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CASS工艺初探
CASS工艺全称为循环式活性污泥法，其前身是ICEAS工艺，二者均是由美国Goronszy教授开发而成，并分别在美国和加拿大取得专利（CASS）。CASS 池为一间歇式反应器，在此反应器中活性污泥法过程按曝气和非曝气阶段不停反复，将生物反应过程和泥水分离过程结合在一个池子中进行。所以，它是SBR 工艺及ICEAS 工艺一个更新变型。伴随计算机日益普及，CASS 工艺因为其投资小、运行费用低、处理效率高，尤其是优异脱氮除磷功效而越来越得到重视。该工艺已广泛应用于城市污水和多种工业废水处理，现在全世界有400 多座多种规模CASS 污水处理厂正在运行或建造中。
（一）CASS 工艺组成和运行
CASS 工艺特指设有一个分建或合建式生物选择器可变容积，以序批曝气-非曝气方法运行充-放式间歇活性污泥处理工艺，在一个反应器中完成有机污染物生物降解和泥水分离处理功效。整个系统以推流方法运行，而各反应区则以完全混合方法实现同时炭化和硝化-反硝化功效。
1、CASS 工艺组成
和传统间歇反应器不一样，每个CASS 反应器最少由二个区域组成，即生物选择区和主反应区，但也可在主反应区前设置一兼氧区，以下图所表示。

反应器工艺结构
生物选择区设置在反应器进水处，是一容积较小污水污泥接触区（容积约为反应器总容积10%）。进入反应器污水和从主反应区内回流活性污泥（回流量约为日平均流量20%）在此相互混合接触。生物选择器是根据活性污泥种群组成动力学规律而设置，发明适宜微生物生长条件并选择出絮凝性细菌。在生物选择区内，经过主反应区污泥回流并和进水混合，不仅充足利用了活性污泥快速吸附作用而且加速对溶解性底物去除并对难降解有机物起到良好水解作用，同时可使污泥中磷在厌氧条件下得到有效释放。生物选择器还可有效地抑制丝状菌大量繁殖，克服污泥膨胀，提升系统稳定性。在生物选择器中，污泥回流液中存在少许硝酸盐氮（约为2mg/L）可得到反硝化，反硝化量可达整个系统反硝化量20%左右。选择器可定容运行，亦可变容运行，多池系统中进水配水池也可用作选择器。
兼氧区不仅含有辅助厌氧或兼氧条件下运行生物选择区对进水水质水量改变缓冲作用，同时还含有促进磷深入释放和强化氮反硝化作用。主反应区则是最终去除有机底物关键场所。运行过程中，通常将主反应区曝气强度和曝气池中溶解氧强度加以控制，以使反应区内主体溶液中处于好氧状态，确保污泥絮体外部有一个好氧环境进行硝化；活性污泥结构内部则基础处于缺氧状态，溶解氧向污泥絮体内传输受到限制，而较高硝酸盐浓度（梯度）则能很好地渗透到絮体内部，有效地进行反硝化，从而使主反应区中同时发生有机污染物降解和同时硝化和反硝化作用。
2、CASS工艺运行
CASS工艺以一定时间序列运行，其运行过程包含进水-曝气、沉淀（泥水分离）、上清液滗除和进水-闲置等四个阶段并组成其运行一个周期（以下图所表示）。

工艺循环操作过程
（1）进水，曝气阶段开始；（2）曝气阶段结束；（3）沉淀阶段开始；
（4）沉淀阶段结束，撇水阶段开始；（5）撇水阶段及排泥结束；
（6）进水、闲置阶段（视具体运行情况而定）

和传统意义SBR 工艺不一样，CASS 工艺在进水阶段，不设单纯充水过程或缺氧进水混合过程。CASS 工艺在沉淀阶段无进水，确保了沉淀过程在静止环境中进行，并使排水稳定性得到保障；在操作循环曝气阶段（同时进水）完成生物降解过程；在非曝气阶段完成泥水分离；排水装置是移动式自动滗水器，借此将每一循环操作中所处理污水经沉淀后排出系统。一个运行周期结束后，反复上一周期运行并由此循环不止。循环过程中，反应器内水位随进水而由初始设计最低水位逐步上升到最高设计水位，所以是一个变容积运行过程。下图所表示为某一CASS 污水厂在进水曝气阶段氨氮浓度、硝酸盐氮浓度及溶解氧浓度经典改变曲线。

进水曝气阶段氨氮、硝酸盐氮及溶解氧浓度经典改变曲线
CASS 反应器关键设计参数有：最大设计水深可达5~6米，MLSS 为3.5~4.0g/L，充水比（每一循环进水量占整个池子有效容积百分数）为30%左右，最大滗水速率为30mm/min，固液分离时间1h，设计SVI为140，单循环时间（即一个运行周期）通常为4h（标准处理模块）。处理城市污水时，CASS 中生物选择器、缺氧区和主反应区容积比通常为1：5：30，具体可依据水质和“模块”试验加以确定。
（二）CASS 工艺特点
CASS 工艺是以生物反应动力学原理及合理水力条件为基础而开发一个新废水处理工艺，和传统活性污泥法和SBR 工艺相比，CASS 工艺含有以下多个方面特征和优点：
（1）在反应器入口处设一生物选择器，并进行污泥回流，确保了活性污泥不停地在选择器中经历了一个高絮体负荷（S0/X0）阶段，从而有利于系统中絮凝性细菌生
五 CASS池设计
（1） CASS工艺设计参数
污泥负荷 0.05—0.5kgBOD5/kgMLSS.d;
污泥浓度 3.5—4.0kg/m3;
池内最大水深 3—5m;
充水比 30%—50%;
排水比 1/3左右;
V生物选择器：V缺氧区：V主反应区=1：5：30
（2） 污水处理程度计算
假定：进入CASS池水BOD5浓度S0=200mg/L
则出水中非溶解性BOD5值为Se=7.1bXaCe
其中 Ce—出水中悬浮固体（SS）浓度，mg/L，Ce=10 mg/L
b—微生物本身氧化率，通常介于0.05—0.1之间。
Xa—活性微生物在出水中所占百分比
（高负荷活性污泥系统为0.8；
延时曝气系统为0.1；
通常负荷活性污泥系统为0.4）
则 S1=7.1*0.09*0.4*10=2.56 mg/L
所以，出水中溶解性BOD5值 Se=10-2.56=7.44 mg/L
则BOD5去除率η=（S0-Se）/S0*100%=96.3%
（3） CASS池BOD—SS负荷率（Ns）确实定
Ns=K2*Se*f/η
K2———基质降解速率常数，通常为0.0168—0.0281
f=MLVSS/MLSS，通常为0.7—0.8
则 Ns=0.0258*7.44*0.75/0.963=0.15 kgBOD5/kgMLSS.d
（4） CASS池容积确实定
法一：污泥负荷计算法
V=Q（S0-Se）/（Ns*X*f）
Q—设计流量 Q=235.2L/S=20321.3m3/d
X—混合液污泥浓度 X=3500mg/L
V=20321.3*（200-7.44）/（0.15*3500*0.75）=9938m3
法二：容积负荷计算法
假定：运行周期Tc=6h（曝气时间Ta=3.2h，沉淀时间Ts=1.5h）
容积负荷Lv=0.5kg/m3.d
SVI=126
X=3500mg/L
N=2个池子
周期进水量Q0=20321.3/(2*4)=2540.2m3/周期
反应池有效容积V
V=n*Q0*C*Tc/（Lv*Ta）
=4*2540.2*200*6/（0.5*1000*3.2）=7260.6 m3
反应池内最小水量
Vmin=SVI*MLSS/106*V
=126*3500*7260.6/106=3360.7 m3
校核周期进水量
Q0〈（1- SVI*MLSS/106）*V
=（1-126*3500/106）*7260.6=3886.5 m3
反应池有效容积应为最小水量和周期进水量之和
V=3886.5+3360.7=7620.6 m3，满足条件。
法三：设每个系列处理污水量为q，则在各个周期内进入各反应器污水量为q/（Nn），各反应器容积可按 V=m*q/（Nn）计算
V=m*q/（Nn）
其中：1/m—排水比，1/m=0.35
n—周期数， n=4
N—每一系列反应器数量，N=2
q—每一系列污水处理量，q=20321.3 m3/d
V=20321.3/（0.35*2*4）=7257.6 m3
曝气时间TR=24*S0/（Ns*m*X）=24*200* 0.35/（0.15*3500）=3.2h
最大水深为H=5.0m,即h3=5.0m。
Δq/V=（r-1）/m，r=336/235.2=1.43
Δq/V=（1.43-1）*0.35=0.15
单池校核容积V‘=（1+Δq/V）V=（1+0.15）*7257.6=8346.2 m3
V/V’=h2/h3, 得h2=7257.6*5/8346.2=4 4m
排水比1/m=（h2-h1）/h2，
得 h1=4.4-0.35*4.4=2.8m
h1-hS=0.6m， 得hS=2.2m
hS=H1*SVI*10-6=2.2， 得SVI=126 mg/l
超高H2=0.5m，
H0=5.5m
Xmax=106/SVI=106/126=7937mg/L
充水比 VR=H1/（H1+H3）*100%=2.2/2.8*100%=79%
单池总表面积
A=8346.2/5=1669.2m2
单池总体积
V=1669.2*5.5=9180.6m3
CASS池总体积
V总=9180.6*2=18361.2m3
周期确实定
污泥沉降速度Vmax=4.6*104*x-12.6=1.58m/h
沉淀时间 Ts=（5.0*0.35+0.6）/1.58=1.5h
Ts+TR=3.2+1.5=4.7h
每个池运行周期数为4次/天，每个周期6h。
排水时间TD=6-3.2-1.5=1.3h

V生物选择器：V缺氧区：V主反应区=1：5：30
则生物选择器容积V1=264 m3
缺氧区容积V2=1274 m3
主反应区容积V3=7642.6 m3
校核生物选择器水力停留时间
t=264*24*2/20321.3=0.62h，
符合要求（生物选择器水力停留时间通常为0.5—1.0h）
CASS池长和宽之比L：B=5
单池面积A=1669.2m2
则L=92.7m，B=18m
7 单池各部分尺寸
总长L=92.7m
总宽B=18m
生物选择器长L1=2.7m
缺氧部分长L2=12.9m
好氧部分长L3=77.2m
CASS池各部分尺寸图：