CASS工艺在城镇污水处理厂的应用
摘 要：介绍 CASS工艺原理和某城镇污水处理厂二期工程对 CASS 工艺的实际应用，该厂处理生活污水量为 3 万吨/日，出水水质稳定并达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918－2002)一级 A 标准，应用中表明 CASS 工艺具有运行稳定、脱氮除磷效果明显等优点。
关键词：CASS 工艺；城镇生活污水；A2/O；应用
1 引言
CASS(Cyclic Activated Sludge System)工艺是世界公认先进的生活污水处理技术。某城镇污水处理厂一、二期工程总处理规模为5 万吨/日，两期均采用 CASS 工艺(A2/O 工艺)。其中一期工程处理量为 2 万吨/日，于 2009 年 3 月份建成并通过验收正式投入使用。二期工程处理量为 3 万吨/日，于 2016 年 10 月建成并通 过验收正式投入使用。一、二期工程除了处理量不同外，二期工程采用了更为先进的技术和设备。比如：厌氧区建成共用大型的配水渠，增长污水在厌氧区的停留时间，使反消化更加充分，使回流污泥更好释放磷，为后续吸磷创造更好状态，也使污水处理前得到充分均质，有效抵抗高浓度污水对反应池的冲击；1 号与 2 号池共用一个缺氧区，3 号与 4 号池共用一个缺氧区，共用缺氧区有效增加容积使水力停留时间更长，更有效达到反硝化作用；在紫外线消毒池前增加转盘滤池(诺蒂克公司 DynaDisc 转盘过滤器)，能有效去除悬浮物；处理后水质可达《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级 A 标准。现阶段，公司污水处理量总共达到 5 万吨/日，满足现有管网收集废水量，往后随着市政管网的完善，收集废水量增多，将会建设三期工程。本文以二期工程的应用进行介绍。
2 CASS工艺简介
2.1 CASS 工艺的优缺点
CASS(循环式活性污泥法)是连续进水的改良型 SBR，为了提高运行稳定性和加强脱氮除磷功能，通常在 CASS 池前置生物选 择区(厌氧区)和兼氧区。由于其具有占地面积少、投资建设成本低、运行管理方便、不易发生污泥膨胀、剩余污泥量少、污泥性质稳定、排水水质稳定、可分期建设等优点受到广泛应用。同时， CASS 池采用全密闭空间处理污水，大大减少厂区及附近的臭气浓度的影响。只要做好防臭、隔音等措施，减少对周围环境的影响，可建设在居民区、学校、行政办公楼等产生污水量大的区域。CASS 工艺应用的缺点是构造相对 SBR 复杂点，仪器设备较多， 维护成本提高，设备操作比较频繁，不可长时间人工操作，需要先进的远程操作系统，自动化程度高。
2.2 CASS 池工作原理
CASS 工作原理如图 1 所示：在主反应器的前部设置了生物选择区(厌氧区)、兼氧区，主反应池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、闲置四个阶段，周期循环进行。污水连续进入厌氧区，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。
在厌氧区内，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，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。厌氧区和缺氧区能增强脱氮除磷的效果。随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解过程。CASS 池里微生物于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中，从而达到对有机物去除作用，同时还具有较好的脱氮、除磷功能。
3 二期工程概况
随着城镇的发展，人口的增多，镇区的污水管网的建设，目前一期工程(处理规模 2 万吨/日)已经达到设计负荷，无法满足管网污水收集量的需求，需建设二期工程。二期工程通过深入调查研究，广泛收集资料，并同市、镇有关部门的多次协商讨论，确定开展二期工程。二期工程类比一期工程，采用 CASS 工艺(A2/O 工艺)，设计规模为日处理量 3 万吨/日。设计进出水质如表 1。厂外污水经过粗格栅及提升泵房提升后进入细格栅及沉沙池，再经 CASS 生化处理，尾水采用紫外消毒池进行处理。CASS 池产生的剩余污泥经带式浓缩脱水压滤机脱水后由单螺杆泵输送到污泥斗及时外运处理。
4 二期工程工艺流程及说明
污水经粗格栅和细格栅进行预处理，粗格栅用以去除污水中较大的漂浮物和悬浮物，经过细格栅处理后的污水进入涡流沉砂池，主要去除其中一定粒径的砂粒，以保证后续设备的正常运行。
经过涡流沉砂池处理后的污水进入 CASS 生物池，CASS 生物池由生物选择池(厌氧区)、缺氧区和主反应区三部分组成。污水曝气结束后进入沉淀阶段，沉淀一个小时后，进入滗水阶段，滗水结束后，滗水器自动上升原位。处理流程图如图 2。
排出的上清液进入转盘滤池，再通过水渠道流过紫外线消毒系统，尾水经过消毒后部分回收利用，部分外排到河涌。部分剩余污泥排入贮泥池，送入带式污泥浓缩脱水机械脱水机进行浓缩脱水处理，直到含水率降至 80 %，形成泥饼外运。
5 主要构筑物及设备参数
5.1 粗格栅
机械格栅按驱动方式分为臂式、链式、钢索牵引式和齿条式。本工程推荐采用钢索牵引的格栅除污机，其特点是构造简单，运动部件位于地面，维护简单，抓斗容量大，可抓捞渠底渣物，运转稳定可靠。安装 1 台钢绳牵引式格栅除污机，栅宽 B=1.0 m， 栅隙宽 b=21 mm，安装角度α=75°，栅条断面宽 s=10 mm，配用 电机功率 N=2.2 kw。在格栅除污机下面安装一台带式输送机， B=500 mm，L=7.0 m，N=0.75 kW。每道格栅前、后设有闸板供检修和切换用。
5.2 提升泵房
2 提升泵房污水提升泵采用潜水泵湿式安装，因其具有节省土建费用， 安装方便，操作简单，易于维护等优点，因此本工程推荐采用潜水泵。一期工程安装有 3 台潜水泵，2 用 1 备。Q1=230 L/s，H=18 m，N=58 kW(1 台)；Q2=400 L/s，H=18 m，N=90 kW(2 台)。二期工程新增 1 台水泵，Q3=400 L/s，H=18 m,N=90 kW，采用进口设备，变频控制。
5.3 细格栅、旋流沉沙池
细格栅与旋流沉沙池合建。共设 1 座，平面尺寸：L×B=17.12 m×16.72 m。细格栅设计参数：细格栅机器 2 台；设计流量：Qmax=0.49 m³/s；过栅流速：Vmax=0.7 m/s；栅条间隙：e=5 mm；栅前水深：h=1.3 m。旋流沉沙池设计参数：旋流沉沙池左右各一 座，每座直径 3.66 m，池总深 3.70 m；设计流量：Qmax=0.49 m³/s；水力停留时间：30 s。
5.4 CASS 生化池
CASS 反应池设一座，平面尺寸为 82.2 m×40.9 m，池深 6.3 m， 有效水深为 5.5 m，分为 4 格(池)。每池循环运行一个周期 4 h， 一天 6 个周期。好氧池溶解氧通过调节鼓风机的送风量，控制在 2.0 mg/L 左右。每个反应池设进水电动调节阀 1 台，旋转式滗水 器 1 台(水量 1800 m³/h)，微孔曝气盘 7320 个，污泥流泵 2 台(每 台流量 100 m³/h)，剩余污泥泵 1 台(每台流量 70 m³/h)，兼氧区设 置水下搅拌器 2 台(3 kw/台)，出水端设置电动撇渣器 1 台(DN300，L=9 m，N=0.37 kw)。设计参数：设计流量：3.0 万 m³/d，每座共 4 个池，每个池规模 0.75 万 m³/d，水温：12 ℃。污泥负荷：0.14 kgBOD5/kgMLSS.d。混合液浓度：3.0 g/L。系统泥龄：15.7 d。剩 余污泥量：3337 kgDS/d。
5.5 紫外线消毒渠
线剂量 15~30 mW·s/c㎡。主要工程内容：条形接触消毒渠 1 座， 平面尺寸：L×B=12.46 m×4.6 m，接触区有效水深 0.75 m，设紫外线消毒设备 1 套，功率 30 kw，配套自动水位控制仪和水位传感器。
5.6 鼓风机房
功能：为 CASS 生化池充氧提供气源。设备设计规模为 3 万 m³/d。设计供气量 67.5 m³/min，供气压力：0.7 bar。选用罗茨鼓 风机，设 3 台(2 用 1 备)，每台风量为 67.5 m/min，风压 0.7 bar， 配套电机功率 110 kw。运行方式：根据好氧池溶解氧浓度的反馈， 控制机组开停及调节风量。
5.7 储泥池和污泥浓缩脱水车间
设储泥池 1 座分 2 格，平面尺寸 BxL=44 m×5.1 m，高度 4.0m。池内设 2 台搅拌器，功率 1.5 kw。储泥池上进行加盖处理。为防 止磷在厌氧条件下重新释放，本工程考虑对池内进行间歇充氧， 控制磷的释放。
污泥浓缩脱水车间主要功能是把污泥进行浓缩、脱水，降低含水率，便于污泥运输和最终处置。脱水机采用离心浓缩脱水一 体机。设计参数：剩余污泥干重：3337 kg/d；需浓缩污泥量：477 m³/d，含水率 99.3 %，浓缩脱水后污泥量：17 m3/d，含水率 80 %；絮凝剂(PAM)投加量：3~3.5 kg/Td·S；离心浓缩脱水一体机 2 台， 处理能力 20~70 m³/h·台，配用电机功率 73.5 kw；污泥进料泵 2 台(1 用 1 备)，流量 48 m³/h，扬程 0.2 Mpa，电机功率 11 Kw；污 泥切割泵 2 台(1 用 1 备)，流量 56 m³/h，电机功率 4 kw；干污泥输送泵(单螺杆泵)，Q=2.0 m³/h，压力 1.8MPaN=2.2 kw。
5.8 生物除臭设备
生物除臭设备为成套设备，主要收集粗格栅及提升泵房、细格栅、CASS池、储泥池的臭气进行处理，处理能力Q=11500~16500 m³/h。设备平面尺寸：LxB=10.8 m×6.3 m。
6 CASS池常见异常及解决对策
7 运行效果及效益
二期工程经安装设备和调试后，运行稳定，出水水质达标并通过了环保验收。实际运行的出水水质如表 2，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》( GB18918-2002)一级 A 标准，符合国家排污证要求排放。2017 年度二期工程污水处理量 946.85 万吨， COD 削减量 804.65 吨，氨氮削减量 132.42 吨。2018 年度二期工程污水处理量 789.21 万吨，COD 削减量 670.98 吨，氨氮削减量 110.82 吨。2019 年度二期工程污水处理量 867.93 万吨，COD 削减量 737.54 吨，氨氮削减量 121.35 吨，大大减少污染物排放，减少河涌水资源污染，保护河涌环境和生态环境，出水水质可达地表水Ⅳ标准，有效缓解河涌水质的恶化，具有良好的环境效益。运行过程中，根据实际进水浓度，严格控制各个设备使用时间， 节约用电用水，节省能耗；合理使用药剂剂量，使处理效果达到最佳，不过度用药，节约处理成本，提高工程运行的经济效益。部分排水用于中水回用，一部分用于厂里地坪晒水和绿化，一部分用于压泥车间的污泥浓缩脱水机械的清洗水。一部分用作市政道路晒水和园林绿化，体现出了社会效益明显。
8 结语
运用 CASS 工艺处理城镇生活污水，首先要了解 CASS 工艺原理和处理流程，根据进水的污染物浓度，设置合适的参数，有效控制、解决污水处理过程出现的问题，使得工程运行成本最低， 处理效果最佳。本工程实践表明，运用 CASS 工艺处理生活污水流程简单、运行稳定、占地面积少、可分期建设、投资及运行费用低、耐冲击负荷和脱氮除磷能力强等优点。CASS 工艺处理效果优异，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》 ( GB18918-2002)一级 A 标准，运用 CASS 工艺处理城镇生活污水有显著的环境效益、经济效益和社会效益，应用前景十分广阔。
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