工艺流程及CASS工艺原理

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㈡CASS工艺原理
CASS（Cyclic-Activated-Sludge-System）工艺是近年来国际公认的处理生活污水及工业废水的先进工艺。

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，受到环保部门及拥护的广泛关注和一致好评。

其基本结构是：在序批式活性污泥法（SBR）的基础上，反应池沿池长方向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置。

整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统；同时可连续进水，间断排水。

该工艺最早在国外应用，为了更好地将其引进、消化，开发出适合我国国情的新型污水处理新工艺，总装备部工程设计研究总院环保中心于1994年在实验室进行了整套系统的模拟试验，分别探讨了CASS工艺处理常温生活污水、低温生活污水、制药和化工等工业废水的机理和特点以及水处理过程中脱氮除磷的效果，获得了宝贵的设计参数和对工艺运行的指导性经验。

CASS池分预反应区和主反应区。

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。

CASS法是在间歇式活性污泥法（SBR法）的基础上演变而来的，其工作原理如下图所示：
CASS工艺曝气池由三个反应区（选择区、次反应区和主反应区）组成。

在反应器的前部设置了生物选择区，后部设置了可升降的自动滗水装置。

其工作过程可分为曝气、沉淀和排水三个阶段，周期循环进行。

污水连续进入预反应区，经过隔墙底部进入主反应区，在保证供氧的条件下，使有机物被池中的微生物降解。

根据进水水质可对运行参数进行调整。

运行过程中，活性污泥从主反应区回流至选择区中，整个系统以推流方式运行，而各反应区则以完全混合的方式运行，实现同步碳化硝化及反硝化过程。

CASS工艺运行操作每周期分为四个阶段：进水/曝气、进水/沉淀、排水和闲置。

运行方式可以灵活调整，比如，进水同时可以曝气，也可以不曝气。

且每一阶段的运行时间可以根据原水水质水量任意调整。

一个周期结束后，下一周期重复上一周期运行。

CASS法的特点
与SBR相比，CASS法的优点是：
其反应池由预反应区和主反应区组成，因此，对难降解有机物的去除效果更好。

进水过程是连续的，因此，进水管道上无需电磁阀等控制元件，单个池子可独立运
行；而SBR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。

排水是由可升降的堰式滗水器完成的，随水面逐渐下降，均匀将处理后的清水排出，最大限度降低了排水时水流对底部沉淀污泥的扰动。

CASS法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3/4，所以，CASS法比SBR法的抗冲击能力更好。

与传统活性污泥法相比，CASS法的优点是：
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
10-25%。

以10万吨的城市污水处理厂为例，传统活性污泥法的总投资约1.5亿，CASS法总投资约1.1亿。

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%。

以10万吨的城市污水厂为例，传统活性污泥法占地面积约为180亩，CASS法占地面积约120亩。

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%。

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400mg/L时，出水小于30mg/L以下。

对可生物降解的工业废水，即使进水COD高达3000mg/L，出水仍能达到50mg/L左右。

对一般的生物处理工艺，很难达到这样好的水质。

所以，对CASS工艺，二级处理的投资，可达到三级处理的水质。

管理简单，运行可靠：污水处理厂设备种类和数量较少，控制系统比较简单，工艺本身决定了不发生污泥膨胀。

所以，系统管理简单，运行可靠。

污泥产量低，污泥性质稳定。

具有脱氮除磷功能。

无异味。

CASS工艺特点
设备安装简便，施工周期短，具有较好的耐水、防腐能力，设备使用寿命长；
对原水的水质水量的变化有较强的适应能力，处理效果稳定，出水水质好，可回用于污水处理厂内的如绿化、浇地、洗车等有关杂用用途；
处理工艺在国内外处于先进水平，设备自动化程度高，可用微机进行操作和控制；
整个工艺运转操作较为简单，维修方便，处理厂内不产生污染环境的臭气和蚊萤；
投资较省，处理成本低，工艺有推广应用价值。

CASS工艺主要技术特征
1 连续进水，间断排水
传统SBR工艺为间断进水，间断排水，而实际污水排放大都是连续或半连续的，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 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。

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，而排水比与处理废水的浓度、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。

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。

CASS操作周期一般可分为四个步骤：
曝气阶段
进水/曝气阶段。

边进水边曝气，同时活性污泥从主反应区回流至生物选
择区，回流量为污水量的20～30%。

液位由设计最低液位逐渐上升至设计
最高液位，有效容积逐渐增加（变容积运行）。

由曝气装置向反应池内
充氧，一方面满足好氧微生物对氧的需要，另一方面有利于活性污泥与
有机物的混合与接触，从而使有机亏染物被微生物氧化分解，同时污水
中的NH
3-N通过微生物的硝化作用转化为NO
3
--N。

沉淀阶段
沉淀阶段。

此阶段停止曝气，其主要作用是澄清上清液和浓缩污泥。

微生物利用水中剩余的DO进行氧化分解。

随着溶解氧含量的降低，反应池逐渐由好氧状态向缺氧状态转化，开始进行反硝化反应。

活性污泥逐渐沉到池底，上层水变清。

由于沉淀初期，前一阶段曝气所产生的搅拌作用使污泥发生絮凝作用，随后以区域沉降的形式沉降，因此，即使在该阶段不停止进水，依然能获得良好的沉淀效果。

当混合液的污泥浓度为3500mg/L～5000mg/L，沉淀后污泥浓度可达15000mg/L左右。

滗水阶段
排水（表面滗水）阶段。

沉淀结束后，置于反应池末端的滗水器开始工作，自上而下逐渐排出上清液。

排水设施采用移动式自动排水装置—
滗水器，它是整个CASS工艺中的最关键设备之一。

滗水器在沉淀结束时，根据指令开始工作，沿设定的轨道以较高的速度降到水面，在与水面接触后，滗水装置的下降速度即转换到正常滗水下降速度，当滗水装置下降到最低水位，滗水结束即迅速返回到初始状态。

滗水器的前部设有挡渣板，可以避免将水面可能存在的浮渣（混）随出水一起排出。

滗水器设在池子末端，由电动机驱动，由系统设定的程序计算，变频调节上升或下降速度。

在此阶段，污泥回流仍然进行。

此时反应池逐渐过渡到厌氧状态继续反硝化。

闲置阶段
闲置阶段即是滗水器上升到原始位置阶段。

闲置阶段设置的主要目的是在本周期结束转向下个周期前，为反应池提供时间以完成它的整个周期。

在此期间，使微生物通过内源呼吸作用恢复其活性，为下个周期创造良好的初始条件。

经过闲置期后的活性污泥处于一种营养物的饥饿状态，单位重量的活性污泥具有很大的吸附表面积，因此，一旦进入下个运行周期的进水期时，活性污泥便可充分发挥其较强的吸附能力，有效地除掉污染物。

闲置阶段，污泥回流照常进行。

CASS生化处理系统是一个多参量（如液位、水质、流量、压力等）、多任务（如进水、曝气、沉淀、排水等）、多设备（如滗水器、鼓风机、调节阀等）的复杂系统，在整个生化处理系统中处于核心地位。

CAS S工艺成熟，在国内外有成功的操作经验，达到国家一级排放标准。