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1.1 CASS工艺运行原理
CASS工艺运行原理
CASS工艺是将序批式活性污泥法（SBR）反应池沿长度方向分为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区。在主反应区后部安装了可升降滗水装置，实现了连续进水间歇排水周期循环运行，集曝气沉淀、排水于一体。CASS工艺是一个好氧/缺氧/厌氧交替运行过程，含有一定脱氮除磷效果，废水以推流方法运行，而各反应区则以完全混合形式运行以实现同时硝化一反硝化和生物除磷。
CASS工艺步骤
对于通常城市污水，CASS工艺并不需要很高程度预处理，只需设置粗格栅、细格栅和沉砂池，无需初沉池和二沉池，也不需要庞大污泥回流系统（只在CASS反应器内部有约20%污泥回流）中国常见CASS工艺步骤图1所表示。
编辑本段CASS工艺运行过程
总述
CASS工艺运行过程包含充水-曝气、沉淀、滗水、闲置四个阶段组成，具体运行过程为：
（1）充水-曝气阶段
边进水边曝气，同时将主反应区污泥回流至生物选择区，通常回流比为20%。在此阶段，曝气系统向反应池内供氧，首先满足好氧微生物对氧需要，其次有利于活性污泥和有机物充足混合和接触，从而有利于有机污染物被微生物氧化分解。同时，污水中氨氮经过微生物硝化作用转变为硝态氮。
（2）沉淀阶段
停止曝气，微生物继续利用水中剩下溶解氧进行氧化分解。伴随反应池内溶解氧深入降低，微生物由好氧状态向缺氧状态转变，并发生一定反硝化作用。和此同时，活性污泥在几乎静止条件下进行沉淀分离，活性污泥沉至池底，下一个周期继续发挥作用，处理后水在污泥层上部，静置沉淀使泥水分离。
（3）滗水阶段
沉淀阶段完成后，置于反应池末端滗水器开始工作，自上而下逐层排出上清液，排水结束后滗水器自动复位。滗水期间，污泥回流系统照常工作，其目标是提升缺氧区污泥浓度，随污泥回流至该区内污泥中硝态氮深入进行反硝化，并进行磷释放。
（4）闲置阶段
闲置阶段时间通常比较短，关键确保滗水器在此阶段内上升至原始位置，预防污泥流失。实际滗水时间往往比设计时间短，其剩下时间用于反应器内污泥闲置和恢复污泥吸附能力。
编辑本段1.3.1 CASS工艺优点
（1）工艺步骤简单，占地面积小，投资较低
CASS关键构筑物为反应池，没有二沉池及污泥回流设备，通常情况下不设调整池及初沉池。所以。污水处理设施部署紧凑、占地省、投资低。
（2）生化反应推进力大
在完全混合式连续流曝气池中底物浓度等于二沉池出水底物浓度，底物流入曝气池速率即为底物降解速率。依据生化动力反应学原理，因为曝气池中底物浓度很低，其生化反应推进力也很小，反应速率和有机物去除效率全部比较低；在理想推流式曝气池中，污水和回流污泥形成混合流从池首端进入，成推流状态沿曝气池流动，至池末端流出。作为生化反应推进力底物浓度，从进水最高浓度逐步降解至出水时最低浓度，整个反应过程底物浓度没被稀释，尽可能地保持了较大推进力。此间在曝气池各断面上只有横向混合，不存在纵向返混。 CASS工艺从污染物降解过程来看，当污水以相对较低水量连续进入CASS池时即被混合液稀释，所以，从空间上看CASS工艺属变体积完全混合式活性污泥法范围；而从CASS工艺开始曝气到排水结束整个周期来看，基质浓度由高到低，浓度梯度从高到低，基质利用速率由大到小，所以，CASS工艺属理想时间次序上推流式反应器，生化反应推进力较大。
（3）沉淀效果好
CASS工艺在沉淀阶段几乎整个反应池均起沉淀作用，沉淀阶段表面负荷比一般二次沉淀池小得多，虽有进水干扰，但其影响很小，沉淀效果很好。实践证实，当冬季温度较低，污泥沉降性能差时，或在处理部分特种工业废水污泥凝聚性能差时，均不会影响CASS工艺正常运行。试验和工程中曾碰到SV高达96％情况，只要将沉淀阶段时间稍作延长，系统运行不受影响。
（4）运行灵活，抗冲击能力强
CASS工艺在设计时已考虑流量改变原因，能确保污水在系统内停留预定处理时间后经沉淀排放，尤其是CASS工艺能够经过调整运行周期来适应进水量和水质改变。当进水浓度较高时，也可经过延长曝气时间实现达标排放，达成抗冲击负荷目标。在暴雨时。可经受日常平均流量6倍高峰流量冲击，而不需要独立调整池。多年运行资料表明。在流量冲击和有机负荷冲击超出设计值2~3倍时，处理效果仍然令人满意。而传统处理工艺即使已设有辅助流量平衡调整设施，但还很可能因水力负荷改变造成活性污泥流失，严重影响排水质量。当强化脱氮除磷功效时，CASS工艺可经过调整工作周期及控制反应池溶解氧水平，提升脱氮除磷效果。所以，经过运行方法调整，能够达成不一样处理水质。
（5）不易发生污泥膨胀
污泥膨胀是活性污泥法运行过程中常碰到问题，因为污泥沉降性能差，污泥和水无法在二沉池进行有效分离，造成污泥流失，使出水水质变差，严重时使污水处理厂无法运行，而控制并消除污泥膨胀需要一定时间，含有滞后性。所以，选择不易发生污泥膨胀污水处理工艺是污水处理厂设计中必需考虑问题。因为丝状茵比表面积比茵胶团大，所以，有利于摄取低浓度底物，但通常丝状茵比增殖速率比非丝状茵小，在高底物浓度下茵胶团和丝状茵全部以较大速率降解物和增殖，但因为胶团细菌比增殖速率较大，其增殖量也较大，从而较丝状茵占优势。而CASS反应池中存在着较大浓度递度，而且处于缺氧、好氧交替改变之中，这么环境条件可选择性地培养出茵胶团细菌，使其成为曝气池中优势茵属，有效地抑制丝状茵生长和繁殖，克服污泥膨胀，从而提升系统运行稳定性。
（6）适用范围广，适合分期建设
CASS工艺可应用于大型、中型及小型污水处理工程，比SBR工艺适用范围更广泛；连续进水设计和运行方法，首先便于和前处理构筑物相匹配，其次控制系统比SBR工艺更简单。对大型污水处理厂而言，CASS反应池设计成多池模块组合式，单池可独立运行。当处理水量小于设计值时，能够在反应池低水位运行或投入部分反应池运行等多个灵活操作方法；因为CASS系统关键关键构筑物是CASS反应池，假如处理水量增加，超出设计水量不能满足处理要求时，可一样复制CASS反应池，所以CASS法污水处理厂建设可随企业发展而发展，它阶段建造和扩建较传统活性污泥法简单得多。
（7）剩下污泥量小，性质稳定
传统活性污泥法泥龄仅2~7天，而CASS法泥龄为25~30天，所以污泥稳定性好，脱水性能佳，产生剩下污泥少。去除1.0kgBOD产生0.2~0.3kg剩下污泥，仅为传统法60％左右。因为污泥在CASS反应池中已得到一定程度消化，所以剩下污泥耗氧速率只有l0mgO2/gMISS·h以下，通常不需要再经稳定化处理，可直接脱水。而传统法剩下污泥不稳定，沉降性差，耗氧速率大于20mgO2/gMLSS·h，必需经稳定化后才能处理。
编辑本段1.3.2 CASS工艺缺点
总述
从上面叙述能够看出，CASS工艺含有很多优点，然而任何一个工艺全部不是十全十美，CASS工艺也肯定存在部分问题。CASS工艺为单一污泥悬浮生长系统，利用同一反应器中混合微生物种群完成有机物氧化、硝化、反硝化和除磷。多个处理功效相互影响在实际应用中限制了其处理效能，也给控制提出了很严格要求工程中难以实现工艺稳定、高效运行。总结起来，CASS工艺关键存在以下多个方面问题。运行中存在问题
（1）微生物种群之间复杂关系有待研究
CASS系统微生物种群结构和常规活性污泥法不一样，菌群关键由硝化菌、反硝化菌、聚磷菌和异氧型好氧菌组成。现在对非稳态CASS系统中微生物种群之间复杂生存竞争和生态平衡关系尚不甚了解，CASS工艺理论只是从工艺过程进行部分分析探讨，而理清微生物种群之间关系对CASS工艺优化运行是大有好处，所以仍需加强对这方面理论研究工作。
（2）生物脱氮效率难以提升
首先硝化反应难以进行完全。硝化细菌是一个化能自养菌，有机物降解由异养细菌完成。当两种细菌混合培养时，因为存在对底物和DO竞争，硝化菌生长将受到限制，难以成为优势种群，硝化反应被抑制。另外，固定曝气时间也可能会使得硝化不根本。其次就是反硝化反应不根本。CASS工艺有约20%硝态氮经过回流污泥进行反硝化，其它硝态氮则经过同时硝化反硝化和沉淀、闲置期污泥反硝化实现，其效果不理想也是众所周知。在沉淀、闲置期中，因为污泥和废水不能良好进行混合，废水中部分硝态氮不能和反硝化细菌接触，故不能被还原。另外，在这一时期，因为有机物己充足降解，反硝化所需碳源不足，也限制了反硝化效率深入提升。这两方面原因使得CASS工艺脱氮效率难以提升。
（3）除磷效率难以提升
污泥在生物选择器中释磷过程受到回流混合液中硝态氮浓度影响比较大，在CASS工艺系统中难以继续提升除磷效率。
（4）控制方法较为单一
现在在实际应用中CASS工艺基础上全部是以时序控制为主，其缺点是显而易见，因为污水水质不是一成不变，所以采取固定不变反应时间肯定不是最好选择。
编辑本段1.3.3 CASS工艺关键技术特征
（1）连续进水，间断排水
传统SBR工艺为间断进水，间断排水，而实际污水排放大全部是连续或半连续，CASS工艺可连续进水，克服了SBR工艺不足，比较适合实际排水特点，拓宽了SBR工艺应用领域。即使CABS工艺设计时均考虑为连续进水，但在实际运行中即使有间断进水，也不影响处理系统运行。
（2）运行上时序性
CASS反应池通常按曝气、沉淀、排水和闲置四个阶段依据时间依次进行。
（3）运行过程非稳态性
每个工作周期内排水开始时CANS池内液位最高，排水结束时，液位最低，液位改变幅度取决于排水比，而排水比和处理废水浓度、排放标准及生物降解难易度等相关。反应池内混合液体积和基质浓度均是改变，基质降解是非稳态。
（4）溶解氧周期性改变，浓度梯度高
CASS在反应阶段是曝气，微生物处于好氧状态，在沉淀和排水阶段不曝气，微生物处于缺氧甚至厌氧状态。所以。反应池中溶解氧是周期性改变，氧浓度梯度大、较多效率高，这对于提升脱氮除磷效率、预防污泥膨胀及节省能耗全部是有利。实践证实对一样曝气设备而言。CASS工艺和传统活性污泥法相比有较高氧利用率。
编辑本段1.4 CASS工艺和其它工艺比较
1.4.1 CASS和SBR比较
CASS反应池由预反应区和主反应区组成，预反应区控制在缺氧状态，所以，对难降解有机物去除效果提升；CASS进水过程连续，所以进水管道上无电磁阀控制元件，单个池子可独立运行，而SBR或CAST进水过程是间歇，应用中通常要2个或2个以上池子交替使用，控制系统复杂程度增加。CASS每个周期排水量通常不超出池内总水量1/3，而SBR则为1/2-3/4，CASS抗冲击能力很好。CASS比CAST系统简单，但脱氮除磷效果不如后者。 CASS池分预反应区和主反应区。在预反应区内，微生物能经过酶快速转移机理快速吸附污水中大部分可溶性有机物，经历一个高负荷基质快速积累过程，这对进水水质、水量、PH和有毒有害物质起到很好缓冲作用，同时对丝状菌生长起到抑制作用，可有效预防污泥膨胀；随即在主反应区经历一个较低负荷基质降解过程。CASS工艺集反应、沉淀、排水、功效于一体，污染物降解在时间上是一个推流过程，而微生物则处于好氧、缺氧、厌氧周期性改变之中，从而达成对污染物去除作用，同时还含有很好脱氮、除磷功效。CASS生物处理法是周期循环活性污泥法简称，最早产生于美国，90年代初引入中国，现在，因为该工艺高效和经济性，应用势头迅猛，受到环境保护部门及拥护广泛关注和一致好评。经过模拟试验研究，已成功应用于生活污水、食品废水、制药废水治理，取得了良好处理效果，为CASS法在中国推广应用奠定了良好基础。在反应器前部设置了生物选择区，后部设置了可升降自动滗水装置。其工作过程可分为曝气、沉淀和排水三个阶段，周期循环进行。污水连续进入预反应区，经过隔墙底部进入主反应区，在确保供氧条件下，使有机物被池中微生物降解。依据进水水质可对运行参数进行调整。 CASS法特点 和SBR相比，CASS法优点是： 其反应池由预反应区和主反应区组成，所以，对难降解有机物去除效果愈加好。 进水过程是连续，所以，进水管道上无需电磁阀等控制元件，单个池子可独立运行；而SBR进水过程是间歇，应用中通常要2个或2个以上池子交替使用。 排水是由可升降堰式滗水器完成，随水面逐步下降，均匀将处理后清水排出，最大程度降低了排水时水流对底部沉淀污泥扰动。 CASS法每个周期排水量通常不超出池内总水量1/3，而SBR则为3/4，所以，CASS法比SBR法抗冲击能力愈加好。
1.4.2 和传统活性污泥法相比
（1）建设费用低：省去了首次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，建设费用可节省10%～25%。以10万吨城市污水处理厂为例，传统活性污泥法总投资约1.5亿，CASS法总投资约1.1亿。 （2）工艺步骤短，占地面积少：污水厂关键构筑物为集水池、沉砂池、CASS曝气池、污泥池，而没有首次沉淀池、二次沉淀池，布局紧凑，占地面积可降低20%～35%。 （3）运转费用省：因为曝气是周期性，池内溶解氧浓度也是改变，沉淀阶段和排水阶段溶解氧降低，重新开始曝气时，氧浓度梯度大，传输效率高，节能效果显著，运转费用可节省10%～25%。 （4）有机物去除率高，出水水质好：依据研究结果和工程应用情况，经过合理设计和良好管理，对城市污水，进水COD为400mg/L时，出水小于30mg/L以下。对可生物降解工业废水，即使进水COD高达3000mg/L，出水仍能达成50m g/L左右。对通常生物处理工艺，极难达成这么好水质。所以，对CASS工艺，二级处理投资，可达成三级处理水质。 （5）管理简单，运行可靠：污水处理厂设备种类和数量较少，控制系统比较简单，工艺本身决定了不发生污泥膨胀。 （6）污泥产量低，污泥性质稳定。 （7）含有脱氮除磷功效。 在本工程实践中，CASS反应池取得了比较满意效果。CASS池进水为290左右，出水则降到了30～45，达成了《北京市水污染物排放标准》中二级排放标准（CODcr≤60mg/1）。而本项目从开始施工到调试完成试运行只用了7个月，比常规活性污泥法大大缩短了工期，节省了投资。
编辑本段1.5 CASS工艺设计
1.5.1 CASS工艺关键设计参数
CASS反应器关键设计参数有：最大设计水深可达5m~6m，MLSS为3500mg/L~4000mg/L，充水比为30%左右，最大上清液滗除速率为30mm/min，固液分离时间60min，设计SVI为140mL/g，单循环时间（即1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。表1列出了CASS工艺处理不一样规模城市污水时参考设计参数。 CASS工艺处理不一样规模城市污水时关键设计参数 关键设计参数 人口当量
37500 300000 600000
CASS池数 2 4 8
单池面积/m 772 2552 2352
最小充水比 VR 0.33 0.19 0.33
最小停留时间/h 9.1 16.8 11.9
最大设计流量/m/d 18546 85000 19
BOD5/kg/d 2255 15000 37140
TKN/kg/d 382 3500 3518
TSS/kg/d 3377 15000 30400
P/kg/d 77 900 550
循环次数/次/（d·池） 6 6 6
充水-曝气时间/h 2 2 2
充水-沉淀时间/h 1 1 1
滗水时间 1 1 1

1.5.2 CASS设计中应注意问题
（1）水量平衡 工业废水和生活污水排放通常是不均匀，怎样充足发挥CASS反应池作用，和选择设计流量关系很大，假如设计流量不适宜，进水高峰时水位会超出上限，进水量小时反应池不能充足利用。当水量波动较大时，应考虑设置调整池。 （2）控制方法选择 CASS工艺日益广泛应用，得益于自动化技术发展及在污水处理工程中应用。CASS工艺特点是程序工作制，可依据进水及出水水质改变来调整工作程序，确保出水效果。整套控制系统可采取现场可编程控制（PLC）和微机集中控制相结合，同时为了确保CASS工艺正常运行，全部设备采取手动/自动两种操作方法，后者便于手动调试和自控系统故障时使用，前者供日常工作使用。 （3）曝气方法选择 CASS工艺可选择多个曝气方法但在选择曝气头时要尽可能采取不堵塞曝气形式，如穿孔管、水下曝气机、伞式曝气器、螺旋曝气器等。采取微孔曝气时应采取强度高橡胶曝气盘或管，当停止曝气时，微孔闭合，曝气时开启，不易造成微孔堵塞。另外，因为CASS工艺本身特点，选择水下曝气机还可依据其运行周期和DO等情况合适开启不一样台数，达成在满足废水要求前提下节省能耗目标。 （4）排水方法选择 CASS工艺排水要求和SBR相同，现在，常见设备为旋转式撇水机，其优点是排水均匀、排水量可调整、对底部污泥干扰小，又能预防水面漂浮物随水排出。CASS工艺沉淀结束需立即将上清液排出，排水时应尽可能均匀排出，不能扰动沉淀在池底污泥层，同时，还应预防水面漂浮物随水流排出，影响出水水质。现在，常见排水方法有固定式排水装置如沿水池没深度装置出水管，从上到下依次开启，优点是排水设备简单、投资少，缺点是开启阀门多、排水管中会积存部分污泥，造成早期出水水质差。浮动式排水装置和旋转式排水装置即使价格高，但排水均匀、排水量可调、对底部污泥干扰小，又能预防水面漂浮物随出水排出，所以，这两中排水装置耳前应用较多，尤其旋转式排水装置，又称滗水器，以操作灵活、运行稳定性高等优点受到设计人员和用户青睐。 （5）需要注意其它问题 1）冬季或低温对CASS工艺影响及控制； 2）排水比确实定； 3）雨季对池内水位影响及控制； 4）排泥时机及泥龄控制； 5）预反应区大小及反应池长宽比： 6）间断排水和后续处理构筑物高程及水量匹配问题。
表1  CASS工艺自动控制情况