CASS工艺在生活污水处理中的应用

文彪

摘 要：文章采用CASS工艺处理某城市大学城校区及周边生活污水，并对整个工艺过程进行详细介绍。经过几年的实际运行，结果表明了该工艺设计合理，运行稳定可靠，总排放口出水水质能稳定达到设计时所要求的城镇污水处理厂污染物排放标准GB 18918—2002的一级B标准。

关键词：CASS工艺；生活污水；活性污泥法；生物选择区；脱氮除磷

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）12-0043-03

1 背景概述

CASS生物处理法是周期循环活性污泥法的简称，最早产生于美国，90年代初引入中国。目前，由于该工艺的高效和经济性，应用势头迅猛，受到环保部门及用户的广泛关注和一致好评。经过模拟试验研究，已成功应用于生活污水、食品废水、制药废水的治理，取得了良好的处理效果，为CASS法在我国的推广应用奠定了良好的基础。

CASS池分预反应区（生物选择区）和主反应区。在预反应区内形成浓度梯度，并可使噬磷菌释放磷，而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，活性污泥能去除COD、BOD5和脱氮除磷，另有一部分污泥回流至生物选择区，污泥回流量约为进水量的20%左右。

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 进水水质与水量

根据国家有关给排水规范，结合当地实际用水情况，确定桂林某污水处理厂目前服务人口按40 000人计，服务面积包括大学城内的校区生活区以及周边的一个小镇。现设计建设一个日处理量为20 000 t/d的污水处理厂，而该厂采用的是CASS工艺。现通过对污水厂进水口一年的监测，并与当初本工艺设计时的水质水量进行对比，见表1。

由于该厂主要服务于大学城内的师生，所以污水厂的进水水质水量有很大的周期性变化，因此CASS工艺的灵活性得到很好的实际运用。

按照近期实施的国家城镇污水处理厂污染物排放标准的要求，城镇污水处理厂出水排入GB3838地表水Ⅲ类功能水域等执行一级B标准，因此设计出水水质，见表2。

3 工艺流程

所有生活污水经校内泵站和管道收集后流过粗格栅进入集水池，粗格栅拦截污水中较大杂质后由集水池污水泵提升流过细格栅至旋流沉砂池，在此去除污水中砂粒及悬浮物，然后进入CASS池。经过厌氧，缺氧，好氧过程完成生化处理，去除水中BOD、SS、TN、P等污染物。混合液经沉淀后排出。出水再经消毒间，采用紫外消毒最后排出厂外。

而CASS池的剩余污泥经过排泥管道进入污泥浓缩池，再由泥泵输送到脱水机。浓缩池泥水上清液和脱水机脱出的水又回流至集水池。工艺流程，如图1所示。

4 主要构筑物及设备

4.1 粗格栅

进水经集水槽进入到宽度为1 100 mm 的两组渠道中，选用回转式格栅除污机2台，栅条间隙20 mm，每台功率1.5 kW，渠深8.3 m，安装角度75 °。带式栅渣输送机一台，以方便栅渣输送。

4.2 潜污进水泵

集水池内设有上海凯士比泵有限公司的三台潜污泵：

Q=800 m3/h，H=16 m，N=48 kW。

4.3 细格栅

循环耙式除污机2台，渠宽1.2 m，栅条间隙6 mm，H=1.5 m，N=1.5 kW，安装角度75 °，拦截较小的渣物。无轴螺旋栅渣输送压榨一体机，输送量：2.2 m3/h，N=1.5 kW，安装角度为 5 °，通过将渣压榨去水排出。

4.4 旋流沉砂池

旋流式沉砂池设计尺寸直径为3.0 m，配有沉砂池搅拌机，N=0.75 kW。气提除砂机2套，其中每套配有一台气提鼓风机，N=4 kW。砂水分离器N=0.37 kW。主要是把旋流分离出来的含砂水体进行砂水分离以达到除砂效果。

4.5 CASS池

CASS生物处理池尺寸：

L×B×H=53 m×54 m× 6.0 m；

单池有效容积L×B×H= 53 m×13.5 m×5 m=3577.5 m3；

生物选择区容积L×B×H=6 m×13.5 m×5 m=405 m3，与主反应区比例为1：7.8。

在每个CASS池厌氧区安装有南京贝特有限公司的潜水式双曲面搅拌器，功率3 kW；

反应池设一台上海凯士比泵有限公司的回流泵，回流泵额定流量为200 m3/h，额定扬程为4.8 m，功率为5.5 kW；

反应池设二台潜水搅拌器，每台搅拌器桨叶直径620 mm，有三个叶片，叶片宽而薄，表面光滑且为后掠式，N=4 kW；

反应池末端装有一台滗水器，采用江苏中德环保设备有限公司的HPS-I-10000型滗水器，功率为2.2 kW，L=10 000 mm，流量Q=1 000 m3/h；

主反应区底部还铺有管式微孔管道曝气器，采用CPEEC曝气系统型号规格：PHILIP7-1000F管式橡胶曝气器，空气流率最小2 m3/h；

最佳6～12 m3/h，最大24 m3/h，规格：Ф65*1 000 mm，采用美国SSI进口膜片。另预反应区还装有一台氧化还原电位检测仪，而主反应区配有一个是超声波液位计，一个是溶解氧测量仪。

4.6 鼓风机

该厂采用三叶罗茨鼓风机。该设备通过叶轮型线的改进，使总绝热效率和容积效率进一步提高，风量和压力特性更加优良。其最大的特点是使用时当压力在允许范围内加以调节时流量之变动甚微，压力选择范围很宽，具有强制输气的特征。输送的介质不含油。设备体积小、重量轻、流量大、噪音低、运行平稳可靠。3台鼓风机型号为LYG250（三叶式），额定流量为64.28 m3/min，功率为90 kW，设置变频系统（配日立变频器），根据CASS池曝气需求，可调节风机转速，以调节供气量。每台鼓风机进口设置过滤器；出风管上设置逆止阀和手动蝶阀，并设有风机启动用的排空管路及排空阀。

4.7 消毒系统

配有NLQ-45KQ开放式紫外线（UV）消毒系统。消毒水量为1 875 t/h，功率为28.16 kW，主电源为AC380 V/50 Hz，透射率>=65%，悬浮物<=30 mg/l，灯管使用寿命>12 000 h。

4.8 污泥调节池

池子的尺寸为长5.2 m，宽5 m，高6 m，体积为156 m3。

4.9 脱水机

采用带式浓缩脱水一体机，污泥脱水机选用中国台湾启硕机械有限公司生产的NBD-L1500脱水机2台，滤带宽1.5 m，湿泥处理量23～33 m3/h，功率0.72 kW。

5 系统运行

5.1 调试阶段

该污水处理厂2009年12月开始调试，2010年5月接种污泥进行试运行。接种的污泥为该厂原有的SBR工艺里的原生污泥，所以污泥接种后可直接运用，但原有污泥相对现有工艺来说，污泥量较少需一段时间培养。由于当时试运行期间污水水量较少，水质浓度也不高COD在100 mg/L左右，所以污泥培养用了三个月的时间。污泥浓度由刚开始平均1 000 mg/L到后来的 3 000 mg/L。

5.2 正式投入使用阶段

2011年3月该厂正式投入使用。受进水水量影响，该厂是间歇式进水和排水。进水时开动双曲面搅拌器、回流泵和推进器，使污水经过一段厌氧和缺氧时间，进水1 h后开始曝气。该厂一共有四个CASS池，一个CASS池进水时间为80 min，每次都是一个池子进水，进完后再换另一个接着进水。每个CASS池的污泥浓度都控制在3 500～4 000 mg/L。曝气时间一般设定为2 h，DO值最高可达3.0 mg/L。在整个曝气过程中混合液溶解氧的浓度使其从0逐渐上升到2.5 mg/L左右，期间约有50%时间溶解氧接近于零，30 %在1 mg/L左右，20%在2 mg/L。这样使活性污泥絮体的外周保持一个好氧环境进行硝化，污水中的有机氮、蛋白氮等在好氧条件下首先被氨化菌转化为氨氮，而后在硝化菌的作用下变成硝酸盐；由于主反应区耗氧速度较快而溶解氧含量又不高，因此低溶解氧难渗入絮体内，这样，就在微生物絮体中形成了微反应区（微缺氧环境），使絮体内部由反硝化菌发生反硝化作用，并由外加碳源提供能量，使硝酸盐氮还原成氮气从污水中逸出。

另外，该工艺曝气与非曝气交替进行，从而使泥水混合液通过主反应区，顺序经过缺氧—好氧—厌氧环境，尤其在非曝气阶段内污泥层以胞内在生物选择高负荷下储存或吸收的碳为碳源，进行反硝化，在污泥沉淀过程中也有一定的反硝化作用。

5.3 运用方案

到2013年由于管网完善和周边大学城的发展，还有因大学生活污水具有一定的周期性（如大学放假期间），该厂目前主要以三种运行方案为主：

①大学开学期间，进水水质浓度较高（COD>300 mg/L），但水量未达满负荷，可采用加大曝气量或延长曝气时间，以保证出水水质达标排放。

②雨季里大学开学期间，南方雨季雨水较多，导致大量雨水流入污水管道，导致该厂进水量加大，使进水浓度降低。雨季里因水质浓度不高（COD<100 mg/L），缩短曝气时间，加大进水量。

③大学放假期间，又是枯水季，水量很小且浓度也不高，CASS池都是间歇运行，主要以保证污泥活性。

通过CASS工艺的灵活调整，该厂这两年出水达标排放合格率为100%，污水处理效果完全达到国家城镇污水处理厂污染物排放标准中的一级B类标准。这两年出水实际平均值，见表3。

6 CASS工艺的优点

6.1 费用低

与传统活性污泥法相比，CASS法的优点在于建设费用低：省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流建筑，建设费用可节省10%～25%。

6.2 工艺流程短，占地面积少

工艺流程短，占地面积少：污水厂主要构筑物为集水池、沉砂池、CASS曝气池、污泥池，而没有初次沉淀池、二次沉淀池，布局紧凑，占地面积可减少20%～35%。

6.3 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，氧的浓度梯度大，传递效率高，节能效果显著，运转费用可节省10%～25%。

6.4 有机物去除率高，出水水质好

根据研究结果和工程应用情况，通过合理的设计和良好的管理，对城市污水，进水COD为400 mg/L时，出水小于30 mg/L以下。对可生物降解的工业废水，即使进水COD高达3 000 mg/L，出水仍能达到50 mg/L左右。对一般的生物处理工艺，很难达到这样好的水质。

6.5 管理简单，运行可靠

污水处理厂设备种类和数量较少，可自动化程度高，控制系统比较简单，工艺本身决定了不容易发生污泥膨胀。

7 结 语

通过该厂长期运行可知CASS工艺系统管理简单，运行可靠；污泥产量低，污泥性质稳定；具有良好的脱氮除磷功能；经过处理达标的出水无异味；对进水的水质水量的变化有较强的适应能力，对污水的处理效果稳定，并保证出水水质良好，可回用于污水处理厂内：如绿化、浇地、洗车等有关杂用用途。目前此处理工艺在国内外处于先进水平，设备自动化程度高，可用微机进行远程操作和控制。其工艺有推广应用价值。

参考文献：

[1] 熊红权，李文彬.CASS工艺在国内的应用现状[J].中国给水排水，2003，（2）.

[2] 李志明.CASS 工艺处理城市污水[J].广东化工，2011，（3）.

[3] 朱明权.循环式活性污泥法的应用与发展[J].中国给水排水，1992，（6）.

[4] 沈耀良，王宝贞.循环活性污泥系统（CASS）处理城市污水[J].给水排水，1999，（5）.