论CASS工艺的研究及优缺点分析

摘要：针对CASS工艺特点对CASS的技术特征进行详细介绍，分析其存在的问题以及影响工艺的因素，提出相应的改进措施，在原有基础上进一步优化，以达到更好的脱氮除磷的效果。

关键词：CASS；脱氮除磷；技术特征

中图分类号：C34 文献标识码：A文章编号：

引言

CASS工艺最早源于美国，是由Goronszy教授在ICEAS基础上研发出来的一种改进型SBR工艺。对于普通城市污水，CASS工艺不仅不需要较高的预处理措施，也不需要建设巨大的污泥回流系统，只需进行细格栅、粗格栅与沉砂池的相关设置。CASS工艺以其独特的优势在生产生活中得到了广泛的应用。

CASS工艺原理

目前国内常见工艺流程如图1所示。典型的CASS反应器包括生物选择器、好氧区与厌氧区三部分。

图1 CASS 工艺流程

技术特征

持续进水

传统的SBR工艺是间歇式进水与排水，而实际中污水排放大多是连续的。CASS工艺可以持续进水，这种方式适合实际排水中的情况，克服了SBR的不足，相应的也拓宽了应用领域。CASS工艺的设计考虑进了水是连续的，但是实际中如果有间断进水的情况，也不会影响工艺系统的运行。

运行具有时序性

CASS工艺一般要按照进水、曝气、沉淀和排水等四个流程依据时间轮流进行。

工艺流程的非稳定性

工艺周期内排水开始时反应池内液位最高，排水结束后液位达到最低。液位的变化取决于排水比，排水比又与废水浓度、生物降解难度以及排放标准有关。反应池内液体体积与基质浓度都是变化的，因此运行过程是非稳态的。

溶解氧浓度梯度高

CASS在反应阶段属于曝气的，微生物处于好氧状态。而在排水与沉淀阶段，由于不能曝气，微生物处于缺氧状态，某些情况甚至为厌氧状态。反应池中氧气浓度是周期性的发生变化，当氧气浓度大、转移效率高时，脱氮除磷的效率就高，对于防止污泥膨胀以及节能减排也是有积极作用的。实践表明，当使用相同的曝气设备时，CASS工艺比传统工艺的氧气利用率高，相应的效率也就高。

存在的问题

硝酸盐对于磷的释放的抑制

研究表明，若要保证氧状态，NO-3-X的浓度应要确保小于0. 1mg/L。当厌氧区NO-3-X的浓度大于1. 5mg/L时，释放的磷就会受到抑制。由于聚磷细菌、反硝化细菌、硝化细菌以及其他微生物生长在同一反应区，并在反应区内循环存在，因此主反应池内的回流污泥将含部分硝酸盐，从而导致各个细菌对底层物质形成竞争，严重影响磷的吸收，降低了系统除磷效率。如果保持COD不变，要加硝酸盐浓度，可以使用减少厌氧区的回流量的方法，但该方法对于除磷有一定的风险。

生物脱氮效率低

生物脱氮效率低主要体现在硝化反应与反硝化反应不能进行彻底。硝化细菌与异养细菌共同培养时，会存在对底物的竞争，硝化细菌的生长将会受到抑制，相应的硝化反应就不能完全进行。同时CASS工艺中20%的硝化氮将会通过回流污泥进行反硝化反应，而其余的通过硝化与沉淀等方法实现，这并没有得到良好的效果，因此脱氮效率不是很高。

应用范围有限

由于南方城市污水可生化性能差，有机物含量高，所以在实际的废水处理中效果并不理想。处理结果效果还要受到其他因素的影响，比如温度对细菌的活性的影响、温度对活性污泥的沉降性能的影响，混合生长的细菌对温度的敏感性等因素等都将会影响处理效果。研究表明CASS工艺对有机物含量高、生化性能好的废水处理效果相对理想。对于温度较低的北方地区，低温将造成活性污泥的性能降低，同时高于常温条件SV与SVI值会造成沉淀时间，污泥龄以及排水比的参数不易确定，进而影响系统的有效运行。由于工艺运行以及抗浮等的影响，不能使用过大体积的处理池，当体积超过1万立方米时，随着体积的增加，处理单元数目也要增加，大大提高了系统运行的复杂度。因此CASS工艺的应用具有一定的局限性。

控制方式单一

当前实际使用的CASS工艺基本依靠时序控制，由于污泥水质会发生实时的变化，因此固定不变的使用时序控制不是很好的选择。

改进措施

反硝化作用除磷

由普通污泥转换的反硝化污泥DPB含量高，在缺氧环境下，除磷与脱氮两个不同的生化反应将通过相同细菌在相同环境下进行。而缺氧状态下同时进行的聚磷与反硝化作用，将使得系统除磷与脱氮的效率得到相应提高；在厌氧时，COD将被分解出低分子脂肪酸，然后DPB吸收分子脂肪酸后进行大量繁殖。与此同时，水解细胞中的Poly—P会以无极磷酸盐的形式分解出来，上述过程产生的糖原、能量和DPB共同合成PHB存储在水解细胞内。DPB通过NO-3氧化PHB体，降解反应产生的能量大部分用于合成DPB细菌，其余部分则用于摄取水中的无机磷酸盐，同时存储在细胞体内，最后还原成N2。

设立独立的厌氧区

设立独立的厌氧反应区，该反应区除具有CASS工艺的生物选择功能外，还能有效抑制丝状细菌的过度繁殖，保障污泥不发生膨胀，给增加化学除磷单元创造了很好的条件。大量污泥进入反应区后，水质将会得到调节净化，水流得到一定的缓冲。独立的反应区提高了容积利用率与系统稳定性，这也为处理大量水污的应用提供了可能。

增加在线分离,离线沉淀化学除磷单元

生物除磷技术可以减少化学剂量的使用，然而下面两种情况下生物除磷的效果并不是很理想：

硝化反应造成污泥龄延长

进水COD与磷的比值较低

为了解决出现的上述两种问题，可以通过增加磷分离单元，避开出现生物除磷会的不利情况，同时还可以再回收利用磷。在线分离厌氧端上的清液，并在离线状态下将铁盐加到沉淀池内对其进行回收利用。处理后的污泥由于不会回流入污水处理池，因而减少了影响化学除磷对污泥活性的不利因素。生物除磷结合化学除磷的方法，降低了出水正磷酸盐的浓度，不仅能够保证良好的出水水质，COD的使用量也大大降低了，除磷效果也得到提高。

兼氧区转换完全厌氧区

经过厌氧池处理后的废水在进入缺氧区过程中，回流污泥中的反硝化细菌可以利用进水有机物将回流混合液中的硝化氮转化为N2,从而达到了脱氮的效果。相应的优化后的缺氧区将产生一些有利条件：

反硝化作用降低了厌氧区硝酸盐的含量

部分除磷发生在反硝化作用过程

主反应区产生的硝酸盐混合液为反硝化作用提供了极好的电子受体。通过硝酸盐氧化合成大量的PHB的同时释放磷，这为进一步脱氮除磷提供了有利的条件。

缺氧区与厌氧区进行污泥回流

通过进水与回流污泥的混合液来维持厌氧池的缺氧条件，混合液中硝酸盐的含量低于0. 1mg/L。主反应区的回流污泥中的硝酸盐含量远远大于这一浓度。在缺氧区内降低BOD5浓度，NO-3-X的浓度也会大大降低。由于回流污泥中硝酸盐浓度含量很低，增加缺氧区与厌氧区之间的污泥回流可以减少NO-3-X对厌氧环境的影响，也提高了释放磷的效果。

引导主反应区污泥回流至缺氧区

将主反应区的污泥回流到缺氧区的目的是提供受体NO-3给缺氧区的DPB。在补充硝态氮的同时，使用回流活性高且吸附能力好的活性污泥进行缺氧区内的有机物质的吸收，从而弥补碳的不足。在缺氧区内，反硝化的完全进行降低了厌氧区污泥中的NO-3-N的含量，因此系统去除营养盐的过程就可以稳定进行。

优化主反应区

主反应区采用间断式频繁曝气方式，取消兼氧区曝气，同时主反应区设置空气管道。不断形成的缺氧与好氧环境有效提高了脱氮除磷的效率，缺氧与好氧的间歇变化既不影响硝化与除磷的效率，又能够最大化污泥无机化的速率。优化主反应区减少了污泥的产生量，降低了污泥处理的费用。

各个反应区在线监测

对主反应区、厌氧区、缺氧区等各区设置在线监测单元进行实时监测，通过监测各区电位来控制回流泵的流量，有效控制负荷以及溶解氧的浓度。计算机的使用实现了系统的自动化控制，控制过程能够进一步得到简化。

Cass池内设置悬浮物自动收集处理

污水进入cass池内先后经过了自动捞渣机，粗格栅和细格栅去除大块悬浮物和悬浮颗粒，并不能完全去除进水中的浮油和浮渣，滗水器滗出的浮油和浮渣影响出水水质。可通过安装CASS池撇渣除油装置，将CASS池内浮渣和浮油通过分离后收集处置，污水重新进入系统进行处理，有效解决CASS池内浮油和浮渣影响出水水质问题。

总结

CASS工艺属于一种改进型的间歇式活性污泥处理工艺，对于处理城市污水的要求非常适用。CASS工艺流程简单、投资维护费用低，占地面积小，处理效果理想，有着广阔的应用前景。但也有相应的不足，这也使得CASS的应用具有一定的局限性。结合技术特点提出相应的改进措施是当前CASS工艺研究的重点。随着环保产业的迅猛发展，CASS工艺的成熟度将在未来生产应用中得到较大的提高。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。