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1、解析 CASS 工艺特点及其在造纸废水上的应用摘要： 本文论述解析 CASS 的工艺特点，并从技术和经济角度分析其在造纸废水上应用的可行性。并探讨了设计中应注意的一些问题。关键词： CASS 工艺 技术特征 经济评价 造纸废水1 概述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。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
2、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，并得到广大的认可，技术上也已经有很大的成熟。2 CASS 工艺的主要技术特征2.1 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。所以 CASS 工艺应用灵活，很适合在工业废水上应用。2.2 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
3、间依次进行。2.3 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。2.4 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。
4、3 CASS 工艺的主要优点3.1 工艺流程简单，占地面积小，投资较低CASS 的核心构筑物为反应池，没有二沉池，一般情况下不设调节池及初沉池，可根据实际情况需要进行设计安排。因此，污水处理设施布置紧凑、占地省、投资低。3.2 生化反应推动力大在完全混合式连续流曝气池中的底物浓度等于二沉池出水底物浓度，底物流入曝气池的速率即为底物降解速率。根据生化动力反应学原理，由于曝气池中的底物浓度很低，其生化反应推动力也很小，反应速率和有机物去除效率都比较低；在理想的推流式曝气池中，污水与回流污泥形成的混合流从池首端进入，成推流状态沿曝气池流动，至池末端流出。作为生化反应推动力的底物浓度，从进水的最高浓度
5、逐渐降解至出水时的最低浓度，整个反应过程底物浓度没被稀释，尽可能地保持了较大推动力。此间在曝气池的各断面上只有横向混合，不存在纵向的返混。CASS 工艺从污染物的降解过程来看，当污水以相对较低的水量连续进入 CASS 池时即被混合液稀释，因此，从空间上看 CASS 工艺属变体积的完全混合式活性污泥法范畴；而从CASS 工艺开始曝气到排水结束整个周期来看，基质浓度由高到低，浓度梯度从高到低，基质利用速率由大到小，因此，CASS 工艺属理想的时间顺序上的推流式反应器，生化反应推动力较大。3.3 沉淀效果好CASS 工艺在沉淀阶段几乎整个反应池均起沉淀作用，沉淀阶段的表面负荷比普通二次沉淀池小得多，
6、虽有进水的干扰，但其影响很小，沉淀效果较好。实践证明，当冬季温度较低，污泥沉降性能差时，或在处理一些特种工业废水污泥凝聚性能差时，均不会影响CASS 工艺的正常运行。3.4 运行灵活，抗冲击能力强，可实现不同的处理目标CASS 工艺在设计时已考虑流量变化的因素，能确保污水在系统内停留预定的处理时间后经沉淀排放，特别是 CASS 工艺可以通过调节运行周期来适应进水量和水质的变比。当进水浓度较高时，也可通过延长曝气时间实现达标排放，达到抗冲击负荷的目的。在暴雨时，可经受平常平均流量 6 倍的高峰流量冲击，而不需要独立的调节地。多年运行资料表明，在流量冲击和有机负荷冲击超过设计值 23 倍时，处理效
7、果仍然令人满意。而传统处理工艺虽然已设有辅助的流量平衡调节设施，但还很可能因水力负荷变化导致活性污泥流失，严重影响排水质量。当强化脱氮除磷功能时，CASS 工艺可通过调整工作周期及控制反应池的溶解氧水平，提高脱氮除磷的效果。所以，通过运行方式的调整，可以达到不同的处理水质。3.5 不易发生污泥膨胀污泥膨胀是活性污泥法运行过程中常遇到的问题，由于污泥沉降性能差，污泥与水无法在二沉池进行有效分离，造成污泥流失，使出水水质变差，严重时使污水处理厂无法运行，而控制并消除污泥膨胀需要一定时间，具有滞后性。因此，选择不易发生污泥膨胀的污水处理工艺是污水处理厂设计中必须考虑的问题。由于丝状菌的比表面积比菌胶
8、团大，因此，有利于摄取低浓度底物，但一般丝状菌的比增殖速率比非丝状菌小，在高底物浓度下菌胶团和丝状菌都以较大速率降解底物与增殖，但由于胶团细菌比增殖速率较大，其增殖量也较大，从而较丝状菌占优势。而 CASS 反应池中存在着较大的浓度梯度，而且处于缺氧、好氧交替变化之中，这样的环境条件可选择性地培养出菌胶团细菌，使其成为曝气池中的优势菌属，有效地抑制丝状菌的生长和繁殖，克服污泥膨胀，从而提高系统的运行稳定性。3.6 适用范围广，适合分期建设CASS 工艺可应用于大型、中型及小型污水处理工程，比 SBR 工艺适用范围更广泛；连续进水的设计和运行方式，一方面便于与前处理构筑物相匹配，另一方面控制系统
9、比 SBR工艺更简单。对大型污水处理厂而言，CASS 反应池设计成多池模块组合式，单池可独立运行。当处理水量小于设计值时，可以在反应地的低水位运行或投入部分反应池运行等多种灵活操作方式；由于 CASS 系统的主要核心构筑物是 CASS 反应池，如果处理水量增加，超过设计水量不能满足处理要求时，可同样复制 CASS 反应池，因此 CASS 法污水处理厂的建设可随企业的发展而发展，它的阶段建造和扩建较传统活性污泥法简单得多。3.7 剩余污泥量小，性质稳定传统活性污泥法的泥龄仅 27 天，而 CASS 法泥龄为 25-30 天，所以污泥稳定性好，脱水性能佳，产生的剩余污泥少。去除 1.0kgBOD
10、产生 0.20.3kg 剩余污泥，仅为传统法的 60左右。由于污泥在 CASS 反应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 MLSSh 以下，一般不需要再经稳定化处理，可直接脱水。而传统法剩余污泥不稳定，沉降性差，耗氧速率大于 20mgO2/g MLSSh ，必须经稳定化后才能处置。4 CASS 设计中应注意的问题4.1 水量平衡工业废水和生活污水的排放通常是不均匀的，如何充分发挥 CASS 反应池的作用，与选择的设计流量关系很大，如果设计流量不合适，进水高峰时水位会超过上限，进水量小时反应池不能充分利用。当水量波动较大时，应考虑设置调节池。4.2 控制方式的选
11、择CASS 工艺的日益广泛应用，得益于自动化技术发展及在污水处理工程中的应用。CASS工艺的特点是程序工作制，可根据进水及出水水质变化来调整工作程序，保证出水效果。整套控制系统可采用现场可编程控制（PLC）与微机集中控制相结合，同时为了保证 CASS工艺的正常运行，所有设备采用手动和自动两种操作方式，后者便于手动调试和自控系统故障时使用，前者供日常工作使用。4.3 曝气方式的选择CASS 工艺可选择多种曝气方式，但在选择曝气头时要尽量采用不堵塞的曝气形式，如穿孔管、水下曝气机、伞式曝气器、螺旋曝气器等。采用微孔曝气时应采用强度高的橡胶曝气盘或管，当停止曝气时，微孔闭合，曝气时开启，不易造成微孔
12、堵塞。此外，由于CASS 工艺自身的特点，选用水下曝气机还可根据其运行周期和 DO 等情况适当开启不同的台数，达到在满足废水要求的前提下节约能耗的目的。4.4 排水方式的选择CASS 工艺的排水要求与 SBR 相同，目前，常用的设备为旋转式撇水机，其优点是排水均匀、排水量可调节、对底部污泥干扰小，又能防止水面漂浮物随水排出。CASS 工艺沉淀结束需及时将上清液排出，排水时应尽可能均匀排出，不能扰动沉淀在池底的污泥层，同时，还应防止水面的漂浮物随水流排出，影响出水水质。目前，常见的排水方式有固定式排水装置如沿水池不同深度设置出水管，从上到下依次开启，优点是排水设备简单、投资少，缺点是开启阀门多、
13、排水管中会积存部分污泥，造成初期出水水质差。浮动式排水装置和旋转式排水装置虽然价格高，但排水均匀、排水量可调、对底部污泥干扰小，又能防止水面漂浮物随出水排出，因此，这两种排水装置目前应用较多，尤其旋转式排水装置，又称滗水器，以操作灵活、运行稳定性高等优点受到设计人员和用户的青睐。4.5 需要注意的其它问题1、冬季或低温对 CASS 工艺的影响及控制2、排水比的确定3、雨季对池内水位的影响及控制4、排泥时机及泥龄控制5、预反应区的大小及反应池的长宽比6、间断排水与后续处理构筑物的高程及水量匹配问题。 5 CASS 的经济性实践证明，CASS 工艺日处理水量小则几百立方米，大则几十万立方米，只要设
14、计合理，与其它方法相比具有一定的经济优势。它比传统活性污泥法节省投资 20%-30%，节省土地30%以上。当需采用多种工艺串联使用时，如在 CASS 工艺后有其它处理工艺时，通常要增加中间水池和提升设备,将影响整体的经济优势，此时，要进行详细的技术经济比较，以确定采用 CASS 工艺还是其它好氧处理工艺。不同工艺处理城市污水的费用比较见表 1。表 1 不同工艺处理污水的费用比较（相对数据，%）处理工艺类型土建费设备费总投资年运行费占地面积传统曝气活性污泥100100100100100深井曝气11112411619167生物接触氧化9616712511392CASS(微孔曝气)808481938
15、9由于 CASS 工艺的曝气是间断的，利于氧的转移，曝气时间还可根据水质、水量变化灵活调整，均为降低运行成本创造了条件。总体而言，CASS 工艺的运行费用比传统活性污泥法稍低。 5 CASS 工艺在造纸工业废水上的应用 5.1 造纸废水的概念 造纸废水是我国主要的工业污染源之一。造纸工业废水的排放量以及废水中污染物的 负荷随着原料的种类、生产工艺方法、产品和技术管理水平的不同，存在很大的差异。一 般说来，在整个制浆造纸生产过程中，从备料、蒸煮，一直到成纸各个工段都有废水排放，只是每个工段废水排放量和污染物成分和含量有所不同。通常将造纸工业废水分成三类， 即制浆废水，洗浆、筛选、漂白等工段的中段
16、废水和抄纸废水。化学制浆的蒸煮废液，即 黑液是造纸工业废水的重要污染源之一，所产生的 COD, BOD 约为制浆全过程污染物总量 的 90以上，而它的化学成分及含量因制浆原料和使用化学药剂的不同，存在很大的差异。 造纸中段废水包括洗、选、漂等工段产生的废水，其化学成分与黑液相仿，只是浓度稍低， 废水排放量大，SS 和 BOD 值高。中段废水 COD 浓度在 1 5002 500 mg/L 之间，需经处理 才能达标排放。 5.2 造纸废水的特点 造纸废水具有排放量大、污染物复杂、难处理等特点,因而严重的阻碍了造纸工业的发 展,同时也影响着人类生存环境的改善。其主要特点是 COD、BOD 浓度高，废水中悬浮物 SS 浓度偏高，而且废水的色度也太深。这些就是造纸废水主要要处理的因子。 5.3 CASS 工艺在造纸废水处理上的应用 根据造纸废水的性质，结合 CASS 的工艺特点，可以得出以下几点结论： （1）CASS 工艺的进出和出水间断可以灵活控制，适合在工业废水上应用。 （2）CASS 工艺工艺流程简单，占地面积小，投资较低,又可以根据企业的发展分期建 设。
