CASS工藝在釀酒廢水好氧處理中的設(shè)計與應(yīng)用

蘇 紅 王海峰

（1.貴州省建筑設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550002；2.貴州大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，貴州 貴陽 550025 3.貴州大學(xué) 材料循環(huán)與工業(yè)生態(tài)研究中心，貴州 貴陽550025）

0 引言

白酒釀造企業(yè)生產(chǎn)廢水屬于高濃度有機廢水，通常采用“預(yù)處理+厭氧+好氧+沉淀”的組合工藝，工藝流程長、占地面積大、運行管理困難，運行中受各種因素影響，出水不穩(wěn)定、排放超標的情況時有發(fā)生。

位于貴州省赤水河畔的某大型醬香型白酒生產(chǎn)企業(yè)因土地資源緊張、生產(chǎn)過程水質(zhì)波動大，設(shè)計人員經(jīng)過多方面比選，采用CASS作為生產(chǎn)廢水的好氧處理工藝，工程實施后經(jīng)運行驗證，取得了占地小，自動化程度高、運行管理簡單，對水質(zhì)波動適應(yīng)性強，出水水質(zhì)穩(wěn)定、能耗低的良好效果。

1 CASS工藝原理及特點

CASS（Cyclic Activated Sludge System）工藝是序批式活性污泥法（SBR）的變形工藝，其結(jié)合了ICEAS和CAST工藝的優(yōu)點。一般來說，CASS池分為生物選擇區(qū)（預(yù)反應(yīng)區(qū)）及主反應(yīng)區(qū)，為了穩(wěn)定及提高處理效果，也有在兩區(qū)之間增設(shè)兼氧區(qū)的設(shè)計。

CASS池是一種連續(xù)進水、間歇排水、周期性循環(huán)運行，集反應(yīng)、沉淀、排水于一體反應(yīng)器。

預(yù)反應(yīng)區(qū)一般占反應(yīng)池總體積的10～15%，活性污泥在高BOD負荷下運行，微生物在反應(yīng)區(qū)內(nèi)通過酶的快速吸附污水中大部分可溶性有機物，高負荷基質(zhì)快速積累，促進微生物的增值，對水質(zhì)水量波動可到較好的緩沖作用，同時對絲狀菌的生長起到抑制作用，可有效防止污泥膨脹。

主反應(yīng)區(qū)為好氧區(qū)，是一個較低負荷的底物降解階段，一般控制ORP 在 100～150mV，溶解氧 DO 在 0～2.5mg／L[1]。 運行過程中通過對曝氣強度的控制完成廢水中有機物的降解，反應(yīng)區(qū)內(nèi)活性污泥基本處于缺氧狀態(tài)，溶解氧向污泥絮體內(nèi)的傳遞受限制而硝態(tài)氮由污泥內(nèi)向體系的傳遞不受限制，從而使主反應(yīng)區(qū)中同時發(fā)生有機污染物的降解以及同步硝化和反硝化。

CASS工藝無需二沉池，設(shè)施布置緊湊、占地省、投資低；處理過程基質(zhì)濃度由高到低，濃度梯度從高到低，基質(zhì)利用速率由大到小，工藝屬理想的時間順序上的推流式反應(yīng)器。

CASS工藝可通過DO控制及運行周期調(diào)節(jié)適應(yīng)水質(zhì)水量變化的影響，或達到強化脫氮除磷功能，抗沖擊負荷能力強，尤其適用于工業(yè)污水的處理。同時，該工藝可有效抑制絲狀菌的生長和繁殖，克服污泥膨脹，提高系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

2 CASS工藝參數(shù)設(shè)計

項目設(shè)計處理能力為720m3/d，CASS為EGSB厭氧后處理工藝，CASS池設(shè)計進水水質(zhì)表1所示，出水水質(zhì)滿足《污水綜合排放標準》GB8978-1996表四一級的要求。

表1 CASS池進水水質(zhì)指標（單位：mg/L）

CASS主要設(shè)計工藝技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 CASS池設(shè)計工藝參數(shù)

考慮到本項目水質(zhì)的特殊性，最終設(shè)計CASS反應(yīng)池×2座，單池容積 600m3。

3 CASS池啟動及運行

3.1 CASS 池啟動

CASS池于2011年11月23日啟動，啟動前加入緊鄰的市政污水處理廠排水，并采用其污泥接種，該污水廠因承擔(dān)了部分同類工業(yè)污水的處理，污泥性質(zhì)較適合于本項目接種。

啟動分為三個階段進行，第一階段為污泥接種，由于啟動時正值冬季，為提高啟動速度，污泥投加分兩次進行，第一次投加控制污泥濃度為2500mg/L，接種后悶曝24h，第二次投加按照1500mg/L補充后繼續(xù)悶曝24h。

第二階段為馴化階段，馴化期間每日排除上清液并按照設(shè)計能力的5～10%逐漸增加進水。馴化期間不排泥，控制DO為2～3mg/L，在通過鏡檢觀察微生物相變化的同時對SV、SVI、MLSS、COD、BOD進行分析檢測。15天后污泥中原生動物量符合運行要求并出現(xiàn)少量后生動物，其他檢測指標均已達到設(shè)計要求。

第三階段為聯(lián)動調(diào)試階段，通過安裝在CASS池內(nèi)的pH/溫度計、溶氧儀、MLSS計、泥水界面儀反饋的數(shù)據(jù)對PLC控制系統(tǒng)進行控制調(diào)試，實現(xiàn)系統(tǒng)進水、反應(yīng)、沉淀、排水及DO的自動控制。

3.2 CASS工藝強化除磷應(yīng)用分析

CASS工藝具有較強的脫氮除磷作用，但實際應(yīng)用中對于脫磷的研究較少，可借鑒的經(jīng)驗不多。本項目P含量偏高，為了實現(xiàn)強化脫磷，本論文在分析調(diào)試及運行中Tc（曝氣時間/反應(yīng)周期之比）、MLSS、污泥SRT、回流等數(shù)據(jù)對脫磷的影響對CASS強化除P工藝參數(shù)進行了深入探討和分析。

CASS池生物選擇區(qū)為厭氧區(qū),微生物在反應(yīng)區(qū)內(nèi)通過酶的快速吸附污水中大部分可溶性有機物，高負荷基質(zhì)快速積累，促進微生物的增值，迅速去除大部分COD及BOD，同時聚磷菌釋放出磷而吸收大量有機質(zhì)；主反應(yīng)區(qū)為間歇曝氣區(qū),在曝氣階段,好氧菌對剩余COD進行降解,聚磷菌降解體內(nèi)儲存的有機質(zhì)維持新陳代謝,產(chǎn)生的能量則超量吸收水體中的磷[2]。富含磷的污泥通過剩余污泥的形式排出系統(tǒng),從而達到除磷的目的。主反應(yīng)區(qū)的運行方式導(dǎo)致好氧、缺氧、厭氧交替循環(huán)，具有良好的除磷條件。

研究發(fā)現(xiàn)，在四個影響因素中Tc及泥齡對脫磷的影響最大。

有學(xué)者研究認為，除磷脫氮的最佳MLSS=1500～1700mg/L時效果最為理想[3]，但本項目CASS池進水COD及BOD較高，較低的MLSS對有機質(zhì)的去除不利。

通過運行過程的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，CASS池運行Tc對除磷的影響較大。Tc值大，則厭氧時間短，主反應(yīng)區(qū)釋磷不充分，生物選擇區(qū)釋磷在體系中占有較大比例，系統(tǒng)整體釋磷量減少，影響好氧時磷的吸收，磷去除率較低。Tc值小，厭氧時間長，主反應(yīng)區(qū)發(fā)生過量釋磷現(xiàn)象，磷去除率也較低。具有較好脫磷效果的Tc值為0.45～0.6。同時，研究發(fā)現(xiàn)，回流比Tc值的確定存在影響，對系統(tǒng)如回流比大，Tc值取低值；如系統(tǒng)回流比小，Tc值可取高限。

通常認為，加強排泥對降低系統(tǒng)出水的磷含量有利，這就要求CASS系統(tǒng)有較低的污泥SRT。但分析發(fā)現(xiàn)，SRT過小，即剩余污泥排放過多，一方面使大量聚磷菌隨污泥帶走，另一方面將導(dǎo)致系統(tǒng)MLSS的降低，除磷效果下降較快[4]。調(diào)試及運行結(jié)果證明，當污泥SRT=8～10天時，除磷效果較好。

3.3 CASS 系統(tǒng)運行效果

2011年12月17日調(diào)試工作結(jié)束，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入試生產(chǎn)狀態(tài)，至2012年 6 月 19 日止，CASS 池進水 COD=900～1500mg/L、BOD=430～560 mg/L、N-NH3=15～30 mg/L， 總 P=4～6 mg/L； 出水 COD=31～46，BOD=10～19mg/L、N-NH3=3.2～13.5mg/L，P≤0.5mg/L。 CASS 系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各項指標滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)論

CASS工藝占地小、抗沖擊負荷能力強、同時具備脫氮除磷功能、生產(chǎn)過程靈活，易于實現(xiàn)自動化控制、運行穩(wěn)定，較適宜作為釀造污水后級處理工藝。

運行過程中對Tc值、污泥SRT實施重點控制，并兼顧MLSS及回流比參數(shù)，可取得良好的脫磷效果。系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)針對污水特性及運行特點，對設(shè)計參數(shù)進行調(diào)整，可取得穩(wěn)定的運行效果。

［1］楊亞靜,李亞新.CASS工藝的理論與設(shè)計計算[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2005,15（13）:186-188.

［2］俞欣,梅凱.影響CASS工藝除磷效果的運行參數(shù)研究[J].給誰排水,2007,33（增刊）:64-68.

［3］Shehab O,Deininger R,Porta F,et al.Optimising phosphorus removal at the Ann Arbor wastewater treatment plant[J].Water Sci Technol,1996,34(1～2):493-499.

［4］Demoulin G,Goronszy M C,Wutscher K,et al,Co-current niterfication/denitrfication and biological P.removal in cyclic activatedsludge plants by redox controlled cyclic operation[J].Wat.Sci.Tech.1997,35(1):215-224.