CASS 工藝運(yùn)行方式及其對生物脫氮效果的影響

何亞鵬 高偉業(yè) 陳健彬

（瀚藍(lán)環(huán)境股份有限公司 廣東佛山 528251）

隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展以及城市居民生活水平的提高，污水中的氮元素含量越來越高，由此帶來的水體富養(yǎng)化問題給水處理帶來了一定的難度。周期循環(huán)活性污泥法（Cyclic Activated Sludge System，CASS）是一種新型污水處理工藝，由于工藝簡單、占地面積小、運(yùn)行成本低、不易發(fā)生活性污泥膨脹等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的關(guān)注，事實(shí)上，CASS工藝本身的脫氮除磷功能只是其諸多功能中的一個(gè)方面，并且其脫氮效果受到運(yùn)行方式的影響。CASS是在續(xù)批式活性污泥法（SBR）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，傳統(tǒng)的CASS的組成方式是幾個(gè)SBR反應(yīng)器通過串聯(lián)的方式組合在一起，在運(yùn)行過程中通過對運(yùn)行方式如進(jìn)水、曝氣、沉淀、出水等工序調(diào)節(jié)從而控制整個(gè)CASS工藝的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到不同的處理效果。

1 CASS 工藝原理及試驗(yàn)方法

1.1 CASS 工藝原理

常規(guī)的CASS工藝流程如圖1所示，其與SBR工藝流程的區(qū)別就在于在主反應(yīng)池的前段增設(shè)了生物選擇區(qū)，在主反應(yīng)池增設(shè)了潷水器，因此在運(yùn)行過程中進(jìn)水先要通過生物選擇區(qū)，在生物選擇區(qū)通過生物酶的作用可使污水中的大量有機(jī)溶質(zhì)得到降解，并且可有效調(diào)節(jié)污水的pH值，抑制絲狀菌的生長，有效避免了主反應(yīng)區(qū)內(nèi)活性污泥膨脹，與此同時(shí)，生物選擇區(qū)還作為CASS主反應(yīng)區(qū)的緩沖區(qū)對進(jìn)水量具有調(diào)節(jié)作用，對主反應(yīng)區(qū)起到很好的緩沖作用。污水在經(jīng)過生物選擇區(qū)進(jìn)入主反應(yīng)區(qū)后經(jīng)過曝氣、沉淀后，如果達(dá)到設(shè)計(jì)的排水水位則潷水器會(huì)自動(dòng)運(yùn)行使反應(yīng)池上清液通過抽吸泵排出，達(dá)到連續(xù)進(jìn)水，間歇排水的目的。和傳統(tǒng)的污水處理工藝相比，CASS工藝省去了二沉池等大型構(gòu)筑物，可在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)曝氣、沉淀、出水等多個(gè)功能。

圖1 CASS 處理廢水工藝流程示意圖

1.2 試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 試驗(yàn)用水

本文試驗(yàn)用水分別取自某市政污水處理廠的進(jìn)水（樣品1）和工業(yè)排放的污水（樣品2），其水中污染物的參數(shù)如表1和表2所示。

表1 試驗(yàn)用水樣品1 水質(zhì)參數(shù)

表2 試驗(yàn)用水樣品2 水質(zhì)參數(shù)

1.2.2 試驗(yàn)裝置

本文采用體積均為15m3的A、B、C、D四個(gè)CASS反應(yīng)器串聯(lián)組成試驗(yàn)裝置，如圖2所示，其中A反應(yīng)器作為整個(gè)裝置的生物選擇區(qū)，平均分成三個(gè)部分，每部分均通過管線和閥門相連；B、C、D 串 聯(lián)作為主反應(yīng)區(qū)，氣體管線、污泥管線和進(jìn)水、排水管線均各自連通，可通過控制閥門實(shí)現(xiàn)不同的工藝類型，如A反應(yīng)區(qū)可以單獨(dú)向B或C或D池配水，也可向B和C、C和D甚至B、C、D同時(shí)配水，因此可模擬CASS工藝不同的運(yùn)行方式，便于分析運(yùn)行方式對水處理結(jié)果的影響。

1.2.3 分析方法

2 CASS 污水處理工藝的運(yùn)行

如圖2所示，在經(jīng)過格柵、沉砂池等預(yù)處理工序后，污水進(jìn)入到A反應(yīng)區(qū)中，根據(jù)進(jìn)水水量的多少以及水質(zhì)情況（水處理前的分析得出）決定生物選擇區(qū)的開啟程度，比如水量低、污染物濃度低則僅需開啟A1池作為生物選擇區(qū)，根據(jù)酶的快速轉(zhuǎn)移原理，在A區(qū)內(nèi)的活性污泥中大量微生物會(huì)吸附污水中的有機(jī)物溶質(zhì)，通過降解作用達(dá)到去除部分污染物的目的，一方面減輕主反應(yīng)區(qū)處理負(fù)荷，另一方面防止了污泥膨脹的發(fā)生，使水處理能夠持續(xù)有效的進(jìn)行。被預(yù)處理的污水進(jìn)入到B、C、D組成的主反應(yīng)區(qū)內(nèi)，通過曝氣、沉淀的過程除去有機(jī)污染物，在達(dá)到預(yù)定水位時(shí)，通過潷水器自動(dòng)從水面開始排水，排出上清液后潷水器關(guān)閉，繼續(xù)進(jìn)行進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水的循環(huán)工序。在水處理過程中，根據(jù)厭氧池的需要將主反應(yīng)池底的活性污泥回流至厭氧池中，剩余的污泥被排出，經(jīng)壓縮成泥餅后外運(yùn)。付朝臣等通過對反應(yīng)溫度、污泥回流比、溶解氧（DO）、碳源、pH值等的優(yōu)化，氨氮去除率達(dá)到80%以上，總氮去除率為70%以上。

3 CASS 工藝對除氮效果的影響分析及改進(jìn)措施

3.1 CASS 工藝對除氮效果的影響

CASS工藝的除氮效果或者污水處理效果是否可以得到保證，主要取決于厭氧池內(nèi)的活性污泥量是否能夠有效保證，在系統(tǒng)按照傳統(tǒng)方式運(yùn)行時(shí)，活性污泥一般是隨時(shí)由污泥泵抽吸作用下從SBR池底回流至厭氧池中，但由于在運(yùn)行過程中主反應(yīng)池內(nèi)本身活性污泥的濃度不高，導(dǎo)致回流后厭氧池內(nèi)的活性污泥濃度得不到保障，因此會(huì)影響水處理效果。本文通過對圖2反應(yīng)裝置的充分利用，通過控制閥門的方式將CASS處理工藝設(shè)置為矩陣運(yùn)行的方式，本文為說明方便，選用A、B、C三個(gè)反應(yīng)器組成CASS工藝，具體運(yùn)行方式如表3所示：以180min為一次水處理周期，其中進(jìn)水并曝氣、出水、曝氣、沉淀四個(gè)步驟各占45min，A池以45min為間隔周期分別向B池、C池配水，在B池或C池中的污水經(jīng)過曝氣、沉淀后達(dá)到潷水器設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)后開始出水，當(dāng)出水至池內(nèi)總水量的1/3時(shí)污泥泵開始工作使活性污泥回流至厭氧池內(nèi)，由于此時(shí)主反應(yīng)池內(nèi)的水量較少，導(dǎo)致活性污泥的濃度較高，并且由于矩陣運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)，使高濃度的活性污泥不斷被回流到厭氧池內(nèi)，從而能夠滿足厭氧池生物處理的需要。經(jīng)分析結(jié)果顯示：經(jīng)過處理后出水中樣品1的NH4+-N和TN含量分別為4.11mg/L和6.20mg/L，達(dá)到了國家排放標(biāo)準(zhǔn)；而對于氮含量較高的樣品2，經(jīng)過處理后的NH4+-N含量為4.23mg/L，而TN含量仍然高達(dá)21.52mg/L，可見此種CASS工藝對NH4+-N有很好的去除效果，而對TN含量本身就高的進(jìn)水其處理達(dá)不到預(yù)期的效果，因此需要對CASS工藝的運(yùn)行方式采取一定的措施進(jìn)行改進(jìn)。

表3 CASS 工藝矩陣運(yùn)行方式

3.2 CASS 工藝運(yùn)行方式的改進(jìn)以及對TN 去除的影響

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，以上工藝出水中TN含量高的原因在于出水中含有大量的-N，而去除-N需要耗費(fèi)大量的COD，經(jīng)過測定，污水中的COD經(jīng)好氧過程的去除率達(dá)到90%以上，使得TN含量過高的污水-N得不到有效的去除，因此可通過有效利用污水中的COD來降解，在CASS工藝中，可通過在厭氧池后以及好氧處理的主反應(yīng)區(qū)前設(shè)置一缺氧區(qū)，改進(jìn)后的CASS工藝運(yùn)行方式如表4所示：

通過在厭氧池內(nèi)生物降解后的污水進(jìn)入到缺氧池，利用反硝化菌對進(jìn)行處理，使之可以轉(zhuǎn)化為無污染的氮?dú)?；另外，在好氧段的主反?yīng)池排水后，剩余的水體中除了活性污泥濃度高之外，未被處理掉的含量也很高，因此在排水后首先將池底沉淀的活性污泥回流至厭氧池內(nèi)，而后通過攪拌、回流的方式使含有大量再次回到缺氧池，再次通過反硝化菌處理，通過這樣的循環(huán)方式，可有效降低污水中的的含量，從而使排出的水中TN含量大大降低，經(jīng)測定，樣品2污水通過改進(jìn)后的工藝處理后其TN含量為12.46mg/L，完全達(dá)到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

表4 改進(jìn)型CASS 工藝矩陣運(yùn)行方式

4 結(jié)語

4.1 CASS污水處理工藝的運(yùn)行方式對生物脫氮的效果具有顯著的影響，為通過污泥間歇式回流的方式可以有效保證厭氧池內(nèi)的活性污泥濃度，通過設(shè)置矩陣式的運(yùn)行方式有利于保證用于厭氧生物反應(yīng)的活性污泥數(shù)量。結(jié)果表明，在進(jìn)水TN含量不高的情況下這種處理工藝可以收到很好的效果，樣品1經(jīng)處理后的和TN含量分別為4.11mg/L和6.20mg/L，達(dá)到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 傳統(tǒng)CASS污水處理工藝在處理進(jìn)水TN含量高的污水時(shí)可以有效去除，但對于TN的處理卻達(dá)不到預(yù)期效果，通過在工藝厭氧池后與好氧池前增設(shè)缺氧池的方式可有效去除污水中的TN，使之達(dá)到排放要求，樣品2經(jīng)處理后的和TN含量分別為4.23mg/L和12.46mg/L。

[1]何志茹,霍玉龍,張文勝.生物脫氮除磷技術(shù)的新動(dòng)向[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2007,(10).

[2]樊紅輝,林華東,花勇剛.CASS工藝脫氮影響因素分析[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2009,(8).

[3]柴成山，陶濤，羅鋒,等.CASS工藝運(yùn)行方式及其對生物脫氮效果的影響[J].中國給水排水,2012,（17）.

[4]付朝臣,廖日紅,王培京.CASS工藝生物脫氮除磷效果分析[J].北京水務(wù),2010,（3）.

[5]王思民,王維紅,穆玉均.CASS工藝生物脫氮過程中影響因素的探究[J].廣州化工,2013,（16）.

[6]鄭飛.CASS工藝在寒冷地區(qū)城市污水處理中的優(yōu)化運(yùn)行研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2011.