摘要：CASS法是在间歇式活性污泥法（SBR法）的基础上演变而来的，在此通过临桂西城污水厂的CASS工艺情况，浅谈调试和自控运行过程的优化管理，为推广CASS工艺应用奠定良好的基础。
一、临桂西城污水处理厂简介
1、设计规模及水质要求
临桂污水处理厂位于临桂县秧塘工业区南面，占地3.2公顷，污水处理规模为3.0万吨/天。采用CASS工艺，设计进出水指标如下表1所示。
表1设计进出水指标
|
项目 |
进水 |
出水 |
|
COD Cr |
≤ 300mg/L |
≤ 60mg/L |
|
BOD 5 |
≤ 150mg/L |
≤ 20mg/L |
|
SS |
≤ 180mg/L |
≤ 20mg/L |
|
NH 3 -N |
≤ 20mg/L |
≤ 8 （ 15 ） mg/L |
|
磷酸盐（以 P 计） |
≤ 4mg/L |
≤ 1mg/L |
|
粪大肠菌群 |
≤ 104 个 /l |
2、临桂污水处理厂工艺流程图见图1
3、工艺流程说明
污水中含有大量较大颗粒的悬浮物和漂浮物，经过格栅截留，除去上述污物，对水泵机组及后续处理构筑物具有重要的保护作用。污水经集水池用潜污泵提升至厂内配水井中自流至细格栅，经过细格栅进一步去除细小颗粒的悬浮物和漂浮物，而后进入旋流沉砂池，在沉砂池中可除去比重较大的无机颗粒如砂等，通过旋流及搅拌作用，使无机颗粒分离至沉砂池底部。通过鼓风机股入压缩空气将砂气提至砂水分离中，通过砂水分离进行砂和水分离。污水经沉砂池后由D=700mm的管道自流进入CASS池，经过CASS池曝气、沉淀处理后，通过滗水器排除处理后的污水，通过二氧化氯接触池进行消毒处理，污水达到GB18918-2002一级B类标准，完全达标后排放至小太平河。
4、污水预处理系统
原污水从厂前小太平河泵站通过压力管道提升至厂内构筑物中，主要设备有：
（1）格栅
粗格栅（厂外小太平河泵站），进水渠道宽度为1.2米，格栅间距为20mm，共两台，每台功率1.1kw；细格栅进水槽宽度为1.6米，选用回转式格栅除污机2台，栅条间隙10mm，每台功率0.75kw，配有螺旋输送器，功率P=2.2kw，以方便栅渣输送。
（2）潜水泵
厂前泵站设有大小潜水泵各三台，大泵型号为Q=800m3/h，H=20m，N=75kw；小泵型号为Q=360m3/h，H=15m，N=22kw。
（3）旋流沉砂池
设有旋流沉砂池两座，直径为2.4m，并设有型号为XLCQ-600的搅拌机。气提鼓风机型号为HC-60S，功率为2.2kw。砂水分离器型号为LSSF-260，功率为0.37kw。
5、CASS池
CASS池是本工程的关键构筑物，由预反应区和主反应区组成，共有四组生物反应池，每租池宽22m，预反应区与主反应区长度分别为33m和9m，设计有效水深5.8m，有效容积5000m3。每组可独立运行或多个池子通过进水电动阀交替使用连续运行。主要设备有：
（1）电动闸阀
在各生物池进水管道上安有型号为YDF2100LZ型电动进水闸阀4个，型号为DZW15进气闸阀4个。
（2）水下搅拌机
在厌氧池内，每组生物池安装有WJ-3-8-368型号的水下搅拌机4台，其中有3台功率3kw，1台功率4kw。
（3）回流泵
每组生物反应池设一台回流泵，型号WQ/C475-5.5-2，回流泵额定流量为170m3/h，额定扬程为8米，功率为5.5kw。
（4）滗水器
滗水器是CASS工艺中的关键设备，采用SHB-2000型滗水器，功率为2.2kw。
6、污泥处置单元
（1）污泥调节池
污泥调节池厂5米，宽5米，水深4米，体积为100m3。当生物池污泥浓度较高时，需进行排泥，排泥方法在滗水或闲置阶段，打开剩余污泥阀时，通过重力进行排泥至污泥池。
（2）污泥螺杆泵
采用两台型号为G70-1+MBW75-Y7.5污泥螺杆泵，额定流量为25-45m3/h，功率为7.5kw。
（3）带式浓缩脱水一体机
污泥脱水机选用JBSD1500S7型脱水机2台，滤带宽1.5m，功率3.7kw。污泥脱水后，含水率约80%，分别由一台厂10.5m的水平无轴螺旋输送机和一台长8m，安装倾角15度的无轴螺旋输送机输送至污泥大棚，经过脱水处理后的污泥外运。
7、鼓风机房
鼓风机房共3台风机，1#风机向1#、2#生物池供气，3#风机向3#、4#生物池曝气。2#风机备用，启动方式采用降压启动。采用百事德机械（江苏）有限公司的罗茨风机，西门子配套电机。风机型号为BK9020，额定流量为59.91m3/min，功率为110kw。
二、CASS工艺调试的特点
1、CASS池培菌方式的选择
针对目前新采用CASS工艺的污水厂均为城镇污水处理厂，市区有运行中的污水处理厂，因此可采用周边污水厂的活性污泥进行培菌，采用这种方式的培菌特点是受进水水质、水量、水温等条件影响小，污泥浓度、微生物的活性较好控制，活性污泥浓度可以直接达到运行要求的浓度，整个培菌过程方便快捷。临桂西城污水处理厂位于桂林市临桂县郊区，距桂林市上窑污水处理厂只有14公里左右的路程，该厂采用上窑污水处理厂经过污泥脱水处置后含水率为80%左右的新鲜污泥进行接种培养。
2、CASS池培菌过程的操作特点
（1）接种污泥投放点的选择
污泥的投放地点既考虑投放方便，又必须考虑可以便于搅拌混合的地点进行。对于CASS池，一般可考虑在进水泵房集水井内或CASS前端的预处理池内投放污泥。由于受场地影响，临桂西城污水处理厂采用的是投加污泥至内设搅拌器的储泥池内进行。为使团状污泥得到充分搅拌溶解，投入污泥前利用CASS池末端的剩余污泥管道将CASS池内的水放到储泥池3米水深处，投加污泥后及时开启搅拌器进行搅拌，使污水污泥充分混合，然后利用移动式泥泵将混合污泥提升至1#CASS池中。
（2）活性污泥的调配
对于临桂西城污水处理厂，单个CASS生物池内接种污泥混合液污泥浓度在8000mg/L左右，生物池上白色泡沫完全消失，生物池可见黄褐色污泥絮体，沉降比大约为10%左右，此时表明该生物池的污泥量基本达到要求，停止向生物池投放接种污泥。其他生物池需要投入运行时，则进行污泥调配。方法为打开进水阀，活性污泥通过液位差静压力流向至液位较低的CASS池中，达到液位平衡后污泥停止转移。仍后在向污泥多的生物池进水从而提高水位，再次将污泥转移。当需要生物池的液位较高时，通过滗水器滗水从而降低该池液位，这样可以逐步完成活性污泥的转移。采用单池培养后再进行污泥调配，可以大大加快活性污泥培养的进度，同时采用这种方式，当污水厂内部分构筑物及设备需进行整改时，不影响调试进度。
（3）活性污泥的驯化
对于许多出水流经村边河流的城镇污水厂，为确保村民的用水安全，调试期间出水完全合格非常重要。通常活性污泥的驯化受进水水质、季节特点、水温情况影响，污泥驯化是否良好的依据是活性污泥能否适应进水水质的变化，是保证出水质量的关键。针对CASS池循环运转方式为：进水→曝气→沉淀→排水和闲置阶段，每个阶段的时间控制都可以根据需要灵活把握的特点。通过逐步调节生物池的各工序的时间，可确保出水水质达标排放。临桂西城污水处理厂在活性污泥驯化过程中具体过程如下：开始单池每天进水两次，每次1000m3，日处理量2000m3，持续三天。第四天后单池每天进水两次，每次2000m3，日处理量4000m3，第七天后持续保持单池每天进水三次，每次2000m3，日处理量6000m3，分三个周期进行，每周期8小时，进水2小时，曝气4小时，静沉1小时，滗水1小时的循环方式运行，出水数据通过在线COD、氨氮测定仪、磷酸仪表测定。整个驯化过程持续10天左右。
三、CASS运行过程的优化组合
1、生物池投入运行数的优化确定
对于新建的污水厂，由于进水量还达不到设计水量或设备及构筑物需整改等原因，这都不需要所有的CASS生物池投入运行。如表2所示：以日设计量为3万吨的临桂西城污水处理厂为例，当日进水量大于2.4万吨时，即进水量大于设计的80%水量，4组CASS池全部投入运行。当日进水量在1.6-2.4万吨时，即进水量在设计的53%-80%，水量可以采用三组CASS池运行。当进水量小于1.6万吨/天时，即进水量小于设计的53%时可采用两组CASS池运行。此时进水方式为间歇式进水。通过优化方案确定投入运行的池数，既保证CASS生物池的污泥活性，同时能更好的控制进水泵房的水位，确保水量生产任务完成。
表2运行方式与电耗一览表
|
运行 方式 |
运行 CASS 池数 |
周 期 |
进水量 (m3/h) |
日处理水量 (m3) |
进水时间 (h) |
曝气时间 (h) |
沉淀时间 (h) |
滗水时间 (h) |
闲置时间 (h) |
电耗 (kwh/ 吨 ) |
|
A |
4 |
6 |
1330 |
31920 |
1.5 |
2.5 |
1 |
1 |
0 |
0.135 |
|
4 |
6 |
1000 |
24000 |
2.0 |
2.0 |
1 |
1 |
2 |
0.126 | |
|
B |
4 |
8 |
1000 |
24000 |
2.0 |
4.0 |
1 |
1 |
0 |
0.211 |
|
4 |
8 |
800 |
19200 |
2.5 |
3.5 |
1 |
1 |
2 |
0.195 | |
|
C |
3 |
6 |
1000 |
24000 |
2.0 |
2.0 |
1 |
1 |
0 |
0.128 |
|
3 |
6 |
800 |
19200 |
2.5 |
1.5 |
1 |
1 |
1.5 |
0.108 | |
|
D |
3 |
8 |
666 |
16000 |
2.7 |
3.3 |
1 |
1 |
0 |
0.188 |
|
E |
2 |
6 |
1330 |
15960 |
1.5 |
2.5 |
1 |
1 |
0 |
0.156 |
|
2 |
8 |
1000 |
12000 |
2 |
4 |
1 |
1 |
0 |
0.223 |
2、根据运行方式的优化选择
从表2可以看出，当处理量为：24000-31920m3/天，采用A模式运行。A模式：进水阶段1.5-2小时，曝气时间2.5-2小时。进水和曝气总时间为4小时。最大流量为1330m3/h，最小流量为1000m3/h。此时的运行方式基本上与设计运行参数相符，进水浓度低于或接近设计进水浓度，进水水量达到设计水量，污水处理电耗在0.126-0.135kwh/吨之间。当日处理量为：19200-24000m3，进水各项污染物浓度较高，出水NH3-N浓度较高时，可采用B模式运行，运行周期为8小时，四座CASS池同时运行，进水时间2-2.5小时，曝气时间4.0-3.5小时。最大流量为1000m3/h，最小流量为800m3/h，此时污水处理电耗在0.195-0.211kwh/吨之间。当进水浓度低于或接近于设计进水浓度的情况，采用C模式运行，进水阶段2-2.5小时，曝气时间2.0-1.5小时，此时的污水处理电耗较低，在0.108-0.128kwh/吨之间。同样，当进水量在12000-16000m3/天时，进水浓度较高时按照D方式运行，运行电耗在0.188kwh/吨左右。由于E方式为间歇进水运行，运行电耗变化较大，电耗在0.156-0.223kwh/吨之间。通过表2可以根据进水水质情况调节进水时间和曝气时间，从而确定运行周期，最终达到有效控制出水水质和经济运行的目的。
3、自控运行模式优化探索
对于CASS工艺，由于各CASS生物池循环运行，进水阀门的调节非常频繁，相互牵涉和涉及的因素较多，因此自控系统设计完善程度是保证污水厂是否可靠及经济运行的关键。主要在以下几方面：
（1）泵房的自控
泵房水位的控制设置：设置干保护水位停机、低水位报警、一台水泵运行水位、二台水泵运行水位、三台水泵运行水位、溢流水位报警。通过编程控制，确定开机台数后通过变频器调节，从而有效控制水泵流量。
（2）生物池交替运行自控调节
在CASS生物处理系统汇中，通过进水流量计获取流量数据。通过COD、NH3-N等出水监测仪表进行出水水质判断，从而在自控软件包中选择A、B、C、D、E运行方式运行。以A方式运行为例：当每组生物池的前端都设有水位计，当1#生物池达到设定的额定水位时，关闭1#进水阀，打开2#进水阀。打开1#CASS池的进气阀，开启对应的1#风机。从进水阀开启至关闭时间为进水阶段时间设为T1，进水时间和曝气时间为4小时，则曝气时间T2=4-T1。到达曝气时间T2后关闭1#风机，关闭1#生物池进气阀，沉淀时间均设定为1小时，沉淀1小时后滗水器开启，进行滗水。从表2可以看出，进水周期可为6小时、8小时进行设置，进水时间和曝气时间之和分别为6小时和4小时。通过电脑采集出水数据，当采用6小时运行周期，曝气时间较短，出水不合格时，自控系统发出报警，经确认后选择8小时的运行周期方式，从而确保出水水质，保证CASS工序的正常运行。
（3）滗水过程自控设置
CASS工艺是根据污水厂得设计规模选定滗水器型号，从而确定滗水器的最大排水量。滗水器的运行要求是排水均匀，上清液通过滗水器排出时不会扰动已沉淀的污泥层。滗水过程通过滗水器上的微型PLC编程进行控制，通过滗水器拉杆下降速度控制出水板水力负荷，每次滗水阶段开始时，滗水器以一定的速度首先由最高限位位置开始下降，下降过程为：刚开始电机以50Hz速度下降1分钟后改为15Hz，运行20min后改为14Hz，接着运行20min后改为13Hz，再运行10min后改为10Hz，当到达滗水器下限行程时，静止3分钟，而后以50Hz的速度向上提升，直到滗水器设置的最高位置，即原始位置自动停止。滗水器的限位开关可以根据工艺需要进行调整，从而可以自动控制滗水器的每次排水量。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
（4）污泥系统的自控调节
在CASS沉淀阶段、滗水阶段、进水阶段都可根据工艺需要进行污泥回流或排泥。有如下设置方式：
a.在电脑上编程设置，污泥搅拌器、回流泵的启闭与进水电动阀门启闭同步运行。
b.手动时间设置。例如可以通过设定回流泵或排泥电动阀对回流及排泥时间进行控制。
C．流量及液位控制。通过剩余污泥流量计及储泥池液位进行控制，当剩余污泥流量达到设定流量或储泥池达到最高液位时关闭。
四、CASS存在的问题及优化探讨
1、工艺管线的设计
CASS工艺进水、污泥回流都是通过阀门控制进行调配，因此CASS工艺阀门特别多，管线较长。临桂西城污水处理厂进水、出水阀门均设在CASS池底端，并设置在阀门井内。存在以下问题：
（1）手动操作时需下池操作，非常不便；
（2）下暴雨时，阀门井内会出现积水现象；
（3）当阀门密封不严造成泄漏时，会造成淹没电动阀门电机现象；
（4）维修阀门时需停产才能进行。
建议设计时工艺管线中尽量少设置地下阀门井，如进水的分配在CASS上端进水渠内分配，这样每道阀门操作方便，阀门泄漏也不会产生太大问题。出水阀门设置在地面以上的出水管竖管上，操作方便，不需设阀门井。
2、阀门的配置问题
由于CASS工艺阀门的开启大部分都是通过电动装置进行控制，各电动阀门的质量必须有良好的保证。否则由于一组阀门的问题都会导致污水厂停产运行，这是CASS工艺对设备要求有较高的设备完好率。因此CASS池的电动阀门一定要选择质量可靠、稳定的设备。另外，电动阀门必须设可以脱开电动头的手动开启装置。
3、污泥集泥系统问题
CASS生物池的污泥沉淀过程中污泥均匀沉积，没有收刮泥的集泥设备，污泥回流浓度及排泥浓度较低，回流污泥量不大，使得厌氧阶段污泥浓度不能达到要求，影响该阶段聚磷菌的磷的释放，从而影响该工艺的除磷效果。建议在回流泵的进泥管和剩余污泥排泥管等多处，设置泥斗及排泥装置。
4、曝气装置的选择
由于CASS池曝气、沉淀、滗水交替运行，临桂西城污水处理厂采用盘式陶瓷曝气系统，曝气完毕后，曝气管路中存有余气，滗水后水位下降，水压低于气压，气体排出，易出现污泥随出水排出，影响出水水质的现象。通常避免此方法的方式，打开排曝气冷凝水阀门进行泄气，但此方法操作频率高，劳动量较大，夜间操作困难。因此建议对于CASS池曝气系统的设计最好选择张紧系统较好的曝气膜，当不曝气时，膜收缩，气体不易排出，保证污泥层的稳定，从而保证出水水质。
5、出水流量计及出水管的设计选型
CASS工艺具有进水连续、出水间断的运行特点。由于滗水器在刚开始运行时，出水量较大，出水流量可以达到6500L/s，是进水流量的5倍以上。因此出水流量计的选型与进水流量计不能完全一致。另外，出水管的设计也必须考虑排水量较大时计算，否则出现排水不畅，造成滗水器浮渣挡板全部淹没，浮力增大，排水过程不能有效的挡住浮渣，造成滗水器超负荷易损坏的现象。
6、CASS对自控系统要求
CASS工艺由于是交替式运行，设备的启闭操作较频繁，因此对自控系统完善程度要求高，一旦出现设备不能自控或者出现不能远程控制的现象，导致运行过程中，操作人员工作量大。例如临桂西城污水处理厂出现进水阀不能电动控制时，操作人员开启阀门的强度非常大，污水厂难以正常生产。特别是对于运行多年的污水厂，设备和自控都会出现不同程度的磨损及老化现象，问题会更严峻，这需要在理论和实践上对其进行深入的研究。