阜新：循环式活性污泥法(CASS)处理啤酒废水
摘 要：循环活性污泥系统简称为CASS(Cyclic Activated Sludge System)工艺，是一种在SBR工艺和氧化沟技术的基础上开发出的新工艺。CASS池是系统的核心。污水中的大部分污染物在此降解、去除。它将生物反应过程和泥水分离过程集中在同一个池内进行。CASS反应池分为生物选择区、兼氧区和好氧区。选择区的基本功能是防止污泥膨胀，污水中溶解性有机物能够通过酶反应而被污泥颗粒吸附除去，回流泥中的硝酸盐可在该选择区内得以反硝化；在兼氧区内，有微量曝气，基本处于缺氧状态，有机物在此区内得到初步降解，同时也可除去部分硝态氮；好氧区为曝气区，主要进行硝化和降解有机物，同时也进行硝化反硝化过程。
阜新啤酒厂建于1981年，建厂初期由于规模较小，生产过程中污水直接排人细河。近年来企业规模不断扩大，污染也越来越严重，其COD排放量占阜新全市工业污染量的20％以上。虽然采取了干法排糟、酵母回收等措施，减少了废水中酒糟和酵母等污染物的含量，但仍不能达标排放，对细河两岸的生态系统和细河本身造成严重污染。
一、污水水质水量
啤酒生产以大麦和大米为原料，辅以啤酒花和鲜酵母，经较长时间发酵酿造而成。污水中有机物浓度较高，虽然无毒，但易腐败，对水体造成严重危害。
1．废水成分
废水主要来自麦芽、糖化、发酵、灌装及生产用冷却废水等，各车间废水水质见表1。
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2．设计进出水水质水量见表2。
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二、工程设计
1．方案选择
啤酒废水属中高浓度有机废水，有很好的可生化性，但生产季节性较强，排放不连续，尤其是地面冲洗水，水量和浓度波动较大。该厂将各车间的废水汇集到一起，因无机负荷并不高，不适合目前国内常用的“厌氧+好氧”方法中对原水COD>6000mg／L的要求。另外，阜新地处东北，即使采用中温厌氧消化也需达到30cC，冬季热费用加大，占地面积也大，故不采用“厌氧+好氧”方法。
啤酒废水中含有大量有机碳而氮源含量较少，在进行传统的生化处理中，其含氮量远远低于BOD：N：100：5(质量比)的要求，致使有些啤酒厂采用传统活性污泥法时，在不补充氮源情况下处理效果很差，甚至无法运行。经多种方案比较，确定采用CASS法处理啤酒废水。
2．CASS法工艺艺流程
废水经格栅除去粗大杂物后，进入集水池内，经水泵提升进入CASS反应池中，使废水中的大部分污染物在池中得到降解和去除。废水在这里得到生化处理，处理后的废水排入砂滤池，经过滤消毒后排人细河。CASS反应的剩余污泥排人浓缩池中，经浓缩后进入带式压滤机脱水，脱水后的干污泥外运，压滤机滤出水与浓缩池上清液返回集水池内。工艺流程见图1。
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该法具有以下特点：工艺简单，稳定可靠，操作维修方便，无需进行大量污泥回流；运行周期灵活可变，耐冲击负荷能力强；能同时实现硝化／反硝化，以去除污水中总氮，处理效率高，出水水质好；池中没有吸附选择区，故无污泥膨胀，污泥产生量少；在同一池内进行产物降解过程和泥水分离过程，无需设置初沉池和二沉池，初投资低，运行费用少，占地面积小；整套系统实行全自动控制，节省人工费用；组合简单，便于分阶段施工。
三、主要构筑物及设计参数
1．格栅除污机
用于去除废水中大颗粒固体污染物(瓶盖、标签等)，以防止对泵的损害并可降低部分污染负荷，废水过栅速度V=0.7m／s，格栅总宽B=800mm，总深l0rn。
2．集水池
啤酒生产工艺废水水质水量相对比较稳定，但车间地面冲洗水、消毒水等尚有一定的冲击性，设备检修等也有一定的影响。因此，虽然CASS池具有一定的抗冲击负荷的能力，但集水池的均化水质、水量作用是不可替代的。集水池的有效容积为720m3，废水停留时间4h。
3．CASS反应池
循环活性污泥系统简称为CASS(Cyclic Activated Sludge System)工艺，是一种在SBR工艺和氧化沟技术的基础上开发出的新工艺。CASS池是系统的核心。污水中的大部分污染物在此降解、去除。它将生物反应过程和泥水分离过程集中在同一个池内进行。CASS反应池分为生物选择区、兼氧区和好氧区。选择区的基本功能是防止污泥膨胀，污水中溶解性有机物能够通过酶反应而被污泥颗粒吸附除去，回流泥中的硝酸盐可在该选择区内得以反硝化；在兼氧区内，有微量曝气，基本处于缺氧状态，有机物在此区内得到初步降解，同时也可除去部分硝态氮；好氧区为曝气区，主要进行硝化和降解有机物，同时也进行硝化反硝化过程。CASS池是一个间歇反应器，在此反应器内不断重复地进行曝气与非曝气过程。污水按一定周期和阶段得到处理，每一循环有下列各个阶段组成：进水／曝气／污泥回流阶段——完成生物降解过程；非曝气／沉淀阶段——实现泥水分离；滗水／剩余污泥排除阶段——排出上清液；闲置阶段——恢复活性污泥活性。
上述各阶段组成一个循环操作周期，根据污水水量和浓度，它的运转方式可采取6周期／天、4周期／天、3周期／天的形式，每周期运行时间分别为4、6、8小时。循环过程中，首先进行充水、曝气和污泥回流，CASS池内的水位随进水而由初始的设计最低水位逐渐上升至最高设计水位。当经过一定时间曝气与混合后停止曝气，在静止的条件下使活性污泥絮凝并进行泥水分离。沉淀结束后通过移动堰表面滗水器排出上清液并使水位恢复至设计最低水位，然后重复运行。为保证系统在最佳条件下运行，必须定时排泥，排出剩余污泥的过程一般在沉淀结束后进行，污泥浓度可高达10g／L，所排出的剩余污泥量要比传统的活性污泥处理工艺少得多。
CASS反应池设置2个，外形尺寸为50×20×5m。容积负荷为0.9—1.5kgBOD5／m3·d，停留时间6h。
4．滗水器
滗水器是CASS法的关键设备，旋转式滗水器运行可靠，负荷大，滗水深度行程大，可控性好。主要装置有浮箱、堰口、支撑架、集水支管、集水总管(出水管)、轴承、电动推杆、减速机、电机等。滗水器负荷25—32L／m·s，滗水范围1.0—2.3m，滗水保护高0.3—1.0m。
5．砂滤池
滤池几何尺寸为：9×20×4.5m，滤速为1m／h，滤料每周更换1次，钢筋混凝土结构。
6．污泥浓缩池
浓缩池采用平流式，几何尺寸为8×7×6m，停留时间为3h，钢筋混凝土结构。
四、主要设备及电耗参数 见表3
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注：以上未包括照明用电。
污水从集水池进入CASS池，再由CASS池出水，几乎所有的污染物均在CASS池内去除，结果见表4。
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五、工程投资
1．初投资 包括土建和设备两大部分，见表5、表6。
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2．运行费用
由电费、人工费、药剂费等组成。
(1)电费：从表3可见电耗为3679.4度／天，电价以0.6元／度计，按设计处理能力5000吨／天计，则吨耗电费用为：3679.4×0.6／5000=0.44元／吨。
(2)人工工资：污水处理站定员10人，人均工资以1万元／年计，则年工资费用为10万元，若年运行时间按330天计，则每吨水的人工工资为0.055元。
(3)药剂费用：污泥脱水药剂，若去除1kgBOD生产干泥按0.1kg计，则每天产生的干泥为0.65t，污泥浓缩后含水按98％计，则污泥量为32.5t／d，污泥脱水药剂采用2HL8药剂，投加比例为0.6％，药剂购价为1000元／吨，则吨水的药剂费用为0.035元／吨水。
CASS法与传统的普通活性污泥法经济性比较见图2。
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六、讨论
1．阜新地处东北，CASS法冬季运行成为关键问题。由于冬季啤酒产量小，污水在CASS池内的停留时间长；另外，生化反应又是一个放热过程，而且啤酒污水本身具有一定的温度，所以冬季的低温不会对CASS池出水水质产生太大的影响。
2．CASS法优点之一是可脱磷、脱氮。利用回流污泥、回流硝化液在第一级进行硝化过程，产生甲烷的安全性成为焦点问题之一。
在CASS池内，各级的容量比是1：5：30，故此污水在第一、二级的停留时间较短，产生的甲烷气体较少；由于池子露天运行，所以产生的甲烷气体不会成为人身及安全生产的隐患。
3．CASS池运行周期的设定。CASS工艺的操作周期根据污水水质的不同而设定，因此具有很强的抗冲击性和广泛的适用性。详见表7。
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