詳解水處理技術之cass工藝
CASS(CyclicActivatedSludgeSystem)是周期循環(huán)活性污泥法的簡稱，又稱為循環(huán)活性污泥工藝。該工藝最早在國外應用，為了更好地將其引進，開發(fā)出適合我國國情的新型污水處理新工藝，有關科研機構在實驗室進行了整套系統的模擬試驗，分別探討了CASS工藝處理常溫生活污水、低溫生活污水、制藥和化工等工業(yè)廢水的機理和特點以及水處理過程中脫氮除磷的效果，獲得了寶貴的設計參數和對工藝運行的指導性經驗。將研究成果成功地應用于處理生活污水及不同種工業(yè)廢水的工程實踐中，取得了良好的經濟、社會和環(huán)境效益。并開發(fā)的CASS工藝與ICEAS工藝相比，負荷可提高1-2倍，節(jié)省占地和工程投資近30%。
結構原理
2.1CASS基本結構是：在序批式活性污泥法(SBR)的基礎上，反應池沿池長方向設計為兩部分，前部為生物選擇區(qū)也稱預反應區(qū)，后部為主反應區(qū)，其主反應區(qū)后部安裝了可升降的自動撇水裝置。整個工藝的曝氣、沉淀、排水等過程在同一池子內周期循環(huán)運行，省去了常規(guī)活性污泥法的二沉池和污泥回流系統;同時可連續(xù)進水，間斷排水。
2.2CASS原理：:在預反應區(qū)內，微生物能通過酶的快速轉移機理迅速吸附污水中大部分可溶性有機物，經歷一個高負荷的基質快速積累過程，這對進水水質、水量、PH和有毒有害物質起到較好的緩沖作用，同時對絲狀菌的生長起到抑制作用，可有效防止污泥膨脹;隨后在主反應區(qū)經歷一個較低負荷的基質降解過程。CASS工藝集反應、沉淀、排水、功能于一體，污染物的降解在時間上是一個推流過程，而微生物則處于好氧、缺氧、厭氧周期性變化之中，從而達到對污染物去除作用，同時還具有較好的脫氮、除磷功能。
CASS法工作原理如右圖所示：在反應器的前部設置了生物選擇區(qū)，后部設置了可升降的自動潷水裝置。其工作過程可分為曝氣、沉淀、潷水、閑置四個階段，周期循環(huán)進行。污水連續(xù)進入預反應區(qū)，經過隔墻底部進入主反應區(qū)，在保證供氧的條件下，使有機物被池中的微生物降解。根據進水水質可對運行參數進行調整。
四個階段
3.1曝氣階段
由曝氣裝置向反應池內充氧，此時有機污染物被微生物氧化分解，同時污水中的NH3-N通過微生物的硝化作用轉化為NO3--N。
3.2沉淀階段
此時停止曝氣，微生物利用水中剩余的DO進行氧化分解。反應池逐漸由好氧狀態(tài)向缺氧狀態(tài)轉化，開始進行反硝化反應；钚晕勰嘀饾u沉到池底，上層水變清。
3.3潷水階段
沉淀結束后，置于反應池末端的潷水器開始工作，自上而下逐漸排出上清液。此時反應池逐漸過渡到厭氧狀態(tài)繼續(xù)反硝化。
3.4閑置階段
閑置階段即是潷水器上升到原始位置階段。
技術特征
4.1連續(xù)進水，間斷排水
傳統SBR工藝為間斷進水，間斷排水，而實際污水排放大都是連續(xù)或半連續(xù)的，CASS工藝可連續(xù)進水，克服了SBR工藝的不足，比較適合實際排水的特點，拓寬了SBR工藝的應用領域。雖然CASS工藝設計時均考慮為連續(xù)進水，但在實際運行中即使有間斷進水，也不影響處理系統的運行。
4.2運行上的時序性
CASS反應池通常按曝氣、沉淀、排水和閑置四個階段根據時間依次進行。
4.3運行過程的非穩(wěn)態(tài)性
每個工作周期內排水開始時CASS池內液位最高，排水結束時，液位最低，液位的變化幅度取決于排水比，而排水比與處理廢水的濃度、排放標準及生物降解的難易程度等有關。反應池內混合液體積和基質濃度均是變化的，基質降解是非穩(wěn)態(tài)的。
4.4溶解氧周期性變化，濃度梯度高
CASS在反應階段是曝氣的，微生物處于好氧狀態(tài)，在沉淀和排水階段不曝氣，微生物處于缺氧甚至厭氧狀態(tài)。因此，反應池中溶解氧是周期性變化的，氧濃度梯度大、轉移效率高，這對于提高脫氮除磷效率、防止污泥膨脹及節(jié)約能耗都是有利的。實踐證實對同樣的曝氣設備而言，CASS工藝與傳統活性污泥法相比有較高的氧利用率。
主要優(yōu)點
5.1工藝流程簡單，占地面積小，投資較低
CASS的核心構筑物為反應池，沒有二沉池及污泥回流設備，一般情況下不設調節(jié)池及初沉池。因此，污水處理設施布置緊湊、占地省、投資低。
5.2生化反應推動力大
CASS工藝從污染物的降解過程來看，當污水以相對較低的水量連續(xù)進入CASS池時即被混合液稀釋，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;而從CASS工藝開始曝氣到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，因此，CASS工藝屬理想的時間順序上的推流式反應器，生化反應推動力較大。
5.3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，沉淀階段的表面負荷比普通二次沉淀池小得多，雖有進水的干擾，但其影響很小，沉淀效果較好。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(yè)廢水污泥凝聚性能差時，均不會影響CASS工藝的正常運行。實驗和工程中曾遇到SV30高達96%的情況，只要將沉淀階段的時間稍作延長，系統運行不受影響。
5.4運行靈活，抗沖擊能力強
CASS工藝在設計時已考慮流量變化的因素，能確保污水在系統內停留預定的處理時間后經沉淀排放，特別是CASS工藝可以通過調節(jié)運行周期來適應進水量和水質的變比。當進水濃度較高時，也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。在暴雨時，可經受平常平均流量6倍的高峰流量沖擊，而不需要獨立的調節(jié)地。多年運行資料表明，在流量沖擊和有機負荷沖擊超過設計值2-3倍時，處理效果仍然令人滿意。而傳統處理工藝雖然已設有輔助的流量平衡調節(jié)設施，但還很可能因水力負荷變化導致活性污泥流失，嚴重影響排水質量。
當強化脫氮除磷功能時，CASS工藝可通過調整工作周期及控制反應池的溶解氧水平，提高脫氮除磷的效果。所以，通過運行方式的調整，可以達到不同的處理水質。
5.5不易發(fā)生污泥膨脹
污泥膨脹是活性污泥法運行過程中常遇到的問題，由于污泥沉降性能差，污泥與水無法在二沉池進行有效分離，造成污泥流失，使出水水質變差，嚴重時使污水處理廠無法運行，而控制并消除污泥膨脹需要一定時間，具有滯后性。因此，選擇不易發(fā)生污泥膨脹的污水處理工藝是污水處理廠設計中必須考慮的問題。
由于絲狀菌的比表面積比菌膠團大，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，在高底物濃度下菌膠團和絲狀菌都以較大速率降解底物與增殖，但由于膠團細菌比增殖速率較大，其增殖量也較大，從而較絲狀菌占優(yōu)勢。而CASS反應池中存在著較大的濃度梯度，而且處于缺氧、好氧交替變化之中，這樣的環(huán)境條件可選擇性地培養(yǎng)出菌膠團細菌，使其成為曝氣池中的優(yōu)勢菌屬，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(wěn)定性。
5.6適用范圍廣，適合分期建設
CASS工藝可應用于大型、中型及小型污水處理工程，比SBR工藝適用范圍更廣泛;連續(xù)進水的設計和運行方式，一方面便于與前處理構筑物相匹配，另一方面控制系統比SBR工藝更簡單。
對大型污水處理廠而言，CASS反應池設計成多池模塊組合式，單池可獨立運行。當處理水量小于設計值時，可以在反應地的低水位運行或投入部分反應池運行等多種靈活操作方式;由于CASS系統的主要核心構筑物是CASS反應池，如果處理水量增加，超過設計水量不能滿足處理要求時，可同樣復制CASS反應池，因此CASS法污水處理廠的建設可隨企業(yè)的發(fā)展而發(fā)展，它的階段建造和擴建較傳統活性污泥法簡單得多。
5.7剩余污泥量小，性質穩(wěn)定
傳統活性污泥法的泥齡僅2-7天，而CASS法泥齡為25-30天，所以污泥穩(wěn)定性好，脫水性能佳，產生的剩余污泥少。去除1.0kgBOD產生0.2～0.3kg剩余污泥，僅為傳統法的60%左右。由于污泥在CASS反應池中已得到一定程度的消化，所以剩余污泥的耗氧速率只有10mgO2/gMLSS.h以下，一般不需要再經穩(wěn)定化處理，可直接脫水。而傳統法剩余污泥不穩(wěn)定，沉降性差，耗氧速率大于20mgO2/gMLSS.h，必須經穩(wěn)定化后才能處置。
經濟性
實踐證明，CASS工藝日處理水量小則幾百立方米，大則幾十萬立方米，只要設計合理，與其它方法相比具有一定的經濟優(yōu)勢。它比傳統活性污泥法節(jié)省投資20%-30%，節(jié)省土地30%以上。當需采用多種工藝串聯使用時，如在CASS工藝后有其它處理工藝時，通常要增加中間水池和提升設備,將影響整體的經濟優(yōu)勢，此時，要進行詳細的技術經濟比較，以確定采用CASS工藝還是其它好氧處理工藝。
由于CASS工藝的曝氣是間斷的，利于氧的轉移，曝氣時間還可根據水質、水量變化靈活調整，均為降低運行成本創(chuàng)造了條件？傮w而言，CASS工藝的運行費用比傳統活性污泥法稍低。
CASS法的特點與SBR相比，CASS法的優(yōu)點是-其反應池由預反應區(qū)和主反應區(qū)組成，因此，對難降解有機物的去除效果更好。進水過程是連續(xù)的，因此，進水管道上無需電磁閥等控制元件，單個池子可獨立運行;而SBR進水過程是間歇的，應用中一般要2個或2個以上池子交替使用。排水是由可升降的堰式潷水器完成的，隨水面逐漸下降，均勻將處理后的清水排出，最大限度降低了排水時水流對底部沉淀污泥的擾動。CASS法每個周期的排水量一般不超過池內總水量的1/3，而SBR則為3/4，所以，CASS法比SBR法的抗沖擊能力更好。
注意事項
6.1水量平衡
工業(yè)廢水和生活污水的排放通常是不均勻的，如何充分發(fā)揮CASS反應池的作用，與選擇的設計流量關系很大，如果設計流量不合適，進水高峰時水位會超過上限，進水量小時反應池不能充分利用。當水量波動較大時，應考慮設置調節(jié)池。
6.2控制方式的選擇
CASS工藝的日益廣泛應用，得益于自動化技術發(fā)展及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變化來調整工作程序，保證出水效果。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。
6.3曝氣方式的選擇
CASS工藝可選擇多種曝氣方式，但在選擇曝氣頭時要盡量采用不堵塞的曝氣形式，如穿孔管、水下曝氣機、傘式曝氣器、螺旋曝氣器等。采用微孔曝氣時應采用強度高的橡膠曝氣盤或管，當停止曝氣時，微孔閉合，曝氣時開啟，不易造成微孔堵塞。此外，由于CASS工藝自身的特點，選用水下曝氣機還可根據其運行周期和DO等情況適當開啟不同的臺數，達到在滿足廢水要求的前提下節(jié)約能耗的目的。
6.4排水方式的選擇
在污水處理中，CASS工藝的排水要求與SBR相同，當前，常用的設備為旋轉式撇水機，其優(yōu)點是排水均勻、排水量可調節(jié)、對底部污泥干擾小，又能防止水面漂浮物隨水排出。
CASS工藝沉淀結束需及時將上清液排出，排水時應盡可能均勻排出，不能擾動沉淀在池底的污泥層，同時，還應防止水面的漂浮物隨水流排出，影響出水水質。當前，常見的排水方式有固定式排水裝置如沿水池不同深度設置出水管，從上到下依次開啟，優(yōu)點是排水設備簡單、投資少，缺點是開啟閥門多、排水管中會積存部分污泥，造成初期出水水質差。浮動式排水裝置和旋轉式排水裝置雖然價格高，但排水均勻、排水量可調、對底部污泥干擾小，又能防止水面漂浮物隨出水排出，因此，這兩種排水裝置當前應用較多，尤其旋轉式排水裝置，又稱潷水器，以操作靈活、運行穩(wěn)定性高等優(yōu)點受到設計人員和用戶的青睞。
6.5需要注意的其它問題
①冬季或低溫對CASS工藝的影響及控制
②排水比的確定
③雨季對池內水位的影響及控制
④排泥時機及泥齡控制
⑤預反應區(qū)的大小及反應池的長寬比
⑥間斷排水與后續(xù)處理構筑物的高程及水量匹配問題。
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