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處理小區(qū)生活污水CASS工藝研究

文檔作者：董晶		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年04月29日
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⑧ 天率大薯
碩士學(xué)位論文
一—I■一啊I■_日rolli_-二●_I■Jl
學(xué)科專業(yè)：水力學(xué)及河流動力學(xué)
作者姓名：董陰I=i
指導(dǎo)教師：張效先副教授
jf!=：=浦山。±蘭ZTr內(nèi)4盯吉
中文摘要
我國淡水資源缺乏，隨著我國城市建設(shè)和工業(yè)的發(fā)展，城市用水量和排水量
不斷增長，造成水資源日益不足。開發(fā)住宅小區(qū)污水回用系統(tǒng)(中水系統(tǒng))，將這
些小區(qū)或大樓的污水就近收集、就地處理，供給小區(qū)和用戶的各類雜用水，既可
節(jié)省水資源，緩解水資源的不足，又可以減少環(huán)境污染，有明顯的社會效益和經(jīng)
濟效益。
目前，推廣使用中水技術(shù)的主要障礙之一是經(jīng)濟效益問題，因此要降低污水
處理設(shè)施造價，降低能耗。CASS工藝與傳統(tǒng)的活性污泥法相比雖然有一定的經(jīng)
濟優(yōu)勢，但是他還是存在一些不足之處，并且總體來說處理成本還是比較高。所
以有必要對CASS工藝的運行方式做一定的改進(jìn)，克服了原來CASS工藝一些固
有的缺點，提高處理效果以及反應(yīng)池的有效容積利用率，降低處理設(shè)施造價及污
水處理的成本。
本文是針對改進(jìn)后的CASS系統(tǒng)選擇設(shè)計參數(shù)并設(shè)計計算，將設(shè)計好的反應(yīng)
池原型按重力相似準(zhǔn)則做成反應(yīng)池模型。實驗研究的重點是探討針對原CASS工
藝的不足之處建立的改進(jìn)后的反應(yīng)池的沉淀狀況，即研究排水比及其影響因素，
研究改進(jìn)后的處理工藝的處理效果及效率，為該工藝的工程應(yīng)用提供依據(jù)。試驗
表明，污泥在理想沉淀狀態(tài)下沉淀情況良好，模型反應(yīng)池處理污水的效果明顯。
改進(jìn)后的工藝經(jīng)過合適選定各種參數(shù)，并根據(jù)建設(shè)場地的具體情況靈活設(shè)計反應(yīng)
池的形狀，在滿足出水要求的前提下，可明顯提高污水處理效率，降低污水處理
的成本，并將會成為一種經(jīng)濟有效的污水處理方式。
關(guān)鍵詞： CASS工藝， SBR， 間歇式活性污泥法， 污水處理
ABSTRACT
With the development of industry and OUr city，the absence ofWater resource has
became a serious problem we have to face．The amount of Water that we have used
and discharged iS increasing everyday。Developing the system of wastewater reuse in
residential area and reclaiming the wastewater of nearby building is a mathed which
Can both save the water resource and reduce the pollution ofthe environment．
Nowadays，one ofthe main problems about the reuseofwastewater is economic
reason。therefore．it’S necessary to lower the price of the wastewater treatment
facilities and to reduce the cost of operation．Though，the cyclic activated sludge
system compares tO traditiohal aetived sludge method have some economic advantage，
but there still has some drawback，in addition，the cost oftreatment iS still hi曲．So，its
necessity to change some part of the cyclic activated sludge system to overcome it'S
original weakness．a(chǎn)nd the change would help to improve reactor’S Valid capacity
utilization and to reduce the cost ofthe facilities and operation．
When the parameters ofthe system which some part ofthe process xv'as eh鋤瓣
were set，we could design the form and size of the reactor．The prototype of reactor is
contracted into model of reactor as some certain rate．nle purpose of this experiment
is to study the scale conditions of the cyclic activated sludge system which has been
altered，And we also study the result and efficiency of treatment，SO as to offer some
data for actual engineering、The result of this experiment show this way is efficiently
in the treatment of wastewater．In addition．bv the way of setting appropriate
parameter．designing the size of reactor according to actual field circumstance，this
mathed Can improve treatment efficacy obviously and reduce the cost of wastewater
treatment。
KEYWORDS．．Cyclic Activated Sludge System，SBR，
Activated Sludge，Wastewater Treatment
獨創(chuàng)性聲明
本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的
研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表
或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得苤盜盤莖或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證
書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中
作了明確的說明并表示了謝意。
學(xué)位論文作者簽名董。璃簽字日期：卅年2月√日
學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書
本學(xué)位論文作者完全了解苤盜盤塋有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。
特授權(quán)叁盜盤堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢
索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校
向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。
(保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明)
學(xué)位論文作者毖童
簽字日期：晰年2月2√日I
導(dǎo)師簽名：彥名。爹鈔夕7
簽字日期：夕張口月叫日
第一章緒論
1．1概述
第一章緒論
我國淡水資源缺乏，隨著我國城市建設(shè)和工業(yè)的發(fā)展，城市用水量和排水量
不斷增長，造成水資源日益不足，水質(zhì)日趨污劣。
我國很多城市的住宅小區(qū)己逐漸形成一定規(guī)模，整個小區(qū)用水需求量大，小
區(qū)的外排污水具有水質(zhì)水量變化較大，污染物濃度偏低，可生化性好，處理難度
小的特點。生活小區(qū)是具有一種功能或多種功能的相對獨立的區(qū)域，其排水系統(tǒng)
有時不在城市市政管網(wǎng)覆蓋范圍之內(nèi)。根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，必須設(shè)置獨立的污
水處理設(shè)施。如果有條件，可以將處理后的污水經(jīng)過進(jìn)一步處理作為中水回用到
小區(qū)中。這樣既可節(jié)省水資源，又可保護(hù)環(huán)境，有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。
在選擇處理污水處理工藝時，應(yīng)考慮小區(qū)污水處理的特點。選擇的工藝應(yīng)滿
足以下要求：處理工藝成熟、可靠，流程簡單，所需設(shè)備及管道少：能夠適應(yīng)水
質(zhì)、水量變化較大的沖擊；占地面積小，連接管道少，操作簡單，初期投資及運
行費用低：處理工藝產(chǎn)生的污泥量少。
周期循環(huán)活性污泥(CASS)工藝是一種新型的活性污泥污水處理工藝，在
很多國家得到采用，并且其處理效果良好。CASS工藝具備上述小區(qū)污水處理的
特點，而且與傳統(tǒng)的活性污泥法相比更有其獨特的優(yōu)勢。
要推廣CASS工藝，使其可以廣泛的應(yīng)用到小區(qū)污水處理等小型的水處理
工程中，就要對其進(jìn)行研究和發(fā)展，發(fā)揮CASS工藝的特點，使其與其他污水處
理工藝相比具有優(yōu)勢，即可以做到運行過程簡單、建設(shè)費用和運行費用低廉等。
在降低了單位水量的建設(shè)投資和運行成本時，才會進(jìn)一步促進(jìn)中水的利用，達(dá)到
節(jié)約水資源的目的。
1．2活-牲污泥法的基本原理及流程
1．2．1活性污泥法概述
在1914年英國的曼徹斯特市，由Arden和Lockett[1】二人開創(chuàng)了用活性污泥
法處理污水，距今已有七十多年的歷史。在這期間世界上有很多科技人員，對活
性污泥法處理污水進(jìn)行了廣泛深入的研究。如對活性污泥法凈化污水機理、活性
第一章緒論
污泥法新型工藝流程、活性污泥中的微生物及微型動物、活性污泥膨脹現(xiàn)象等的
研究都取得了不少成果。但直到現(xiàn)在活性污泥法還有很多方面需要進(jìn)一步研究和
完善。
用活性污泥法處理污水，效率高、效果好、費用低，處理后的出水能達(dá)到排
放標(biāo)準(zhǔn)，因此使用廣泛，已成為世界上處理污水的主要方法之一。活性污泥法處
理污水的實質(zhì)，是在充分曝氣供氧的條件下，以處理的廢水做培養(yǎng)基，對活性污
泥進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)的過程。活性污泥在曝氣池中以絮凝體形式存在，它有強大的吸
附、氧化污水中有機物和毒物的能力，又有良好的沉降性能，使污水處理能連續(xù)
的進(jìn)行。
所謂活性污泥是指經(jīng)過人工專門培養(yǎng)和馴化的好氣性的微生物群體，它包括
細(xì)菌、放線菌、真菌、原生動物和藻類等。它們以褐色絮狀的肉眼可見的泥粒形
式存在。污水中的污染物有毒物質(zhì)是由活性污泥降解消除的，活性污泥是污水生
化處理的主要因素。
1．2．2活性污泥法處理污水的基本原理和流程
活性污泥法是利用活性污泥中的好氧細(xì)菌及其原生動物對污水中的有機物
進(jìn)行吸附、氧化、分解，最終把這些有機物變成二氧化碳和水的方法。其過程由
物理化學(xué)作用和生物化學(xué)作用來完成。物理化學(xué)作用是利用活性污泥對有機物的
吸附能力使污水得到凈化，吸附作用進(jìn)行的十分迅速，一般在10min～30min即
可完成：此過程稱為吸附階段。生物化學(xué)作用是在有氧的條件下，好氧細(xì)菌借助
其分泌的體外酶(一種具有生物催化作用的活性蛋白質(zhì))，將污水中的膠體性有機
物分解為溶解性有機物，連同污水中原有的溶解性有機物滲透過好氧細(xì)菌的細(xì)胞
膜進(jìn)入其細(xì)胞內(nèi)部，然后通過細(xì)菌的生物活動，將有機物氧化、分解并合成新細(xì)
胞，最后在細(xì)菌體內(nèi)酶的作用下，使有機物分解成二氧化碳和水。生物化學(xué)過程
在充分供氧的條件下進(jìn)行，在此過程中，細(xì)菌利用分解有機物所得到的能量和營
養(yǎng)產(chǎn)物合成新的原生質(zhì)，于是細(xì)菌逐漸長大、分裂。菌體得到增殖，活性污泥量
也隨之增多。此過程稱為氧化階段。另外，物理化學(xué)作用和生物化學(xué)作用同時進(jìn)
行。當(dāng)吸附階段活性污泥的吸附力達(dá)到飽和后，就會失去活性。但通過氧化階段，
所吸附和吸收的大量有機物被氧化分解，活性污泥又將重新呈現(xiàn)活性，恢復(fù)它的
吸附氧化能力¨j。
在開始運行時，應(yīng)先在曝氣池內(nèi)注滿污水，進(jìn)行曝氣，培養(yǎng)出活性污泥，此
后即可連續(xù)進(jìn)行。經(jīng)過適當(dāng)預(yù)處理的污水不斷進(jìn)入曝氣池，在沉淀池內(nèi)與活性污
泥充分接觸被處理。處理后的污水和活性污泥一同流人二次沉淀池，沉淀的活性
第一章緒論
污泥部分回流人曝氣池，上層清水不斷流出，有時污泥回流曝氣池前應(yīng)先在再生
池中進(jìn)行再曝氣。另外，由于微生物起新陳代謝作用，使系統(tǒng)的活性污泥量不斷
增加，所以應(yīng)在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)⑹Ｓ辔勰嗯懦?
進(jìn)水一
圖l-1 活性污泥法的基本工藝流程圖
1．2．3傳統(tǒng)活性污泥法的缺陷
出水
傳統(tǒng)活性污泥法對BOD和懸浮物有很高的處理效率，但存在下述缺陷：
(1)不能適應(yīng)水質(zhì)的變化，當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)發(fā)生變化時，對活性污泥有較大的
影響。
(2)進(jìn)水濃度尤其是抑制物質(zhì)濃度不能太高，不適應(yīng)沖擊負(fù)荷，對某些工
業(yè)廢水不適應(yīng)。
(3)需氧量分布不均，使所提供的空氣不能充分利用。在曝氣池前段，生
化反應(yīng)劇烈，需氧量大，而后段生化反應(yīng)平緩，需氧量相對減少，為了維持前段
有足夠的溶解氧，后段將大為超過需要，造成處理費增高。
(4)排放的剩余污泥也在池內(nèi)完成了再生過程，消耗動力。
(5)所用曝氣池相當(dāng)龐大，占地較多。
1．2．4活性污泥系統(tǒng)的運行方式
針對傳統(tǒng)活性污泥法系統(tǒng)存在的問題，在系統(tǒng)的運行方式上作了某些變革，
來適應(yīng)某些污水處理過程的要求，并且提高處理效率減少能耗。
其基本的運行方式有【3】：階段曝氣活性污泥法系統(tǒng)、再生曝氣活性污泥法系
統(tǒng)、吸附一再生活性污泥法系統(tǒng)、延時曝氣活性污泥法系統(tǒng)、高負(fù)荷活性污泥法
系統(tǒng)、完全混合活性污泥法系統(tǒng)、深水曝氣活性污泥法系統(tǒng)以及純氧曝氣活性污
泥法系統(tǒng)等。
近年來活性污泥法在構(gòu)造和工藝上有較大發(fā)展，在實際運行中已證實效果顯
第_章緒論
著瓣露氧純溝、閩歇式活性污滋法(SBR)戳及AB法褥承照瑾工藝等溪毪污涯
處理新工藝。
王．3閹歇式活性海泥法(SBR)的基本源理概述
1．3．1潤歇式活性污泥法概述
間歇式活性浮游法一般簡稱為SBR阻1(sequencing batch reactor)，它在很多方
面與傳統(tǒng)活性污泥滋相似。SBR魑早期的充排式反應(yīng)器(fill—draw reactor)的一種
改進(jìn)，毖連續(xù)流滔撥污泥法CFS(continuous flow system activated sludge process)
旱，鍵由于運行管濺繁臻兩逐漸被舞者薪徒蟄。
20世紀(jì)70年代初，美國Notre dame大學(xué)的Irvinel5]教授和他的同事對SBR
法重新進(jìn)行了實驗研究。近年來，由于計算機控制的曝氣、污泥回流等翻動控制
援零熬發(fā)蔟，麴上溶簿羲濺定紋、l丕囂電餐暑卡鼗拳疰詩等過程控秘掰囂癸豹聚經(jīng)
濟、精度又高的菔測儀器的出現(xiàn)，使得早期的SBR反應(yīng)器操作復(fù)雜問題得以改
進(jìn)。隨著SBR工慧的進(jìn)一步完蔣，水處理設(shè)施的小規(guī)模化發(fā)展以及氮磷去除標(biāo)
準(zhǔn)的掇蔫，SBR工慧在當(dāng)代成為～嵇各國競鞠開發(fā)豹熱f-jI藝{6】。
1．3．2間歇式活性污泥法基本原理
閹歇式活蛙海淀法(Sequence Batch Reactor戳下籬稱S轉(zhuǎn)軸在緩多方蘸與傳統(tǒng)
的活l腱污泥法相似，可以去除污水中的有機物和部分氨氮。原污水與池中的生物
污泥相混合，污水中的污染物被降解，然后通過重力沉降達(dá)到圃液分離黹】水凈化
囂豹。SBR王藝戇核心是萁反黢邀，該逮豢承矮均純、秘次潑淀、生物羚解、
二次沉淀等功髓為一體，整個工范簡潔，運行操作可通過自動控制裝置完成，管
理簡幫，投資較省。與傳統(tǒng)法不同的是，SBR工藝進(jìn)水怒間歇的，被處理的每
一池污水相繼經(jīng)過遴水酚段、曝氣反應(yīng)階段、灝渡分離階段鞠出水階段，反應(yīng)池
完成一個徭巧之螽讖入下一個徭繇。采蠲這釋互藝靜污永處瑾廠一簸都設(shè)有秀個
或三個反應(yīng)池，各自完成自己的循環(huán)，以輪流進(jìn)水的方式接受來自城市污水管網(wǎng)
連續(xù)不斷的污水“J。
SBR法麩原理上氈含了徽象物鑫孽獲氧(或軟氧)、葑氧生純爰應(yīng)過程；崔運行
上包括了進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、醯l水、閑置s個過程。它與CFS法的視理基本相
同。兩者的不同之處在于CFS法是在空間上設(shè)鬣的幾個構(gòu)筑物(調(diào)節(jié)池、初沉他、
第一章緒論
曝氣他、二階沉淀池等)中連續(xù)操作完成這一系列過程；而SBR法則在一個構(gòu)筑
物(反應(yīng)槽)中在時間上間歇進(jìn)行各種反應(yīng)而達(dá)到處理效果。典型的運行模式見下
圖。18]
進(jìn)水曝氣沉淀潷水閑置
圖I-2 SBR的一個周期運行過程
SBR法具體的運行操作原理如下：進(jìn)水工序是SBR反應(yīng)器接納廢水的過程，
廢水流入生化槽到達(dá)設(shè)定的水位后關(guān)閉進(jìn)水閥，進(jìn)入的廢水與槽內(nèi)活性污泥混合
和微生物發(fā)生反應(yīng)。然后，依據(jù)原廢水的水質(zhì)情況，若需要進(jìn)行缺氧或好氧反應(yīng)，
則可采取缺氧攪拌或好氧曝氣來完成，以達(dá)到有機污染物降解和脫氮除磷的目
的。反應(yīng)完畢后，停止攪拌或風(fēng)機運行，使廢水進(jìn)入沉淀過程，活性污泥在完全
靜止的情況下進(jìn)行有效的沉降分離。經(jīng)過一段時間后，上清液通過排水管的閥門
開啟排放，最后進(jìn)人待機狀態(tài)，等待下一個處理過程。經(jīng)過相當(dāng)時間產(chǎn)生的剩余
污泥可在沉淀或待機時取出。
∥n，≤隧一一、F二二：二一
田ij√√¨刮』掣■畔L[ 了’ L中吣．i
1水箱：2水泵：3空壓機；4微機：5SBR反應(yīng)器；6電磁閥
7空氣流量計；8液體流量計；9電動攪拌器
圖1-3 SBR工藝的反應(yīng)裝置
SBR每一個工作周期中，各個階段的運行時間、運行狀態(tài)可以根據(jù)污水的
性質(zhì)、排放規(guī)律和出水要求等進(jìn)行調(diào)整。還可以根據(jù)實際情況省去某個階段(例
第一章緒論
如閑置階段)，或者把反應(yīng)階段與進(jìn)水階段合并，即進(jìn)水一開始就進(jìn)行曝氣，可
一直持續(xù)到反應(yīng)階段結(jié)束。在反應(yīng)階段，可以始終曝氣，也可以曝氣與攪拌(此
時不曝氣)交替運行，控制十分靈活、方便。
1．3．3 SBR的基質(zhì)降解規(guī)律
SBR從進(jìn)水開始基質(zhì)濃度逐漸增加，進(jìn)水結(jié)束時達(dá)到最大，隨著反應(yīng)的
進(jìn)行，基質(zhì)濃度逐漸減小。研究表吲91對于生活污水，SBR的基質(zhì)降解通常符合
一級動力學(xué)反應(yīng)，即
dS／dt=．k2S (1-1)
k2——基質(zhì)降解速率常數(shù)，h～；
S——混合液中基質(zhì)濃度(mg／L)：
ds，dt_一基質(zhì)降解速率，me,／(L．h)。
在每個SBR池中，每一個運行周期的沉淀及排水階段法生的生物降解作用
一般不做考慮，而SBR一般有一個較長的進(jìn)水階段，因此，SBR的處理效果主
要取決于進(jìn)水和反應(yīng)兩個階段。在進(jìn)水階段，反應(yīng)器中同時存在著基質(zhì)積累與生
物降解作用?；旌弦褐械纳锪恳环矫骐S著有機物的降解而增加，另一方面隨著
內(nèi)源呼吸而減少。
(1) 進(jìn)水階段污水進(jìn)入反應(yīng)池過程中，污水中的有機物首先被菌膠團(tuán)
吸附，而進(jìn)行生物降解，反應(yīng)池內(nèi)基質(zhì)降解屬于非穩(wěn)態(tài)的生化反應(yīng)，混合液的體
積及基質(zhì)濃度均在變化，對SBR池內(nèi)有機物和活性污泥進(jìn)行物料衡算：
_d(VS)：Qs。一眭(1．2)
“l(fā)
式中V——-t時刻反應(yīng)器中混合液體積，L；
s。、s——分別為進(jìn)水和t時刻基質(zhì)的濃度，medL：
Q——進(jìn)水流量，L／h：
rc——基質(zhì)降解速率，me．／(L．h)。
因dV／dt=Q，
—d(V—S)：—Vd—S+—Sd—V：儺q-．—Vd—S (1-3)
dt dt dt —dt
V=Vo+Qt (1-4)
式中V曠——進(jìn)水前混合液體積，L。
式(1)可變?yōu)?
第一章緒論
警=南cSO-Sh ㈨s，
式(3)即為進(jìn)水階段基質(zhì)降解模型。
(2)反應(yīng)階段處于反應(yīng)階段的SBR，無進(jìn)水和出水，池中混合液體積
保持不變，曝氣池內(nèi)的反應(yīng)為固定容積的完全混合反應(yīng)，基質(zhì)降解服從一級動力
學(xué)關(guān)系：
dS／dt=．k2S (1-6)
1．3．4 SBR工藝的脫氮除磷
SBR工藝的脫氮作用。SBR一般控制在低負(fù)荷下運行，剩余污泥量小，主
要通過微生物作用下進(jìn)行的硝化和反硝化反應(yīng)，使污水中的氮以氮氣的形式釋放
到大氣中。
生物脫氮主要通過控制反應(yīng)器中的溶解氧(DO)和水力停留時間來實現(xiàn)。
sBR處理工藝可通過不同的控制手段，靈活運行，很容易實現(xiàn)好氧、缺氧條件
的交替，從而到達(dá)脫氮的目的。進(jìn)水期間，反硝化菌利用水中的有機物作為碳源，
通過反硝化作用可以去處部分NO'x-N；在好氧期間，硝化菌利用氧氣將NH+4．N
轉(zhuǎn)化成NOx-N達(dá)到除氨的目的：在沉淀階段，反應(yīng)器處于缺氧狀態(tài)可以進(jìn)行反
硝化反應(yīng)，進(jìn)一步去除好氧反應(yīng)后混合液中的NO-x．N[10】。
美國的Manning和Irvine對SBR進(jìn)行的研究表明只有在水中含有大量的有
機物和無溶解氧及NOx的情況下，才有磷的釋放和后續(xù)階段曝氣時磷的大量吸
收，活性污泥中磷的含量從l％增加到4％～7％，而使污水中的磷轉(zhuǎn)移到污泥當(dāng)
中。在SBR過程中可以提供缺氧、厭氧和好氧條件，使除磷微生物有效的去處
磷，而不必投加化學(xué)物質(zhì)。·SBR在進(jìn)水過程中不曝氣，好氧速率高，DO迅速下
降，反硝化作用也使NOx-N減少，基質(zhì)濃度又較高，這正是除磷的理想條件。
研究表明，在系統(tǒng)運行一段時間后就能達(dá)到很好的處理效果。
SBR在反應(yīng)池的每一個運行周期中就能夠有效的去除廢水中的有機物、氮
和磷。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)時序(進(jìn)水lh，厭氧1h，曝氣4h，沉淀1h，排水lh)時，
TOC、TP和TN都有很高的去處率。在實際工程中，應(yīng)根據(jù)水質(zhì)水量合理安排
各階段運行時間。
第一章緒論
1．4 SBR工藝的特點
SBR(Sequencing Batch Reactorl法工藝的主要特色為川：工藝過程簡單，投
資省，占地面積小，適應(yīng)性強．耐沖擊負(fù)荷能力強，可隨污水性質(zhì)的變化和排放
要求的不同．進(jìn)行人為的調(diào)節(jié)和控制．可控制絲狀菌的過度增殖，減輕或不產(chǎn)生
污泥膨脹、運行穩(wěn)定可靠；必要時可除氮、除磷，達(dá)到深度處理要求。
另一方面，SBR比連續(xù)式更容易馴化出優(yōu)勢菌種，微生物處于營養(yǎng)物、溶
氧等周期性變化的環(huán)境中有利于絮狀污泥生長而抑制絲狀污泥生長，使活性污泥
中快速生長的兼性菌占優(yōu)勢，更容易控制污泥膨脹。同時，SBR反應(yīng)器中RNA
的含量比普通的活性污泥高34倍。而RNA決定了細(xì)菌的增殖速度。因此，SBR
反應(yīng)器污泥活性高，沉降性能好。由于SBR工藝具有以上的優(yōu)點，因而成為污
水處理的最佳選擇工藝之一，尤其在處理有機廢水方面。
1．5本章小結(jié)
隨著工業(yè)和自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的活性污泥法以及分支間歇式活
性污泥法(SBR)工藝在污水處理中的應(yīng)用越來越廣泛，SBR工豈尤其比較適合
小型的污水處理工程。SBR工藝的變形也越來越多，其中包括CAST、CASS等
工藝，SBR和這些變形工藝統(tǒng)稱為問歇式活性污泥法。合理的設(shè)計和高水平的
自動控制是保證SBR及其變形工藝CAST、CASS等工藝處理效果的關(guān)鍵。SBR
的變形cAST、CASS等工藝是一種高效、經(jīng)濟、可靠、適合中小水量污水處理
的工藝，符合小區(qū)生活污水處理的要求。
的工藝，符合小區(qū)生活污水處理的要求。
第二章SBR變形工藝(CAST．CASS)的概述和發(fā)展趨勢
第二章SBR變形工藝(CAST。CASS)的概述和發(fā)展趨勢
2．1 CAST工藝的基本原理概述和特點
2．1．1 CAST工藝概述
二十世紀(jì)七十年代美國Irvine開發(fā)了序批式活性污泥法(SBR)，在流程中只
采用一個基本單元，將調(diào)節(jié)池，曝氣池和二沉池的功能集中于一池，進(jìn)行水質(zhì)水
量調(diào)節(jié)、微生物降解有機物和固液分離等，典型的SBR反應(yīng)器的運行過程為進(jìn)
水一曝氣—沉淀一潷水一待機。而CAST工藝按充水一排水以及曝氣一非曝氣順
序不斷重復(fù)進(jìn)行處理過程，故是SBR工藝的一種改進(jìn)。CAST工藝在SBR工藝
的基礎(chǔ)上，增加了選擇器及污泥回流設(shè)旆，并對時序做了調(diào)整，從而提高了SBR
工藝的可靠性及效率。[t21CAST工藝每一操作循環(huán)由進(jìn)水／曝氣、進(jìn)水／沉淀、撇
水、閑置四個階段組成，每個階段組成一個循環(huán)，并不斷重復(fù)。循環(huán)開始時，由
于充水，池中的水位由一最低水位開始上升，經(jīng)過一定時間的曝氣和混合后，停
止曝氣，以使活性污泥進(jìn)行絮凝并在一個靜止的環(huán)境中沉淀。在完成沉淀后，由
移動式撇水堰排出已處理的上清液，使水位下降至所設(shè)定的最低水位，然后再重
復(fù)上述過程，為保持池子中有一個合適的污泥濃度，需根據(jù)產(chǎn)生的污泥量排出相
應(yīng)的剩余污泥，排除剩余污泥一般在沉淀階段結(jié)束后進(jìn)行。
2．1．2 CAST工藝機理和過程
CAST工藝可由一座或幾座反應(yīng)池組成。運行時污水分批進(jìn)入反應(yīng)池，然后
按進(jìn)水一曝氣、進(jìn)水一沉淀、潷水、進(jìn)水一閑置組成一個運行周期，分別完成生
物降解(包括有機物降解、硝化／反硝化、生物除磷)和排水功能。在CAST工藝中
設(shè)有生物選擇器，在此選擇中，廢水中的溶解性有機物質(zhì)能通過酶反應(yīng)機理而迅
速去除，選擇器可恒定容積也可變?nèi)莘e運行，多池系統(tǒng)的進(jìn)水配水池也可用作選
擇器。污泥回流液中所含有的硝酸鹽可在此選擇器中得以反硝化，選擇器的最基
本功能是調(diào)節(jié)活性污泥的絮體負(fù)荷防止產(chǎn)生污泥膨脹。循環(huán)過程中反應(yīng)器內(nèi)的水
位在設(shè)計高水位和設(shè)計最低水位之間變化，是一個變?nèi)莘e的運行過程f131。
瓣22．章SBR變形工藝(CAST，CASS)的概述和黢聰趨勢
遴瘩器
回流污游
1生物選擇器；2缺氧區(qū)；3好裁區(qū)
鬻2一t CAST反瘟器錄意涸
cAsT系統(tǒng)的操作由進(jìn)水～爆氣、沉淀、潷水、充水～閑置4個撩舉過程組
成，每個基本過程的時間對處理效果豹影響都是很重要的，Goronszy教授認(rèn)為
合理轂時霹勢囂為；曝氣對闐蠢憨覆囂霹闐煞50％-60％，滋淀對闋占30％，淹
水和閑囂時間分別不超過10％和5％，但是樣實際應(yīng)用中必須根據(jù)原水水質(zhì)由實
驗束確定最佳值，通?？傃h(huán)時間可設(shè)置為4-12h。對于城市污水來說，在正常
滾量條髂下典型麴捺{蕈霾舔為4h，包括2彝曝氣、強沉淀、lh漠承翻溺鼉。舞
秉述農(nóng)滾量蝗熱使系統(tǒng)進(jìn)入蠢峰循環(huán)除段，鬟§整個操俸糖邵潛褥減少。對王韭廢
水處理來說，比較常見的是采用6h和8h循琊。
在CAST工蕊的主碾氣醫(yī)避孳亍曝氣供氧，主要完成降解有機物和瀏對硝化／
反磷純遵程癸q。在CAST逮予鰓寒壤疆存潛永泵，污瀑遙過藐潛承蒙不輯逮獲
主曝氣區(qū)抽送至選擇器中(使活性污泥和避水相互接觸以利用污泥的酶轉(zhuǎn)移機理
快速l轂附吸收溶解性有機物)，所設(shè)置的剩余污泥泵在沉沈階段結(jié)束后將工藝過
程中產(chǎn)生翡裂余澎淀簿窶系統(tǒng)。農(nóng)注予藥來螻設(shè)畜巒亳魂驅(qū)毯熬可秀降茨擻容
堰，戳攤出處理出承，撇東裝囂及其它搽俸過程如溶解裁稻攤泥等均實行中央垂
動控制。
在可變?nèi)莘e和戇水和排水(SBR法>系統(tǒng)中進(jìn)行生物朕簸濮純和反硝純)已有
多每歷史，太羹運行結(jié)果衰臻：藤SBR一稃，CAST王麓氛騫辜越囂鞘純疆：磷
億能力，隨著除氦聚求的不斷撼黼，CAST工藝將得到日益廣泛的應(yīng)用。其原理
為通過每一循環(huán)的四個階段人為地造成厭氧、缺氧、好氧的生物環(huán)境。不僅能去
豫～殷蠢撬饕煮戇浮疆誨，囂蠢邇怒去狳營蓉穆震懿器磷，憝理蠹票取決予淀羚、
供氧情況和一個瓣壞中曝氣積稚曝氣時段的魄儲。CAST系統(tǒng)中硝詫反硝化過程
不需鞭單獨設(shè)置一個缺氧運行階段以進(jìn)行反硝化。生物除磷效果達(dá)到80～90％
第二章SBR變形工藝(CAST，CASS)的概述和發(fā)展趨勢
左右，如需進(jìn)一步提高除磷效果，可采用加大循環(huán)周期，加大非曝氣時間占整個
循環(huán)時間的比例。
2．1．3 CAST工藝的特點
CAST方法最重要的特征是不設(shè)獨立的沉淀池及其刮泥系統(tǒng)，在CAST工藝
中，活性污泥始終保持在一個池子中進(jìn)行生物反應(yīng)和泥水分離，因此，CAST系
統(tǒng)能節(jié)約大量基建投資和運行費用。當(dāng)由于進(jìn)水流量和水質(zhì)發(fā)生變化而影響污泥
性質(zhì)時(如絮凝效果等)，可簡單地通過調(diào)節(jié)變化進(jìn)水和曝氣循環(huán)過程，而使系統(tǒng)
重新恢復(fù)正常狀態(tài)，開發(fā)CAST工藝的主要目標(biāo)是盡可能降低設(shè)備投資，簡化工
藝流程及其操作過程，提高系統(tǒng)的可靠性和運行的靈活性Il”。
CAST工藝的特點主要可歸納如下：
(1)池子總?cè)莘e減少，土建工程費用降低。占地面積少，采用簡單的組合式結(jié)
構(gòu)、擴建方便。
(2)能很好地緩沖進(jìn)水水量和水質(zhì)的波動(日變化，季節(jié)性變化)，雨季時，
無需設(shè)置調(diào)節(jié)池。
(3)處理效果好，排出的剩余污泥穩(wěn)定化程度較高，無需調(diào)協(xié)二沉池和龐大的
回流污泥泵站。
(4)無污泥膨脹，污泥指數(shù)不超過50～70ml／g。
(5) 由于特殊的運行方式，從而限定了對曝氣設(shè)備的選擇，間歇曝氣加大了曝
氣設(shè)施選擇的難度，增加了曝氣設(shè)施維持強度。
(6)所需的設(shè)備及材料較多，設(shè)備閑置率較高，維修工作量大。
(7) 自動化程度高，人工操作簡單，但管理運行較復(fù)雜，與之相關(guān)的設(shè)備質(zhì)量
要求較高，應(yīng)有較高的設(shè)備維護(hù)水平及能力。
2．1．4 CAST工藝小結(jié)
CAST運行過程的控制一般由可編程序控制器(PLC)來進(jìn)行，主要根據(jù)進(jìn)水
量、DO、進(jìn)水水質(zhì)、出水水質(zhì)等進(jìn)行實時控制，自動調(diào)整各部件的運行狀況以
達(dá)到最佳的效果及最經(jīng)濟的運轉(zhuǎn)。CASS工藝與CAST工藝的運行方式基本相同，
都是帶有生物選擇器的間歇式活性污泥反應(yīng)器。區(qū)別在于CASS工藝采用連續(xù)迸
水形式，從而簡化了操作，降低了處理費用，使CASS工藝成為一種更加適合處
理小水量污水并更具優(yōu)勢的處理工藝。
第二二章SBR變形工藝(cJ6IST，CASS)的概述和發(fā)展趨勢
2．2 CASS工藝的基本原理概述和特點
2．2．I CASS工藝概述
CASS fCyclicActivated Sludge System)]：藝是SBR的一種改進(jìn)型，是循環(huán)活
性污泥技術(shù)(CAST)的一種型式。CASS系統(tǒng)實際上是一個間歇式反應(yīng)器、在此反
應(yīng)器中活性污泥法過程按曝氣和非曝氣階段不斷重復(fù)進(jìn)行，該法使得生物反應(yīng)過
程和泥水分離過程在～個池子中進(jìn)行。該工藝是由Goronzsy教授及其同事在
SBR工藝和氧化溝技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，目前正得到深入研究并已在實際
廢水處理工程中得到廣泛的應(yīng)用。
CASS(Cyclic Activated Sludge System)是在SBR的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的【l?，即
在SBR池內(nèi)進(jìn)水端增加了一個生物選擇器，實現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)水(沉淀期、排水期仍
連續(xù)進(jìn)水)，間歇排水。設(shè)置生物選擇器的主要目的是使系統(tǒng)選擇出絮凝性細(xì)菌，
其容積約占整個池子的10％。生物選擇器的工藝過程遵循活性污泥的基質(zhì)積累
——再生理論，使活性污泥在選擇器中經(jīng)歷一個高負(fù)荷的吸附階段(基質(zhì)積累)，
隨后在主反應(yīng)區(qū)經(jīng)歷一個較低負(fù)荷的基質(zhì)降解階段，以完成整個基質(zhì)降解的全過
程和污泥再生Il 71。
2．2．2 CASS工藝的原理及運行過程
CASS工藝是在CASS池進(jìn)水端設(shè)有一個生物選擇器的可變?nèi)莘e、以序批曝
氣一非曝氣方式運行的充—放式間歇活性污泥處理工藝【l引，在一個反應(yīng)器中完成
有機污染物的生物降解和泥水分離的處理功能。設(shè)置生物選擇器的主要目的是使
系統(tǒng)選擇出絮凝性細(xì)菌，有效地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。生物選擇器的容積約占整個池子的10％。生物選擇器的工藝
過程遵循活性污泥的基質(zhì)積累一再生理論，使活性污泥在選擇器中經(jīng)歷一個高負(fù)
荷的吸附階段(基質(zhì)積累)，隨后在主反應(yīng)區(qū)經(jīng)歷一個較低負(fù)荷的基質(zhì)降解階段，
以完成整個基質(zhì)降解的全過程和污泥再生。整個系統(tǒng)以推流方式運行，是一個好
氧—缺氧一厭氧交替運行的過程，而各反應(yīng)區(qū)則以完全混合的方式運行以實現(xiàn)同
步碳化和硝化一反硝化功能，因此具有一定脫氮除磷效果【191。
完整的CASS工藝運行周期一般可分為四個階段。
l曝氣階段在此階段，曝氣系統(tǒng)向反應(yīng)池內(nèi)供氧，一方面滿足好氧微生物
對氧的需要，另一方面有利于活性污泥與有機物的混合和接觸，從而使有機污染
物被微生物氧化分解。同時，污水中的NH3-N也通過微生物的硝化作用轉(zhuǎn)化為
第二章SBR變形工藝(CAST，CASS)的概述和發(fā)展趨勢
NOx-No
2沉淀階段停止曝氣后，微生物繼續(xù)利用水中剩余的溶解氧進(jìn)行氧化分解。
隨著反應(yīng)池溶解氧的迸一步降低，微生物有好氧狀態(tài)向缺氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化，并發(fā)生一
定的反硝化作用。與此同時，活性污泥幾乎在靜止沉淀的條件下進(jìn)行分離，活性
污泥沉至池底，下一周期繼續(xù)發(fā)揮作用，處理后的水位于污泥層的上部。
3潷水階段沉淀階段完成后，置于反應(yīng)器末端的潷水器在程序控制下開始
工作，自上而下逐層排出上清夜。與此同時，反應(yīng)池污泥層內(nèi)因為溶解氧很低仍
會發(fā)生反硝化作用。
4閑置階段閑置階段的時間一般較短，主要保證潷水器在此時間段內(nèi)上升
到原始位置，防止污泥流失。如果在此階段進(jìn)行曝氣，則有利于恢復(fù)污泥活性。
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二： Z 毒己i．L ?￡。：吾!；。-
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圖2-2 CASS工藝周期循環(huán)運行過程
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第二章sBR變形工藝(CAST，C^SS)的概述和發(fā)展趨勢
不同的運行階段的運行方式可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，如無反應(yīng)充水(即進(jìn)水時
既不曝氣)、無曝氣充水混合、充水曝氣等。一個運行周期結(jié)束后，重復(fù)上一周
期的運行并由此循環(huán)不止。循環(huán)過程中，反應(yīng)器內(nèi)的水位隨進(jìn)水而由初始的設(shè)計
最低水位逐漸上升至最高設(shè)計水位，因而運行過程中其有效容積是逐漸增加的
(即變?nèi)莘e運行)。
2．2．3 CASS工藝的特點
CASS工藝與傳統(tǒng)的活性污泥法相比【20】優(yōu)點主要可歸納如下：
(1)建設(shè)費用低。省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設(shè)備，建設(shè)
費用可節(jié)省20％'30％。工藝流程簡潔，污水廠主要構(gòu)筑物為集水池、沉砂池。
CASS曝氣池、污泥池，布局緊湊，占地面積可減少35％。
(2)運轉(zhuǎn)費用省。由于曝氣是周期性的，池內(nèi)熔解氧的濃度也是變化的，
沉淀階段和排水階段溶解氧降低，重新開始曝氣時，氧濃度梯度大，傳遞效率高，
節(jié)能效果顯著，運轉(zhuǎn)費用可節(jié)省10％一25％。
(3) 能很好地緩沖進(jìn)水水量與水質(zhì)的波動。不僅能有效去除污水中有機碳
源污染物，而且具有良好的脫氮、除磷功能，排出的剩余污泥穩(wěn)定化程度較高。
(4)進(jìn)水的波動可用改變曝氣時間的簡單方法即可予以緩沖。管理簡單，運
行可靠，不易發(fā)生污泥膨脹，一般污泥指數(shù)不超過50～70mg／L。
CASS工藝與傳統(tǒng)的SBR或CAST工藝的比較優(yōu)缺點如下：
(1)CASS反應(yīng)池由預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)組成，預(yù)反應(yīng)區(qū)控制在缺氧狀態(tài)，
因此提高了對難降解有機物的去除效果。
(2)CASS T藝迸水是連續(xù)的，因此進(jìn)水管道上無電磁閥等控制元件，單
個池子可獨立運行，而SBR或CAST進(jìn)水過程是間歇的，應(yīng)用中一般要2個或
2個以上池子交替使用，增加了對控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度。
(3)CASS每個周覿的排水量一般不超過池內(nèi)總水量的1／3，而SBR則為
1／2～3／4，CASS池抗沖擊能力比較好。
(4)CASS比CAST系統(tǒng)簡單，但脫氮除磷效果不如后者。
第二章SBR變形工藝(CAST，CASS)的概述和發(fā)展趨勢
2．3 CASS工藝的應(yīng)用性研究
2．3．1 CASS工藝處理低溫生活污水的應(yīng)用研究
寒冷地區(qū)低溫污水處理一直是目前水處理中的難點，低溫污水主要是指在我
國北緯40度以北的城鎮(zhèn)(一般在6～10。C，少數(shù)在4～6。c)的冬季城市污水。由
于我國寒冷地區(qū)一年中的大部分時間處于低溫環(huán)境，地面排水溫度一般在10。C
左右，而生物處理一般要求水溫在13。C以上，這就給污水處理帶來很大困難。
實驗方法及流程【2l】：原水為生活污水，儲水箱容積為180L。CASS裝置規(guī)
格930ram x312mmx410mm，容積為1lgL。整套實驗裝置由PLC可編程自動控
制器集中控制，周期運行，無須專人操作。工藝流程圖如下圖：
控制器
圖2．3 CASS工藝處理低溫生活污水試驗流程圖
一般情況下，傳統(tǒng)活性污泥法處理污水的效果隨溫度的降低而變差，出水水
質(zhì)差的一個重要原因就是二沉池污泥沉降性能不好。從處理低溫廢水的整個實驗
過程來看，廢水中懸浮物的去除率一直都很高(平均為91．7％)，進(jìn)水ss通常在
100 mg／L以上(平均為1 19．6m∥L)，出水SS普遍維持在10m∥L左右(平均為
9．4mgL)，并且去除效果比較穩(wěn)定。這反映了CASS工藝獨特的運行方式，使得
曝氣結(jié)束后的沉降階段整個池予面積均用于在近乎靜止的環(huán)境中進(jìn)行泥水分離，
故其固體通量很低，泥水分離效果良好。另外，CASS I藝在池子前段設(shè)有生物
選擇器，使活性污泥在選擇器中處于高負(fù)荷的快速基質(zhì)積累階段，有利于絮凝性
細(xì)菌的生長，但不利于絲狀細(xì)菌的生長，使CASS I藝保持了不易發(fā)生污泥膨脹
的優(yōu)點，這也有利于懸浮物的去除。
低溫對CASS工藝處理效果有一定影響，在其他條件相同情況下，與常溫條
件相比，CODc，去除率約降低3％(平均由88．2％降到85．5％)，這也反映出該工藝
習(xí)掣
一
氣，
一
口習(xí)Lj 葡
第二章SBR變形工藝(cAsT，CASS)的概述和發(fā)展趨勢
對溫度具有較好的適應(yīng)能力。但低溫造成活性污泥沉降性能降低，SV和SVI值
普通高于常溫條件，可以通過提高污泥濃度、降低污泥負(fù)荷、適當(dāng)延長沉淀時間
和向CASS池中投加少量粘土等措施，解決低溫給生產(chǎn)運行帶來的因難。
2．3．2 CASS工藝處理啤酒生產(chǎn)廢水
啤酒生產(chǎn)廢水主要含糖類、酸類等有機物【22】，屬中等濃度的食品工業(yè)廢水，
進(jìn)入水體要消耗大量溶解氧，對水體環(huán)境造成嚴(yán)重危害，必須經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后才能
外排。
某啤酒廠排放廢水約3500m3／d，主要包括釀造廢水、包裝廢水、過濾沖洗
水等。廢水處理設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)為：CODc，：800～1500mg／L，BOD5 400～800mg／L，
路：300～600mg／L。由于酵母回收效果不佳，廢水排放水質(zhì)波動較大。實際正
常生產(chǎn)期間，平均進(jìn)水水質(zhì)約為CODo：2300mg／L，pH：6～11。該廢水出水執(zhí)
行當(dāng)?shù)匚鬯欧判聰U改二級標(biāo)準(zhǔn)，即CODo_<150mg／L，BOD5_<60mg／e，
SSl200mg,'L。
根據(jù)廢水水質(zhì)及排放特點，主體工藝采用循環(huán)式活性污泥法即CASS法，具
體流程如下圖所示。
圈2．4 CASS工藝處理啤酒生產(chǎn)廢水流程圖
該工程正常運行以8h為周期，其中進(jìn)水、曝氣、回流時間為6h，進(jìn)水、沉
淀時間為lh，潷水、排泥時間為1h。工程調(diào)試后，連續(xù)運行時間約半年。運行
結(jié)果表明，在設(shè)計范圍內(nèi)，出水能完全達(dá)到要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。
該工程設(shè)計處理能力3500m3／d，總占地面積約2000m2，構(gòu)筑物實際占地面
積約為1430m2，折合每m3水占地面積為O．41rn2，每。水投資為1200元，直接
運行費用(不含設(shè)施設(shè)備折舊費)主要包括電耗、藥劑費及維修費，每日耗電量為
2208．Ikw．h，折合運行電耗為O．63kw．h／m3，處理每m3廢水的直接運行費用約為
．16．
第二章SBR變形工藝(CAST，CASS)的概述和發(fā)展趨勢
O．768元。與普通活性污泥法相比，占地面積少30～40％，投資費用降低15～20％，
運行費用降低20～30％，其優(yōu)越性是顯然的。
該啤酒廢水處理工程表明：O)CASS處理工藝能有效地處理啤酒廢水，當(dāng)
CODc，在800～1500mg／L范圍內(nèi)，處理出水能達(dá)到或優(yōu)于地方排放標(biāo)準(zhǔn)：(2)合
理選取設(shè)計參數(shù)，能使CASS T藝達(dá)到穩(wěn)定的運行效果；(3)CASS處理工藝簡單，
占地面積小，投資少，運行費用低。
2．3．3 CASS工藝處理造紙中段廢水
近年來，我國造紙工業(yè)迅猛發(fā)展，每年人均消費量約16kg。但由于資金缺
乏及環(huán)境意識淡薄等原因，我國造紙工業(yè)對環(huán)境造成了十分嚴(yán)重的污染。一方面
國家已關(guān)閉了大量治理達(dá)標(biāo)無望的小造紙廠、紙漿廠，另一方面加大了污水治理
的力度。建造污水處理廠使污水達(dá)標(biāo)排放迫在眉睫。下文以新疆某紙廠為例，簡
介處理造紙中段廢水的CAF渦凹?xì)飧∠到y(tǒng)—CASS工藝。
CAF渦凹?xì)飧∠到y(tǒng)是專門為了去除工業(yè)和城市污水中的油脂、膠狀物和固
體懸浮物而設(shè)計的系統(tǒng)田l。本著投資省、運行效果好、操作管理方便、工藝先進(jìn)
等原則，結(jié)合該廠造紙中段廢水特點，工藝設(shè)計選用目前國內(nèi)外先進(jìn)的周期循環(huán)
活性污泥法(CASS)和CAF渦凹高效氣浮串聯(lián)工藝。工藝流程如下：
中
圖2-5中段廢水的CAF渦凹?xì)飧∠到y(tǒng)—cASS工藝流程圖
第二章SBR炎彤工藝(CAST，CASS)的概述和麓艉趨勢
潑承承凌潞楚壤工藝變鼗黧下塑：
圖2．6廢水水質(zhì)治工穩(wěn)流程變化圈
CAF渦凹?xì)飧∠到y(tǒng)具有操作藹單、自動純程度高、效率高、投資省、運行
費麗低的優(yōu)點。髑麓循囂活穗浮淀法(CASS)-I-藝流程愛，占遺面積少，污承廠
主要構(gòu)筑物為集水池、沉砂池、周期循環(huán)曝氣池、污泥池，省去了初次沉淀池、
二次沉淀池及污混闡流設(shè)備等，布局緊湊，占地面積可減少20％～35％。建設(shè)費
矮低，胃警害10％～25％。鴦瓠鈞去豫搴藏，窶窳承霞好，逶過舍理鵑浚詩霸良
好的管理，COD的去除率一般高于其它生物處理工藝10％左右。管理簡單，污
水處理廠設(shè)備種炎和數(shù)量較少，運行可靠，污泥產(chǎn)量低。
2．4本章小結(jié)
CASS-I-藝是以生物反應(yīng)動力學(xué)原理及會瓔豹水力條件為基礎(chǔ)兩開發(fā)的一秭
其存系統(tǒng)組成蕊攀、運行靈活耨可靠毪努等後患靜廢窳楚遴薪工藝，蘢嫠適合予
含有鞍多工業(yè)廢水的城市污水以及要求對污水脫氯除磷的處理過程中。隨著對廢
水處理出水水質(zhì)，尤其是對氮、磷等物質(zhì)排放要求的日益提高，開發(fā)和成用經(jīng)濟
會瓔、多凄戇、擦穆靈活基運費穩(wěn)定豹凌痰鯰壤工藝已囂豢受裂騷突襲裙靂戶熬
重視。CASS工藝作為一種其裔競爭力的工藏，無論在城市污水還是在工業(yè)廢水
處理中都具有良好的應(yīng)用前景。CASS工藝融在一些小區(qū)污水處理工程中得到應(yīng)
用，趿必其具有獨特的優(yōu)勢和綴強的適應(yīng)性。但是該工藝還存在一些闋越，倒如
容欷琴l糟率較低等，困詫有登瑟辯其迸行深入研究，發(fā)揮該工藝的特點，挺齏其
處理污水的效率，讓CASS工藝得到進(jìn)一步發(fā)展。
第三章CASS工藝的改進(jìn)思路
3．1問題的提出
第三章CASS工藝的改進(jìn)思路
CASS工藝與傳統(tǒng)的活性污泥法工藝或SBR工藝相比較在處理效果、運行過
程簡化及經(jīng)濟性上有一定優(yōu)勢，但是在應(yīng)用過程中也存在一些問題，例如反應(yīng)池
容積利用率不高、工程設(shè)計主要依靠經(jīng)驗數(shù)據(jù)等。如果能夠?qū)ASS工藝做一些
改進(jìn)，克服原工藝的缺陷，并提高其污水的處理效率及適應(yīng)性，就可以使CASS
工藝在污水處理工程中廣泛的采用，為生活小區(qū)或工業(yè)污水處理提供一種經(jīng)濟可
行的方法。CASS工藝是一種新興的污水處理工藝，其應(yīng)用時間相對于其它污水
處理工藝較短并且發(fā)展并不完善，所以有必要針對CASS工藝存在的問題，進(jìn)一
步發(fā)展和完善這種工藝。CASS工藝的不足之處總結(jié)如下：
(1)CASS工藝尚處于發(fā)展階段，目前僅在中小型污水廠和一些工業(yè)廢水處理
站上得到了應(yīng)用，由于缺乏完善的科學(xué)理論依據(jù)，以及對脫氮除磷機理缺
乏深入的了解，故在工程設(shè)計時參數(shù)大都依靠經(jīng)驗數(shù)據(jù)。
(2)CASS工藝實現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)水，于是在沉淀過程中進(jìn)水水流必定對污泥沉淀
造成干擾，對沉淀效果有一定的影響。同時為了防止進(jìn)水短路，周期排水
量較小。
(3) 由于間歇運行，所以在排水以后，有效池容得不到充分利用。每周期接納
污水約占總有效容積的30％，使污水的實際停留時間延長至3小時左右。
(4)因為CASS工藝連續(xù)進(jìn)水，為了防止在排水的時候排出未處理的污水，所
以反應(yīng)池要有一定的長度， 反應(yīng)池的形狀有一定的限制。
3．2 CASS工藝的改進(jìn)思路
針對CASS工藝存在的問題，現(xiàn)考慮對CASS I藝反應(yīng)池的外形或運行方式
作一些改變。目的是在保持出水水質(zhì)的前提下，可以提高反應(yīng)池的容積利用率即
提高處理污水的效率，減少工程造價與運行費用，使反應(yīng)池的形狀可以根據(jù)建設(shè)
場地的實際情況靈活設(shè)計。對于CASS工藝不完善的的理論依據(jù)以及脫氮除磷的
機理則暫不作研究。
第三章CASS工藝的改進(jìn)思路
對王藝遴行改逡藏甄要搽持綴工藝麴特杰，又要交羧淼王藝茲不楚之愛。綜
合多方面考慮，撼出一種對工截改進(jìn)的設(shè)想；(1)原工藝童反應(yīng)池和預(yù)發(fā)應(yīng)池通
過設(shè)譙隔墻底部的過水孔連通，改進(jìn)后的系統(tǒng)通過設(shè)在隔燃上的閥門連通反應(yīng)池
的兩部分，闋門可以囂痘或者芙闥。(2)在凝妖濁渣翦端仍然是預(yù)反應(yīng)波，只不
過要將頸反應(yīng)港(生物選擇器)的斃鑲適當(dāng)?shù)姆糯笠恍⒊壁A預(yù)反威漶。
對反應(yīng)器做上述變化的原因：(1)首先撼考慮到要防庶連續(xù)進(jìn)水程沉淀階段
的影響，即連續(xù)進(jìn)水會造成污混的沉淀效果不佳；其次是可以提高每周期的排水
量瑟不瓣考瘞承浚綴路匏閼題。予是裁將蘩愛藏漶與圭反疲涎夔連逶方斌傳基改
變，通過設(shè)在隔墻上可以控制水流的閥門來代替原來的連通孔。在沉淀階段開始
時，就將閥門關(guān)閉，這樣主反成池就處于理想沉淀狀態(tài)，而且不用考慮在連續(xù)進(jìn)
承過載孛將未處理瓣瘩壹接攆爨豹瓣題，每髑髑靛攆永繁墩可以楣對增大。(2)
由于程隔墻上設(shè)鬣了閥門，所l}主閥門關(guān)閉娃簸頹反應(yīng)洼與毫反應(yīng)沲成為蕊個暫時
相對獨立的區(qū)域。為了保持原工藝連續(xù)進(jìn)水的特點，就需鼴將預(yù)反應(yīng)池的比例變
大一魑，并且需要嬲嵩預(yù)反應(yīng)洮，因為閥門關(guān)閉以后預(yù)反成池要容納沉淀階段和
蒜拳泠羧懿進(jìn)隸蘩。
改進(jìn)后的CASS池的運行方式基本與原忑藝相同，只燒在曝氣階段結(jié)束并開
始沉淀后，隔墻上的閥門關(guān)閉，隔斷預(yù)反應(yīng)區(qū)與主反應(yīng)區(qū)，主反應(yīng)區(qū)處于理想沉
淀狀森，頸反應(yīng)囂漣續(xù)逮拳。在滋淀玲段與潷窳玲段囂，鼷墻上夔闋門努舞，頸
反應(yīng)鹺與主反應(yīng)隧逶通，此時，預(yù)反應(yīng)區(qū)酶承佼高于主反廒區(qū)，由于存在水位差，
水通過閥門迅速進(jìn)入主反應(yīng)區(qū)，并于其中污水混合閑置一段時間后，開始曝氣階
段，繼而進(jìn)入下一個周期。改j藏慝的反應(yīng)池周期循環(huán)形式如下：
第三章CASS工藝的改進(jìn)思路
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圖3-l CASS工藝已殳進(jìn)后的周期運行過程圈
改進(jìn)后的蘸反疲泡有掰交大，設(shè)立預(yù)反寂泡酶囂靜蔽然建進(jìn)行商受旖的基震
吸附并防止污泥膨脹。廢水進(jìn)入處于缺氧(厭氧)狀態(tài)的頹反應(yīng)池，兼性發(fā)酵細(xì)
菌將膦水中的可生物降解大分子有機物轉(zhuǎn)化為小分子發(fā)酵產(chǎn)物。預(yù)反應(yīng)池中積累
了一定藿弱廢拳，霞舞}零羧器麓瓣置貔菠，篡率熬褒承逐速進(jìn)入主反疲送，叁手
其與主反應(yīng)區(qū)廢水的濃度相比較高從而形成濃度差，所以稃利于加快有機物的降
解速率。主反應(yīng)區(qū)在沉淀階段處于理想沉淀狀態(tài)，因而可以增大周期排水量，從
兩有鯰淫效率豹撬黯。
第三章CASS工藝的改進(jìn)思路
3．3改進(jìn)后工藝特點的初步分析
可以看到在改變反應(yīng)池的形式以后，克服了原來CASS工藝一些固有的缺
陷，一定程度上提高了處理效果以及反應(yīng)池的有效容積利用率，但是同時也增加
了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，閥門的控制可以與曝氣系統(tǒng)的控制同步。
改進(jìn)后的CASS池仍然保持連續(xù)進(jìn)水，而且在與原反應(yīng)池相比池容大小相
近，保證出水水質(zhì)的條件下可以增加處理水量，即提高CASS池的容積利用率。
因此，在相同的時間內(nèi)處理水量增加，或者對于相同的處理水量，就可以減小
CASS反應(yīng)池的池容，從而降低處理設(shè)施造價，降低污水處理的成本，使其成為
一種經(jīng)濟的污水處理方式。改進(jìn)后的工藝在沉淀和排水階段隔墻上的閥門是關(guān)閉
的，主反應(yīng)區(qū)無進(jìn)水干擾，所以主反應(yīng)區(qū)無需保持一定必需的長度來減少進(jìn)水的
干擾或防止進(jìn)水短路。因此，改進(jìn)后的工藝不受建設(shè)場地長度的限制，可以根據(jù)
建設(shè)場地的具體情況，靈活設(shè)計反應(yīng)池的形狀，滿足建設(shè)場地緊張或者不規(guī)則情
況下的污水處理設(shè)施的建設(shè)。
改變后的反應(yīng)池在理論上可以在有效去除有機物的同時也會有比較理想的
脫氮除磷效果，因此為處理后小區(qū)污水的高標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)排放或者使用提供了保障，
并且可以推廣應(yīng)用到其他對污水脫氮除磷有具體要求的場合。
3．4對改進(jìn)后工藝的研究內(nèi)容
1主反應(yīng)池最大排水比的確定。
2與原CASS工藝沉淀狀況進(jìn)行比較。
3反應(yīng)池設(shè)計運行參數(shù)的確定。
4提出適合的反應(yīng)器設(shè)計模型及數(shù)學(xué)模型。
第四章模型試驗裝鬣及研究方法
4．1 q-程實例
第四章模型試驗裝鼴及研究方法
生活小區(qū)是其肖一種功能或多耪功裁的期對獨立的陵域，其I{}水系統(tǒng)有時不
在城市市政管鼴覆盞范圍之肉。稷據(jù)當(dāng)越敕環(huán)絳標(biāo)準(zhǔn)，必須設(shè)置獨立躺浮汞處理
設(shè)施。如果有條件，可以將處理廂的污水經(jīng)趲進(jìn)一步處理作為中水回用Nd,區(qū)中。
小區(qū)污水不同于城市污水，屬予生活污水范瞬，其水質(zhì)水凝特征為：水質(zhì)水量變
純較大，污染糍濃菠偏{毳，污承可生純往好，楚理難度奪。
菜生活小區(qū)腭民人數(shù)大約1萬人，該小區(qū)的生活污水最大攤放量為
1000m3／d，所以污水處理設(shè)施的設(shè)計日處理能力為lOOOm3。CASS工藝適合小區(qū)
污零處理豹特點，勢且與其縫工籠相比有綴多傀勢。因戴該生活小區(qū)選媚CASS
工藝為主體的小隧污水處理工麓，CASS反庶池的尺寸為20．0mx5。0rex5．0m，運
行周期為4小時，水力停留時間12小時。處理出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計要求，可以達(dá)
標(biāo)排放。
4．2 m藝改進(jìn)后的反應(yīng)池設(shè)計
可以以該生活小區(qū)的污水她理工程為基礎(chǔ)，按照改進(jìn)艏的CASS工麓來設(shè)計
反應(yīng)池。根據(jù)設(shè)計出的改進(jìn)后的原型反應(yīng)池作出相應(yīng)的模濺，來對改進(jìn)后的工藝
進(jìn)行災(zāi)驗研究。實驗的強的是磷寵改進(jìn)愛CASS T藝靜勉璞效果，比較工藝改進(jìn)
前蜃靜處理效率，弗為CASS工籠在生活小隧的應(yīng)用提供綴驗，推廣CASS T藝
的應(yīng)用。
4。2．1改進(jìn)后反艨池設(shè)計參數(shù)的初步設(shè)定
嫩活污水屬于低濃度污水，按照低濃度浮水的范圍，污水水質(zhì)如下：
進(jìn)承求震：CODc?！?00rag／L， BOD5～150mg龍；
處理后污水出水水質(zhì)要滿足封F放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計出水水質(zhì)如下：
出水水質(zhì)：CODc，～60mg／L， BOD5～20mg／L；
第四章模型試驗裝置及研究方法
CASS工藝改進(jìn)前后運行方式同屬于間歇式活性污泥法，所以改進(jìn)后反應(yīng)池
運行參數(shù)的初步選定參考原CASS工藝的推薦參數(shù)。反應(yīng)池的運行周期按照
CASS工藝的傳統(tǒng)周期確定，即：四小時周期(曝氣2小時，沉淀1小時，潷水
O．5小時，閑置0．5小時)，并且水力停留時間為12小時。
排水比的設(shè)定：由于對CASS工藝反應(yīng)池進(jìn)行了改變，所以每次排水過程只
能將主反應(yīng)池中的水部分排掉。主反應(yīng)池在沉淀過程中處于理想沉淀狀態(tài)并且沒
有進(jìn)水干擾，所以主反應(yīng)池每周期的排水比為1／2或2／3，根據(jù)實際情況具體而
定。先假定主反應(yīng)池的排水比為1／2，在以后設(shè)計確定預(yù)反應(yīng)池和主反應(yīng)池容積
的時候要校核總的排水比為1／3左右，因為如果總排水比小于1／3，則反應(yīng)器的
容積利用率與原工藝相比并沒有提高。
4．2．2改進(jìn)后反應(yīng)池的設(shè)計
改進(jìn)后反應(yīng)池的設(shè)計方法與原CASS工藝有所不同，因為改進(jìn)后的反應(yīng)池外
型有了變化，而且運行方式與原工藝也有所不同。下邊具體敘述改進(jìn)后反應(yīng)池容
積以及各部位尺寸的具體確定過程。
反應(yīng)池容積的確定：處理水量為1000m3／d，即41．67 m3／h，周期4小時，
總的排水比為1，3，所以反應(yīng)池的體積為
V：m。Q：!!!!唑：500
H×N 2414xl (4．1)
式中1，瑚——每周期的排水比o
Q一處理污水的日流量，1113／d；
n—一每天循環(huán)的周期數(shù)；
N．一反應(yīng)池的個數(shù)i
假設(shè)反應(yīng)池中MLSS濃度為2000～2500mg／L，則BOD5污泥負(fù)荷為
Ⅳ：望：墨
5
e×gw×V(4-2)
式中M——-BOD-污泥負(fù)荷率，kgBODs／(kgMLSS·d)；
So-----原污水中含有的可溶性基質(zhì)濃度，mg／L：
Q一處理污水的日流量，m3／d；
e一每周期中曝氣時間所占的比例；
Ⅳ?！磻?yīng)池中混合液污泥(MLSS)濃度，mg／L：
V——反應(yīng)池的總有效容積，m3；
反應(yīng)池各部位尺寸的確定：該污水處理反應(yīng)池的縱剖面簡圖如下：
第四靴模型試驗裝鬣及研究方法
} 島
E：
，
一
～
圖4-1反應(yīng)池級剮瑟豳
前邊是預(yù)反應(yīng)池，后邊是主反應(yīng)濁。將預(yù)反應(yīng)池高出主反應(yīng)池的部分設(shè)為A，
預(yù)反波速下逮藜部分設(shè)舞B，奎葳應(yīng)潼罄分浚為C，然后分期確定吾都分穩(wěn)尺寸e
A部分體積的大小要滿足一定的條件，即A部分體積要可以容納程沉淀階
段和排水階段的進(jìn)水。由于每周期中沉淀階段和排水階段一共1．5h，所以A部
分豹爨奪薅積為：
VA=qxl．5=41．67xi．5=62．5m3 (4-3)
a——反應(yīng)池的進(jìn)水流量。1000／24=41．67 m3：
掰以B、C部分體積鵑慧移燙：
VB+Vc=V—VA一500—62。5=437．5m’ (4·4>
為了使反應(yīng)池每周期的排水量更多，提高處理效率，就需要使主反_陂區(qū)的體
積ve占總镩積的比捌盡可能豹大，因為每趲期瓣求援局隈于主反應(yīng)囂郝分。但
是器幫分體積VB像不能過，j、，譽剡在高度鞠黼盼條件下，B部分在承平方向上
的面積SB就會太小。又因為s擴sA，所以A部分的面積s^就會太小，在A部
分體積VA一定的情況下，則A部分的高度羚必會過商，不符合要求。A部分高
度HA簸嘉不超過3m，B、C罄努騫疫}琺、}艷最高不筵邋6m。
酋先設(shè)定HA，進(jìn)而可以確定A部分的平面面積S^=VAmA，以及B部分的
平面嘲積Sa=SA。鞭設(shè)定HB、Hc，．則可確定B、C部分的體積：
Va=Sax疆B
Vc=437．5一VB
根據(jù)鏹周期主反應(yīng)隧的排水比1／2確定每周期攤水量1／2 Vc，然后技核總排水比
是否符合當(dāng)褪匏設(shè)定。翔不滿麓條俘，翻努矮增大A舔分毫疫HA，袋C部
分高度Hc的設(shè)定值，重新計算個部分尺寸，寅到總排水比符合開始設(shè)定的條件
為止。
第四章模型試驗裝置及研究方法
首先設(shè)定A部分高度HA=2．0m，則
s^=v^／HA=62．5，2．0=31．25m2；
SB=SA=31．25m2；
設(shè)定B、C部分高度HB=Hc=5．0m，則
VB=SB×HB=31．25x5．0=156．25 m3；
Vc；437．5一Va=437．5—156．25=281．25 m3；
每周期排水量為
1／2 Vc=1／2x281．25=140．63 m3：
總排水比
140．63／500=0．28<0．33
不滿足初始設(shè)定條件，所以重新設(shè)定HA或Hc。
經(jīng)過多次試算，最終確定HA_2．5m，Hc=4．5m，則有
S A--v,,／HA=62．5／2．5=25．0m2；
SB=S^=25．0m2：
VB=SBxHB=25．0x4．5=112．5 m3；
Vc=437．5一VB=437．5-112．5=325．0 m3；
每周期排水量為
l／2 Vc=1／2x325．0=162．5 m3；
總排水比
162．5／500=0．325
O．325大約等于l／3，所以符合最初設(shè)定的總排水比。
各部分體積確定以后，可以根據(jù)實際情況具體靈活的設(shè)計反應(yīng)池的其他各部
分尺寸。先設(shè)定反應(yīng)池個部分的尺寸如下：
SA=SB=25m2=3．1×8．0m2(長×寬)
Sc=Vc／Hc=325．0／4．5=72m2=9．0x8．0 m2：
反應(yīng)池的具體尺寸圖如下，單位：毫米(m m)；
-26．
第四章模型試驗裝置及研究方法
【．：山．!Li． !皿!!I j
圖4-2反應(yīng)池正面和側(cè)面尺寸
反應(yīng)池的有效總體積為：
V=SB(HA+HB)+ScxHc=24．8x(4．5+2．5)+72x4．5=497．6 m3
反應(yīng)池還應(yīng)有0．5m的超高，即安全容積Vl，所以反應(yīng)池的總?cè)莘e為：
Vo；V+VI=497．6+48．4=546 m3
4．3模型試驗裝置
實驗的工藝流程如下所示：
污水一儲水箱—一計量泵——+cASS模型——-出水
污水取自某招待所污水井中的生活污水，儲存在儲水箱中，然后用計量泵按
照一定的流量將污水提升到反應(yīng)池模型的預(yù)反應(yīng)池中。曝氣系統(tǒng)采用穿孔管曝
氣，預(yù)反應(yīng)池中不曝氣或者限制曝氣。
反應(yīng)池模型尺寸的確定：按照設(shè)計好的原型反應(yīng)池的尺寸，依據(jù)重力相似準(zhǔn)
則以一定的比例將原型縮放為反應(yīng)池的模型?？s小后的反應(yīng)池模型在高度方向不
宜過小，以便于觀察污泥的沉淀情況，對反應(yīng)池各部位的尺寸都按15：1縮小。
反應(yīng)池隔墻上閥門為球閥，直徑定為25．4mm，通過調(diào)節(jié)閥門來控制過水孔大小。
閥門在隔墻上的位置為：在寬度方向的中間，距離池底5～10em處。通過實驗觀
察閥門孔徑大小和位置對沉淀及處理效果的影響，來最終確定原型反應(yīng)池中閥門
的大小和位置?？s小后的反應(yīng)池模型的具體尺寸如下圖所示：單位：毫米(m m)
r—寸
第四章模型試驗裝鬣及研究方法
L1J．—j上上?——上』生———————J
正筒
慳
中間隔墻
塑4。3菠殘邀摸型靜轟幫位足寸圈
≤
i廣
L 一r
l二剖
側(cè)面
實驗裝置圖如下圖所示，CASS模型自行設(shè)計，材質(zhì)為有機玻璃，便于觀察
水流的運動狀杰、污泥躺絮凝及潑淀情況‘；該裝置的足寸為；
LxBxH=800mmx550mmx350mm，頸反波遣上邊加高的體積為：
l×Bxh=200mm×550mmxl70m，所以反應(yīng)池的總體積為15lL。污水從水箱由計量
泵進(jìn)入反應(yīng)器的預(yù)反應(yīng)池，調(diào)節(jié)計量泵的轉(zhuǎn)速可以改變進(jìn)水流量，從而調(diào)整水力
滓蘩潛閆。
反應(yīng)池的水力停留時J|自』根據(jù)每周期的排水量不同而改變。由于在沉淀階段主
反戍區(qū)處于理想沉淀狀態(tài)，所以主反應(yīng)池每次排水比可以大于1／2，根據(jù)實際情
況撼水眈也可以為2／3。攤承魄增大后，試驗摸型中污承鞠水力籜整時瓣就會減
少。
圖4．4踵進(jìn)后的CASS工藝處理常；2；；l污水模型實驗裝置示意圖
改進(jìn)后反應(yīng)池各個階段的控制運行情況如下表：
第網(wǎng)南模型試驗裝置及研究方法
曝氣階段沉淀階段攤水階段閑置階段
l預(yù)殷應(yīng)池限制曝氣’限制曝氣限制曝氣限制曝氣
I麥反應(yīng)洼曝氣沉淀攙水耀囂
}隔瓣上盼閥門開瘧關(guān)閉兼閉開雇
潷水器停止停止下降上升
4．4實驗條體
試驗豹囂灝怒邋過褒察污潷秘瀑淀{；孳城議菱拳漉對?；炝鞯韠i孽況鰉影虢，來
確定最佳排水院，確定改進(jìn)饜的反應(yīng)池可馘提高的處理效率。實驗滿糕假設(shè)處理
效漿達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的前提下的，因此不考慮處理后水質(zhì)狀況，只研究污泥沉淀狀
況以及囂}瘩斃懿確定+對模型運雩亍周期及避拳流量蘞瓣水力學(xué)豹知識遴行縮放，
寒模數(shù)承流斡蹴淀淀效粟影穗。
通過模型來模擬水流狀況時有如下關(guān)礤：反應(yīng)池模型的尺寸比例^=15，則
摸型的時間比例為丑=√丑=3+87，模型|}勺流量比例為xo=丑2 5=871．4?？梢?，
甄受中每個霄翅飚個孛對，麗模型孛每周辯為～令，j、霹，各個徐莰鞠辯滴努賽蕘；
曝氣30min，沉淀15min，排水和閑簧15min。模型中的讖水流量為
1．15m3／d=0．8L／rain。所以實驗中各項條件如下：
髑麓運行辯潮：l棗露，其中爨氣30rain，沉淀15rain，潷承、耀囂15min。
藏應(yīng)漣中的添度T=9～I(xiàn) l。C，口H=6．6～6．8，
進(jìn)水流量：800ml／min。
周期處理水蹩：48L。
鼴鬻簿永魄：主反痘法靜112，終占疲褒漣惑畜效容積熬，I／3。
4。5試驗方法
試驗污水取囪禁招待所樓麟污水井。實驗所用污泥取自天津紀(jì)莊子污水廠=
沉泡強滾污泥，污淀濃麥大約3000mglL。潑污淀鞋能嶷好，污泥土潦夜?jié)n瀵透
嚼。將25L污漉混臺液授入反＆池然后熱入80L生潼浮承，開始曝氣。每次趣
入部分污水后持續(xù)曝氣20小時，隨后，逐漸加大進(jìn)水熊i岢，按照工蕊的反應(yīng)方
第四章模型試驗裝置及研究方法
式逐步弱純?nèi)涝峄钚晕鄣?，巍至生魏鞠歪鬻、涯蛙污淀穩(wěn)定，沉淀撻筑良好，表
明污泥培養(yǎng)成熟。
(1)模擬CASS工藝改進(jìn)后的一個周期運行過程
污承通過滾攮泵數(shù)一定的流量連續(xù)迸入頸反應(yīng)池，鞭反應(yīng)濁遴行鼴翎曝氣，
主反應(yīng)池進(jìn)彳亍闊敞曝氣。沉淀階段關(guān)}ll隔麓上的閥門，躐察主反應(yīng)漣在沉淀除段
污混層高度以及污泥沉降速率的變化情況。沉淀階段結(jié)束時，確定最大可排水量，
然后進(jìn)行潷水，游水結(jié)束后打開隔墻上的閥門，并觀察預(yù)反應(yīng)池中污泥量及流失
章主凌，閑置羚段避惹開始下一溺期。
改變隔墻上閥門的位置以及閥門開度的大小，繼續(xù)觀察沉淀情況和預(yù)反應(yīng)池
中的污泥量的多少，確定隔墻上閥門位罱對沉淀狀況及兩池污泥濃度的影響。
(2)模擬綴eASS工藝馳一個援期j建稷
按原CASS工藝的一個髑期過程運行。保持隔墻上的閥門一纛楚于開贏狀
態(tài)，預(yù)反應(yīng)池連續(xù)進(jìn)水，此時CASS反應(yīng)池的有效容積為132L。觀察此時反應(yīng)
池溜泥的沉淀情況，以及確定攤水比，與先前的過程作比較。由于只是用該反應(yīng)
漣摸燮近釹模羧eASS工藝翁淀淀獲凝，瘊淡薅實驗緒祭其徽定瞧翡曉較。
籀五章實驗绱粱及綜合分槲
第五逝．實驗結(jié)果及綜合分析
本部分實驗研究的重點怒攆討針對滁CASS工蕊的不足之處兩教避的反麻溆
的沉淀狀況，前提是假設(shè)處理后得出水水質(zhì)滿足設(shè)計要求。改嫩后的工藝與照
CASS工藝囂瓣予援致式濾犍污混法，爨窳零矮通過讖第各靜愛戲參數(shù)霉班這剿
浚詩要求，京毅不醑變參數(shù)揀選定愛德懲游簿題，螯嫠褥突襲逡蕊楚建工藝瓣髓
髓效率，驗誡該工藝是一種疑濟有效的滯水處理方法。
排水比攝影響污永處理散率韻一個緞蓬要的因索，它不但與淄說濃度、污濺
黲滾簿犍鏊鬻莢，還與零力鐐簿囂鬻密強糕美。零實驗囂淫了在～令運孬簧黧警
葳應(yīng)池的沉淀情況，觀察礴定在排水；毫穗中可實現(xiàn)辯黻大排承跑。為了更多了艨
瀲避后工藝的特點，在基本相同的條件”F與原CASS工藝沉淀情楓作對比，觀燃
姹鞍霹實強豹矮太囂承篷。
落．1試驗縮糶
5,1，l摸攮王芝改避焉漿一令霖黻過程
此階段的蜒驗過程上淤融述及，隔蝴上孔口中心砸池底5cm她的閥門開扁，
爨一個翹門關(guān)溺。曝氣半個小露囂進(jìn)入潑淀羚段，就辯溪墻±匏耀門關(guān)勰，預(yù)綴
藏漣緩續(xù)遂隸，主反應(yīng)這污淀豁囂淀謗掇魏下：
表5，1沉淀酚段污泥沉淀狀況
毳疊交囂：琵瑤孛心躐蟪痣5cm，建爨蘧霉尺寸零’乏．54cm
溫度-lloC 沉淀階段(15rain)
沉淀時間(min) 0 1 2 3 4 5 6 7
污囂霆褰躞(era) 30 27 24 20 16 13 {i 10
茨淀黠閽(檄jn) g 9 lO ll 12 i3 14 15
污泥層高艘(cm) 9．0 8．4 8．0 7．6 7．3 7．1 6．9 6．7
菠應(yīng)涎審污渡翡毿簿遮棗鬢露下：
第五章實驗結(jié)果及綜合分析
圖5-l污泥沉降速率曲線
將隔墻上孑L口中心距池底10cm處的閥門開啟，另一個閥門關(guān)閉，繼續(xù)進(jìn)行
一個周期，沉淀階段后主反應(yīng)池污泥的沉淀情況如下：
表5-2沉淀階段污泥沉淀狀況
孔口位置：孔口中心距池底10cm，過流孔口尺寸o_2．54cm
溫度T=11 oC 沉淀階段(15min)
沉淀時間(rain) 0 l 2 3 4 5 6 7
污泥層高度(cm) 30 28 25 22 18 14 11 9．5
沉淀時間(mjn) 8 9 lO Il 12 13 14 15
污泥層高度(cm) 8．8 8．3 7．9 7．6 7．3 7．1 6．9 6．6
反應(yīng)池中污泥的沉降速率圖如下
．三5
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蟋1
墨。
幽5-2污泥沉降速率曲線
第五章實驗結(jié)果及綜合分析
5．1．2模擬原CASS工藝的一個周期過程
將模型隔墻上的兩個閥門全開，以此來模擬原CASS工藝的運行過程。原來
一個周期為四個小時，現(xiàn)在將一個周期的時間變?yōu)橐粋€小時，所以在每周期內(nèi)的
迸水流量就會增大，達(dá)到0．8L／min。該過程連續(xù)進(jìn)水，在經(jīng)過曝氣階段以后反應(yīng)
池模型中的水位高度為27cm左右。在沉淀階段依然繼續(xù)進(jìn)水，水經(jīng)過預(yù)反應(yīng)池
進(jìn)入主反應(yīng)池，由于進(jìn)水流量比較大并且隔墻上過水面積相對比較小，所以在進(jìn)
入沉淀階段以后，流入預(yù)反應(yīng)池的水進(jìn)入主反應(yīng)池后對污泥層的擾動就有所放
大．這樣便于觀察水流的擾動情況。由于連續(xù)進(jìn)水，污泥層界面上方會被攪起一
些污泥繁花，所以沉淀過程中主要污泥層界面的高度變化過程如下：
表5．3原CASS A2藝沉淀階段污泥沉淀狀況
溫度T=10 oC 沉淀階段(15min)
沉淀時問(min) 0 1 2 3 4 5 6 7
污泥層高度(cm) 27 25 22 18 14 1l 10 9．4
沉淀H'j"fij(minl 8 9 10 1l 12 13 14 15
污泥層高度(cm) 9．O 8．6 8．3 8．O 7．7 7．3 7．0 6．8
反應(yīng)池中污泥的沉降速率圖如下
圖5-3污泥沉降速率曲線
在連續(xù)進(jìn)水過程中，水流經(jīng)預(yù)反應(yīng)池進(jìn)入主反應(yīng)池后，會在污泥層界面上方
攪起污泥繁花，這是因為異重流存在的原因。被攪起的污泥繁花的高度大約有
3～5cm，將此時的污泥繁花也算作污泥層高度，則污泥層高度的變化情況如下：
第五章實驗結(jié)果及綜合分析
表5．4原CASS工藝沉淀階段污泥沉淀狀況
孔口位置：孔口中心距池底10cm ，過流孔口尺寸m-2．54cm
溫度T=10 oC 沉淀階段(’15min)
f)C淀叫nIJ(min) 0 l 2 3 4 5 6 7
污泥層高度(cm) 27 26 24 2l 19 17 15 14
沉淀時|-iJ(min) 8 9 10 11 12 13 14 15
污泥層高度(era) 14 13 12．5 12．O 11．O 11．O lO．O 9．5
可以看到，此時污泥層沉淀速率減慢，將考慮異重流影響的污泥層的高度與
改進(jìn)后工藝的污泥層高度作比較，比較曲線如下：
圖5-4污泥沉淀狀況比較
5．2實驗結(jié)果對比分析及機理分析
5．2．1污泥沉淀狀況對比分析結(jié)論
由上述圖表看出，在變形后的工藝過程中，經(jīng)過曝氣階段后，主反應(yīng)池處于
理想沉淀狀態(tài)。污泥沉降速率在開始階段最大，隨著時問的推移而逐漸變小，但
是丌始階段污泥層界面不清晰，污泥層高度是以最上層的污泥高度計算的，所以
初始階段顯示的污泥沉淀速率不是最大。沉淀階段主反應(yīng)池上清液清澈透明，污
泥層界面清晰，沉淀性能良好。
通過圖5一l可以看到污泥的沉降速率在時間方向上逐漸下降，在沉淀的最后
5分鐘內(nèi)污泥層總共下降的高度不到l厘米。所以在反應(yīng)池原型中可以根據(jù)實際
情況考慮縮短污泥沉淀時間，以便提高處理效率。前提是要保證污泥層上方的安
第五章實驗結(jié)果及綜合分析
全高度以及每周期排出水量要符合最初的要求。
在隔墻上閥門的孔徑的大小、預(yù)反應(yīng)池閥門在隔墻上的位置，這些對沉淀過
程的較小，只是隔墻上的閥門的安裝高度不應(yīng)該過低，大概在高度方向上1／5這
個位置，以保持預(yù)反應(yīng)池中一定的污泥濃度。
5．2．2排水量對比分析結(jié)論
在工藝變形以后的周期過程中，可以觀察到在沉淀階段進(jìn)行了10分鐘以后
污泥層高度穩(wěn)定在8cm左右，因此在沒有進(jìn)水干擾的理想沉淀狀態(tài)下，沉淀效
果良好，估計每周期中可排水量占主反應(yīng)池容積的1／2以上，并且不用考慮在連
續(xù)進(jìn)水的情況下未經(jīng)處理污水的水流短路問題。在模擬原CAsS工藝周期過程的
實驗結(jié)果中可以看出，沉淀階段由于連續(xù)進(jìn)水，使主反應(yīng)池的沉淀過程在一定程
度上要受到異重流的影響，而且要防止未處理的污水排出，所以就要限制每周期
的排水比為I／3。
該模型主反應(yīng)池有效高度為30cm，沉淀階段后污泥層高度大約為7cm，排
水后污泥層上方安全水深為4cm，所以每周期主反應(yīng)池最大排水高度為19cm，
因此該模型每周期主反應(yīng)池的最大排水比可達(dá)2／3。改進(jìn)后工藝的主反應(yīng)池的排
水比可以定為1／2,--2／3，其總的排水比就為1／3～1／2_3。對于上述模型反應(yīng)池每周
期的排水量為50～65L，原CASS工藝的排水比為1／3，對于一個有效容積為150L
的cASs工藝模型，其每周期排水量50L。通過比較可以看到在出水達(dá)到設(shè)計標(biāo)
準(zhǔn)的條件下，改進(jìn)后工藝的處理效率可以明顯提高。
可以發(fā)現(xiàn)，在改變原工藝的反應(yīng)形式后預(yù)反應(yīng)池容積變大，主反應(yīng)池容積相
對有些減少。雖然主反應(yīng)池每周期排水比可以超過1／2，但是總的排水比卻沒有
很大的提高，這是因為每次排水只排主反應(yīng)池中的部分污水，而且主反應(yīng)池與總
容積的比例減小。所以在設(shè)計的時候要盡量使主反應(yīng)池容積大一些，同時也要使
其他參數(shù)符合設(shè)計要求。
5．2．3改進(jìn)的反應(yīng)池各運行階段機理分析
(1)曝氣階段。在此階段主反應(yīng)區(qū)與預(yù)反應(yīng)區(qū)通過隔墻上的閥門相連通，預(yù)反
應(yīng)區(qū)可微量曝氣。由于可以限制曝氣，預(yù)反應(yīng)區(qū)處于好氧狀態(tài)或者缺氧狀態(tài)，污
泥絮凝體部分區(qū)域內(nèi)可能處于厭氧狀態(tài)。主反應(yīng)區(qū)處于好氧狀態(tài)，在氧化有機物
的同時進(jìn)行硝化反應(yīng)。由于污水在先前反應(yīng)階段，在預(yù)反應(yīng)池中經(jīng)過了厭(缺)
氧反應(yīng)，發(fā)生了磷的釋放，所以在曝氣階段活性污泥中的聚磷菌可以過量吸收水
中的磷。
(2)沉淀階段。在沉淀階段開始后，隔墻上的閥門關(guān)閉，預(yù)反應(yīng)池與主反應(yīng)池
第五章實驗結(jié)果及綜合分析
完全隔離，主反應(yīng)區(qū)處于理想沉淀狀態(tài)。水中的溶解氧逐漸減少并形成厭氧狀態(tài)，
微生物在繼續(xù)消耗有機物的同時也進(jìn)行反硝化反應(yīng)。預(yù)反應(yīng)池繼續(xù)進(jìn)水，并且是
一個單獨的反應(yīng)區(qū)域。污水在預(yù)反應(yīng)池中將經(jīng)過一個較長時間的缺氧反應(yīng)階段，
贏到排水階段以后。預(yù)反應(yīng)池可以微量曝氣，使其處于缺氧狀態(tài)，由于其中有機
物濃度較高，所以活性污泥可以高負(fù)荷的吸附有機物，并進(jìn)行厭氧分解。與此同
時也會進(jìn)行反硝化反應(yīng)【2“，消耗水中的硝酸鹽，形成局部的厭氧狀態(tài)，使聚磷菌
有效的釋放磷。
(3)潷水階段。沉淀階段結(jié)束后，主反應(yīng)區(qū)開始排水。由于沒有進(jìn)水干擾，所
以排水比率可以適當(dāng)增大。此時預(yù)反應(yīng)區(qū)繼續(xù)進(jìn)水，保持高負(fù)荷的吸附與厭氧分
解。
(4)閑置階段。潷水結(jié)束以后潷水器復(fù)位，隔墻上的閥門打開，預(yù)反應(yīng)池的污
水由于水位差迅速進(jìn)入主反應(yīng)區(qū)，并與主反應(yīng)區(qū)的污水混合。因為預(yù)反應(yīng)池中的
污水濃度較高，所以兩邊的污水混合以后由于濃度差的存在，可以加快有機物的
降解速率。
沉淀階段開始以后，預(yù)反應(yīng)池也可以看作一個單獨的厭氧(缺氧)反應(yīng)池，
隨后的主反應(yīng)池是好氧反應(yīng)池．所以整個反應(yīng)過程類似傳統(tǒng)活性污泥法中A／O
工藝的反應(yīng)過程。從整個周期運行過程來看，在沉淀階段開始的時刻，預(yù)反應(yīng)池
與主反應(yīng)池隔離，主反應(yīng)池進(jìn)行沉淀，潷水階段的同時，預(yù)反應(yīng)池內(nèi)的污水在缺
氧狀態(tài)進(jìn)行缺氧反應(yīng)。開始曝氣階段后，預(yù)反應(yīng)池的污水進(jìn)入主反應(yīng)區(qū)進(jìn)行曝氣，
然后進(jìn)行沉淀，潷水，完成一個周期的反應(yīng)。所以從在預(yù)反應(yīng)池的那部分污水來
看，可以認(rèn)為進(jìn)行了～個周期為1．5“．0=5．5小時的反應(yīng)過程。在經(jīng)過了缺氧一
好氧一缺氧一厭氧，一系列反應(yīng)過程后，可以去除污水中的大部分有機物，并且
會有一個良好的脫氮除磷效果。
5．3工藝改進(jìn)前后處理效率比較
現(xiàn)對反應(yīng)池改進(jìn)前后處理效率進(jìn)行初步比較。下邊的比較是基于一個CASS
工藝的實例，比較的前提是工藝改進(jìn)前后反應(yīng)池有效容積相近，并且出水水質(zhì)滿
足設(shè)計排放要求。
某生活污水的CASS工藝處理工程，處理水量3000 m3／d，即125 rn3／h。CASS
池的尺寸為：30x 12×5 m3，預(yù)反應(yīng)池長度4m。改進(jìn)前后CASS池尺寸如下圖：
第五章實驗結(jié)果及綜合分析
蘭
J
S 0
原c^ss池尺寸單位‘米變形后c^器池尺寸單位：米
圖5—5 CASS工藝及其改進(jìn)后的反慮器簡閏
原CASS池容積為30×12x5=1800 m3，變形后CASS池的容積為
20x12x5+8×12x7=1 872 m3，兩池容積大小相近。原CASS池反應(yīng)周期為4小時
(曝氣2小時，沉淀l小時，潷水閑置l小時)，變形后CASS池的反應(yīng)周期也
為4小時(曝氣2小時，沉淀l小時，潷水0．5小時，閑置O．5小時)。變形后
CASS池開始沉淀階段以后，隔墻的閥門關(guān)閉，主反應(yīng)區(qū)處于理想沉淀狀態(tài)，預(yù)
反應(yīng)池繼續(xù)進(jìn)水。沉淀和潷水階段時間的進(jìn)水總量為：125×1．5=187．5 m3。預(yù)反
應(yīng)池增高的容積為：8×12x2=192 m3，可以保證完全容納沉淀和潷水階段的進(jìn)水
總量。工藝改進(jìn)前后CASS池的運行參數(shù)比較如下表：
表5-6工藝改進(jìn)前后CASS池的運行參數(shù)比較
原CASS池變形后CASS池
有效容積1800m’ 1873m3
運行周期4小時4小時
周期排水比1／3 l／2～2／3
水力停留時間12小時8～12小時
每日處理水量3600m’ 3600～5400m’
變形后的CASS池仍然保持連續(xù)進(jìn)水，而且與原反應(yīng)池相比在池容大小相
近，保證出水水質(zhì)的條件下，可以適當(dāng)增加處理水量，即提高CAsS池的容積利
用率。因此：即在相同的時間內(nèi)處理水量增加，或者對于相同的處理水量，就可
以減小CASS反應(yīng)池的池容，從而降低處理設(shè)施造價，降低污水處理的成本，使
其成為一種經(jīng)濟的污水處理方式。并且反應(yīng)池可以根據(jù)建設(shè)場地的具體情況，靈
活設(shè)計反應(yīng)池的形狀，可以滿足建設(shè)場地緊張或者不規(guī)則情況下的污水處理設(shè)施
的建設(shè)。
第六瀨改進(jìn)后反應(yīng)池的設(shè)計及理論模型
第六章改進(jìn)后反應(yīng)池的設(shè)計及理論模型
6．1改進(jìn)后CASS工藝的反應(yīng)池設(shè)計
在對CASS工藝進(jìn)行～定形式靜改變囂，其基本原理依然是基本豹活性污濺
法并遵照原CASS工藝的處璦反應(yīng)機制。對于新提崮的對CASS工麓迸行變形鷯
方式也只是處于對其部分內(nèi)釋進(jìn)行研究的實驗階段，所以下邊僅是以提高工藝的
處理效率為目的w束探討工藝黝一些參數(shù)，僅供參考。
6。1．1反應(yīng)池容積及其各部位尺寸的確定
工藝形式瀲變后反應(yīng)池容積，可以按照下式確定；
V：—m。—O
"×N (6．1)
式中1／m——每周期的總排水比：
Q一處理污承約疆流基，In3／d：
N——每天循環(huán)靜周期數(shù)；
N——殿應(yīng)池的個數(shù){
確建反應(yīng)池中MLSS濃度后．則BODs污混負(fù)荷為：
Ⅳ：壘蘭§
5
P×N，×V (6．2)
Ⅳ．——BOD-污泥負(fù)荷攀，kgBODs／(kgMLSS·d)；
s曠一琢污承中含蠢瓣可溶牲基緩濃度，mg／L；
Q一處璦污水的同流量，in3／d：
E——每周期中曝氣時閫所占的比例：
Ⅳ?！髴?yīng)濁中混合滾污泥(MLSS)濃度，mg／L；
V——反疵遣靜總有效容積，m3：
反應(yīng)池各部位尺寸的確定：
第六章改進(jìn)后反慮池妁設(shè)計及理論模型
工：
閏6．1反應(yīng)池的縱削面簡嘲
該污水處理反應(yīng)池的縱剖面簡圖如上t：
A部分體積要可以容納在沉淀階段和排水階段的進(jìn)水．
體積為：
V^2q。Tsd
Q——反應(yīng)池的進(jìn)水流量，m3／h：
TV：A一r一反個應(yīng)周池期中中A部沉分淀的和體攤積承，階m段3總：共所需的對問，h
B、C部分體積的總和為：
VB+Vc=V—V^
V8——反應(yīng)池中B部分的體積，m3：
Vc一反應(yīng)池中C部分的體積，m3；
首先設(shè)定HA，進(jìn)而可以確定A部分的平面面積：
SA州A／HA
HA——反應(yīng)池中A部分的高度，m；
s^——反應(yīng)池中A部分的水乎方向的面積，m2；
則B部分的平顏面積
Sa=SA
ss-----反應(yīng)池中B部分的水平方向的氳積，m2；
再設(shè)定HB、Hc，則可確定B、C部分的體積：
’
VB=SBxHB
Vc=V—V^一VB
所戧A部分的鼴小
(6．3)
(6-4)
(6．5)
(6．5)
(6．6)
(6-7)
HB、Hc一反應(yīng)池中B、C部分的高度，m；
H。最商不超過3m，H8、Hc最高不超過6m，根據(jù)每周期主反應(yīng)區(qū)的排水
比I／m，確定每周期排水量。
-39．
第六章改進(jìn)后反應(yīng)池的設(shè)計及理論模型
Qp=0／mz)VC (6—8)
l／mz．一每周期主反_暾區(qū)的排水比；
Q。——每周期排水量，m3：’
然后援核總攤承魄是否符合囊裙豹設(shè)定。翔不滿足條髂
Qp／V->l／rn (6—9)
則必須增大A部分高度H。，成C部分離度Hc的設(shè)定德，重新計算各個部分尺
寸，直到總排永比符合開始設(shè)定的條件為業(yè)。
6．1．2各階段殿應(yīng)時間的確定
曝氣時間t，的設(shè)計要根攢處理污水的情況，要達(dá)到的目的，反疲速率等因素
米確定。逶攀瀑氣囂雩聞t，取1．5～2。5h。
沉淀時間t。的設(shè)計要根據(jù)污泥層的沉降速度，污泥的濃度，排水比以及溫度
等實際的情況和條件來確定。一般沉淀時間t。的選擇范圍為0。5～l+0h。
攆承露滴ta麴沒詩要攫攢爨承掇援熬掇水糍力、效率及瞬時最麓流速確定。
對于潑處理工藝W敷0．5h左右，反應(yīng)池俞大，td就應(yīng)取的長一些。
排水時間tf的設(shè)計要根據(jù)活性污泥的情況、處理效率等情況具體來確定。一
般可設(shè)閑置時間tf為10min～30min。
總反應(yīng)時闋為：
t--tr+ts+td+tf (6-10)
式中：t’一一個反應(yīng)周期的時間，h：
t廣_一瀑氣對聞，h：
t；——沉淀時間。h；
td——排水時間，h；
l廣一閑鬣霹聞，h{
6。1。3排水比及設(shè)計參數(shù)的確定
簿承眈鄄每蠲麓攆承量與反應(yīng)洼最大鴦效容積之院。對子改交磁能CASS
工藝不同于原CASS工藝，雖然工藝依然是連續(xù)進(jìn)水，假是主反應(yīng)區(qū)在沉淀排水
階段處于理想沉淀狀態(tài)，沒有進(jìn)水干擾，所以其排水比的確定類似予SBR工藝。
SBR工藝反應(yīng)漣豹東愛鱺銎掰示黼。
第六章改進(jìn)后反應(yīng)池的設(shè)計及理論摸型
一盞巍_寸：|壹
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圈6-2 反應(yīng)池水位圖
排水比為反應(yīng)池潷水器排出的水量與池有效容積之比按下式計算： 土：土：必：蘭
m K+‘ ％ V
(6．11)
式中：1／m——排水比；
Vl——排水結(jié)柬時池內(nèi)水的容積，m3；
V2——排出的水量，m3；
V——池有效容積(V=VI+V2)，m，：
H】——排水結(jié)柬時的水位，m：
Hf一標(biāo)準(zhǔn)水位，in；
上述也可以看作是對變形后CASS工藝排水比的確定方式。在排水時?？紤]
沉淀以后的活性污泥界面上的最小水深(安全水深)．防止在排水階段攪動污泥
層，影響出水水質(zhì)。因此，需要滿足以下關(guān)系：
沉淀后的污泥容積<最小儲水容積Vm Vmill="V—Q" 第六章改進(jìn)后反應(yīng)池的設(shè)計及理論模型="第六章改進(jìn)后反應(yīng)池的設(shè)計及理論模型" 由上幾式可導(dǎo)出="由上幾式可導(dǎo)出">。
Lawrence--McCarty模型的突出之處楚強調(diào)了細(xì)胞平均停留時聞(淀齡)的重
要瞧，套予囂齡可戳逶逮控豪《污瀧戇羹}敦鬟避囂饔節(jié)，囂藍(lán)乏罐強了摸嫠在實舔應(yīng)
用中的可操作性。
6．2．2 l}臻爨瀑藏法SBR駒數(shù)學(xué)模型
幽于普通活性污泥法建立時間較長，其數(shù)學(xué)模型已綦奉確立，并為眾多學(xué)者
所接受。然兩SBR靜數(shù)學(xué)摸型尚未完全確立，有待進(jìn)一涉掰究。因此本文麓單
毅述SBR翡數(shù)學(xué)模型戇建立。
先作如下假定f2∞：
1，在充水期內(nèi)，進(jìn)入SBR曝氣池污水承量與永質(zhì)都魁均勻的；
2+兗索期及愛建矮蠹，黎氣漣囂臺滾憋于寵全懣含狀態(tài)；
3，考慮污承穗經(jīng)過良好的裼次沉淀處臻，進(jìn)入曝氣他的污永中，胃生億基
質(zhì)是可活性的。
模型式孛采用下列芬號：
s#——原污承申含有戇可溶浚基質(zhì)濃度；
ss——sBR工作周期之始，曝氣池存留的活性污泥漏龠液中所含束降解的基
質(zhì)濃度，亦即反應(yīng)期結(jié)束時，混合液中基質(zhì)濃度{ sr競承裁縫裘露，臻氣波瀅臺滾中基蕨濃度；
S——sBR工作過程中混合液基質(zhì)濃度；
Q—～充水期內(nèi)曝氣池進(jìn)水流量： 卜工籜器搴潤，耋璃期之媲至充拳結(jié)蒙，鬻充采翦ll孛鬻{一醞囊籠永壤結(jié)
寒至反瘦矮結(jié)索，辯廈應(yīng)時黼為tR囂于，t---'tF十tR；
V曠～周期之始，曝氣池內(nèi)稃留的混合液體積：
V——sBR工作過程中池內(nèi)混臺液體積，充水期開始時，V=Vo．充水期中，
V；V—Q；充承翁焱鼴，￥一VF；反應(yīng)籟褻V保持不交，V—VF；
xo——周期之始，曝氣池內(nèi)混合液活性淄泥濃度；
x^——曝氣池工作過程中混含液活性污沉濃度；
第六章改進(jìn)后反應(yīng)池的設(shè)計及理論模型
X．——原污水含活性污泥物質(zhì)的濃廈，口】認(rèn)為零：
人——水泥比，即充水期進(jìn)入曝氣池的污水量與存留在曝氣池內(nèi)混合液量的
體積比X=Qt／Vo；
人o——泥水比，ko=l／X。
在充水階段。由于同時曝氣，池內(nèi)存在好氧反應(yīng)，基質(zhì)去除符合Monod動
力學(xué)方程式：
ds KXs
dt Ks+S (6。29)
根據(jù)基質(zhì)物料平衡可得
塑旦：OS。一蘭墜V
dt ”Ks+S (6．30)
式中：K——反應(yīng)速度常數(shù)：
Ks——半速度系數(shù)；
j,g-(6-30)式分解并整理得：
礦魯哦一筘一器礦臨，，，
在反應(yīng)階段，曝氣池停止進(jìn)水，Q=0，v=vP，式(6-31)可改寫為
dS隘
dt Ks+S (6．32)
由活性污泥物料平衡，可得充水階段的污泥平衡式
挈=眠川器咆刪㈨。，，
式中：Y——生長系數(shù)：
Kd——衰減系數(shù)。
式(6-33)可分解并整理成
y警川器一∽y峭一QX ㈤，4，
如xi=0，上式可簡化為
y警卅”KXSJ-KaX臚QX ㈤，，，
同樣．也可得反應(yīng)階段污泥物料平衡式，即Q=0時
_，警_(y肌KXSs-K。x)G (6-36)
第六章改進(jìn)后反應(yīng)池的設(shè)計及理論模型
或等卅¨KXSJ_KuX) (6．37)
上述式(6-31)、(6．32)、(6．3j)、(6—37)，即為SBR法的基本數(shù)學(xué)模型式。
6．2．3 CAST工藝的物質(zhì)傳遞模型
因為CASS工藝是SBR的一種改進(jìn)型。是循環(huán)活性污泥技術(shù)(CAST)的一種
型式。所以在此，簡單討論CAST工藝的物質(zhì)傳遞模型，CASS工藝的物質(zhì)傳遞
模型也類似。
CAST系統(tǒng)的流體運動過程模型如下圖所示【3 01。生化反應(yīng)過程在分成兩個區(qū)
域的一個池子中完成，分別為進(jìn)水端的生物選擇器(VI)和主反應(yīng)池(V2)。從
主反應(yīng)池中回流到生物選擇器的污泥可以使流進(jìn)的污水迅速與污泥絮凝體混合，
這可以促進(jìn)系統(tǒng)中的缺氧反應(yīng)的進(jìn)行。系統(tǒng)每周期的進(jìn)水容積等于反應(yīng)池總?cè)莘e
減去設(shè)計最低水位容積。
V1：缺氧區(qū)V2：好氧區(qū)
圖6-4帶缺氧區(qū)(V1)和主反應(yīng)區(qū)(V2)的CAST工藝模型
該模型假設(shè)每周期反應(yīng)池中的液體都是從最低水位容積開始進(jìn)水，直到最高
水位容積。假設(shè)Vl和V2是完全混合反應(yīng)器，在單位時間內(nèi)同時進(jìn)水。Ql是從
V1流到V2的那部分體積。
因此對于流量有：
進(jìn)水： QI
回流污泥： QR=RSxQI
第六章改進(jìn)后反應(yīng)池的設(shè)計及理論模型
從V1流到V2的體積： Q1=QIx(1-f1)+QR
式中：
RS=QR／QI
I?l=vl／V
v為總體積
對于體積有：
總體積V=vl+v2
V1體積系數(shù)：f1=V1Ⅳ
v2體積系數(shù)：f2=V2／V
對于時間控制，以傳統(tǒng)的每周期4小時為例，如下表：
表6-1 CAST系統(tǒng)一個周期各個時段的操作狀態(tài)
階段數(shù)1 2 3
狀態(tài)持續(xù)時間2 h 1．5 h O．5 h
V1 混合，進(jìn)水進(jìn)水，混合排水，混合一
V2 混合，進(jìn)水，曝氣進(jìn)水，沉淀+，混合” 排水，混合”
‘實際狀態(tài)
“
模型簡化狀態(tài)
階段1從排水階段以后，反應(yīng)池中的液體處于最小容積的時候開始。在階段
1和階段2的過程中，V1和V2都連續(xù)進(jìn)水。Vl池中沒有曝氣，但在進(jìn)水過程
中持續(xù)保持混合狀態(tài)，V2池僅在階段1進(jìn)行曝氣。在階段2進(jìn)水有利于絮凝體
的結(jié)塊、混凝以及絮凝體的沉淀。在反應(yīng)池內(nèi)水中，沿水的深度方向的溶解組份
的濃度梯度的形成是由于污泥沉淀的原因。為了保持在階段2中生物降解的活
性，假設(shè)Vl和V2中都是理想混合。階段3停止進(jìn)水，但生物降解過程依然活
躍。在此階段要排出一定量的污泥，以保持合適的污泥停留時間(SRT)。從而
在每周期丌始時刻系統(tǒng)中的總的污泥的量與每周期末污泥的量相同。
如上圖所示，反應(yīng)池中液體的流動模式確定了其所含物質(zhì)的濃度。反應(yīng)容積
的改變可由以下的方程來描述：
dVIdt=QI
dVl／dt=fl×QI
第六章改進(jìn)后反應(yīng)池的設(shè)計及理論模型
dV2idt=j 2xQi
由于V1和V2在反應(yīng)階段曝氣使污水和活性污泥完全混合，因此假設(shè)在兩
池中混合液濃度會立即受到流入污水的影響。對于混合也中某種物質(zhì)c．，其濃度
變化i叮由F式表示：
r：墮+生×業(yè)(6．38)
。dt V dt
。
將上式和體積改變以及物質(zhì)傳遞過程合并，在vl和V2中的關(guān)于某種物質(zhì)
Ci的物料平衡方程可分別表示為：
V z：百dCjl—IQ％慨％一Q-+甜％p+莩V。乃㈨s，，
Vz：警=kr(m甜％卜+渺， 臨4。，
式中：0，1，2分別對應(yīng)進(jìn)水、V1、V2：
Σv pj項是系統(tǒng)反應(yīng)項。它可以出對于質(zhì)量平衡所考慮的成分i的
J
stoichiometric系數(shù)～和i成分的反應(yīng)速率乃的乘積之和表示。以上的物質(zhì)平衡是
建立在已給出的生物動力學(xué)模型基礎(chǔ)上的某一成分的物質(zhì)平衡，例如：N．NH4，
N-N03。
第七章結(jié)論
第七章結(jié)論
以上對間歇式活性污泥法的一種變形形式CASS工藝改進(jìn)后的運行過程進(jìn)
行了分析，是在針對原CASS工藝的一些固有的缺陷而做出的一些運行方式上改
變，目的是提高該工藝的處理效率。進(jìn)行了初步的比較之后，可以看到改變反應(yīng)
池的運行形式以后，克服了原來CASS工藝一些不足之處，一定程度上提高了反
應(yīng)池的有效容積利用率以及處理效果。
本文中的模型試驗裝置只是在假設(shè)有機物去除效果與原CASS工藝相近的
條件下，重點研究是否可以提高反應(yīng)池的容積利用率以及污水處理效率。通過對
改進(jìn)以后反應(yīng)池運行過程的實驗結(jié)果和理論分析，可以得出以下結(jié)論：
一、改進(jìn)后的反應(yīng)器的特點
(1)保持了原工藝的連續(xù)進(jìn)水的特點，可以單池運行。
(2)試驗結(jié)果可以看出，通過合理的設(shè)計反應(yīng)池各部位的尺寸，可以在一定程
度上提高了反應(yīng)池的容積利用率，即可以縮短反應(yīng)池每周期運行時間、減
少了運行經(jīng)費及勞動強度，降低了成本，提高了“中水利用”推廣價值。
(3)沉淀階段閥門隔斷了預(yù)反應(yīng)區(qū)與主反應(yīng)區(qū)，所以主反應(yīng)區(qū)處于理想沉淀狀
態(tài)，系統(tǒng)可以提高脫氮除磷的效果。
(4)在兩個反應(yīng)池之間的隔墻上增加了水下閥門，每周期閥門要開關(guān)一次，可
用電動閥門控制，與曝氣操作同步。預(yù)反應(yīng)池高度增加并不會造成建設(shè)費
過大提高。
(5)反應(yīng)池的長寬比可以根據(jù)建設(shè)場地實際情況靈活設(shè)計，而不必限定反應(yīng)池
必須有一定的長度。
二、進(jìn)一步工作建議：
在對CASS系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)以后又會產(chǎn)生一些新問題，在此對改進(jìn)后的反應(yīng)器
進(jìn)一步實驗和推廣應(yīng)用提出以下建議：
(1)應(yīng)浚進(jìn)一步從微生物的角度分析系統(tǒng)對有機物以及氮磷的去除規(guī)律，對改
進(jìn)后的反應(yīng)器的理論分析做出實驗檢驗。
(2)建立數(shù)學(xué)模型對系統(tǒng)運行過程中的變量進(jìn)行分析，以確定系統(tǒng)在不同水
質(zhì)、不同工況條件下的運行控制參數(shù)。
(3)對改進(jìn)后系統(tǒng)的容積利用率、工程造價等進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟分析，以肯定改進(jìn)
后系統(tǒng)的應(yīng)用價值。
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發(fā)表論文和科研情況說明
發(fā)表論文和科研情況說明
發(fā)表的論文：
f1】中水回用及產(chǎn)業(yè)化，張效先，．董晶， 《中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)》，2003年9月
[2]CAST工藝脫氮的研究，張效先，董晶， 《四川環(huán)境》，同意錄用
參與的科研項目：
1．糯扎渡水電站溢洪道泄槽摻氣減蝕試驗研究(橫向科研)
2．糯扎渡水電站引水、尾水系統(tǒng)水工模型試驗研究(橫向科研)
3．海西灣修造船基地船塢虹吸灌水模型試驗研究(橫向科研)
4．海西灣修造船基地船塢起動臥倒門模型試驗研究(橫向科研)
致謝
致謝
奉論文的工作是在我的導(dǎo)師張效先副教授的悉心指導(dǎo)下完成的，張效先老師
嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法給了我極大的幫助和影響。在此衷心感謝三年
來張效先老師對我的關(guān)心和指導(dǎo)。
張效先副教授悉心指導(dǎo)我們完成了實驗室的科研工作，在學(xué)習(xí)上和生活上都
給予了我很大的關(guān)心和幫助，在此向張效先老師表示衷心的謝意。
高學(xué)平教授，張效先老師對于我的科研工作和論文都提出了許多的寶貴意
見，在此表示衷心的感謝。
在實驗室工作及撰寫論文期陽J，孫可寅、劉清江等同學(xué)對我論文中的實驗
研究工作給予了熱情幫助，在此向他們表達(dá)我的感激之情。
另外也感謝我的父親，他們的理解和支持使我能夠在學(xué)校專心完成我的學(xué)
、lp。
處理小區(qū)生活污水CASS工藝研究
作者： 董晶
學(xué)位授予單位： 天津大學(xué)
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1.期刊論文田立江.姚志彬SBR工藝與CASS工藝的比較 -江蘇環(huán)境科技2003,16(2)
SBR(序批式間歇活性污泥法)是近年來在廢水處理方面應(yīng)用日趨廣泛并取得明顯經(jīng)濟效益的一種新技術(shù),在此基礎(chǔ)上又發(fā)展了一些SBR的變型工藝,其中
CASS工藝在國內(nèi)外主要運用于城市污水和各種工業(yè)廢水的處理.就SBR工藝和CASS工藝在原理、特點、經(jīng)濟性和運行方面做了比較,為以后的工藝選擇提供理
論根據(jù).
2.期刊論文徐海江.張仁志.韓恩山.XU Hai-jiang.ZHANG Ren-zhi.HAN Eh-shan SBR工藝的發(fā)展與應(yīng)用 -中國環(huán)境管
理干部學(xué)院學(xué)報2004,14(3)
本文對SBR工藝及其變形工藝ICEAS工藝、CASS工藝、UNITANK工藝、MSBR工藝在我國的研究應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹,認(rèn)為具有除磷脫氮功能的新型SBR工藝
在我國具有良好的應(yīng)用前景.
3.期刊論文段云萍.DUAN Yun-ping CASS工藝技術(shù)經(jīng)濟評價 -山西建筑2010,36(14)
概述了CASS工藝的運行特點,作為SBR的一種變形,CASS工藝具有SBR的優(yōu)點,且克服了SBR不能單池運行的缺點.在主反應(yīng)池前增加預(yù)反應(yīng)區(qū),對活性污泥進(jìn)
行選擇性培養(yǎng),克服污泥膨脹,有利于污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行.預(yù)反應(yīng)區(qū)處于兼氧狀態(tài),主反應(yīng)區(qū)好氧厭氧交替運行,通過污泥回流能有效去除氨氮.CASS的工
藝特點決定了CASS工藝的建設(shè)費用低于傳統(tǒng)的活性污泥法.
4.期刊論文王凱軍.宋英豪SBR工藝的發(fā)展類型及其應(yīng)用特性 -中國給水排水2002,18(7)
對各種類型SBR工藝的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了綜述,分析了其發(fā)展演變情況,歸納了經(jīng)典及新型SBR工藝的特點.
5.學(xué)位論文馬延新 CASS工藝在通遼經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理中的應(yīng)用研究 2009
CASS(Cyclic Activated Sludge System)工藝是SBR工藝的一種改進(jìn)工藝，具有占地小、工藝流程簡單、運行方式靈活、運行費用低、操作方便、對水
質(zhì)水量變化適應(yīng)性強、脫氮除磷效果好等優(yōu)點。近年來，CASS工藝在我國城市污水和各種工業(yè)廢水的處理中已得到越來越多的應(yīng)用，發(fā)展前景廣闊。　
　
通遼經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠占地3.11 hm2,日處理污水5萬m3。污水處理系統(tǒng)主要構(gòu)筑物包括粗格柵間、污水提升泵房、細(xì)格柵間、曝氣沉砂池、
CASS池、鼓風(fēng)機房、污泥濃縮池和污泥脫水間等?！　?
在污水處理廠調(diào)試運行中，2008年4月開始進(jìn)行活性污泥培養(yǎng)馴化，并通過pH、BOD5、CODcr、SS、TN、NH3-N和TP等物理化學(xué)指標(biāo)和微生物指標(biāo)來表征
CASS工藝的污水處理效果，同時開展了為期10個月的CASS工藝運行參數(shù)的研究，探討了活性污泥培養(yǎng)馴化過程中產(chǎn)生污泥膨脹、污泥上浮等現(xiàn)象的原因，并
提出了相應(yīng)的解決方法?！　?
研究結(jié)果表明，通遼經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠CASS工藝適宜的運行周期和參數(shù)為：進(jìn)水、曝氣3小時，沉淀1.5小時，潷水1小時，閑置0.5小時；MLSS控
制在2500～3500mg/l；曝氣結(jié)束時曝氣池溶解氧控制在2～3mg/L，污泥齡控制在15～20天。調(diào)試運行期間，污水處理廠BOD5、CODcr、SS、NH3-N等出水指標(biāo)
達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級B標(biāo)準(zhǔn)，符合設(shè)計要求。
6.期刊論文李瓊.姚鵬.王艷博SBR工藝的發(fā)展演變及其應(yīng)用特性 -化工之友2006,""(7)
本文對各種類型SBR工藝的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了綜述,分析了其發(fā)展演變情況,歸納了經(jīng)典及新型SBR工藝的特點.
7.期刊論文韓幫華.李曉丹.鄧芝彬SBR改良工藝在北方城市的應(yīng)用現(xiàn)狀及控制因素分析 -中國科技博覽2009,""(34)
目前我國北方寒冷地區(qū)的污水處理主要采用活性污泥法,SBR工藝是活性污泥法工藝的一種,隨著科技的發(fā)展,SBR工藝也衍生出了多種改良工藝,本文主要
針對北方現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的三種sBR改良工藝--CAST工藝、ICEAS工藝、CASS工藝作為研究重點,分析了該三種工藝在北方污水處理廠中的應(yīng)用現(xiàn)狀及其在
北方影響其應(yīng)用的控制因素.
8.期刊論文潘楊.黃勇.李勇.PAN Yang.HUANG Yong.LI Yong 改進(jìn)的CASS工藝中污泥沉降性能的探討 -蘇州城建環(huán)保
學(xué)院學(xué)報2002,15(3)
對改進(jìn)的間歇循環(huán)式活性污泥法(CASS)實驗裝置在不同實驗條件下的污泥沉降性能進(jìn)行了研究,同時也探討了泥齡、污泥負(fù)荷及原水水質(zhì)對污泥沉降性
能的影響.實驗結(jié)果表明:改進(jìn)后的CASS裝置,由于生物選擇器篩選的絮凝性細(xì)菌,使反應(yīng)器的污泥保持了良好性能.
9.會議論文鄭梅.胡雄超.常明CASS工藝應(yīng)用于生活污水處理的工程實踐 2004
采用CASS工藝，從住宅小區(qū)化糞池取水，處理小區(qū)綜合生活污水，使水質(zhì)達(dá)到中水標(biāo)準(zhǔn)?？苫赜糜诰G化、道路清掃、洗車、沖廁。此工藝在缺水城市具
有廣闊的應(yīng)用前景。
10.學(xué)位論文劉鵬飛 M-CASS切換工藝處理生活污水的實驗研究 2007
我國淡水資源缺乏，隨著我國城市建設(shè)和工業(yè)的發(fā)展，城市用水量和排水量不斷增長，造成水資源日益不足。
CASS(Cyclic Activated Sludge System)工藝是SBR工藝的一種改進(jìn)。具有占地面積小、工藝流程簡單、運行方式靈活、易于程控、對水質(zhì)水量變化適
應(yīng)性強、能同時脫氮除磷等優(yōu)點。
膜生物反應(yīng)器(MBR)是膜分離技術(shù)與活性污泥系統(tǒng)相結(jié)合，用膜組件來代替活性污泥法中的二沉池，該技術(shù)以新型、高效的優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于污水處理和
回用中。
本課題的提出是在以往研究的基礎(chǔ)上，將CASS與MBR工藝結(jié)合起來，根據(jù)不同的排放要求實現(xiàn)靈活的應(yīng)用，以最大限度發(fā)揮兩種處理工藝各自的優(yōu)勢
，使污水處理和再生水處理水質(zhì)指標(biāo)得到可靠保證。當(dāng)出水無回用要求時，處理設(shè)施可按照CASS工藝運行，出水水質(zhì)要求滿足污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中的一級標(biāo)
準(zhǔn)和部分低雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)出水需要回用時，處理設(shè)施可按照MBR工藝運行，出水水質(zhì)要求滿足各種回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
本實驗分三個階段進(jìn)行：第一階段系統(tǒng)按照CASS工藝運行，濁度、COD、氨氮、TN的平均去除率分別為97.47％、87.57％、98.78％、86.68％:第二階段
切換到MBR工藝運行，濁度、COD、氨氮、TN的平均去除率分別為98.08％、92.76％、96.97％、69.95％；第三階段再次切換到CASS工藝運行，濁度、COD、
氨氮、TN的平均去除率分別為96.87％、97.67％、98.8％、88.64％。
實驗運行期間，CASS與MBR處理工藝不僅有穩(wěn)定的出水效果，而且能有效地抵御各種沖擊負(fù)荷。
本實驗運行的三個階段，成功實現(xiàn)了CASS與MBR的自由切換，出水分別達(dá)到了一級排放標(biāo)準(zhǔn)及其中水回用標(biāo)準(zhǔn)，為工程實踐提供了又一可行的思路。
本實驗運行過程中也有一些不足之處，如污泥沉降性能相對較差，穿孔管傳氧效率不高，膜污染等問題還需要進(jìn)一步實驗研究。
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