CASS工藝

 1.   工藝簡介

CASS(Cyclic Activated Sludge System)是周期循環活性汙泥法的簡稱,又稱為循環活性汙泥工藝CAST(Cyclic Activated Sludge technology),是在SBR的基礎上發展起來的,即在SBR池內進水端增加了一個生物選擇器,實現了連續進水(沉澱期、排水期仍連續進水),間歇排水。設置生物選擇器的主要目的是使係統選擇出絮凝性細菌,其容積約占整個池子的10%。生物選擇器的工藝過程遵循活性汙泥的基質積累--再生理論,使活性汙泥在選擇器中經曆一個高負荷的吸附階段(基質積累),隨後在主反應區經曆一個較低負荷的基質降解階段,以完成整個基質降解的全過程和汙泥再生。
2.   基本原理結構
2.1 CASS基本結構
在序批式活性汙泥法(SBR)的基礎上,反應池沿池長方向設計為兩部分,前部為生物選擇區也稱預反應區,後部為主反應區,其主反應區後部安裝了可升降的自動撇水裝置。整個工藝的曝氣、沉澱、排水等過程在同一池子內周期循環運行,省去了常規活性汙泥法的二沉池和汙泥回流係統;同時可連續進水,間斷排水。
2.2 CASS原理
在預反應區內,微生物能通過酶的快速轉移機理迅速吸附汙水中大部分可溶性有機物,經曆一個高負荷的基質快速積累過程,這對進水水質、水量、PH和有毒有害物質起到較好的緩衝作用,同時對絲狀菌的生長起到抑製作用,可有效防止汙泥膨脹;隨後在主反應區經曆一個較低負荷的基質降解過程。CASS工藝集反應、沉澱、排水、功能於一體,汙染物的降解在時間上是一個推流過程,而微生物則處於好氧、缺氧、厭氧周期性變化之中,從而達到對汙染物去除作用,同時還具有較好的脫氮、除磷功能。
CASS法工作原理如右圖所示:
 
                                                               cass原理圖
在反應器的前部設置了生物選擇區,後部設置了可升降的自動潷水裝置。其工作過程可分為曝氣、沉澱、潷水、閑置四個階段,周期循環進行。汙水連續進入預反應區,經過隔牆底部進入主反應區,在保證供氧的條件下,使有機物被池中的微生物降解。根據進水水質可對運行參數進行調整。
3.   CASS操作周期的四個階段
3.1 曝氣階段
由曝氣裝置向反應池內充氧,此時有機汙染物被微生物氧化分解,同時汙水中的NH3-N通過微生物的硝化作用轉化為NO3-N
3.2 沉澱階段
此時停止曝氣,微生物利用水中剩餘的DO進行氧化分解。反應池逐漸由好氧狀態向缺氧狀態轉化,開始進行反硝化反應。活性汙泥逐漸沉到池底,上層水變清。
3.3 潷水階段
沉澱結束後,置於反應池末端的潷水器開始工作,自上而下逐漸排出上清液。此時反應池逐漸過渡到厭氧狀態繼續反硝化。
3.4 閑置階段
閑置階段即是潷水器上升到原始位置階段。
4.   CASS工藝的主要技術特征
4.1 連續進水,間斷排水
傳統SBR工藝為間斷進水,間斷排水,而實際汙水排放大都是連續或半連續的,CASS工藝可連續進水,克服了SBR工藝的不足,比較適合實際排水的特點,拓寬了SBR工藝的應用領域。雖然CASS工藝設計時均考慮為連續進水,但在實際運行中即使有間斷進水,也不影響處理係統的運行。
4.2 運行上的時序性
CASS反應池通常按曝氣、沉澱、排水和閑置四個階段根據時間依次進行。
4.3 運行過程的非穩態性
每個工作周期內排水開始時CASS池內液位最高,排水結束時,液位最低,液位的變化幅度取決於排水比,而排水比與處理廢水的濃度、排放標準及生物降解的難易程度等有關。反應池內混合液體積和基質濃度均是變化的,基質降解是非穩態的。
4.4 溶解氧周期性變化,濃度梯度高
CASS在反應階段是曝氣的,微生物處於好氧狀態,在沉澱和排水階段不曝氣,微生物處於缺氧甚至厭氧狀態。因此,反應池中溶解氧是周期性變化的,氧濃度梯度大、轉移效率高,這對於提高脫氮除磷效率、防止汙泥膨脹及節約能耗都是有利的。實踐證實對同樣的曝氣設備而言,CASS工藝與傳統活性汙泥法相比有較高的氧利用率。
5.   CASS工藝的主要優點
5.1 工藝流程簡單,占地麵積小,投資較低
CASS的核心構築物為反應池,沒有二沉池及汙泥回流設備,一般情況下不設調節池及初沉池。因此,汙水處理設施布置緊湊、占地省、投資低。
5.2 生化反應推動力大
CASS工藝從汙染物的降解過程來看,當汙水以相對較低的水量連續進入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汙泥法範疇;而從CASS工藝開始曝氣到排水結束整個周期來看,基質濃度由高到低,濃度梯度從高到低,基質利用速率由大到小,因此,CASS工藝屬理想的時間順序上的推流式反應器,生化反應推動力較大。
5.3 沉澱效果好
CASS工藝在沉澱階段幾乎整個反應池均起沉澱作用,沉澱階段的表麵負荷比普通二次沉澱池小得多,雖有進水的幹擾,但其影響很小,沉澱效果較好。實踐證明,當冬季溫度較低,汙泥沉降性能差時,或在處理一些特種工業廢水汙泥凝聚性能差時,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,隻要將沉澱階段的時間稍作延長,係統運行不受影響。
5.4 運行靈活,抗衝擊能力強
CASS工藝在設計時已考慮流量變化的因素,能確保汙水在係統內停留預定的處理時間後經沉澱排放,特別是CASS工藝可以通過調節運行周期來適應進水量和水質的變比。當進水濃度較高時,也可通過延長曝氣時間實現達標排放,達到抗衝擊負荷的目的。在暴雨時,可經受平常平均流量6信的高峰流量衝擊,而不需要獨立的調節地。多年運行資料表明,在流量衝擊和有機負荷衝擊超過設計值23信時,處理效果仍然令人滿意。而傳統處理工藝雖然已設有輔助的流量平衡調節設施,但還很可能因水力負荷變化導致活性汙泥流失,嚴重影響排水質量。
當強化脫氮除磷功能時,CASS工藝可通過調整工作周期及控製反應池的溶解氧水平,提高脫氮除磷的效果。所以,通過運行方式的調整,可以達到不同的處理水質。
5.5 不易發生汙泥膨脹
汙泥膨脹是活性汙泥法運行過程中常遇到的問題,由於汙泥沉降性能差,汙泥與水無法在二沉池進行有效分離,造成汙泥流失,使出水水質變差,嚴重時使汙水處理廠無法運行,而控製並消除汙泥膨脹需要一定時間,具有滯後性。因此,選擇不易發生汙泥膨脹的汙水處理工藝是汙水處理廠設計中必須考慮的問題。
由於絲狀菌的比表麵積比菌膠團大,因此,有利於攝取低濃度底物,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,但由於膠團細菌比增殖速率較大,其增殖量也較大,從而較絲狀菌占優勢。而CASS反應池中存在著較大的濃度梯度,而且處於缺氧、好氧交替變化之中,這樣的環境條件可選擇性地培養出菌膠團細菌,使其成為曝氣池中的優勢菌屬,有效地抑製絲狀菌的生長和繁殖,克服汙泥膨脹,從而提高係統的運行穩定性。
5.6 適用範圍廣,適合分期建設
CASS工藝可應用於大型、中型及小型汙水處理工程,比SBR工藝適用範圍更廣泛;連續進水的設計和運行方式,一方麵便於與前處理構築物相匹配,另一方麵控製係統比SBR工藝更簡單。
對大型汙水處理廠而言,CASS反應池設計成多池模塊組合式,單池可獨立運行。當處理水量小於設計值時,可以在反應地的低水位運行或投入部分反應池運行等多種靈活操作方式;由於CASS係統的主要核心構築物是CASS反應池,如果處理水量增加,超過設計水量不能滿足處理要求時,可同樣複製CASS反應池,因此CASS法汙水處理廠的建設可隨企業的發展而發展,它的階段建造和擴建較傳統活性汙泥法簡單得多。
5.7 剩餘汙泥量小,性質穩定
傳統活性汙泥法的泥齡僅27天,而CASS法泥齡為25-30天,所以汙泥穩定性好,脫水性能佳,產生的剩餘汙泥少。去除1.0kgBOD產生0.20.3kg剩餘汙泥,僅為傳統法的60%左右。由於汙泥在CASS反應池中已得到一定程度的消化,所以剩餘汙泥的耗氧速率隻有10mgO2/g MLSS.h以下,一般不需要再經穩定化處理,可直接脫水。而傳統法剩餘汙泥不穩定,沉降性差,耗氧速率大於20mgO2/g MLSS.h ,必須經穩定化後才能處置。
6.   CASS設計中應注意的問題
6.1 水量平衡
工業廢水和生活汙水的排放通常是不均勻的,如何充分發揮CASS反應池的作用,與選擇的設計流量關係很大,如果設計流量不合適,進水高峰時水位會超過上限,進水量小時反應池不能充分利用。當水量波動較大時,應考慮設置調節池。
6.2 控製方式的選擇
CASS工藝的日益廣泛應用,得益於自動化技術發展及在汙水處理工程中的應用。CASS工藝的特點是程序工作製,可根據進水及出水水質變化來調整工作程序,保證出水效果。整套控製係統可采用現場可編程控製(PLC)與微機集中控製相結合,同時為了保證 CASS工藝的正常運行,所有設備采用手動/自動兩種操作方式,後者便於手動調試和自控係統故障時使用,前者供日常工作使用。
6.3 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。采用微孔曝氣時應采用強度高的橡膠曝氣盤或管,當停止曝氣時,微孔閉合,曝氣時開啟,不易造成微孔堵塞。此外,由於CASS工藝自身的特點,選用水下曝氣機還可根據其運行周期和DO等情況適當開啟不同的台數,達到在滿足廢水要求的前提下節約能耗的目的。
6.4 排水方式的選擇
CASS工藝的排水要求與SBR相同,目前,常用的設備為旋轉式撇水機,其優點是排水均勻、排水量可調節、對底部汙泥幹擾小,又能防止水麵漂浮物隨水排出。
CASS工藝沉澱結束需及時將上清液排出,排水時應盡可能均勻排出,不能擾動沉澱在池底的汙泥層,同時,還應防止水麵的漂浮物隨水流排出,影響出水水質。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置出水管,從上到下依次開啟,優點是排水設備簡單、投資少,缺點是開啟閥門多、排水管中會積存部分汙泥,造成初期出水水質差。浮動式排水裝置和旋轉式排水裝置雖然價格高,但排水均勻、排水量可調、對底部汙泥幹擾小,又能防止水麵漂浮物隨出水排出,因此,這兩種排水裝置目前應用較多,尤其旋轉式排水裝置,又稱潷水器,以操作靈活、運行穩定性高等優點受到設計人員和用戶的青睞。
6.5 需要注意的其它問題
冬季或低溫對CASS工藝的影響及控製
排水比的確定
雨季對池內水位的影響及控製
排泥時機及泥齡控製
預反應區的大小及反應池的長寬比
間斷排水與後續處理構築物的高程及水量匹配問題。
7.   CASS的經濟性
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,隻要設計合理,與其它方法相比具有一定的經濟優勢。它比傳統活性汙泥法節省投資20%-30%,節省土地30%以上。當需采用多種工藝串聯使用時,如在CASS工藝後有其它處理工藝時,通常要增加中間水池和提升設備,將影響整體的經濟優勢,此時,要進行詳細的技術經濟比較,以確定采用CASS工藝還是其它好氧處理工藝。
由於CASS工藝的曝氣是間斷的,利於氧的轉移,曝氣時間還可根據水質、水量變化靈活調整,均為降低運行成本創造了條件。總體而言,CASS工藝的運行費用比傳統活性汙泥法稍低。
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