CASS工艺城市污水处理工程设计开题报告

1、目的与意义

我国人口众多，人均可利用淡水资源贫乏，目前，我国水污染现象日益严重，成为水资源危机的一个重要原因。最近几年我国在水污染治理方面作了很多努力，使水体水质恶化速度有所减缓，但我国污水处理率低，污水再生回用利用率低，大量城市污染负荷直接排入水体，严重影响着我国各类水体的环境质量。不同城市污水处理情况各不相同，虽然我国城市污水处理率在日益增加，但由于我国在城市基础设施建设方面起步较晚，目前仍有部分城市没有污水处理厂，在已修建污水处理设施的城市，能正常运行的只有50%。许多小城镇污水处理工程严重滞后，约95%以上的小城镇未建设污水处理设施，生活污水处理率不足10%。据统计，我国90%以上小城镇的水体环境均受到不同程度的污染。不仅严重加深小城镇本身的环境污染，而且成为区域性水环境的重要污染源。总体上，我国水污染治理水资源所面临的形势依然很严峻。现状水体污染严重，部分水体丧失自净能力，而现有城市污水处理厂对有机毒物、重金属和氮磷等去除功能有限，水污染治理问题仍然亟待解决，对氮、磷等物质排放要求也日益提高，开发和应用经济合理、多功能、操作灵活且运行稳定的废水处理工艺已日益受到研究者和用户的重视。

截至2007年底，城市污水排放总量为342.5×10⁸m³·d^-1，排水管道总长16.49万公里。城市污水处理厂共计1413个，城市污水处理能力共计8201.75×10⁴m³·d^-1，城市污水处理总量为195.4×10⁸m³·d^-1，城市污水处理率为57.06%。996座城市污水处理厂执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918—2002)，其中35座出水符合一级A水质要求，315座出水符合一级B，171座执行《污水综合排放标准》 (GB8978—1996)，44座执行地方标准。另外，由于污水收集管网的原因，有些污水处理厂处理量不足设计处理能力的20%。在今后污水处理回用指导工作中，可以大力挖掘现有污水处理厂的生产能力，使其出水直接回用于能满足其目标用水水质要求的用水行业。还要进一步加大水污染治理力度，加快城市污水处理设施建设进度，特别是建设进展相对滞后的城镇污水再生利用、污泥处理处置建设任务。

在本次课题设计中，根据设计水量，采用CASS工艺，使处理后的出水水质达到GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级标准A标准的要求，并与实际情况相结合，调节能源消耗和出水水质之间的矛盾，在系统满足出水水质要求的基础上，使能耗降低。

2、国内外研究现状的分析

CASS（Cyclic Activated Sludge System）工艺是SBR工艺的一种新形式，中文称其为循环式活性污泥法，是由Goronszy教授在ICEAS的基础上研究开发出来的。1986年美国国家环保局正式宣布CASS工艺为革新代用技术。

CASS工艺一般分为三个反应区：一区是生物选择器，二区是预反应区（兼氧区），三区为主反应区（好氧区）。生物选择区是设置在CASS前端的小容积区，通常在厌氧或兼氧条件下运行，其最基本的功能是防止产生污泥膨胀，同时还具有促进磷的进一步释放和强化反硝化的作用。在该区内难降解大分子物质易发生水解作用，对提高有机物的去除率有一定的促进作用。主反应区则是去除有机底物的主场所，控制曝气强度，是反应区内主体溶液处于好氧状态，主要完成降解有机物过程。其工作过程可分为进水、曝气、沉淀和出水四个阶段，周期循环进行。预反应区控制在缺氧状态，对难降解有机物的去除效果较高，氧吸收率高，脱氮除磷作用明显，不需另加药剂。其次，CASS进水过程连续，单池可独立运行。

CASS方法的主要优点包括：

（1）工艺流程非常简单，省去了许多池体，节省用地，土建和设备投资低；

（2）可变容积的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;

（3）通过调节生物选择器，就能满足脱氮除磷要求。处理出水水质尤其是除磷脱氮的效果显著优于传统活性污泥法；

（4）运行简单，无需进行大量的污泥回流和内回流。

CASS工艺是以生物反应动力学原理及合理的水力条件为基础而开发的一种具有系统组成简单、运行灵活和可靠性好等优点的废水处理新工艺，尤其适合于含有较多工业废水的城市污水及要求脱氮除磷的处理，目前已在欧美等国家得到较多的应用。国内主要应用于需脱氮除磷的城市污水、小区生活污水，并逐步在制药、啤酒、印染和化工等行业废水处理的实际工程中得到应用。随着基础设施建设和环保要求的日益提高，国内污水处理工程建设发展迅速，目前国内已有十几座采用CASS工艺的污水处理厂正在建设或已投入运行。在水污染日益严重的今天，CASS工艺将更具有竞争力，也将有更广阔的市场前景。

在实际应用中，CASS工艺大多采用模块结构的分组布置方式，通过重复“模块”试验而实现CASS工艺的放大。即按照4h的标准运行周期 (2h曝气、1h沉淀、1h滗水为1个模块) 进行试验，以确定达到处理要求所需要的“模块”数及水力停留时间，并由此确定CASS的池数。其占地面积省、扩建方便等优点己日益为人们所接受。目前在美国、加拿大、澳大利亚等国已建有270多个污水处理，其中城市污水处理厂200多家，工业废水处理70多家。规模最大的是曼谷市污水处理厂和澳大利亚的Quakers Hill污水厂，曼谷污水厂规模为100万人日当量(200000m3/d)，建有6套系统，每套2组池子。澳大利亚的Quakers Hill污水厂设有5组池子运行，每组池长131m，细76m，进水端设有生物选择器，生物选择器在旱流量时的HRT为1h。采用盘式膜微孔扩散器曝气。由设在池外的5个自动控制移动堰滗水器同时同速率滗水，滗水速率为13mm/min。池子中部设有污泥回流泵，将主反应区的活性污视回流至生物选择器内与污水混合接触。

CASS工艺在应用过程中有许多问题值得注意：（1）生物选择器运行的控制。为保证回流污泥与进水底物的良好接触，生物选择器宜控制在厌氧或缺氧条件下运行并确保完全混合，以充分发挥其自我调节的功能；（2）生物速率的控制。CASS池具有反硝化功能，通过对曝气强度进行控制，使溶液处于好氧状态，但活性污泥内部仍处于缺氧状态，故对反应器中溶解氧（DO）浓度——即生物速率的控制十分重要。一般来说，好氧区溶解氧的浓度应控制在2mg/L左右，而厌氧区溶解氧的浓度应控制在0.3mg/L左右。在闷曝期间，要根据实际情况来控制溶解氧。（3）充水比（滗水量与池内最低水位时容积之比，VR）的合理确定。由于污泥沉淀和滗水周期的长短及沉淀污泥浓度和SVI受VR的影响，因而需根据所处理的废水水质通过试验合理地确定VR，亦即确定CASS反应器的最低和最高水位。

1、基本内容和基本技术

（1）查阅CASS工艺水污染治理相关文献，了解研究现状及进展、目前存在问题等。

（2）根据该城市的城市概况与自然条件以及该城市给排水工程现状，进行水量与水质分析。

（3）根据原水水质及处理要求而合理地确定处理工艺流程和有关运行工艺条件。

（4）对污水处理厂各处理单元进行计算设计，对污水处理厂进行平面布置与高程布置。

2、研究目标

（1）根据研究和设计，进一步探讨CASS工艺用于城市污水处理的效果，考察不同操作条件下CASS反应器的处理效率，选用最优设计方案。（2）调节CASS反应器的循环周期和各阶段的时间分配等参数，在不影响出水水质的前提下，尽量降低曝光量和曝气时间以便节省能耗、找出运行效果较好，能耗较低的运行参数。（3）针对CASS工艺在运行中存在的问题，如污泥膨胀、污泥上浮等，分析其产生的原因，找到优化CASS工艺的最佳处理办法。

1、参考文献

[1]熊红权，李文彬.CASS工艺在国内的应用现状[J].中国给水排水，2003(02):34-35.

[2]余波，周英，黄正文，李新，曾永刚.CASS工艺应用于小城镇污水处理厂的工艺设计及效果分析[J].绵阳师范学院学报，2014，33(05):81-87.

[3]郭宇杰，王学超，周振民.我国城市污水处理现状调查[J].环境化学，2012，31(07):1114-1115.

[4]张国柱. CASS工艺处理城市污水的应用及优化研究[D].哈尔滨工业大学，2006.

[5]沈耀良，王宝贞.循环活性污泥系统(CASS)处理城市废水[J].给水排水，1999(11):5-8.

[6]MervynC.Goronszy，朱明权，K.Wutscher.循环式活性污泥法（CAST）的应用及其发展[J].中国给水排水，1996(06):4-10 2.

[7]魏永，闪红光.循环式活性污泥法(CASS)的研究进展[J].辽宁城乡环境科技，2004(04):7-10.

[8]吴飞，王立亮，苏忆波，吕晨.曝气方式及排水比对CASS稳定化运行的影响[J].水处理技术，2019，45(08):120-124.

[9]孟领坤，苏彩霞.城市生活污水处理工艺的优化[J].科技视界，2019(34):253-254.

[10]施展.污水处理现状分析及发展前景[J].化工管理，2015(27):220.

[11]罗松，周飞.CASS工艺在某小型污水处理厂的运行调试[J].净水技术，2018，37(12):98-102.

[12]李镇秋.污水处理厂CASS工艺的调试及运行方式研究[J].环境与发展，2018，30(04):58 60.

[13]陈钰林.乡镇污水处理厂CASS工艺模型验证分析[J].净水技术，2017，36(06):91-99.

[14]Li Ying，Guo Ai-jun，Zhou Jing. Study of Treating High Ammonia-N Domestic Wastewater with CASS Process[J]. Procedia Environmental Sciences，2011，11.

[15]]Lei Wu，Jun Wang，Xia Liu. Enhanced nitrogen removal under low-temperature and high-load conditions by optimization of the operating modes and control parameters in the CAST system for municipal wastewater[J]. Desalination and Water Treatment，2015，53(6).

[16]Wang Ya Y，Zhang Zhao X，Yan Min，Gao Nai Y，Yang Jian，Ren Ming H. Impact of operating conditions on nitrogen removal using cyclic activated sludge technology (CAST).[J]. Journal of environmental science and health. Part A， Toxic/hazardous substances environmental engineering，2010，45(3).