CASS工艺处理造纸中段废水的应用
摘要：选取石家庄市鹿泉造纸厂污水处理站运行的一套CASS系统进行研究．中段废水是造纸工业的主要污染源之一，采用CASS工艺处理造纸废水运行结果表明：废水中的有机污染物得到高效降解，COD的去除率达90％以上；易降解和难降解的有机废水应分别采用限制曝气和非限制曝气的进水方式为宜；DO可以作为CASS系统去除COD情况的一个指标，易于实现自动化控制。
关键词：CASS工艺,造纸中段废水,废水处理,预处理
造纸废水是我国主要的工业污染源之一。造纸废水具有排放量大、污染物复杂、难处理等特点。因而严重的阻碍了造纸工业的发展．同时也影响着人类生存环境的改善。中国中、小造纸厂数量多，分布广。环境污染的严重性可想而知。因此，对造纸废水处理已成为人们最为关注的课题之一。造纸中段废水成分复杂，有机物浓度高，溶解性和胶体性固体多，pH值变化大，带有颜色和气味，悬浮物含量高。还含有高分子的染料等，可生化性差，属于较难处理的工业废水。若采用单一的好氧处理工艺很难达到理想的处理效果。所以在生物处理前必须进行物化预处理降低废水对生物的毒性。利用厌氧处理中的水解酸化过程将废水中的难降解有机物转化成易降解的脂肪酸，提高废水的可生化性，而且还可以达到除磷和部分脱氮功能。该项目中采用水解法进行破环大分子结构，降低其对生物的毒性。
1 鹿泉造纸污水的来源和特征
1．1现生产状况
造纸厂是鹿泉市重点企业。该工程纳污范围为鹿泉造纸厂全厂的生产区，服务面积为12亩。造纸厂的主要产品为新闻再生纸。再生纸的年产量达12 000 t。造纸厂现污水中污染物名称及产量见表1。
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1．2 现有排污点及水污染分析
第一排放点源：主要污染物为造纸生产过程中的纤维，有机物等。pH=7～8，SS=600～1 500g／L，COD为 1 500～2 700 mg，L，外排污水量Q=2 000 t／d。第二排放点源：主要污染物为生活污水，外排污水量Q=15 t／d。
现有污水污染源排放点及污染物浓度见表2。
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1．3 污水处理规模
根据全厂水量平衡图，该期设计水量2 0o0 m3／d。未预见污水量，按以上水量总和的11％ ，计 200 m ／d，上面两数相加得该期设计污水总量为 2 200 m3／d。
1．4 污水水质
全厂综合废水水质：CODcr=I 800 mg／L；BOD5= 850 mg／L；SS=930 mg／L，pH=7．2；色度=260。
1．5 处理后水质要求
根据厂方的要求，外排废水应达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)一级标准。其具体指标如下： COD≤ 100 mg／L，BODs≤ 30 mg／L，SS≤30 mg／L，pH= 6-9。
2 污水处理工艺简介
活性污泥法是我国广为采用的废水处理工艺，不仅应用于城市污水还大量应用于工业废水。20世纪处在英国Adem 和Locket城市污水厂开始采用序批进水的方式。后来研究者开发和研究了在一个反应器内采用重复式曝气、沉淀、排放的方式，50年代在欧洲随着氧化沟技术的发展．出现了间歇和连续式序批工艺处理方式。70年代后期，连续式序批活性污泥法在许多企业中开始应用，这种SBR技术上的改良方法在90年代发展较快，像CASS、UNITANK、MSBR等反应器并广泛应用于大、中、小型污水处理厂。
该工程采用CASS (即cycle activated sludge sys— tem)生物反应器(即循环式活性污泥法)。
CASS生物反应器是SBR工艺的一种改良型工艺。CASS是利用活性污泥基质再生理论．将生物选择器与间歇式活性污泥法加以有机结合研究开发的新型高效好氧生物处理技术。在序批式反应器系统 (Sequencing Batch Reactor简称SBR法)中，曝气池、二沉池合二为一，在单一反应池内利用活性污泥完成废水的生物处理和固液分离，SBR是废水活性污泥生化处理系统的先驱，然而直到最近几年随着监控与测试技术的飞速发展，这一技术才得以完全更新并被美国环境保护署(USEPA)推荐为一项低投资、低操作成本及低维修费用，高效益的环境处理新技术。据EPA 调查，在废水流量一定时，选择SBR要比传统的活性污泥法处理费用节省许多，这一点已被大量的工程实例所证实，特别是在造纸废水处理工程中得到了广泛应用。系统中设备运行效率高，耐冲击负荷，占地面积小，不易发生污泥膨胀，有良好脱氮、除磷效果，对一些难降解工业废水有良好处理效果，是一种较为理想的工艺。
2．1 CASS工艺流程
高浓度水——>调节池——>水解酸化池——>CASS池——>出水
2．2 CASS平面图(见图1)
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其中：①区、②区为预反应区，③ 区为主反区，④区为沉淀区，活性污泥连续从④区进入① 区(生物选择区)(循环量约为0．1～0．25) 水力停留时间：① 区0．6h，②区3h ③区5h④ 区1h
3 运行方法与结果
3．1 水解酸化运行方法
在启动阶段选用城市污水厂水解酸化池内污泥，沉降后弃去上清液，以沉淀污泥作为菌种加人适量的造纸废水和生活污水，进行间歇培养。开始15 d内。水力停留时间为24 h．第15-40 d水力停留时间为10 h．以后连续进水．此时出水颜色较深．悬浮物较高且污泥沉降性差。采用小水量连续进水，经过一周的运行，进水负荷逐渐增至正常状况，此时出水清澈明净，出水悬浮物较少，其外观显褐黄色，颗粒密实，沉淀速率大。
3．2 CASS池内污泥驯化
(1)① 区和② 区
启动阶段选用城市污水厂水解酸化池内污泥．沉降后弃去上清液．以沉淀污泥作为菌种加人适量的造纸废水和生活污水，进行间歇培养，在开始10 d内。水力停留时间为20 h。第lO～30 d水力停留时间为 10h，以后连续进水，此时出水颜色较深。悬浮物较高且污泥沉降性差。采用小水量连续进水，经过一周的运行，进水负荷逐渐增至正常状况并开始回流，此时出水清澈明净，出水悬浮物较少，其外观显褐黑色，结构粗壮，颗粒密实，沉淀速率大。
(2)③区(好氧区)
启动阶段直接采用城市污水厂二沉池内污泥沉降后弃去上清液，以沉淀污泥作为菌种进行接种．加人适量造纸废水和生活污水进行间歇培养．在开始 15 d内，水力停留时间为10h，同时小风量闷曝2 h。每天间歇排水两次，污泥不回流，随后每天换水两次。换水量为池容的1／6．15d以后连续曝气并连续进水逐渐增加水力负荷至设计参数。
(3)运行结果
经上述工艺处理流程，经过6个月运转数据表明处理效果稳定。试验结果见表3、表4。
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3．3 回流比对脱氮的影响
① 、② 区分别是一个无氧或缺氧状态，主要促进微生物生长。在好氧条件下，在机物被降解的同时，污水中有机氮被异养菌氧化为氨氮，在供氧充足的条件下。氨氮再被硝化菌氧化成硝态氮，产生的能量用于合成新的硝化菌细胞。在缺氧条件下，反硝化细菌利用NO 一，通过混合液回流到缺氧段，在缺氧条件下，反硝化细菌利用NO3-作为最终电子受体，氧化水中有机物，用于产能和增殖。与此同时，硝酸盐被异化还原成氮气，从水中逸出，从而达到除氮的目的。
通过同时硝化，反硝化实现脱氮必须连续测定池子主曝气区的溶解氧数值，并加以控制调节，在曝气阶段需要不断调节溶解氧水平．在曝气开始时．溶解氧控制在较低的水平(约O．2～O．5 mg／L)，直到在曝气阶段结束前，才使溶解氧达到最高水平(约2～3 rag／L)。这种运行方式无需如前置反硝化系统那样需要将硝酸盐氮从硝化区回流至反硝化区，因此可省去内循环系统，而且在CASS系统中，也不需要单独设置一个缺氧运行阶段以进行反硝化。
主曝气区进行上述过程时．在选择器中．大量吸收的易降解物质得到水解并转移至细胞内，从而提高了后续主曝气区内微生物的呼吸速率，加速了整个过程的进行。
可以采用稳定的自动化控制和先进的探测仪器和设备，以保证出水水质达到《污水综合排放标准》 (GB 8978—1996)一级标准和当地环保部门的要求。
4 结论
(1)造纸废水采用CASS法进行处理，曝气时间较传统的生物氧化法大大减少，曝气区HRT仅为6 h，而传统生物氧化法处理造纸废水曝气时间一般在10 h 以上，可见该工艺有明显节能效果。
(2)水解酸化池内的一些酸化细菌，由于其世代时间短、生长繁殖快的特点，降低了废水抗生素的毒性，促进难降解物质转化成易降解物质。为后续好氧阶段制造了良好的条件。
(3)CASS池好氧区内，在生物的自身新陈代谢过程中，溶解氧过多不仅浪费大量能量．而且还阻碍生物脱氮。可通过建立相应生物降解—— 溶解氧模型来解决此问题，还可以通过自控系统自动调节进风量来实现系统的优化。
(4)CASS池内活性污泥从主反应区返回到生物选择区，这种系统可充分利用废水中的碳源进行脱氮和除磷，较传统生物氧化反应器减少20q~30％的反应时间。
(5)实验表明，整个工艺具有投资省、运行稳定抗冲击负荷高、出水稳定．整个系统的剩余污泥量较 SBR减少30％以上。
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