CASS工藝在生活污水處理廠中的應用
1 引言
CASS (Cyclic Activated Sludge System)循環活性污泥系統是近年來國際公認的處理生活污水及工業廢水的先進工藝。在整個工藝中，進水、曝氣、沉淀、出水在同一池子內周期循環運行，以此省去了傳統活性污泥法的二沉池和污泥回流系統[1]。該工藝同時可連續進水，間斷排水。
CASS 工藝在序批式活性污泥法的基礎上發展而來，將反應池的長度方向分為兩部分，前部設置了生物選擇區也稱預反應區，后部為主反應區，并且在其后部安裝了自動撇水裝置，曝氣、沉淀和排水在同一池內周期性地循環進行[2]。
2 CASS 的主要優點
2.1 占地面積小
CASS 工藝的核心構筑物為CASS 反應池，其集沉淀和污泥回流于一體，因此節省了二沉池和污泥回流設備，污水處理設施布置緊湊、占地省、投資低。
2.2 生化反應推動力大
從CASS 工藝從污染物的降解過程來看，當待處理污水以相對較低的流量連續進入CASS 池時，立即被混合液稀釋，因此從空間上看CASS 工藝屬變體積的完全混合式活性污泥法范疇。但從CASS 工藝開始曝氣至排水結束整個周期來看，基質濃度由高到低，濃度梯度從高到低，基質利用速率由大到小。所以，CASS工藝屬于理想的時間順序上的推流式反應器，生化反應推動力較大。
2.3 沉淀效果好
CASS 工藝在沉淀階段幾乎整個反應池均起沉淀作用，并且沉淀階段的表面負荷比普通二沉池要小得多，雖然有進水的干擾，但其影響小，沉淀效果較好。同時實踐證明，當冬季溫度較低，污泥沉降性能差時，或在處理一些特種工業廢水污泥凝聚性能差時，均不會影響CASS 工藝的正常運行。
2.4 運行靈活，抗沖擊能力強
CASS 工藝的設計已考慮流量變化的影響，能確保污水在系統內停留預定的處理時間后經沉淀排放，并且CASS 工藝可通過調節運行周期以適應水量和水質的變比。
當進水濃度較高時，可通過延長曝氣時間實現達標排放，達到抗沖擊負荷的目的。當強化脫氮除磷功能時，CASS 工藝也可通過調整運行周期及控制溶解氧量，以提高脫氮除磷的效果。所以，通過運行方式的調整，可以達到處理不同的水質。
2.5 抑制絲狀菌生長
絲狀菌比表面積較菌膠團大，因此有利于攝取低濃度底物，但一般絲狀菌的比增殖速率比非絲狀菌小。在高底物濃度下絲狀菌和菌膠團均以較大速率降解底物與增殖，但由于菌膠團比增殖速率較大，其增殖量也較大，從而較絲狀菌占優勢[3]。CASS 反應池存在較大的濃度梯度，并且處于好氧、缺氧交替變化之中，在這種環境條件下可選擇性地培養出菌膠團細菌，使其成為曝氣池中的優勢菌種，并且可以有效地抑制絲狀菌的生長和繁殖，克服污泥膨脹，從而提高系統的運行穩定性。
2.6 剩余污泥量少，性質穩定
傳統活性污泥法的污泥齡僅2～7 d，而CASS 工藝污泥齡為25～30 d，所以，污泥穩定性好，脫水性能佳，產生的剩余污泥少。
3 CASS 設計中應注意的問題。
3.1 水量平衡
CASS 反應池作用的充分發揮與選擇的設計流量關系很大。若設計流量不合適，進水高峰時水位會超過上限，進水量小時反應池的容積不能充分利用。
3.2 控制方式的選擇
CASS 工藝的廣泛應用，歸功于自動化技術的飛速發展及其在污水處理工程中的應用。CASS 工藝的特點是程序工作制，可根據進水及出水水質的變化來調整工作狀態，以保證出水水質效果。整套控制系統可采用現場可編程控制(PLC)與微機集中控制相結合。
同時，為了保證CASS 工藝的正常運行，所有設備采用手動/自動兩種操作方式，后者便于手動調試和自控系統故障時使用，前者供日常工作使用。
3.3 曝氣方式的選擇
CASS 工藝可選擇多種曝氣方式，但曝氣頭應盡量選用不堵塞的曝氣形式，如水下曝氣機、螺旋曝氣器、穿孔管、傘式曝氣器等。
當采用微孔曝氣時，應選用高強度的橡膠曝氣盤，并且當曝氣時，微孔開啟，當停止曝氣時，微孔閉合，以致不易造成微孔堵塞。
3.4 排水方式的選擇
CASS 工藝的排水設備為旋轉式撇水機，其優點是排水量可調節、排水均勻、對底部污泥干擾小，同時又能防止水面漂浮物隨水排出。CASS 工藝排水時應盡可能均勻排出，不能擾動沉淀在池底的污泥層。
4 工程實例
4.1 工程概況
云南省某縣城污水處理廠建于2009 年，2011 年4 月正式投產運行。設計日處理規模近期1 萬m3，遠期2 萬m3，主要收納該縣城生活污水和極少量生產廢水。該污水處理廠占地面積約30.39 畝，近期2015 年，服務人口為6.3 萬人，服務面積5.92 km2；遠期2025 年，服務人口為8.8 萬人，服務面積8.50 km2。設計采用CASS 工藝。如圖1 所示。
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圖1 污水處理廠總平面布置
Fig.1 General Layout of the Sewage Treatment Plant
4.2 工程設計
4.2.1粗格柵及提升泵房
根據該污水處理廠的建設要求，粗格柵和提升泵房的土建工程及設備預留位置均按2 萬m3/d 規模一次設計建成，設備分期安裝。粗格柵與提升泵房合建，為半地下式鋼筋混凝土結構，其中地下部分深7.1 m。2 臺粗格柵放置于泵站前端，格柵處渠寬為0.8m，柵條間隙為20 mm，安裝角度為75°。污水提升泵房一期配置3 臺潛污泵，流量400 m3/d，揚程15 m，功率30 kw，兩用一備。污水提升泵房上方設計起重重量為2 t，起吊高度為12 m的電動單梁懸掛式起重機一臺，用于泵房內潛污泵的安裝及檢修。
4.2.2細格柵及旋流沉砂池
細格柵位于旋流沉砂池的前端。細格柵共2 臺，柵渠寬度為1.0 m，柵條間隙為5 mm，有效水深0.7 m，安裝角度為60°，單臺電機功率為1.5 kw。旋流沉砂池共2 座，單座平面尺寸為Φ2.43m。沉砂池沉砂是利用壓縮空氣作用經過吸砂機，排砂管至砂水分離器處理后外運；砂水分離器處理量為15 m3/h，電動機功率為0.75 kw；壓縮機風量102 m3/h，風壓為0.4 kqd，電動機功率2.2 kw。
4.2.3 CASS 池
CASS 反應池共2 座，一期建設1 座分為2 組，每組尺寸為45.9 m×15.9 集曝氣池、沉淀為一體。反應池每組分為3 格，分別為生物選擇區(A 區)，兼氧區(B 區)，好氧區(C 區)[4]。具體設計參數見表1。
表1 CASS 池設計參數
Tab.1 Design Parameters of CASS Process
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來自旋流沉砂池的污水首先進入CASS 池的Ａ池，并迅速與回流污泥碰撞混合接觸攪動后，折流進入B 池，在B 池水質水量起到緩沖后，在穿孔花墻的調配作用下從底部進入C 池。A、B、C 三池的設計容積比分別為1∶5∶30。
回流污泥設計采用DN200 鋼管及回流污泥泵將Ｃ池的污泥按20 %的回流比輸送至CASS 池的進水端A 池內，剩余污泥設計采用DN100 鋼管由剩余污泥泵輸送至污泥濃縮池。CASS 池排空管采用DN500 鋼管。
每組曝氣池的好氧區由一根DN300 主管輸送壓縮空氣到地上再由六只手動閥門控制，分別送至C 池的底部，分為六大塊。好氧區全部采用盤式橡膠膜片微孔曝氣器，空氣分配管道緊貼池底25 cm左右，尾端設有排氣嘴。兩組共采用盤式橡膠膜片微孔曝氣器2244 只。
在每組CASS 池末端設置有1 臺旋轉式不銹鋼潷水器，潷水器的出水經池共用集水井輸送至出水總管靠重力流入消毒池。單臺潷水量1000 m3/h，最大潷水深度1.3 m，功率3.0 kw。同時在A、B 池內分別設置水下攪拌器，以滿足池體內污水脫氮除磷的要求。水下攪拌器6 臺，葉輪直徑為800 mm，功率為4 kw。
4.2.4鼓風機房
鼓風機房按2 萬m3/d 規模設計，土建一次建成，設備分期安裝。一期設計選用3 臺羅茨鼓風機，兩用一備。根據CASS 池的曝氣量需求，單臺風量44 m3/min，風壓0.8 kpd，功率為110 kw。在鼓風機房上方設計了起重量為2 t，起吊高度為9 m，電動單梁懸掛式起重機1 臺，為便于安裝及日常維護保養之用。
4.2.5紫外線消毒渠
紫外線消毒設置于出水計量槽前端，土建采用半地下式混凝土結構，總平面尺寸11.40 m×3.9 m，其中水槽平面尺寸為7.2 m×3.0 m兩道過水槽，一期一道過水槽。紫外線消毒設計采用低壓高強紫外線消毒來菌法，計32 只320 w 紫外線燈管平行于水流方向，并列安裝在水槽內常水位以下，設計紫外線穿透率≥65 %。紫外線消毒燈管采用機械式自動清洗裝置進行日常清洗。
4.2.6污泥濃縮池
CASS 池產生的剩余污泥進入污泥濃縮縮池進行濃縮沉淀，經重力濃縮后，濃縮產生的上清液收集后，靠重力排入廠區內污水管道并送回污水提升泵站集水井內。污泥濃縮池所在區域位于污泥脫水機房一側，便于污泥泵輸送。污泥濃縮池土建一次建成，共一座分為兩組，設備分期安裝，每組平面尺寸為7.6 m×6.4 m，進泥含水率為99.2 %，濃縮后含水率為96.8 %。
4.2.7污泥脫水機房
污泥脫水機房土建按2 萬m3/d 規模一次設計建成，它由污泥帶式脫水機，絮凝劑投加設備和螺旋輸送機，空氣壓縮機等組成。污泥脫水機房設計采用二臺帶式脫水機，一用一備：通過螺桿式污泥泵將污泥濃縮池的污泥抽送到帶式脫水機內，經多道壓榨脫水后的污泥通過無軸螺旋輸送機被直接送至停放在裝料車間的污泥專用運輸車斗內，外運焚燒發電。脫水機房由獨立小型PLC 控制其進泥，加藥絮凝及脫水，也可手動操作。主要設備：帶式脫水機2 臺，帶寬為1.2 m，功率1.85 kw。加藥設備一套，空氣壓縮機一臺，無軸螺旋輸送機一臺等。
5 結語
CASS 工藝是以生物反應動力學原理及合理的水力條件為基礎而開發出來的一種具有流程簡單，運行靈活，可靠性好，適用范圍廣，適合分期建設等優點的廢水處理新工藝，而且占地少，投資省，運行費用較低，自控程度高，是一種符合我國國情和值得推廣的污水處理技術。
實踐證明，CASS 工藝日處理水量小則幾百m3，大則幾十萬m3，只要設計合理，與其它方法相比具有一定的經濟優勢。它比傳統活性污泥法節省投資20 %～30 %，節省土地30 %以上。
參考文獻
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[2]KIR KWOOD S．Yannawa wastewater treatment plant(Bangkok，Thailand)：design，construction and operation[J]．Water Science and Technology，2004，50(10)：221-228．
[3]霍艷．ICEAS 工藝在污水處理廠中的運行控制實踐[J]．給水排水，2008(6)：40-43．
[4]楊亞靜，李亞新．CASS 工藝的理論與設計計算[J]．科技情報開發與經濟，2005，15(13)：186-188．
(本文文獻格式：段果．CASS 工藝在生活污水處理廠中的應用[J]．廣東化工，2012，39(1)：196-197)
[作者簡介] 段果(1986-)，男，四川人，碩士，主要研究方向為水處理。
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