UASB—CASS组合工艺在废水治理中的应用现状

王德民

摘 要：本文首先介绍了UASB—CASS组合工艺的基本原理，以及它们(UASB和CASS)在废水处理中各自的优势。然后罗列了此组合工艺在才处理糖醛废水、酒精废水、淀粉废水、乳制品综合废水和显影剂废水等方面应用的实例。UASB—CASS组合工艺在处理高浓度有机废水方面有着广泛的应用。 关键字：上流式厌氧污泥床反应器(UASB)；循环式活性污泥法(CASS)；UASB—CASS组合工艺

Abstract：The article first introduces the basic principle of UASB-CASS technology and the their advantages(UASB and CASS) in treating waste water. Then the passage includes the applications in treating furfural wastewater, Alcohol wastewater, Starch wastewater, dairy products′ comprehensive wastewater, agent wastewater and so on. UASB-CASS technology have a great application in treat high concentration of organic wastewater.

Key words：up anaerobic sludge bulking(UASB),circulating activated sludge process, the combination process of UASB—CASS

1．引文

现如今，根据各种废水的水质特点，单一的生物处理工艺无法使其出水水质达标。在这种情况下，往往采用组合工艺进行处理来使出水水质达到排放标准。UASB—CASS组合工艺正是利用了各自的优势，使其在污水处理当中达到理想的效果。上流式厌氧污泥床反应器(UASB)和循环式活性污泥法工艺(CASS)的组合，在废水治理中已经得到广泛的应用，例如，在治理糖醛废水、酒精废水、淀粉废水，乳制品综合废水和显影剂废水等方面。

2.上流式厌氧污泥床反应器(UASB)的原理与特点

2.1原理[1]

上流式厌氧污泥床反应器(UASB)是由荷兰的Lettinga[2]教授等在1972年研制，于1977年开发的。如图1所示，废水自下而上的通过厌氧污泥床反应器。在反应器底部有一个高浓度(可达60～80g/L)/高活性的污泥层，大部分的有机物在这里被转化为CH4和CO2。由于气态产物(消化气)的搅动和气泡的粘附污泥，在污泥层之上形成一个污泥悬浮层。反应器上部设有三相分离器，完成气、液、固三相的分离。被分离的消化气从上部导出，被分离的污泥则自动滑落到悬浮污泥层。出水则从澄清区流出。由于在反应器内保留了大量的厌氧污泥，使反应器的负荷能力很大。对一般的高浓度有机废水，当水温在30°C 左右时，负荷率可达10～20kg(COD)/m3d。

图1 UASB构造图

2.2 UASB反应器的特点： 2.2.1优点[3]：

①容积负荷率高，水力停留时间短。

不仅适用于高、中等浓度的有机废水，也适用于低浓度的有机废水。 ②能耗低、成本低、占地面积少。

UASB运转时一般不加热，在30～35°C之间，CODcr，去除率达70～90%， BOD5去除率大于85%。

③污泥产量低，而且剩余污泥可以作为肥料并用于土壤改良[4]。 产泥量仅为活性污泥产泥量的1/5左右。 ④能够回收沼气，有利于节约能源。 2.2.2缺点：

①进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/L以下。不然会导致出水水质较差。

②污泥床内有短流现象，影响处理能力。有可能使出水水质没有达到较好效果。

③对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差。由于它自身的容积负荷很高，需要的有机负荷也很高，因而若不能满足其中厌氧微生物的需求时会导致不良后果。

3.循环式活性污泥法工艺(CASS) 的原理与特点

3.1原理

CASS工艺是一种循环式活性污泥法，是SBR工艺的改进形式，通过曝气和不曝气阶段的交替运行，实现反应器以厌氧—缺氧—好氧—缺氧—厌氧的方式运行。CASS池的变容运行提高了系统对水量水质变化的适应性和操作的灵活性；选择器的设置加强了微生物对磷的释放、反硝化、对有机物的吸附吸收等作用，增加了系统运行的稳定性，能很好地缓冲进水水量与水质的波动，有效去除污水中有机碳源污染物，具有良好的拖氮、除磷功能，排出的剩余污泥稳定化程度较高。同时CASS工艺还能有效防止污泥膨胀。

完整的CASS工艺可分为4个阶段[3]，以一定的时间序列运行(如图2所示)。

图2 CASS构造图

如图所示，CASS反应器分为两个区域：预反应区和主反应区．在预反应区内，微生物能通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大部分可溶性有机物，经历 了一个高负荷的基质快速积累过程，这对进水水质、水量、pH和有毒有害物质 起到一个较好的缓冲作用，同时对丝状菌的生长起到抑制作用，可有效防止污泥 膨胀；随后在主反应区经历一个较低负荷的降解过程。

CASS反应器的具体操作周期一般分为四个步骤，依次为：曝气、沉淀、滗水、闲置阶段。在曝气阶段，由曝气系统向反应池内供氧，此时有机污染物被微生物氧化分解，同时污水中的NH4+—N通过微生物的硝化作用转化为NO3-—N，在沉淀阶段，停止曝气，微生物利用水中剩余的溶解氧进行氧化分解，反应池逐渐由好氧状态向缺氧状态转化，开始进行反硝化反应，活性污泥逐渐沉到池底，上层水变清，在沉淀刚开始时，由于曝气所提供的搅拌作用能使污泥发生絮凝，随后污泥以区域沉降的形式下降，因而所形成的沉淀污泥浓度较高[5]，在滗水阶断，沉淀结束后。置于反应池末端的滗水器开始工作，自下而上逐渐排出上清液，此时，反应池逐渐过渡到厌氧状态继续反硝化。 3.2 CASS工艺的特点 3.2.1优点[6]:

①工艺流程简单，占地面积小，投资较低。

CASS的核心构筑物为反应池，没有二沉池及污泥回流设备，一般情况下不设调节池及初沉池。因此，污水处理设施布置紧凑、占地省、投资低。

②生化反应推动力大。

在完全混合式连续流曝气池中的底物浓度等于二沉池出水底物浓度，底物流入曝气池的速率即为底物降解速率。根据生化动力反应学原理，由于曝气池中的底物浓度很低，其生化反应推动力也很小，反应速率和有机物去除效率都比较低；在理想的推流式曝气池中，污水与回流污泥形成的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。作为生化反应推动力的底物浓度，从进水的最高浓度逐渐降解至出水时的最低浓度，整个反应过程底物浓度没被稀释，尽可能地保持了较大推动力。此间在曝气池的各断面上只有横向混合，不存在纵向的返混。

CASS工艺从污染物的降解过程来看，当污水以相对较低的水量连续进入CASS池时即被混合液稀释，因此，从空间上看CASS工艺属变体积的完全混合式活性污泥法范畴；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，因此，CASS工艺属理想的时间顺序上的推流式反应器，生化反应推动力较大。

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，沉淀阶段的表面负荷比普通二次沉淀池小得多，虽有进水的干扰，但其影响很小，沉淀效果较好。实践证明，当冬季温度较低，污泥沉降性能差时，或在处理一些特种工业废水污泥凝聚性能差时，均不会影响CASS工艺的正常运行。实验和工程中曾遇到SV30高达96%的情况，只要将沉淀阶段的时间稍作延长，系统运行不受影响。

④运行灵活，抗冲击能力强，可实现不同的处理目标。

CASS工艺在设计时已考虑流量变化的因素，能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工艺可以通过调节运行周期来适应进水量和水质的变比。当进水浓度较高时，也可通过延长曝气时间实现达标排放，达到抗冲击负荷的目的。在暴雨时，可经受平常平均流量6信的高峰流量冲击，而不需要独立的调节地。多年运行资料表明，在流量冲击和有机负荷冲击超过设计值2－3倍时，处理效果仍然令人满意。而传统处理工艺虽然已设有辅助的流量平衡调节设施，但还很可能因水力负荷变化导致活性污泥流失，严重影响排水质量。

当强化脱氮除磷功能时，CASS工艺可通过调整工作周期及控制反应池的溶解氧水平，提高脱氮除磷的效果。所以，通过运行方式的调整，可以达到不同的处理水质。