發展趨勢，并進行了比較。

目前，國內外城市污水處理廠處理工藝大都采用一級處理和二級處理。一級處理是采用物理方法，主要通過格柵攔截、沉淀等手段去除廢水中大塊懸浮物和砂粒等物質。這一處理工藝國內外都已成熟，差別不大。二級處理則是采用生化方法，主要通過微生物的生命運動等手段來去除廢水中的懸浮性，溶解性有機物以及氮、磷等營養鹽。目前，這一處理工藝有多種方法，歸結起來，有代表性的工藝主要有傳統活性污泥、氧化溝、A/O或A2/O工藝、SBR及CCAS工藝等。目前，這幾種代表工藝在國內外都有實際應用。

二、SPR高濁度污水處理技術

在天然淡水資源已被充分開發、自然災害日益頻繁暴發的今天，缺水已經對世界各國眾多城市的經濟和市民生活構成了十分嚴重的威脅，缺水危機已經是我們面臨的現實，解決城市缺水問題的重要途徑應該是將城市污水變為城市供水水源。城市污水就近可得，來源穩定，容易收集，是可靠且穩定的供水水源。城市污水經凈化后回用主要可作為市政綠化、景觀用水和工業用水。

城市污水再生回用工程包括污水收集系統、污水凈化處理技術及其系統、出水輸配系統、回用水應用技術和監測系統。其中污水凈化再生技術及其系統是關鍵，污水凈化處理的流程要簡單可靠，投資和運行費用要為該城市經濟實力所能承受，處理后出水的水質要滿足回用的要求。

沿用了許多年的傳統的“一級處理”及“二級處理”水處理工藝技術和設備已經難以適應當今的高濁度和高濃度污水的凈化處理要求，處理后出水更不能滿足城市對水回用的水質要求。沿著傳統的工藝技術路線只能進一步附加傳統的“三級處理”設備系統，既回避不了龐大復雜的傳統二級生化處理系統，也回避不了投資和運行費用都十分昂貴的傳統三級過濾吸附處理系統。這些恰恰是實現污水回用的忌諱之處。所以，環保市場十分迫切需要凈化效率更高、處理后出水能滿足現有環保標準并且能回用于城市，投資和運行費用又要為現有城市的經濟實力所能接受的污水處理新技術和新設備。

發明的“SPR高濁度污水凈化系統”（美國發明 ）將污水的“一級處理”和“三級處理”程序合并設計在一個SPR污水凈化器罐體內 ，在30分鐘流程里快速完成 。它容許直接吸入懸浮物（濁度）高達500毫克/升至5000毫克/升的高濁度污水，處理后出水的懸浮物（濁度）低于3毫克/升（度）；它容許直接吸入CODcr為200毫克/升至800毫克/升的高濃度有機污水，處理后出水CODcr可降為40毫克/升以下。只需用相當于常規的一 、二級污水處理廠的工程投資和低于常規二級處理的運行費用 ，就能夠獲得三級處理水平的效果 ，實現城市污水的再生和回用。

SPR污水處理系統首先采用化學方法使溶解狀態的污染物從真溶液狀態下析出，形成具有固相界面的膠粒或微小懸浮顆粒；選用高效而又經濟的吸附劑將有機污染物、色度等從污水中分離出來；然后采用微觀物理吸附法將污水中各種膠粒和懸浮顆粒凝聚成大塊密實的絮體；再依靠旋流和過濾水力學等流體力學原理，在自行設計的SPR高濁度污水凈化器內使絮體與水快速分離；清水經過罐體內自我形成的致密的懸浮泥層過濾之后，達到三級處理的水準，出水實現回用；污泥則在濃縮室內高度濃縮，定期靠壓力排出，由于污泥含水率低，且脫水性能良好，可以直接送入機械脫水裝置，經脫水之后的污泥餅亦可以用來制造人行道地磚，免除了二次污染。

新發明的SPR污水凈化技術以其流程簡單可靠、投資和運行費用低、占地少、凈化效果好的眾多優勢將為當今世界的城市污水的再利用開創一條新路。城市污水實現再利用之后，為城市提供了第二淡水水源，為城市的可持續發展提供了*的條件，其經濟效益和社會效益是不可估量的.

SPR污水處理系統與眾不同的技術特點

1.城市生活污水和處理藥劑的混合主要是在泵前吸藥管道 、污水泵 葉輪、蛇形反應管 和瓷球反應罐的組合作用下完成的 ，依照紊流速度 、混合時間 、和水力學結構數據設計 ，得以十分充分的混合 ，為取得混凝凈化效果和大限度地節省藥劑創造了前提條件 。這是過去常規的一級處理和二級處理之水工結構所做不到的 。

2.SPR系統處理城市污水時 ，采用五種以上污水處理藥劑及其配方組合使用 ，靠化學反應使污水中溶解狀態的有機污染物 、重金屬離子 和有害的鹽類從水中析出 ，成為有固相界面的微小顆粒 （它包含有污水三級處理的作用）。其中還選用了一種吸附效果很好而價錢又很便宜的吸附劑,以吸附有機污染物和色度 。靠消毒劑在30分鐘的流程內殺滅細菌和大腸桿菌 。靠混凝的物理化學吸附作用將懸浮物及各類雜質凝聚成大而且密實的絮團 。這樣發揮各藥劑的單獨作用和它們之間的交聯作用的用藥方式是與常規的物理化學法不相同的 。而且SPR系統使用的組合藥劑配方 ，只能在具有十分精細的水動力學參數設計的SPR污水凈化器及其系統里才能充分發揮作用 ，在常規的水工系統里是無法使用的 。

3.SPR系統裝置能夠依照模擬試驗得出的配方 ，借助大氣壓力和流量計 ，十分精確地投加混凝藥劑和絮凝藥劑 ，不致因加藥過量而造成藥劑殘留在凈化后的出水中，而且動力消耗很少 。

4.SPR污水凈化器內部結構是*按照混凝機理精確設計的 ，形成的渦旋流動和各部位恰當的水流速度 ，使得膠體顆粒之間有多的碰撞次數 ，并且有凝聚吸附所需的佳流速環境 。從而在極小的容積內獲得了極充分的凝聚效果 。這也是常規水工裝置*的 。

5.根據混凝形成的絮團實際狀況 ，準確確定了SPR污水凈化器內部的水動力學數據 ，使得在罐體中上部形成了一個有幾十厘米厚的 、十分致密的懸浮泥層 。所有經過混凝的出水都必須通過此懸浮泥層的過濾 ，才能升流到罐體上部的清水匯集區 。它十分成功地起到了污水高級處理工藝中極為重要的過濾作用 。

這個致密的懸浮泥層是由污水中的污泥及混凝藥劑形成的絮體本身組成的 。隨著絮體由下向上運動 ，使泥層的下表層不斷增加 、變厚 ；同時 ，隨著過濾水力學原理形成的罐體的旁路流動，引導著懸浮泥層的上表層不斷流入中心接泥桶 ，上表層不斷減少 、變薄 。這樣 ，懸浮泥層的厚度達到一個動態的平衡 。當混凝后的出水由下向上穿過此懸浮泥層時 ，此絮體濾層靠界面物理吸附和電化學特性及范德華力的作用 ，將懸浮膠體顆粒 、絮體 、細菌菌體等等雜質全部攔截在此懸浮泥層上 ，使出水水質達到三級處理的水平 。由于泥層是由絮體組成 ，致密度高 ，過濾效率遠遠高于常規的沙粒層過濾 ；由于是處于懸浮狀態的絮體泥層作濾層 ，其過濾的水頭（阻力）損失非常小 ，所以動力消耗遠遠低于常規的砂層過濾 、微孔過濾 、或反滲透膜過濾；又由于過濾泥層是凈化過程中由污水中的污泥自動補充添加 ，又自動被引走 ，即過濾泥層自身在不斷地更新 ，過濾泥層總是保持著穩定的厚度，而且總是保持著穩定的物理吸附和電化學吸附性能 ，因此能獲得穩定的過濾效果 。而且*免去了常規系統中*的過濾層的反沖洗以及反沖洗帶來的眾多麻煩 。這種結構和原理與常規的三級污水處理的過濾裝置是*不同的 ，這里沒有價格昂貴的反滲透膜過濾 、微孔過濾 、或活性炭過濾等裝置 。所以 ，投資省 、動力消耗小 、運行費用低是SPR系統的必然優勢。

6.SPR系統選用的絮凝劑 ，同時也是良好的污泥助濾劑 ，所以 ，系統后排出的污泥漿 ，其脫水性能良好 ，可以不另外添加助濾劑 ，就直接泵入壓濾機脫水 。泥餅可以制成人行道地磚再利用 ，不會帶來二次污染的問題 。它沒有傳統的生化法產生的污泥含水率很高、脫水性能很差的致命弱點。

7.本類型污水凈化器曾開機運行處理過養豬場污水 、養雞場污水 、煤礦礦井坑道污水 、生豬屠宰場污水 、高粱釀酒廠酒糟污水 、紡織印染污水、再生紙造紙污水和城市生活污水等等含有大量有機污染物和氨氮的污水；也成功應用于陶瓷廠污水、墻地磚廠污水、大理石水磨拋光污水、洗煤污水、燃煤鍋爐濕法除塵污水、石英砂洗砂污水等懸浮物含量*的污水的凈化和回用。 各地檢測部門測試了污水凈化器進水和出水的有關數據 。測試報告單表明 ：氨氮去除率可以達到85％，總氮去除率可達95％ ，有機氮去除率可達96％ ，BOD去除率可達95％ ，懸浮物的去除率則高達98.3% ~ 99.6% ，出水濁度達到3 度（3 毫克 / 升）以下。這是本凈水系統在低投資 、低運轉費的前提下所獲得的出水指標 。 這是常規的物化法和生物化學法的一級 、二級處理系統都無法達到的 。

除發達國家有專門的城市生活污水管路系統外，實際的城市污水往往混入有許多工業污水，可生化性差和污染物成分不規則地快速變化是我們面臨的現實，而針對降解某種有機污染物的微生物生長、繁殖的過程卻太長，所以，傳統生化系統難以適應當今愈來愈工業化了的城市的污水。SPR系統已擁有處理眾多工業污水的適應能力和物化法具有的快速應變能力，容易通過自動化的手段應付系統入口污水水質的變化，保持穩定的凈化效果。

8.在SPR系統中投放殺菌消劑時 ，只要增加一些投氯量（無需另外增加設備）就可以起到用氯來氧化除氨的作用 ，進一步提高污水處理系統去除氨氮的效率 。

9.假如經過SPR系統處理后的出水氨氮含量還未達到較嚴格的要求（如某些發達國家或發達地區將排水標準定為含氨氮1毫克 / 升以下） ，也可以后續再串聯設置一級離子交換裝置 ，靠斜發沸石離子交換柱終達到除氨氮的目標 。

因為斜發沸石離子交換系統要求進口水質的懸浮物含量要低于35毫克 / 升 ，否則會影響離子交換柱的功能和壽命 ，從而大大增加離子交換的運行費用 。過去 ，常規的一 、二 級污水處理裝置是難以長期穩定地達到這樣的前處理水平的 ，因而限制了離子交換法除氨氮技術的廣泛應用 。現在 ，SPR污水處理系統可以保證凈化后出水的懸浮物含量低于3毫克 / 升（實際運行中出水的懸浮物含量多為1毫克 / 升） ，使得后續的斜發沸石離子交換系統去除氨氮的負荷減輕很多 ，交換柱的使用壽命會大大延長 ，即離子交換的運行費用會大大降低 ，將使離子交換法除氨氮技術的優點得到更充分的發揮 。

早在七十年代 ，美國Minnesota 州Minneapolis 市的羅茲芒污水廠就是用純粹的物理化學法處理城市生活污水的 ，其工藝流程是：化學混凝----沉淀----過濾和活性炭吸附----斜發沸石離子交換 。其后出水水質標準為：氨氮1 毫克 / 升 ，BOD 10毫克 / 升 ，磷 1毫克 / 升，懸浮物 10毫克 / 升 ，pH 8.5 。證明純粹的物理化學法處理城市污水在技術上是可行的 。現在 ，依靠新發明的SPR凈水技術 ，將使這項工藝的經濟性更為圓滿 。

10 。其實 ，經過SPR污水凈化系統處理后的出水 ，其懸浮物的含量小于3 毫克 / 升 ，濁度也小于3 度 （毫克 / 升 ） ，達自來水標準 ，不再會堵塞輸水管路 ，并且已經經過了良好的消毒 。將此出水回送到城市各地 ，作為城市草坪綠地和樹木綠化澆灌用水是十分安全 、可靠的 。經過SPR系統處理后的出水中 ，殘存的氮含量已經很低 ，氮作為植物生長的營養物是不必去除 、或不必去除得那么干凈 的。從而可以免去除氮的深度處理投資及其運行費用 ，既保證了環境質量 ，又為社會節省了大筆資金 。 用此回用水取代自來水作為城市綠化用水 ，將大大節省城市的淡水資源 ，減輕城市市政部門的供水壓力 ，對城市的整體經濟發展定會產生十分巨大的效益 。這是城市污水回用的新概念。

11 。這種純粹的物理化學法污水處理系統 ，受天氣 、環境 及人為因素的影響少 ，操作人員控制處理系統的能力和靈活性都大大*于生物化學法 ，這是*的 。