【摘 要】 通过一项工程实例介绍采用CASS工艺处理城镇生活污水的方法。针对该工艺的运行特点和工程实际运行中存在的问题，来分析、探讨其在城镇污水处理过程中如何调整进水水质、曝气量以及污泥流量，从而提高污水处理效果，保证出水水质达标排放。
【关键词】 CASS 工艺 城镇污水处理 鼓风 存在的问题
1 概述
CASS（Cyclic Activated Sludge System）工艺是SBR的一种改进型。该工艺是20世纪70年代中期由Goronszy教授及其同事在SBR工艺和氧化沟工艺技术的基础上经过改进而产生的一种新工艺。1986年美国国家环保局正式宣布CASS工艺为革新代用技术[1，2]。反应池沿水流方分为两部分，前部为生物选这区，后部为主反应区。整个工艺曝气、沉淀、排水、闲置等过程在同一反应池内周期循环运行，可实现连续进水，间歇排水，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统，并可实现脱氮除磷[3]。在经过多年不断的深入研究，目前已在实际污水处理工程中得到广泛应用。
2 CASS工艺工程实例
浙江省湖州市某污水处理厂建于2001年，一期设计规模为1.0万m3/d，2009年底二期扩建完成，投入运行，总处理规模为 2.2万m3/d。该污水处理厂主要收纳居住小区内的生活污水，设计采用CASS工艺。
2.1 设计进出水水质（见表1）
根据国家有关环保法律法规的要求以及室外给排水设计规范相关规定，该污水处理厂设计出水应达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级B标准。
2.2 污水处理厂工艺流程
该污水处理厂的工艺流程见图1所示。
2.3 CASS运行工况
本工程一个创新之处是将CASS池设计为圆形利浦罐结构。为了达到相同的脱氮磷效果，将圆形池内设计成3个同心圆，从内到外分别为选择器、厌氧区、主曝气区，他们的容积比为1：5：30。其中在圆池中部的生物选择区，主要在厌氧条件下运行，兼氧区是紧贴选择区的环形柱体，不仅具有辅助生物选择区对进水水质、水量变化有缓冲作用，同时还具有促进磷的进一步释放和强化反硝化作用，外环形柱体是主反应区，是最终去除有机物的场所。
该污水处理厂共设计3座CASS池，3个反应池依次编号，每个反应池按周期依次完成曝气、进水沉淀、滗水、排泥闲置四个处理阶段。该工艺不仅在时间上创造了“厌氧—缺氧—好氧”阶段，而且在空间上也创造“厌氧—缺氧—好氧”条件，使微生物交替地处于“厌氧—缺氧—好氧”周期性变化中，具有较好的脱氮除磷功能。
每个阶段的运行时间是可以根据污水处理厂进水水量设定的，总周期=T进水/曝气+T进水/沉淀+T滗水+T闲置/排泥。该污水处理厂设有3台鼓风机，2用一备，一组反应器对应一台鼓风机。根据CASS工艺要求，还必须满足T进水/曝气=T进水/沉淀+T滗水+T闲置/排泥。该污水处理厂正常运行时，一个运行周期为6.0h，其中进水/曝气3h，（其中进水1h后开始曝气），进水/沉淀1h，滗水/闲置/排泥1h。当进水量大于正常设计流量时，如雨季或进水高峰期，可调整为4小时一个周期，即进水/曝气2h，进水/沉淀1h，滗水/闲置/排泥1h。
2.4 实际进出水水质（见表2）
通过对表1及表3的数据分析，尽管污水处理厂进水污染指标（SS除外）高于设计指标，但实际处理效果均优于设计指标，污染物实际去除率（TN除外）均高于设计去除率。并且污水处理厂实际排放水高于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级B标准，大部分达到了一级A标准。
3 CASS工艺的优点及在运行中存在的问题
3.1 CASS工艺的优点
该工艺是在普通的CASS工艺基础上变形而来，它将生物选择区、兼氧区和主反应区在空间上分开，在运行上仍采用曝气、进水沉淀、滗水、排泥闲置四个处理阶段循环。该工艺具有以下几方面的特征和优点。
（1）工艺流程简单，土建投资低，无初沉池、二沉池，自动化程度高；同时采用组合式模块结构使得布置紧凑、占地少、经济高效。
（2）良好的污泥沉降性能：在反应池的进水处设一生物厌氧段。此段容积较小，污水与污泥在此处接触，同时由主反应区内回流少量污泥，从而创造了适合微生物生长的条件，再加上选择絮凝性微生物的作用，使得污泥保持良好的沉降性能。
（3）处理效果稳定，对水质、水量波动适应性强：因为该工艺是周期性运行的，因此可以根据污水水量、水质的变化，以及出水水质的要求来调整一个运行周期中各个工序的运行时间，即通过时间上的有效控制和变化来满足多功能的要求，从而实现稳定运行。
（4）较好的脱氮除磷效果：CASS工艺的时间序列和运行条件的灵活多变为其脱氮除磷提供了有利条件，可以实现“厌氧—缺氧—好氧”状态交替的环境条件，可以很容易在好氧条件下增大曝气量、反应时间和污泥龄来强化消化反应及除磷菌过量摄磷，而在厌氧条件下实现反硝化以及促进除磷菌充分的释放磷[4]。
3.2 在运行中存在的问题
3.2.1 进水水质波动较大
由于污水处理厂的进水水质不稳地性决定了排水水质的不稳定性。在污水处理厂投入运行初时期，特别是雨天，污水处理厂的进水水质与设计值相差较大，进水水质中有机物含量偏低，污水处理系统中碳源不足，这在很大程度上影响了脱氮除磷的效果。分析认为，这与该地区部分管网系统采用雨污合流有关。
3.2.2 CASS池在运行中曝气不足，出水氨氮含量较高
通过对运行车间的运行数据分析，表明3座反应池在曝气、污泥回流的设定上没有实际参照经验，参数调整较混乱，从而导致反应池中缺少缺氧环境，实际运行中水中含氧量（DO）>0.5mg/L，从而是原水中缺少充足的碳源，使得反硝化作用不完善。同时，由于复叶推流式曝气机的堵塞，致使充氧效率低下，反应器含氧量低，从而导致消化不充分，也在一定程度上影响出水氨氮达标率。 3.2.3 污泥膨胀现象经常发生
根据日常运行情况，经常出现浮泥现象，导致出水SS不能达标。初步判断是发生了污泥膨胀，但通过测定SV30、MLSS以及SVI值，发现，MLSS变化不大，而SV30和SVI值增幅较大，污泥沉降性较差，通过微生物镜检，排除了由丝状菌引起的污泥膨胀问题。根据污泥性质，排泥周期以及污泥负荷等相关数据的检测和分析，发现造成浮泥的主要原因是排泥周期过长，污泥发生老化现象、部分污泥反硝化致使污泥上浮[5]。
3.2.4 各设备对运行的影响
虽然CASS工艺的关键部件如潜水搅拌器、曝气器、滗水器、自控仪表（溶解氧控制器、ORP控制器等在线控制仪器）等，国内已有定型产品，价格也仅为国外同类产品的50%甚至20%，但其质量、可靠程度均和国外产品有差距。以微孔曝气器为例，国内常用的球冠形微孔曝气器的氧传递效率最高不超过18%，而进口超微孔膜式曝气管的氧传递效率为32%，而且还具备防堵塞和自清洗功能。由于CASS工艺需要大量依靠设备、仪表、仪器来实现各种功能，上述关键部件的可靠程度是设计和管理人员首先考虑的问题，这一点已在国内几家采用CASS工艺成功运行的污水处理厂得到确认[6，7]。
该污水处理厂的微孔曝气器、鼓风机以及脱泥机的运行实践也说明了设备的重要性。
4 改进措施及效果
针对实际生产运行中存在的问题，进行认真分析、总结，通过借鉴国内其他投入运行的CASS工艺实际运行的成功经验，先后制定了相应的改进措施并实施。最终使得该污水处理厂实现安全、稳定的运行，不但满足设计出水水质达标的要求，并且实现国家对污水处理厂提标的更高要求。
（1）针对进水水质变化较大，影响污水处理厂稳定运行的问题，一方面，市政府加大对市政管网的改造力度，实现大部分区块雨污分流，另一方面，通过对提升泵站的科学管理，使得污水提升量尽量均匀，从而最大限度的减小了进水水质及水量的波动对污水处理厂运行的影响，出水水质相对稳定，处理效果明显提高。
（2）针对CASS池在运行中参数差异较大，出水氨氮含量较高的问题，通过分析，并综合考虑，认为主要是含氧量控制和污泥流量比例的问题，通过多次调试，最终决定将原复叶推流式曝气机更换为罗茨鼓风机，采用微孔曝气管充氧，使得反应池中各区含氧量的控制更加合理。通过从主反应区回流20%～30%混合液至选择区，来达到强化除磷的效果。
（3）为了有效解决浮泥问题，保证在最不利的情况下的出水水质达标。根据进水水质和出水水质计算出理论排出剩余污泥量和排泥周期，并对相关设备及运行时间进行组合、排序、优化，最终测试效果明显，浮泥问题基本解决，出水水质稳定。
（4）在污水厂实际运行中，各设备对运行的影响较大，特别是鼓风曝气设备、PLC控制系统以及污泥脱水系统，此类设备的选型和质量直接影响到污水处理厂的正常运行和污水处理效果。
5 结语
（1）通过控制提升泵房的科学运行，来平衡进水水质和水量，达到进水水质相对稳定，对污水处理厂的稳定运行有重要作用。
（2）在污水处理过程中，要严格控制曝气量和曝气区间，达到“厌氧-缺氧-好氧”在时间和空间上分明，同时污泥回流比例要合理调整，保证脱氮除磷的效果。
（3）在污水处理中，要严格控制剩余污泥排放量，防止因为剩余污泥排放不足导致的非丝状菌引起的污泥膨胀。
（4）根据设备运行情况和出水水质，实时调整工艺和设备运行参数，提高污染物去除率，保证出水水质，同时考虑降低成本。
参考文献：
[1]杨云龙，陈启斌.SBR工艺的理论与发展[J].工业用水与废水，2002，2：2-4.
[2]Goronszy M C. Cyclic technology reaches new heights. Water Quality Intern， 1996，（4）3：18～ 20.
[3]马有劳，冯蓉.CASS处理技术的原理和应用[J].中国环保产业，2009.6：37-43.
[4]裴宏桂，吴忠斌.以湖州污水处理厂扩建工程为例谈CASS工艺[J].浙江建筑，2007，9（24）：71-73.
[5]陈谱，师小云等.大渡口污水处理厂CASS工艺脱氮系统的调试运行[J].西安科大学学报，2010，5（30）：583-586.
[6]段云萍.CASS工艺技术经济评价[J].山西建筑，2010，14（36）：169-170.
[7]张统，王守中等.CASS工艺的技术经济评价[J].机械给排水2003，01：23-26.
【关键词】 CASS 工艺 城镇污水处理 鼓风 存在的问题
1 概述
CASS（Cyclic Activated Sludge System）工艺是SBR的一种改进型。该工艺是20世纪70年代中期由Goronszy教授及其同事在SBR工艺和氧化沟工艺技术的基础上经过改进而产生的一种新工艺。1986年美国国家环保局正式宣布CASS工艺为革新代用技术[1，2]。反应池沿水流方分为两部分，前部为生物选这区，后部为主反应区。整个工艺曝气、沉淀、排水、闲置等过程在同一反应池内周期循环运行，可实现连续进水，间歇排水，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统，并可实现脱氮除磷[3]。在经过多年不断的深入研究，目前已在实际污水处理工程中得到广泛应用。
2 CASS工艺工程实例
浙江省湖州市某污水处理厂建于2001年，一期设计规模为1.0万m3/d，2009年底二期扩建完成，投入运行，总处理规模为 2.2万m3/d。该污水处理厂主要收纳居住小区内的生活污水，设计采用CASS工艺。
2.1 设计进出水水质（见表1）
根据国家有关环保法律法规的要求以及室外给排水设计规范相关规定，该污水处理厂设计出水应达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级B标准。
2.2 污水处理厂工艺流程
该污水处理厂的工艺流程见图1所示。
2.3 CASS运行工况
本工程一个创新之处是将CASS池设计为圆形利浦罐结构。为了达到相同的脱氮磷效果，将圆形池内设计成3个同心圆，从内到外分别为选择器、厌氧区、主曝气区，他们的容积比为1：5：30。其中在圆池中部的生物选择区，主要在厌氧条件下运行，兼氧区是紧贴选择区的环形柱体，不仅具有辅助生物选择区对进水水质、水量变化有缓冲作用，同时还具有促进磷的进一步释放和强化反硝化作用，外环形柱体是主反应区，是最终去除有机物的场所。
该污水处理厂共设计3座CASS池，3个反应池依次编号，每个反应池按周期依次完成曝气、进水沉淀、滗水、排泥闲置四个处理阶段。该工艺不仅在时间上创造了“厌氧—缺氧—好氧”阶段，而且在空间上也创造“厌氧—缺氧—好氧”条件，使微生物交替地处于“厌氧—缺氧—好氧”周期性变化中，具有较好的脱氮除磷功能。
每个阶段的运行时间是可以根据污水处理厂进水水量设定的，总周期=T进水/曝气+T进水/沉淀+T滗水+T闲置/排泥。该污水处理厂设有3台鼓风机，2用一备，一组反应器对应一台鼓风机。根据CASS工艺要求，还必须满足T进水/曝气=T进水/沉淀+T滗水+T闲置/排泥。该污水处理厂正常运行时，一个运行周期为6.0h，其中进水/曝气3h，（其中进水1h后开始曝气），进水/沉淀1h，滗水/闲置/排泥1h。当进水量大于正常设计流量时，如雨季或进水高峰期，可调整为4小时一个周期，即进水/曝气2h，进水/沉淀1h，滗水/闲置/排泥1h。
2.4 实际进出水水质（见表2）
通过对表1及表3的数据分析，尽管污水处理厂进水污染指标（SS除外）高于设计指标，但实际处理效果均优于设计指标，污染物实际去除率（TN除外）均高于设计去除率。并且污水处理厂实际排放水高于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级B标准，大部分达到了一级A标准。
3 CASS工艺的优点及在运行中存在的问题
3.1 CASS工艺的优点
该工艺是在普通的CASS工艺基础上变形而来，它将生物选择区、兼氧区和主反应区在空间上分开，在运行上仍采用曝气、进水沉淀、滗水、排泥闲置四个处理阶段循环。该工艺具有以下几方面的特征和优点。
（1）工艺流程简单，土建投资低，无初沉池、二沉池，自动化程度高；同时采用组合式模块结构使得布置紧凑、占地少、经济高效。
（2）良好的污泥沉降性能：在反应池的进水处设一生物厌氧段。此段容积较小，污水与污泥在此处接触，同时由主反应区内回流少量污泥，从而创造了适合微生物生长的条件，再加上选择絮凝性微生物的作用，使得污泥保持良好的沉降性能。
（3）处理效果稳定，对水质、水量波动适应性强：因为该工艺是周期性运行的，因此可以根据污水水量、水质的变化，以及出水水质的要求来调整一个运行周期中各个工序的运行时间，即通过时间上的有效控制和变化来满足多功能的要求，从而实现稳定运行。
（4）较好的脱氮除磷效果：CASS工艺的时间序列和运行条件的灵活多变为其脱氮除磷提供了有利条件，可以实现“厌氧—缺氧—好氧”状态交替的环境条件，可以很容易在好氧条件下增大曝气量、反应时间和污泥龄来强化消化反应及除磷菌过量摄磷，而在厌氧条件下实现反硝化以及促进除磷菌充分的释放磷[4]。
3.2 在运行中存在的问题
3.2.1 进水水质波动较大
由于污水处理厂的进水水质不稳地性决定了排水水质的不稳定性。在污水处理厂投入运行初时期，特别是雨天，污水处理厂的进水水质与设计值相差较大，进水水质中有机物含量偏低，污水处理系统中碳源不足，这在很大程度上影响了脱氮除磷的效果。分析认为，这与该地区部分管网系统采用雨污合流有关。
3.2.2 CASS池在运行中曝气不足，出水氨氮含量较高
通过对运行车间的运行数据分析，表明3座反应池在曝气、污泥回流的设定上没有实际参照经验，参数调整较混乱，从而导致反应池中缺少缺氧环境，实际运行中水中含氧量（DO）>0.5mg/L，从而是原水中缺少充足的碳源，使得反硝化作用不完善。同时，由于复叶推流式曝气机的堵塞，致使充氧效率低下，反应器含氧量低，从而导致消化不充分，也在一定程度上影响出水氨氮达标率。 3.2.3 污泥膨胀现象经常发生
根据日常运行情况，经常出现浮泥现象，导致出水SS不能达标。初步判断是发生了污泥膨胀，但通过测定SV30、MLSS以及SVI值，发现，MLSS变化不大，而SV30和SVI值增幅较大，污泥沉降性较差，通过微生物镜检，排除了由丝状菌引起的污泥膨胀问题。根据污泥性质，排泥周期以及污泥负荷等相关数据的检测和分析，发现造成浮泥的主要原因是排泥周期过长，污泥发生老化现象、部分污泥反硝化致使污泥上浮[5]。
3.2.4 各设备对运行的影响
虽然CASS工艺的关键部件如潜水搅拌器、曝气器、滗水器、自控仪表（溶解氧控制器、ORP控制器等在线控制仪器）等，国内已有定型产品，价格也仅为国外同类产品的50%甚至20%，但其质量、可靠程度均和国外产品有差距。以微孔曝气器为例，国内常用的球冠形微孔曝气器的氧传递效率最高不超过18%，而进口超微孔膜式曝气管的氧传递效率为32%，而且还具备防堵塞和自清洗功能。由于CASS工艺需要大量依靠设备、仪表、仪器来实现各种功能，上述关键部件的可靠程度是设计和管理人员首先考虑的问题，这一点已在国内几家采用CASS工艺成功运行的污水处理厂得到确认[6，7]。
该污水处理厂的微孔曝气器、鼓风机以及脱泥机的运行实践也说明了设备的重要性。
4 改进措施及效果
针对实际生产运行中存在的问题，进行认真分析、总结，通过借鉴国内其他投入运行的CASS工艺实际运行的成功经验，先后制定了相应的改进措施并实施。最终使得该污水处理厂实现安全、稳定的运行，不但满足设计出水水质达标的要求，并且实现国家对污水处理厂提标的更高要求。
（1）针对进水水质变化较大，影响污水处理厂稳定运行的问题，一方面，市政府加大对市政管网的改造力度，实现大部分区块雨污分流，另一方面，通过对提升泵站的科学管理，使得污水提升量尽量均匀，从而最大限度的减小了进水水质及水量的波动对污水处理厂运行的影响，出水水质相对稳定，处理效果明显提高。
（2）针对CASS池在运行中参数差异较大，出水氨氮含量较高的问题，通过分析，并综合考虑，认为主要是含氧量控制和污泥流量比例的问题，通过多次调试，最终决定将原复叶推流式曝气机更换为罗茨鼓风机，采用微孔曝气管充氧，使得反应池中各区含氧量的控制更加合理。通过从主反应区回流20%～30%混合液至选择区，来达到强化除磷的效果。
（3）为了有效解决浮泥问题，保证在最不利的情况下的出水水质达标。根据进水水质和出水水质计算出理论排出剩余污泥量和排泥周期，并对相关设备及运行时间进行组合、排序、优化，最终测试效果明显，浮泥问题基本解决，出水水质稳定。
（4）在污水厂实际运行中，各设备对运行的影响较大，特别是鼓风曝气设备、PLC控制系统以及污泥脱水系统，此类设备的选型和质量直接影响到污水处理厂的正常运行和污水处理效果。
5 结语
（1）通过控制提升泵房的科学运行，来平衡进水水质和水量，达到进水水质相对稳定，对污水处理厂的稳定运行有重要作用。
（2）在污水处理过程中，要严格控制曝气量和曝气区间，达到“厌氧-缺氧-好氧”在时间和空间上分明，同时污泥回流比例要合理调整，保证脱氮除磷的效果。
（3）在污水处理中，要严格控制剩余污泥排放量，防止因为剩余污泥排放不足导致的非丝状菌引起的污泥膨胀。
（4）根据设备运行情况和出水水质，实时调整工艺和设备运行参数，提高污染物去除率，保证出水水质，同时考虑降低成本。
参考文献：
[1]杨云龙，陈启斌.SBR工艺的理论与发展[J].工业用水与废水，2002，2：2-4.
[2]Goronszy M C. Cyclic technology reaches new heights. Water Quality Intern， 1996，（4）3：18～ 20.
[3]马有劳，冯蓉.CASS处理技术的原理和应用[J].中国环保产业，2009.6：37-43.
[4]裴宏桂，吴忠斌.以湖州污水处理厂扩建工程为例谈CASS工艺[J].浙江建筑，2007，9（24）：71-73.
[5]陈谱，师小云等.大渡口污水处理厂CASS工艺脱氮系统的调试运行[J].西安科大学学报，2010，5（30）：583-586.
[6]段云萍.CASS工艺技术经济评价[J].山西建筑，2010，14（36）：169-170.
[7]张统，王守中等.CASS工艺的技术经济评价[J].机械给排水2003，01：23-26.
