浅析CASS工艺特点及在污水处理中的应用

收稿日期：2016.1.21浅析CASS工艺特点及在污水处理中的应用王东浩1（1.南京理工大学环境与生物学院，南京市210094）摘要：CASS工艺(CyclicActivatedSludgeSystem)是一种较为先进的具有良好生物脱氮除磷性能的活性污泥法污水处理工艺，其具有节约占地、无需设初沉池和二沉池、基建费用低、抗冲击负荷能力强、操作管理方便等优点，已于近年来在我国污水处理行业得到了越来越多的应用。本论文以实际工程为研究对象，探讨CASS工艺处理污水的能力，工艺特点与优化方案，以及优化组合工艺处理废水的工程设计与运行情况。关键词：CASS工艺；污水处理；优化方案CASSprocesscharacteristicisanalysedanditsapplicationinwastewatertreatmentWangdonghao1(1.Nanjinguniversityoftechnologyinstituteofenvironmentalandbiological,Nanjing210094,China)Abstract：CASSprocess(CyclicActivatedSludgeSystem)isakindofadvancedhavegoodbiologicaldenitrificationandphosphorusremovalperformanceofwastewatertreatmentbyActivatedSludgeprocess,itcoversanareaofsaving,noneedatthebeginningofapond,andthesecondpond,lowcapitalcost,strongabilitytoresistimpactload,theadvantagesofconvenientoperationandmanagement,hasbeeninthesewagetreatmentindustryinourcountryinrecentyearshasbeenmoreandmoreused.Toactualengineeringastheresearchobject,thispaperdiscussestheabilityofCASSprocesssewage,processcharacteristicsandoptimizationscheme,andoptimizethecombinationprocessofwastewatertreatmentengineeringdesignandoperation.Keywords：CASSprocess；Sewagetreatment；Optimizationscheme20引言我国是一个严重缺水的国家，人均水资源占有量仅有世界平均水平的1甜，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。水资源已经成为制约我国经济社会发展的重要因素。随着城市化水平和经济社会的快速发展，我国对于水资源的需求也会越来越大。根据水利部门的预测，到2030年我国人口至16亿时。人均水资源将降低到1700m3，总缺水量将达到400～500亿m3，已经达到了世界公认的缺水警戒线。因此．如何处理水资源短缺与经济社会发展之间的矛盾成为当务之急。在水资源紧缺的条件下，对于污水的处理是解决水资源短缺的重要方式，不仅可以实现水资源的循环利用，也是开展清洁生产、进行环境保护的重要措施。1．CASS工艺概述1．1CASS工艺简介CASS(CyclicActivatedSludgeSystem)工艺是SBR工艺的改进型，是循环活性污泥技术的一种型式。CASS工艺特指设有生物选择器及兼氧区和主反应区的可变容积反应池，以序批曝气非曝气方式运行的充放方式间歇活性污泥处理工艺，在一个反应器中完成有机污染物的生物降解和泥水分离的处理功能。它的循环操作运行过程包括以下四个阶段：进水一曝气阶段—沉淀阶段一上清液滗水一闲置阶段。1．2CASS工作原理在预反应区内，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、PH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一个推流过程，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。2．CASS工艺的主要技术特征2．1连续进水．间断排水传统SBR工艺为间断进水，间断排水，而实际污水排放多为连续或半连续的，CASS工艺可连续进水．克服了SBR工艺的不足，比较适合实际排水的特点，拓宽了SBR工艺的应用领域。虽然CASS工艺设计时均考虑为连续进水，但在实际运行中即使有间断进水，也不影响处理系统的运行。2．2运行上的时序性CASS反应池通常按曝气、沉淀、排水和闲置四个阶段根据时间依次进行。2．3运行过程的非稳态性每个工作周期内排水开始时CASS池内液位最高，排水结束时，液位最低，液位的变化幅度取决于排水比，而排水比与处理污水的浓度、排放标准及生物降解的难易程度等有关。反应池内混合液体积和基质浓度均是变化的．基质降解是非稳态的。2．4溶解氧周期性变化．浓度梯度高CASS在反应阶段是曝气的。微生物处于好氧状态．在沉淀和排水阶段不曝气，微生物处于缺氧甚至厌氧状态。因此，反应池中溶解氧是周期性变化的，氧浓度梯度大、转移效率高，这对于提高脱氮除磷效率、防止污泥膨胀及节约能耗都是有利的。实践证实对同样的曝气设备而言，CASS工艺与传统活性污泥法相比有较高的氧利用率。3．CASS工艺优势3．1CASS与传统的活性污泥法的比较(1)建设费用低。省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，建设费用可节省20％～30％。工艺流程简洁，污水厂主要构筑物为集水池、沉砂池。CASS曝气池、污泥池，布局紧凑，占地面积可减少35％。(2)运转费用省。由于曝气是周期性的，池内溶解氧的浓度也是变化的，沉淀阶段和排水阶段溶解氧降低．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％。3(3)能很好地缓冲进水水量与水质的波动。不仅能有效去除污水中有机碳源污染物，而且具有良好的脱氮、除磷功能，排出的剩余污泥稳定化程度较高。(4)进水的波动可用改变曝气时间的简单方法即可予以缓冲。管理简单，运行可靠，不易发生污泥膨胀，一般污泥指数不超过50～70mg/L。3．2CASS与SBR或CAST工艺的比较(1)CASS反应池由预反应区和主反应区组成，预反应区控制在缺氧状态，因此提高了对难降解有机物的去除效果。(2)CASS工艺进水是连续的，因此进水管道上无电磁阀等控制元件，单个池子可独立运行，而SBR或CAST进水过程是间歇的，应用中一般要2个或2个以上池子交替使用。增加了对控制系统的复杂程度。(3)CASS每个周期的排水量一般不超过池内总水量的1/3，而SBR则为1/2～3/4．CASS池抗冲击能力也比较好。(4)CASS比CAST系统简单。4．CASS工艺在污水处理中的应用4．1CASS工艺处理低温生活污水[1]寒冷地区低温污水处理一直是目前水处理中的难点，低温污水主要是指在我国北纬40度以北的城镇(一般在6～10℃，少数在4～6℃)的冬季城市污水。由于我国寒冷地区一年中的大部分时间处于低温环境。地面排水温度一般在10℃左右，而生物处理一般要求水温在13℃以上，这就给污水处理带来很大困难。低温对CASS工艺处理效果有一定影响，在其他条件相同情况下。与常温条件相比，CODCr去除率约降低3％，这也反映出该工艺对温度具有较好的适应能力。但低温造成活性污泥沉降性能降低，SV和SVI值普通高于常温条件，可以通过提高污泥浓度、降低污泥负荷、适当延长沉淀时间和向CASS池中投加少量粘土等措施，解决低温给生产运行带来的因难。4．2CASS工艺处理啤酒生产废水[1]啤酒生产废水主要含糖类、酸类等有机物，属中等浓度的食品工业废水,进入水体要消耗大量溶解氧，对水体环境造成严重危害，必须经处理达标后才能外排。青岛某新建啤酒厂废水处理间，主体工艺采用CASS法．运行以8h为周期，其中迸水、曝气、回流时间为6h，进水、沉淀时间为lh，滗水、排泥时间为lh。工程调试后，连续运行时间约半年。运行效果为：CASS处理工艺能有效的处理啤酒废水，当CODCr在800～1500mg/L范围内，处理出水能达到或优于地方排放标准：且合理的选取设计参数，能使CASS工艺达到稳定的运行效果。4．3CASS工艺处理中等城市生活污水[1]河南省某生活污水处理厂，应用CASS+混凝沉淀+过滤消毒的工艺处理生活污水，通过实际运行。出水稳定达标，且部分中水进行回用。工程实践表明，生活污水处理采用CASS工艺是行之有效的。本污水处理技术先进，工艺可靠，建设及运行费用低，取得了较好的环境效益和经济效益。4．4CASS工艺处理大城市生活污水[2]广东省某城市污水处理厂设计总规模为4万m3/d，首期为2万m3/d。该城市污水处理厂工艺流程如下:进出水水质及污染物去除率如下:4CASS生化池总设计水力停留时间为14h,其中生物选择区1.12h,兼氧区0.84h,主反应区12.04h。池内有效水深为6m。工程总投资为1644.37万元，效果显著。4．5CASS工艺处理高COD生活污水[3]采用CASS工艺处理高浓度COD生活污水时，MLSS、曝气时的DO浓度、曝气时间及回流比等4个运行参数对COD去除效果的影响主次顺序依次为曝气时间、曝气时的DO浓度、MLSS、回流比。在满负荷运行条件下，当进水COD高达500mg/L左右时，控制曝气时间为140min、曝气时的DO浓度为3．5mg/L、MLSS为4．5g/L、回流比为25%，可使出水水质稳定达到GB18918—2002的一级B排放标准。5．CASS工艺在污水处理中的优化探究5．1CASS工艺处理优化调控，降低电耗[4]雁山污水厂根据实际进水情况：①水质波动较大（工业园企业生产作业周期以及预计影响）；②主要服务人群学生的放假，2月，7月，8月CODCR和氨氮的指标都明显降低。做出调整规划，运用实验结果和实际经验相结合，在保证出水水质完全达到设计标准的同时，明显降低了单位水量电耗。另外CASS工艺不仅占地少，构筑物少，运行方法灵活，运行费用低等特点，还可以根据周边环境即对周边环境进行相应的调整。对水量变化大，水质不稳定的城镇污水也有较强的适应性。5．2CASS工艺处理降低病菌，污水回用[5]生活污水的特征是水质比较稳定，可生化性较好，总体污染物浓度不高，N、P浓度较高，含病原体，故采用以CASS为核心的工艺进行设计。该CASS工艺流程相对较为简捷，占地面积较小，抗冲击负荷能力较强，运行成本较低，整个工艺操作运行较为灵活简便，可最大程度地实行自动化管理控制。此外，由于小区生活污水含有致病细菌,该污水处理工艺还结合了液氯消毒工序，可达到小区生活污水的回用要求。总体而言，CASS工艺比较适合处理住宅生活区的生活污水。将CASS工艺与其他深度处理工艺相结合，可将住宅生活区的生活污水进行中水回用，节约水资源。5．3CASS工艺处理优化运行参数，改善处理效果[6]污水处理厂投入运行后出现污泥膨胀、污泥上浮及出水氨氮和总氮超标等问题进行探索和研究，并通过调整CASS池运行参数控制和解决问题，东北地区哈尔滨市何家沟平房污水处理厂出水水质不达标、污泥膨胀和污泥上浮等问题，通过现场小试试验的方式，对水厂CASS工艺的各个运行参数对其处理效能的影响情况进行了研究，对CASS工艺投入运行后出现的问题进行了探讨和研究，并最终解决问题。（1）CASS工艺的循环周期由4h改为6h后，出水水质有明显提高，曝气时间越短，COD和NH3-N去除效果越差；延长沉淀的时间可以改善出水中TN和SS含量的去除效果。考虑到能耗的问题，确定6h为CASS工艺