SBR及CASS工艺的技术经济评价

1 SBR的技术经济评价
1.1 SBR的主要技术特征
1.运行上的间歇性

　　SBR为间断进水，间断排水，而污水排放大都是连续或半连续，所以，实际使用时，SBR通常设计为两个或多个池子并联运行。

2.运行上的时序性

SBR反应池通常按进水、曝气、沉淀、排水和闲置五个阶段根据时间依次进行。

3.运行过程的非稳态性

每个工作周期内排水结束时，SBR池内液位最低，而进水停止时液位最高，液位的变化幅度取决于处理废水的浓度、排放标准及生物降解的难易程度。反应池内基质浓度变化也是从高到底，至反应结束时（严格意义上指沉淀结束时）上清液中的基质浓度最低。所以，SBR运行过程中混合液体积和基质浓度均是变化的，基质降解是非稳态的。

4.溶解氧周期性变化

　　SBR在反应阶段是曝气的，微生物通常处于好氧状态，在沉淀阶段和排水阶段不曝气，微生物处于缺氧状态，而进水阶段根据具体处理要求及原水指标可曝气或不曝气。因此，反应池中溶解氧是周期性变化的。

1.2 SBR的主要优点

1.工艺简单，占地面积小，投资较低

　　SBR的核心构筑物为反应池，没有二沉池及污泥回流设施，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、占地面积省、投资较低。

2.曝气阶段生化反应推动力大

在SBR反应池中，基质浓度由高到低。反应结束时上清液的基质浓度即为出水浓度，换而言之，反应阶段基质浓度均高于出水浓度。在连续流完全混合活性污泥法中，曝气池中的基质浓度等于二沉池出水的基质浓度。 根据基质降解反应动力学原理，曝气池中的基质浓度愈高，其反应推动力愈大，基质降解速率愈高。在SBR反应池中，虽然混合液呈完全混合状态，但其底物浓度和微生物浓度却随时间变化，换句话说，底物浓度变化在时间上是一个较理想的推流过程，生化反应推动力较大。所以，当出水基质浓度一定时， SBR曝气阶段的基质降解速率高于连续流完全混合式活性污泥法。从这个意义上，采用SBR工艺有利于减少曝气池容积，从而降低工程投资。

3.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。
　　由于丝状菌的比表面积比菌胶团大，因此，有利于摄取低浓度底物，但一般丝状菌的比增殖速率比非丝状菌小，在高底物浓度下菌胶团和丝状菌都以较大速率降解底物与增殖，但由于胶团细菌比增殖速率较大，其增殖量也较大，从而较丝状菌占优势。而SBR反应池中存在着较大的浓度梯度，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菌胶团细菌，使其成为曝气池中的优势菌属，有效地抑制丝状菌的生长和繁殖，克服污泥膨胀，从而提高系统的运行稳定性。

4.运行灵活，抗冲击能力强，可实现不同的处理目标

SBR是按时间顺序运行的，各阶段的长短均可根据进水、出水水质及污水量的变化灵活调整，可以在满足排放标准的条件下达到经济运行的目的。
SBR集曝气、沉淀等功能于一体，池容相对较大，抗水质、水量冲击能力较大。此外，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。
当进行脱氮除磷时，可通过间断曝气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.应用于间歇排水，且水量较小的场合更显简单和节省投资优势。
6.运行稳定性好。
7.较高的基质去除率。
8.剩余污泥量小，性质稳定，降低了污泥处理费用。

1.3 SBR设计和应用中应注意的问题

1.水量平衡

SBR反应池的进水和出水均为间断的，而处理的污水无论是间断还是连续进入污水处理厂，两者之间都存在水量的匹配问题，影响SBR反应池的设计参数，也会影响调节池的取设及调节池容积的大小。

2.控制方式的选择

一般情况下，SBR采用自动控制方式兼具手动操作功能。后者便于手动调试和自控系统故障时使用，前者便于日常工作使用。但当处理小水量、高浓度工业废水时，由于反应周期长，往往一天只排一次水，采用手动操作工作量不大，只设计手动操作比较经济可靠。

3.曝气方式的选择

间断曝气的运行方式，容易使水渗入曝气头内部，进入供气支管中，再次曝气时增大了管道阻力，也会造成污泥堵塞微孔。所以，在选择曝气头时要尽量采用不堵塞的曝气形式，如穿孔管、水下曝气机、伞式曝气器、螺旋曝气器等。当采用微孔曝气时应采用强度高的橡胶曝气盘或管，当停止曝气时，微孔闭合，曝气时开启，不易造成微孔堵塞。

4.排水方式的选择

SBR沉淀结束需及时将上清液排出，排水时应尽可能均匀排出，不干扰沉淀在池底的污泥层。同时，还应防止水面的漂浮物随水流排出。目前，常见的排水方式有固定式的，如沿水池不同深度设置出水管，从上到下依次开启，优点是排水设备简单、投资少，缺点是开启阀门多、排水管中会积存部分污泥，造成初期出水水质差。浮动式排水装置和旋转式排水装置虽然价格高，但排水均匀、排水量可调节、对底部污泥干扰小，又能防止水面漂浮物随出水排出，因此，这两种排水装置目前应用较多，尤其旋转式排水装置，又称滗水器，以操作灵活、运行稳定性高等优点受到设计人员和用户的青睐。

5.需要注意的其它问题

(1) 浮渣和沉渣的排除方法
(2) 排水比的确定
(3) 雨季对池内水位的影响及控制
(4) 排泥时机及泥龄控制
(5) 反应池的长宽比
(6) SBR间断进水、间断排水与前处理及后续处理构筑物的高程及水量匹配问题。
(7) SBR处理工业废水时，曝气时间最好通过试验确定，对一些难度较大的工业废水，SBR最好与厌氧或物化工艺结合使用，此时，一定要注意相互间的匹配问题。

1.4 SBR的经济性

根据目前国内外SBR应用实例和作者的经验，SBR在日处理水量10000m³/d以下时，与其他方法相比具有一定的经济优势（包括投资和运转费用）。当需采用多种工艺串联使用时，如在SBR的前或后有其它串联处理工艺时，由于工艺匹配方面的影响使整体的经济优势显著降低，此时，要进行详细的经济比较，以确定采用SBR还是其它好氧处理工艺。一般情况下，仅采用SBR就可实现达标排放时，选择SBR是最理想的，其经济性也就更加突出。
　　 由于SBR的曝气是间断的，利于氧的转移，曝气时间还可根据水质、水量变化灵活调整，也为降低运行成本创造了条件。总体而言，SBR的运行费用比传统活性污泥法低。

2CASS工艺的技术经济评价

　　CASS工艺集曝气与沉淀于同一池内，取消了常规活性污泥法的一沉池和二沉池，其工作过程分为曝气、沉淀和排水三个阶段，运行中可根据进水水质和排放标准控制运行参数，如有机负荷、工作周期、水力停留时间等。该方法在美国的明尼苏达州草原市污水处理厂、俄亥俄州托莱多废水处理厂、密执安州地区废水处理厂、纽约长岛赛尔顿废水处理厂、新墨西哥州造纸厂废水处理站得到应用，并获得了良好的处理效果。为将该工艺引进、消化，探讨适合我国国情的新型污水处理新工艺，总装备部工程设计研究总院环保中心于1994年在实验室进行了模拟试验研究，为以后的工程设计提供了宝贵的设计参数。

2.1 CASS工艺的主要技术特征

1.连续进水，间断排水

污水排放大都是连续或半连续的，CASS工艺比较适合这样的排水特点。虽然CASS工艺设计时均考虑为连续进水，但在实际运行中即使有时间断进水，也不影响处理系统的运行，只是会增加一些能耗。CASS工艺设计时可采用一个或两个以上池子并联运行。

2.运行上的时序性

CASS反应池通常按曝气、沉淀、排水和闲置四个阶段根据时间依次进行。

3.运行过程的非稳态性

每个工作周期内排水开始时CASS池内液位最高，排水结束时，液位最低，液位的变化幅度取决于排水比，而排水比与处理废水的浓度、排放标准及生物降解的难易程度等有关。反应池内混合液体积和基质浓度均是变化的，基质降解是非稳态的。

4.溶解氧周期性变化

　　CASS在反应阶段是曝气的，在沉淀阶段和排水阶段不曝气，因此，反应池中溶解氧是周期性变化的。

2.2 CASS工艺的主要优点

1.工艺简单，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，占地省和投资低。

2.曝气阶段生化反应推动力大

　　这有利于减少曝气池容积，降低工程投资。

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池，沉淀阶段的表面负荷比沉淀池小得多，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SV₃₀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。CASS反应池中存在较大的基质浓度梯度，而且处于缺氧、好氧交替变化之中，这样的环境条件不利于丝状微生物的优势生长，可有效防止污泥丝状膨胀。

4.运行灵活，抗冲击能力强

CASS工艺是按时间顺序运行的，各阶段的长短均可根据进水、出水水质及污水量的变化灵活调整，可以在满足排放标准的条件下达到经济运行的目的。
　　CASS工艺集曝气、沉淀等功能于一体，池容相对较大，抗水质、水量冲击能力较大。当进行脱氮除磷时，可通过间断曝气控制反应池的溶解水平，提高脱氮除磷的效果。

5.CASS工艺可应用于大型、中型及小型污水处理工程，比SBR工艺适用范围更广泛；连续进水的设计和运行方式，一方面便于与前处理构筑物的匹配，另一方面控制系统比SBR工艺更简单。
6.运行稳定性好。
7.基质去除率较高。
8.剩余污泥量小，性质稳定。

2.3 CASS设计中应注意的问题

1.水量平衡

工业废水和生活污水的排放通常是不均匀的,如何充分发挥CASS反应池的作用，与选择的设计流量关系很大，如果设计流量不合适，进水高峰时水位会超过上限，进水量小时反应池不能充分利用。当水量波动较大时，应考虑设置调节池。

2.控制方式的选择

一般情况下，CASS工艺采用自动控制和手动操作两种方式。后者便于手动调试和自控系统故障时使用，前者日常工作使用。

3.曝气方式的选择

间断曝气容易造成污泥堵塞微孔。所以，在选择曝气头时要尽量采用不堵塞的曝气形式，这一点与SBR工艺相同。

4.排水方式的选择

CASS工艺的排水要求与SBR相同，目前，常用的设备为旋转式撇水机，其优点是排水均匀、排水量可调节、对底部污泥干扰小，又能防止水面漂浮物随水排出。

5.需要注意的其它问题

(1)浮渣和沉渣的排除方法
(2)排水比的确定
(3)雨季对池内水位的影响及控制
(4)排泥时机及泥龄控制
(5)反应池的长宽比
(6)间断排水与后续处理构筑物的高程及水量匹配问题。

2.4 CASS的经济性

实践证明，CASS工艺日处理水量小则几百立方米，大则几十万立方米，只要设计合理，与其它方法相比具有一定的经济优势。它比传统活性污泥法节省投资20%-30%，节省土地30%以上。当需采用多种工艺串联使用时，如在CASS工艺后有其它处理工艺时，通常要增加中间水池和提升设备,将影响整体的经济优势，此时，要进行详细的技术经济比较，以确定采用CASS工艺还是其它好氧处理工艺。
由于CASS工艺的曝气是间断的，利于氧的转移，曝气时间还可根据水质、水量变化灵活调整，均为降低运行成本创造了条件。总体而言，CASS工艺的运行费用比传统活性污泥法稍低。