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【收藏】CASS污水处理工艺全解析,对污染物去除作用,同时还具有较好的脱氮、除磷功能


CASS简介

CASSCyclic Activated Sludge System),又称为循环活性污泥工艺,这是在SBRSequencing Batch Reactor,序批式处理法)的基础上发展起来的,即在SBR池内进水端增加了一个生物选择器,实现了连续进水(沉淀期、排水期仍连续进水),间歇排水。


该工艺最早在国外应用,为了更好地将其引进,开发出适合我国国情的新型污水处理新工艺,有关科研机构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。将研究成果成功地应用于处理生活污水及不同种工业废水的工程实践中,取得了良好的经济、社会和环境效益。并开发的CASS工艺与ICEAS工艺相比,负荷可提高1-2倍,节省占地和工程投资近30% 



CASS工艺的结构

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。


CASS原理

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法工作原理如图所示: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、滗水、闲置几个阶段,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。



CASS工艺的3个阶段

污水由地下管道接入,重力流进入格栅槽,经粗格栅除污机除去大粒径漂浮物后进入调节池,由调节池提升泵提升至细格栅槽,然后自流至室外沉砂池,砂水分离,而后自流至CASS生化反应池,污水在此进行缺氧(搅拌)反应,好氧(曝气)反应处除去有机物,并经硝化、反硝化处理氨氮和磷,最终经沉淀、排水和闲置工序完成一个周期的处理过程。污水按一定周期和阶段得到处理,每一循环由下列各阶段组成:

1进水、曝气、回流阶段集水调节池的废水由污水提升泵提升至混合槽与污泥回流泵提升来的回流污泥进行混合后进入生物选择区,废水中的溶解性有机物质能过酶反应机理而迅速去除,回流污泥中的硝酸盐可在此选择区中得以反硝化,从而防止污泥膨胀;在预反应区中,废水被微量曝气,基本处于缺氧状态,有机物在此反应区内得到初步降解,同时也可以去除部分硝态氮;在主反应区内,经厌氧、缺氧的废水得到大量的曝气,处于好氧状态,主要进行硝化和降解有机物,同时在沉淀和闲置时也存在反硝化过程。

2沉淀阶段在此阶段,污泥回流、曝气均停止工作,整个充满水的池子上方处于相对静止的状态。此时,活性污泥进行絮凝与处理水开始分离,最终在池水上方形成1.5米左右的处理水上清液。在该阶段,如果进水量没有使水位达到预定的高度,则进水泵继续工作。由于池水的相对平衡,增加了进水在生物选择区的停留时间,而且选择区、预反应区、主反应区三区域的相连采用了特殊流道设计,因此,此时进入CASS反应池废水将在选择区混合后以层流的形式通过预反应区而进入主反应区的底部,与下降的絮凝活性污泥相混合,而不影响上层的处理水。

3撇水阶段到达该阶段,撇水器可以自动、也可手动工作,由原始位置(原点)按设置的速度降到池水面,停止1分钟,然后按设定的开、停时间循环工作。撇水器以“走、停、走”的状态下降,池子上部的上清液通过撇水器排至出水沟。撇水器的下降速度与水面的下降速度基本相当,因此不会扰动已分离了的污泥。由于撇水器的特殊设计,池水面的一些漂浮物不会被撇出,保证了出水水质。


CASS生化反应池为本站污水处理的核心构筑物,在该反应池中将完成污水中BODCODNH3-NSS的去除,反应池按进水、曝气、沉淀、排水、闲置各个阶段的时间顺序运行。

曝气所需的空气由鼓风机供给,根据需要的曝气时间控制鼓风机的开停。当进水和反硝化反应时由潜水搅拌机进行搅拌。CASS生化反应池设有溶解氧(DO)在线检测仪以调整反应器中溶解氧在最佳的范围。CASS生化反应池的排水通过滗水器进行,流入接触池,(清水池)进行加氯杀菌。该池设有COD在线检测仪,合格的处理水进入深度处理装置作进一步处理。或者排放,当检测出的COD或氨氮超标时,由监护泵输送处理水返回至CASS池从新处理。

CASS生化反应池根据运行状况,开启排泥泵,将一部分沉淀后的污泥排放至污泥池,再经污泥泵将污泥池中的污泥输送至污泥脱水机,经浓缩脱水后得到的污泥饼(含水率75%82%)送至界外。污泥脱水用的絮凝剂PAM加药装置供给。产生的过滤清液返回至调节池。

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。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适用范围

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。


CASS工艺特点

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,没有二沉池及污泥回流设备,一般情况下不设调节池及初沉池。因此,污水处理设施布置紧凑、占地省、投资低。

2生化反应推动力大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,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。实验和工程中曾遇到SV30高达96%的情况,只要将沉淀阶段的时间稍作延长,系统运行不受影响。

4运行灵活,抗冲击能力强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。

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。

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。

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 MLSS.h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 MLSS.h ,必须经稳定化后才能处置。

 

SBR、传统活性污泥法相比,CASS的优势


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COD400mg/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注意事项

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。

2控制方式的选择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/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。

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排水方式的选择CASS工艺的排水要求与SBR相同,当前,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。当前,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、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,这两种排水装置当前应用较多,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。

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。


CASS在工业园区废水处理工艺案例

1污水处理工艺 粗格栅及提升泵房+细格栅及曝气沉砂池+CASS反应池+混凝沉淀+生物滤池+液氯消毒后排入河流。 

2污泥处理工艺重力浓缩+机械脱水,泥饼外运。 

3辅助除磷后置加药除磷+浓缩池、脱水机上清液加药除磷。

4工艺流程由于工业园区污水较难生化降解,因此,该废水处理采用格栅紫外线消毒组合工艺,确保出水稳定。

工业园区污水处理厂工程预测进水水质ρBOD/ρCODCr0.40,属于较好生物降解水质范畴,但污水厂进水中以工业废水为主,工业废水经预处理后可生化性一般都较差。

水解酸化-好氧生物处理工艺中的水解目的主要是将原有废水中的非溶解性有机物转变为溶解性有机物,特别是工业废水,主要将其中难生物降解的有机物转变为易生物降解的有机物,提高废水的可生化性,以利于后续的好氧处理,同时降低生化能耗。

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。

根据污水处理厂进出水水质要求,处理工艺必须采用具有除磷、硝化和部分反硝化功能的深度处理才能达到设计要求。因此,污水处理的总体工艺流程包括机械处理段、二级生物处理段、污泥处理段。

(来源:工业水处理)



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