CASS工藝的技術(shù)經(jīng)濟評價

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簡介： 本文結(jié)合作者對CASS工藝多年的研究成果及設(shè)計、運行和管理經(jīng)驗，從技術(shù)和經(jīng)濟角度論述了CASS工藝的特點，并探討了設(shè)計中應(yīng)注意的一些問題。
關(guān)鍵字：CASS工藝 技術(shù)特征 經(jīng)濟評價

1 概述

CASS（Cyclic Activated Sludge System）工藝是近年來國際公認(rèn)的處理生活污水及工業(yè)廢水的先進工藝。其基本結(jié)構(gòu)是：在序批式活性污泥法（SBR）的基礎(chǔ)上，反應(yīng)池沿池長方向設(shè)計為兩部分，前部為生物選擇區(qū)也稱預(yù)反應(yīng)區(qū)，后部為主反應(yīng)區(qū)，其主反應(yīng)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(nèi)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(tǒng)；同時可連續(xù)進水，間斷排水。

該工藝最早在國外應(yīng)用，為了更好地將其引進、消化，開發(fā)出適合我國國情的新型污水處理新工藝，總裝備部工程設(shè)計研究總院環(huán)保中心于1994年在實驗室進行了整套系統(tǒng)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(shè)計參數(shù)和對工藝運行的指導(dǎo)性經(jīng)驗。我院將研究成果成功地應(yīng)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(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。我院開發(fā)的CASS工藝與ICEAS工藝相比，負(fù)荷可提高1-2倍，節(jié)省占地和工程投資近30%。

2 CASS工藝的主要技術(shù)特征

2.1 連續(xù)進水，間斷排水

傳統(tǒng)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(yīng)用領(lǐng)域。雖然CASS工藝設(shè)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(tǒng)的運行。

2.2 運行上的時序性

CASS反應(yīng)池通常按曝氣、沉淀、排水和閑置四個階段根據(jù)時間依次進行。

2.3 運行過程的非穩(wěn)態(tài)性

每個工作周期內(nèi)排水開始時CASS池內(nèi)液位最高，排水結(jié)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(biāo)準(zhǔn)及生物降解的難易程度等有關(guān)。反應(yīng)池內(nèi)混合液體積和基質(zhì)濃度均是變化的，基質(zhì)降解是非穩(wěn)態(tài)的。

2.4 溶解氧周期性變化，濃度梯度高

CASS在反應(yīng)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(yīng)池中溶解氧是周期性變化的，氧濃度梯度大、轉(zhuǎn)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(shè)備而言，CASS工藝與傳統(tǒng)活性污泥法相比有較高的氧利用率。

3  CASS工藝的主要優(yōu)點

3.1 工藝流程簡單，占地面積小，投資較低

CASS的核心構(gòu)筑物為反應(yīng)池，沒有二沉池及污泥回流設(shè)備，一般情況下不設(shè)調(diào)節(jié)池及初沉池。因此，污水處理設(shè)施布置緊湊、占地省、投資低。

3.2 生化反應(yīng)推動力大

在完全混合式連續(xù)流曝氣池中的底物濃度等于二沉池出水底物濃度，底物流入曝氣池的速率即為底物降解速率。根據(jù)生化動力反應(yīng)學(xué)原理，由于曝氣池中的底物濃度很低，其生化反應(yīng)推動力也很小，反應(yīng)速率和有機物去除效率都比較低；在理想的推流式曝氣池中，污水與回流污泥形成的混合流從池首端進入，成推流狀態(tài)沿曝氣池流動，至池末端流出。作為生化反應(yīng)推動力的底物濃度，從進水的最高濃度逐漸降解至出水時的最低濃度，整個反應(yīng)過程底物濃度沒被稀釋，盡可能地保持了較大推動力。此間在曝氣池的各斷面上只有橫向混合，不存在縱向的返混。

CASS工藝從污染物的降解過程來看，當(dāng)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(jié)束整個周期來看，基質(zhì)濃度由高到低，濃度梯度從高到低，基質(zhì)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(yīng)器，生化反應(yīng)推動力較大。

3.3 沉淀效果好

CASS工藝在沉淀階段幾乎整個反應(yīng)池均起沉淀作用，沉淀階段的表面負(fù)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(dāng)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(tǒng)運行不受影響。

3.4 運行靈活，抗沖擊能力強，可實現(xiàn)不同的處理目標(biāo)

CASS工藝在設(shè)計時已考慮流量變化的因素，能確保污水在系統(tǒng)內(nèi)停留預(yù)定的處理時間后經(jīng)沉淀排放，特別是CASS工藝可以通過調(diào)節(jié)運行周期來適應(yīng)進水量和水質(zhì)的變比。當(dāng)進水濃度較高時，也可通過延長曝氣時間實現(xiàn)達標(biāo)排放，達到抗沖擊負(fù)荷的目的。在暴雨時，可經(jīng)受平常平均流量6信的高峰流量沖擊，而不需要獨立的調(diào)節(jié)地。多年運行資料表明，在流量沖擊和有機負(fù)荷沖擊超過設(shè)計值2－3信時，處理效果仍然令人滿意。而傳統(tǒng)處理工藝雖然已設(shè)有輔助的流量平衡調(diào)節(jié)設(shè)施，但還很可能因水力負(fù)荷變化導(dǎo)致活性污泥流失，嚴(yán)重影響排水質(zhì)量。

當(dāng)強化脫氮除磷功能時，CASS工藝可通過調(diào)整工作周期及控制反應(yīng)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(diào)整，可以達到不同的處理水質(zhì)。

3.5 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(zhì)變差，嚴(yán)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(shè)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(xì)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(yīng)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(xì)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(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

3.6 適用范圍廣，適合分期建設(shè)

CASS工藝可應(yīng)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(shè)計和運行方式，一方面便于與前處理構(gòu)筑物相匹配，另一方面控制系統(tǒng)比SBR工藝更簡單。

對大型污水處理廠而言，CASS反應(yīng)池設(shè)計成多池模塊組合式，單池可獨立運行。當(dāng)處理水量小于設(shè)計值時，可以在反應(yīng)地的低水位運行或投入部分反應(yīng)池運行等多種靈活操作方式；由于CASS系統(tǒng)的主要核心構(gòu)筑物是CASS反應(yīng)池，如果處理水量增加，超過設(shè)計水量不能滿足處理要求時，可同樣復(fù)制CASS反應(yīng)池，因此CASS法污水處理廠的建設(shè)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(tǒng)活性污泥法簡單得多。

3.7 剩余污泥量小，性質(zhì)穩(wěn)定

傳統(tǒng)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(chǎn)生的剩余污泥少。去除1.0kgBOD產(chǎn)生0.2～0.3kg剩余污泥，僅為傳統(tǒng)法的60％左右。由于污泥在CASS反應(yīng)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/g MLSS.h以下，一般不需要再經(jīng)穩(wěn)定化處理，可直接脫水。而傳統(tǒng)法剩余污泥不穩(wěn)定，沉降性差，耗氧速率大于20mgO₂/g MLSS.h ，必須經(jīng)穩(wěn)定化后才能處置。

4  CASS設(shè)計中應(yīng)注意的問題

4.1 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(yīng)池的作用，與選擇的設(shè)計流量關(guān)系很大，如果設(shè)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(yīng)池不能充分利用。當(dāng)水量波動較大時，應(yīng)考慮設(shè)置調(diào)節(jié)池。

4.2 控制方式的選擇

CASS工藝的日益廣泛應(yīng)用，得益于自動化技術(shù)發(fā)展及在污水處理工程中的應(yīng)用。CASS工藝的特點是程序工作制，可根據(jù)進水及出水水質(zhì)變化來調(diào)整工作程序，保證出水效果。整套控制系統(tǒng)可采用現(xiàn)場可編程控制（PLC）與微機集中控制相結(jié)合，同時為了保證 CASS工藝的正常運行，所有設(shè)備采用手動／自動兩種操作方式，后者便于手動調(diào)試和自控系統(tǒng)故障時使用，前者供日常工作使用。

4.3 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(yīng)采用強度高的橡膠曝氣盤或管，當(dāng)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(jù)其運行周期和DO等情況適當(dāng)開啟不同的臺數(shù)，達到在滿足廢水要求的前提下節(jié)約能耗的目的。

4.4 排水方式的選擇

CASS工藝的排水要求與SBR相同，目前，常用的設(shè)備為旋轉(zhuǎn)式撇水機，其優(yōu)點是排水均勻、排水量可調(diào)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(jié)束需及時將上清液排出，排水時應(yīng)盡可能均勻排出，不能擾動沉淀在池底的污泥層，同時，還應(yīng)防止水面的漂浮物隨水流排出，影響出水水質(zhì)。目前，常見的排水方式有固定式排水裝置如沿水池不同深度設(shè)置出水管，從上到下依次開啟，優(yōu)點是排水設(shè)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(zhì)差。浮動式排水裝置和旋轉(zhuǎn)式排水裝置雖然價格高，但排水均勻、排水量可調(diào)、對底部污泥干擾小，又能防止水面漂浮物隨出水排出，因此，這兩種排水裝置目前應(yīng)用較多，尤其旋轉(zhuǎn)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(shè)計人員和用戶的青睞。

4.5 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(nèi)水位的影響及控制

4、排泥時機及泥齡控制

5、預(yù)反應(yīng)區(qū)的大小及反應(yīng)池的長寬比

6、間斷排水與后續(xù)處理構(gòu)筑物的高程及水量匹配問題。 

5  CASS的經(jīng)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(shè)計合理，與其它方法相比具有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢。它比傳統(tǒng)活性污泥法節(jié)省投資20%-30%，節(jié)省土地30%以上。當(dāng)需采用多種工藝串聯(lián)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(shè)備,將影響整體的經(jīng)濟優(yōu)勢，此時，要進行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)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(zhuǎn)移，曝氣時間還可根據(jù)水質(zhì)、水量變化靈活調(diào)整，均為降低運行成本創(chuàng)造了條件。總體而言，CASS工藝的運行費用比傳統(tǒng)活性污泥法稍低。