CASS工艺的技术与经济性评估:让人着迷!

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抒情版摘要:在多年对CASS工艺的研究成果及设计、运行和管理经验的基础上,作者结合技术和经济角度,为我们介绍了CASS工艺的独特之处,并探讨了在设计时需要注意的问题。

关键词:CASS工艺、技术特征、经济评价。

1、前言

CASS(Cyclic Activated Sludge System)工艺是一种先进的处理生活污水及工业废水的工艺,也是国际公认的工艺之一。CASS工艺的基本结构是在序批式活性污泥法(SBR)的基础上,将反应池沿池长方向设计为两个部分。前部为生物选择区,也称为预反应区;后部为主反应区,并且主反应区后部安装了可以升降的自动撇水设备。

在污水处理过程中,曝气、沉淀和排水等过程在同一池中运行,形成了一个周期循环,这就是CASS工艺的独特之处。这种工艺省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统,同时还可以连续进水、间断排水。

CASS工艺最早在国外应用,并随着时间的推移逐渐引进到了国内。为了更好地消化、吸收和适应于我国国情,总装备部工程设计研究总院环保中心在1994年在实验室进行了整套系统的模拟试验。我们通过分析CASS工艺处理常温生活污水、低温生活污水以及制药和化工废水等工业废水,探讨了其机理和特点以及脱氮除磷的效果。这些研究成果为我们提供了宝贵的设计参数和关于工艺运行的指导性经验。

我们成功地将CASS工艺应用于污水处理工程实践中,并获得了良好的经济、社会和环境效益。我们开发的CASS工艺相比ICEAS工艺,不仅负荷可以提高1-2倍,而且还可以节省近30%的占地和工程投资。

2、CASS工艺的主要技术特征

人类生活离不开水资源,同时也产生了大量的污水。如何高效、环保地处理污水是我们面临的一大难题。CASS工艺具有一系列独特的技术特征,能够很好地应对实际污水处理的需要。

CASS工艺不同于传统的SBR工艺,它采用连续进水、间断排水的方式,更加贴近实际污水排放的情况,拓宽了工艺的应用范围。即使进水间歇,CASS工艺也能够保持稳定的处理效果,为我们提供了更好的选择。

在CASS工艺的运行过程中,各个环节按照一定的时序进行,有序衔接,十分高效。每个工作周期内,排水开始时液位最高,排水结束时液位最低,液位的变化幅度取决于排水比。同时,反应池内的混合液体积和基质浓度也会发生变化,降解过程具有非稳态性。这样的污水处理方式,极大地提高了处理效率,使我们的生活更加环保、美好。

CASS工艺是一项高效、环保的污水处理技术,具有多方面的优点。

在反应阶段,CASS工艺采用曝气的方式,让微生物处于好氧状态;而在沉淀和排水阶段,微生物处于缺氧甚至厌氧状态,这导致反应池中溶解氧是周期性变化的,氧浓度梯度大、转移效率高,从而提高了脱氮除磷效率、防止污泥膨胀及节约能耗。实践证明,相同的曝气设备下,CASS工艺的氧利用率比传统活性污泥法更高。

CASS工艺流程简单,不占用太大的占地面积,不需要二沉池和污泥回流设备,投资成本相对较低。同时,CASS工艺能够适应不同种类的污水,包括低温生活污水、制药和化工废水等,拓宽了工艺的适用范围。

此外,CASS工艺还有很多其他的优点,比如处理效果稳定可靠、操作简单方便、对废水排放标准的要求较低等。这些优点使得CASS工艺在污水处理领域得到了广泛应用,为环保事业做出了重要贡献。

CASS工艺是一种紧凑、高效的污水处理技术。

相比其他工艺,CASS工艺不需要调节池和初沉池,污水处理设施布局更加紧凑,占用的土地也更少,投资成本更低。

CASS工艺的生化反应推动力非常强,能够快速分解污水中的有机物。

在完全混合式连续流曝气池中,污水的底物浓度很低,反应速率和有机物去除效率都比较低。但是,在理想的推流式曝气池中,污水和回流污泥形成一个混合流,在不断推动下,底物浓度得到有效提高,生化反应的推动力也变得更强,从而能够更快速地将有机物分解掉。

因此,CASS工艺具有快速高效、操作简单、投资成本低、占地面积小等优点,成为了污水处理领域中的重要工艺。

CASS工艺是一种高效、稳定的污水处理技术。

在理想的CASS池中,污水从池首端进入后被混合液稀释,随着污水流动到池末端,基质浓度由高逐渐降低,整个反应过程中底物浓度没有被稀释,保持着较强的生化反应推动力。在曝气池的各个断面上,只存在横向混合,而没有纵向返混的现象。

CASS工艺是变体积的完全混合式活性污泥法,通过将污水连续进入CASS池,使之被混合液稀释。但是从曝气到排水整个处理周期来看,CASS工艺通过保持基质浓度由大到小、浓度梯度从高到低的特点,实现了理想的时间顺序上的推流式反应器。CASS工艺的生化反应推动力非常强,在处理污水时能够快速降解有机物。

除此之外,CASS工艺还具有沉淀效果好的优点。

在CASS工艺的沉淀阶段中,污水几乎整个处理过程中都处于缺氧状态,有机物得到进一步分解和沉淀。由于反应池中没有二沉池,因此不容易出现污泥波动或污泥膨胀等问题,保证了沉淀效果的稳定。

因此,CASS工艺是一种高效、稳定、沉淀效果好的污水处理技术。

CASS工艺的反应池也能起到沉淀的作用,在处理废水时,沉淀阶段的表面负荷比普通二次沉淀池小得多,即使有进水的干扰,也影响不大,沉淀效果非常好。

通过实践证明,即使在冬季温度较低、污泥沉降性能较差或处理特种废水污泥凝聚性能差的情况下,CASS工艺也能正常运行。实验和工程中,曾经出现SV30高达96%的情况,只要稍微延长沉淀阶段的时间,系统仍然可以正常运行。

CASS工艺的运行非常灵活,抗冲击能力非常强,可以实现不同的处理目标。

在设计时,CASS工艺已考虑流量变化的因素,可以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工艺还可以通过调节运行周期来适应进水量和水质的变化。当进水浓度较高时,可以通过延长曝气时间来达到排放标准,从而实现抗冲击的目的。

与此同时,CASS工艺还可以经受暴雨时平常平均流量6倍的高峰流量冲击,而不需要独立调节。

因此,CASS工艺不仅能够处理各种废水,还拥有极强的灵活性和抗冲击能力。

多年的运行资料表明,即使在流量冲击和有机负荷冲击超过设计值2-3倍的情况下,CASS工艺仍然能够保持良好的处理效果,让人十分满意。

相比之下,传统处理工艺虽然设备了辅助的流量平衡调节设施,但还是很容易因水力负荷的变化而导致活性污泥流失,从而严重影响排水质量。

当需要强化脱氮除磷功能时,CASS工艺可以通过调整工作周期和控制反应池中的溶解氧水平,提高脱氮除磷的效果。因此,通过对运行方式的调整,CASS工艺可以达到不同的处理水质要求。

另外,CASS工艺不易发生污泥膨胀问题。

污泥膨胀在活性污泥法的运行过程中是一大常见问题。由于污泥沉降性能差,污泥和水无法进行有效分离,在二沉池中易造成污泥流失,导致出水水质恶化。甚至在严重的情况下,可能会导致污水处理厂的无法正常运行。此外,解决污泥膨胀的问题也需要一定时间,具有滞后性。因此,在设计污水处理厂时,选择一种不易发生污泥膨胀的污水处理工艺至关重要。

值得一提的是,由于丝状菌的比表面积较大,因此有利于摄取低浓度底物。虽然丝状菌的比增殖速率比非丝状菌慢,但是CASS工艺的运行稳定性很高,不易产生污泥膨胀问题。

微小的细菌们在高底物浓度下如火如荼地降解底物和繁殖增殖,其中菌胶团细菌由于比增殖速率较大,其繁殖量也相对较大,获得了比丝状菌更大的增殖优势。而在CASS反应池中,存在着浓度梯度较大、充满着缺氧和好氧交替的环境条件,这样的条件有选择性地培养出了菌胶团细菌,使其成为曝气池中的卓越菌种,有效地抑制了丝状菌的生长和繁殖,从而摆脱了污泥膨胀的困扰,提高了系统的运行稳定性。

CASS工艺适用范围广泛,不仅能够应用于大型和中型污水处理工程,还能用于小型污水处理工程。与SBR工艺相比,CASS工艺具有更广泛的设计和运行方式,不仅可以更好地匹配前处理构筑物,而且其控制系统也更为简单。

对于大型污水处理厂而言,CASS反应池可以设计成多池模块组合的形式,通过单池独立运行的方式来实现更为灵活的处理。当污水处理量小于设计值时,可以选择在反应池的低水位运行或者投入部分池进行操作,这样就能够大大节约能耗和运行成本。

CASS系统运行灵活,可以采用多种操作方式,包括分反应池运行等,非常适合企业的发展和需要。作为CASS系统的关键组成部分,CASS反应池的复制设计非常简单灵活,可以随着处理水量的增加而快速扩建。相较于传统的活性污泥法,CASS法的建设和扩建过程更加便捷,也更加适应企业的实际需求。

另外,CASS法处理污泥的泥龄为25-30天,比传统活性污泥法长得多。这一设计让CASS法处理出的污泥更加稳定,具有更好的脱水性能和更少的剩余污泥。在去除1.0kgBOD的过程中,CASS法只会产生约0.2-0.3kg的剩余污泥,仅为传统法的60%左右。此外,污泥在CASS反应池中已经得到了消化,剩余污泥的耗氧速率只有10mgO2/g MLSS.h以下,一般情况下不需要再经过稳定化处理,可以直接脱水。相反,在传统法中,剩余污泥的不稳定性较高,沉降性较差,耗氧速率大于20mgO2/g MLSS.h,必须经过稳定化处理之后才可进行处置。