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摘要：随着“十二五”环保规划对污水处理能力和水平要求的提高，许多省市都明确要求污水厂出水水质需达到一级A排放标准，但我国现有的CASS工艺多数都依据一级B标准设计，因此对污水厂的升级改造及工艺优化设计逐步增多本文以珠三角某污水处理厂为例，对CASS工艺进了详细介绍，并对提标改造工艺进行了升入分析，以供读者参考。
关键词：CASS工艺；提标改造；技术
一、CASS工艺运行原理
CASS工艺是将序批式活性污泥法（SBR）的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的滗水装置，实现了连续进水间歇排水的周期循环运行，集曝气沉淀、排水于一体。CASS工艺是一个厌氧/缺氧/好氧交替运行的过程，具有一定脱氮除磷效果，废水以推流方式运行，而各反应区则以完全混合的形式运行以实现同步硝化一反硝化和生物除磷
二、CASS工艺流程
对于一般城市污水，CASS工艺并不需要很高程度的预处理，只需设置粗格栅、细格栅和沉砂池，无需初沉池和二沉池，也不需要庞大的污泥回流系统（只在CASS反应器内部有约20%的污泥回流）国内常见的CASS工艺流程如图1所示。
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工艺运行过程包括充水-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，同时将主反应区的污泥回流至生物选择区，一般回流比为20%。在此阶段，曝气系统向反应池内供氧，一方面满足好氧微生物对氧的需要，另一方面有利于活性污泥与有机物的充分混合与接触，从而有利于有机污染物被微生物氧化分解。同时，污水中的氨氮通过微生物的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余的溶解氧进行氧化分解。随着反应池内溶解氧的进一步降低，微生物由好氧状态向缺氧状态转变，并发生一定的反硝化作用。与此同时，活性污泥在几乎静止的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，处理后的水位于污泥层上部，静置沉淀使泥水分离。
（3）滗水阶段
沉淀阶段完成后，置于反应池末端的滗水器开始工作，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，其目的是提高缺氧区的污泥浓度，随污泥回流至该区内的污泥中的硝态氮进一步进行反硝化，并进行磷的释放。
（4）闲置阶段
闲置阶段的时间一般比较短，主要保证滗水器在此阶段内上升至原始位置，防止污泥流失。实际滗水时间往往比设计时间短，其剩余时间用于反应器内污泥的闲置以及恢复污泥的吸附能力。
三、CASS工艺的优点
（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SV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
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化。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倍的高峰流量冲击，而不需要独立的调节池。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。
（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遇到的问题，由于污泥沉降性能差，污泥与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，具有滞后性。因此，选择不易发生污泥膨胀的污水处理工艺是污水处理厂设计中必须考虑的问题。由于丝状茵的比表面积比茵胶团大，因此，有利于摄取低浓度底物，但一般丝状茵的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都以较大速率降解物与增殖，但由于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的浓度递度，而且处于缺氧、好氧交替变化之中，这样的环境条件可选择性地培养出茵胶团细菌，使其成为曝气池中的优势茵属，有效地抑制丝状茵的生长和繁殖，克服污泥膨胀，从而提高系统的运行稳定性。
四、CASS工艺在小型污水处理厂提标改造实际应用
1.工程概况
本污水处理厂位于珠三角，规划远期规模为6万m3/d，其中一期工程规模为1万m3/d，占地7264m2。一期工程采用CASS工艺，现状出水可达《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。此次是针对一期工程进行提标改造，在一期规划用地的基础上，通过提标改造保证其出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准及广东省地方标准《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）第二时段一级标准的较严值。
2.污水处理厂运行现状分析
根据该污水处理厂运营的月平均进出水水质数据，对各进出水水质指标进行分析。进出水水质各指标数据如图2~7所示。
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由图2~7可知：CODCr、BOD5、NH3-N、TN、TP、SS等各项指标进水浓度不高，出水水质基本能稳定达到国家一级B标准，但部分指标不能达到国家一级A标准，尤其是TP、SS。此外，随着后期管网不断的完善，各项指标进水浓度升高，其出水水质更难保证维持在国家一级A标准内。
3.提标改造工艺比选
经对比分析一期工程进出水水质特点，TP、SS、粪大肠杆菌均不能达到提标出水水质标准，BOD5、NH3-N、TN也时有超标的情况，此外，由于SS与BOD5、TP、COD以及TN等水质指标密切相关，故TP、SS、粪大肠杆菌是本次提标改造工程出水达标的重要控制指标。为了实现污水处理厂高效、稳定运行并节约运行费用、节省工程投资的目的，必须对污水处理工艺进行慎重的比选。另外，已建一期工程未考虑提标需求，现状厂区总体布局已成型，布局紧凑，均无预留地块，整体用地紧张。结合进出水水质及用地情况，经过初步筛选，选择“A2/O（厌氧-缺氧-好氧）-SBR+高效沉淀池+滤布滤池＋紫外消毒池”工艺、“A2/O-SBR+活性砂滤池＋紫外消毒池”及“A2/O＋MBR”工艺作为备选方案，对以上三种方案进行经济技术等多方面比较，综合比选确定技术可行、经济合理、适合本厂情况的工艺技术方案作为改造方案。
3.1方案一
方案一采用A2/O-SBR+高效沉淀池+滤布滤池+紫外消毒池工艺。首先对生物反应池进行改造，通过增加或拆除隔墙，将CASS工艺改造成A2/O-SBR工艺，设置完整的厌氧区、缺氧区和好氧区，尤其是延长缺氧停留时间，确保TN的去除。A2/O与SBR工艺的组合可实现连续进水、连续出水，无需设置二沉池，节省用地，且采用单池多格的一体化方式，省去了多池方式的管道和阀门等设备，降低了水头损失。后续需增加深度处理单元，保证系统的稳定性。用地紧张，深度处理单元
采用高效沉淀池与滤布滤池。
3.2方案二：A2/O-SBR+活性砂滤池+紫外消毒池工艺
方案二的生物反应池改造同方案一一样，不同的是深度处理单元为活性砂滤池。活性砂过滤器是一种集混凝、澄清、过滤为一体的高效过滤器，无需停机反冲洗；采用单级滤料，无需级配，没有水力分布不均和初滤液等问题；无需反冲洗水泵及其停机切换用电动、气动阀门；无需单设混凝、澄清池，无需混凝、澄清用机械设备，因此占地面积更紧凑，运行费用更经济。考虑到本工程用地紧张，选用罐体活性砂滤池。
3.3方案三
方案三采用A2/O+MBR工艺，将生物反应池CASS改造成A2/O+生物膜反应器（简称MBR）。膜生物反应器出水水质好、占地面积省的特点同时，该工艺能大大减少剩余污泥的产量，从而基本解决了传统生物方法存在的剩余污泥产量大、占地面积大、运行效率低等突出问题。
因此，综合经济效益及施工维护，本次改造选择方案二A2/O-SBR+活性砂滤+紫外消毒。
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