探討循環式活性污泥法(CASS)處理啤酒廢水
摘 要：循環活性污泥系統簡稱為CASS(Cyclic Activated Sludge System)工藝，是一種在SBR工藝和氧化溝技術的基礎上開發出的新工藝。CASS池是系統的核心。污水中的大部分污染物在此降解、去除。它將生物反應過程和泥水分離過程集中在同一個池內進行。CASS反應池分為生物選擇區、兼氧區和好氧區。選擇區的基本功能是防止污泥膨脹，污水中溶解性有機物能夠通過酶反應而被污泥顆粒吸附除去，回流泥中的硝酸鹽可在該選擇區內得以反硝化；在兼氧區內，有微量曝氣，基本處于缺氧狀態，有機物在此區內得到初步降解，同時也可除去部分硝態氮；好氧區為曝氣區，主要進行硝化和降解有機物，同時也進行硝化反硝化過程。
阜新啤酒廠建于1981年，建廠初期由于規模較小，生產過程中污水直接排人細河。近年來企業規模不斷擴大，污染也越來越嚴重，其COD排放量占阜新全市工業污染量的20％以上。雖然采取了干法排糟、酵母回收等措施，減少了廢水中酒糟和酵母等污染物的含量，但仍不能達標排放，對細河兩岸的生態系統和細河本身造成嚴重污染。
一、污水水質水量
啤酒生產以大麥和大米為原料，輔以啤酒花和鮮酵母，經較長時間發酵釀造而成。污水中有機物濃度較高，雖然無毒，但易腐敗，對水體造成嚴重危害。
1．廢水成分
廢水主要來自麥芽、糖化、發酵、灌裝及生產用冷卻廢水等，各車間廢水水質見表1。
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2．設計進出水水質水量 見表2。
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二、工程設計
1．方案選擇
啤酒廢水屬中高濃度有機廢水，有很好的可生化性，但生產季節性較強，排放不連續，尤其是地面沖洗水，水量和濃度波動較大。該廠將各車間的廢水匯集到一起，因無機負荷并不高，不適合目前國內常用的“厭氧+好氧”方法中對原水COD>6000mg／L的要求。另外，阜新地處東北，即使采用中溫厭氧消化也需達到30cC，冬季熱費用加大，占地面積也大，故不采用“厭氧+好氧”方法。
啤酒廢水中含有大量有機碳而氮源含量較少，在進行傳統的生化處理中，其含氮量遠遠低于BOD：N：100：5(質量比)的要求，致使有些啤酒廠采用傳統活性污泥法時，在不補充氮源情況下處理效果很差，甚至無法運行。經多種方案比較，確定采用CASS法處理啤酒廢水。
2．CASS法工藝藝流程
廢水經格柵除去粗大雜物后，進入集水池內，經水泵提升進入CASS反應池中，使廢水中的大部分污染物在池中得到降解和去除。廢水在這里得到生化處理，處理后的廢水排入砂濾池，經過濾消毒后排人細河。CASS反應的剩余污泥排人濃縮池中，經濃縮后進入帶式壓濾機脫水，脫水后的干污泥外運，壓濾機濾出水與濃縮池上清液返回集水池內。工藝流程見圖1。
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該法具有以下特點：工藝簡單，穩定可靠，操作維修方便，無需進行大量污泥回流；運行周期靈活可變，耐沖擊負荷能力強；能同時實現硝化／反硝化，以去除污水中總氮，處理效率高，出水水質好；池中沒有吸附選擇區，故無污泥膨脹，污泥產生量少；在同一池內進行產物降解過程和泥水分離過程，無需設置初沉池和二沉池，初投資低，運行費用少，占地面積小；整套系統實行全自動控制，節省人工費用；組合簡單，便于分階段施工。
三、主要構筑物及設計參數
1．格柵除污機
用于去除廢水中大顆粒固體污染物(瓶蓋、標簽等)，以防止對泵的損害并可降低部分污染負荷，廢水過柵速度V=0.7m／s，格柵總寬B=800mm，總深l0rn。
2．集水池
啤酒生產工藝廢水水質水量相對比較穩定，但車間地面沖洗水、消毒水等尚有一定的沖擊性，設備檢修等也有一定的影響。因此，雖然CASS池具有一定的抗沖擊負荷的能力，但集水池的均化水質、水量作用是不可替代的。集水池的有效容積為720m3，廢水停留時間4h。
3．CASS反應池
循環活性污泥系統簡稱為CASS(Cyclic Activated Sludge System)工藝，是一種在SBR工藝和氧化溝技術的基礎上開發出的新工藝。CASS池是系統的核心。污水中的大部分污染物在此降解、去除。它將生物反應過程和泥水分離過程集中在同一個池內進行。CASS反應池分為生物選擇區、兼氧區和好氧區。選擇區的基本功能是防止污泥膨脹，污水中溶解性有機物能夠通過酶反應而被污泥顆粒吸附除去，回流泥中的硝酸鹽可在該選擇區內得以反硝化；在兼氧區內，有微量曝氣，基本處于缺氧狀態，有機物在此區內得到初步降解，同時也可除去部分硝態氮；好氧區為曝氣區，主要進行硝化和降解有機物，同時也進行硝化反硝化過程。CASS池是一個間歇反應器，在此反應器內不斷重復地進行曝氣與非曝氣過程。污水按一定周期和階段得到處理，每一循環有下列各個階段組成：進水／曝氣／污泥回流階段——完成生物降解過程；非曝氣／沉淀階段——實現泥水分離；潷水／剩余污泥排除階段——排出上清液；閑置階段——恢復活性污泥活性。
上述各階段組成一個循環操作周期，根據污水水量和濃度，它的運轉方式可采取6周期／天、4周期／天、3周期／天的形式，每周期運行時間分別為4、6、8小時。循環過程中，首先進行充水、曝氣和污泥回流，CASS池內的水位隨進水而由初始的設計最低水位逐漸上升至最高設計水位。當經過一定時間曝氣與混合后停止曝氣，在靜止的條件下使活性污泥絮凝并進行泥水分離。沉淀結束后通過移動堰表面潷水器排出上清液并使水位恢復至設計最低水位，然后重復運行。為保證系統在最佳條件下運行，必須定時排泥，排出剩余污泥的過程一般在沉淀結束后進行，污泥濃度可高達10g／L，所排出的剩余污泥量要比傳統的活性污泥處理工藝少得多。
CASS反應池設置2個，外形尺寸為50×20×5m。容積負荷為0.9—1.5kgBOD5／m3·d，停留時間6h。
4．潷水器
潷水器是CASS法的關鍵設備，旋轉式潷水器運行可靠，負荷大，潷水深度行程大，可控性好。主要裝置有浮箱、堰口、支撐架、集水支管、集水總管(出水管)、軸承、電動推桿、減速機、電機等。潷水器負荷25—32L／m·s，潷水范圍1.0—2.3m，潷水保護高0.3—1.0m。
5．砂濾池
濾池幾何尺寸為：9×20×4.5m，濾速為1m／h，濾料每周更換1次，鋼筋混凝土結構。
6．污泥濃縮池
濃縮池采用平流式，幾何尺寸為8×7×6m，停留時間為3h，鋼筋混凝土結構。
四、主要設備及電耗參數 見表3
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污水從集水池進入CASS池，再由CASS池出水，幾乎所有的污染物均在CASS池內去除，結果見表4。
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五、工程投資
1．初投資 包括土建和設備兩大部分，見表5、表6。
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2．運行費用
由電費、人工費、藥劑費等組成。
(1)電費：從表3可見電耗為3679.4度／天，電價以0.6元／度計，按設計處理能力5000噸／天計，則噸耗電費用為：3679.4×0.6／5000=0.44元／噸。
(2)人工工資：污水處理站定員10人，人均工資以1萬元／年計，則年工資費用為10萬元，若年運行時間按330天計，則每噸水的人工工資為0.055元。
(3)藥劑費用：污泥脫水藥劑，若去除1kgBOD生產干泥按0.1kg計，則每天產生的干泥為0.65t，污泥濃縮后含水按98％計，則污泥量為32.5t／d，污泥脫水藥劑采用2HL8藥劑，投加比例為0.6％，藥劑購價為1000元／噸，則噸水的藥劑費用為0.035元／噸水。
CASS法與傳統的普通活性污泥法經濟性比較見圖2。
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六、討論
1．阜新地處東北，CASS法冬季運行成為關鍵問題。由于冬季啤酒產量小，污水在CASS池內的停留時間長；另外，生化反應又是一個放熱過程，而且啤酒污水本身具有一定的溫度，所以冬季的低溫不會對CASS池出水水質產生太大的影響。
2．CASS法優點之一是可脫磷、脫氮。利用回流污泥、回流硝化液在第一級進行硝化過程，產生甲烷的安全性成為焦點問題之一。
在CASS池內，各級的容量比是1：5：30，故此污水在第一、二級的停留時間較短，產生的甲烷氣體較少；由于池子露天運行，所以產生的甲烷氣體不會成為人身及安全生產的隱患。
3．CASS池運行周期的設定。CASS工藝的操作周期根據污水水質的不同而設定，因此具有很強的抗沖擊性和廣泛的適用性。詳見表7。
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