淺析溶解氧對(duì)CASS工藝的影響

（徐州大眾水務(wù)運(yùn)營有限公司，江蘇徐州市，221000）王 永

（Cyclic Activated Sludge System）又稱為循環(huán)活性污泥工藝，CASS法是在間歇式活性污泥法（SBR法）的基礎(chǔ)上演變而來的，它是在CASS反應(yīng)池前部設(shè)置了生物選擇區(qū)，后部設(shè)置了可升降的自動(dòng)潷水裝置。其工作過程可分為曝氣、沉淀、排水和閑置四個(gè)階段，周期循環(huán)進(jìn)行。污水連續(xù)進(jìn)入預(yù)反應(yīng)區(qū)，經(jīng)過隔墻底部進(jìn)入主反應(yīng)區(qū)，在保證供氧的條件下，使有機(jī)物被池中的微生物降解。這個(gè)特性決定CASS池在反應(yīng)過程中溶解氧水平是大幅變化的，而溶解氧峰值水平的高低既影響各項(xiàng)指標(biāo)的去除效果，又直接影響能耗。如何確定合適的曝氣量是CASS工藝管理需要考慮的首要問題。

1 不同溶解氧水平下的指標(biāo)去除率分析

三八河污水處理廠三期工程設(shè)計(jì)日處理規(guī)模為5萬噸，主體工藝為CASS工藝，該工程共兩組四格CASS池，池長70m、寬20m，有效水深7m。尾水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB189198-2002）中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。其進(jìn)水主要為收集區(qū)內(nèi)城市生活污水，占比超過95%，可生化性較好。進(jìn)水各項(xiàng)指標(biāo)呈季節(jié)性變化，相對(duì)比較穩(wěn)定。從全年數(shù)據(jù)看，其中CODcr均值約為180mg/L，氨氮均值約為40mg/L，總氮均值約為45mg/L。設(shè)計(jì)四格池子依次進(jìn)水、潷水，基本形成連續(xù)進(jìn)水和連續(xù)排水。設(shè)備基本做到自動(dòng)運(yùn)行，主要通過時(shí)序，輔以液位控制。調(diào)試階段，為了確定最佳曝氣量，通過固定其他參數(shù)（曝氣時(shí)長、污泥濃度、回流比等），使得被測CASS池相對(duì)在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)。僅對(duì)CASS池的曝氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)，分別取峰值為0.5mg/L、1.5mg/L、2.5mg/L、3.5mg/L、4.5mg/L五種狀態(tài)跟蹤觀察。因工程設(shè)計(jì)采用前置加藥輔助化學(xué)除磷，故生物反應(yīng)段除磷效果未做測試，試驗(yàn)主要根據(jù)對(duì)CODcr、NH3-N和TN三個(gè)指標(biāo)的去除率變化進(jìn)行研究。

1.1 DO峰值對(duì)CODcr去除率的影響

CODcr的去除率隨著DO峰值的升高而提高，但提高幅度越來越小，最后趨于不變。如下圖:

圖1 CODcr去降率趨勢圖

觀察圖1，可發(fā)現(xiàn)CASS工藝在不同DO峰值水平下對(duì)有機(jī)物的去除效果均有不錯(cuò)表現(xiàn)，從節(jié)能及CODcr穩(wěn)定達(dá)標(biāo)角度考慮選擇溶解氧峰值水平在1.5~2.5mg/L即可。

1.2 DO峰值對(duì)氨氮去除率的影響

NH3-N的去除率隨著DO峰值的升高而提高，在較低溶解氧水平時(shí)，NH3-N受影響更為明顯。如下圖：

圖2 NH3-N去除率趨勢圖

因進(jìn)水NH3-N濃度均值長期穩(wěn)定在40mg/L左右，故DO峰值落在1.5mg/L以下時(shí)，CASS池出水NH3-N指標(biāo)實(shí)際檢測已超標(biāo)（大于5mg/L），影響正常排水。實(shí)際運(yùn)行中DO峰值大于2.5mg/L，即使面對(duì)偶爾的高濃度進(jìn)水，出水氨氮指標(biāo)達(dá)標(biāo)率亦能做到100%。

1.3 DO峰值對(duì)總氮去除率的影響

TN的去除率與DO峰值變化關(guān)系稍微復(fù)雜些，在相對(duì)較低溶解氧水平時(shí)，隨著DO峰值提高，TN去除率也提高；但當(dāng)溶解氧在較高水平時(shí)，隨著DO峰值提高，TN去除率反而有所下降。這一點(diǎn)和CODcr、NH3-N的變化確實(shí)不同，較高的曝氣量大大加強(qiáng)了溶解氧對(duì)微生物絮體的穿透力,微生物絮體內(nèi)部缺氧區(qū)的比例減少,抑制了反硝化過程的進(jìn)行；另一方面有機(jī)物得到了充分氧化，反硝化可利用碳源顯得不足，不利于反硝化反應(yīng)，故導(dǎo)致TN的去除率降低。見下圖：

圖3 TN去除率趨勢圖

根據(jù)TN去除率這一變化趨勢，在實(shí)際運(yùn)行中曝氣量調(diào)整應(yīng)盡可能將DO峰值水平控制在2.5mg/L-3.5mg/L之間。（還需說明的是，TN去除率略低與進(jìn)水碳氮比略低也有較大關(guān)系，而現(xiàn)場僅能保證最大20%的內(nèi)回流比，通過投加碳源提升反硝化效果的效率顯然較低。）

結(jié)合CODcr、NH3-N和TN指標(biāo)的去除率，TN指標(biāo)制約整體穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，故選擇將DO峰值控制在3mg/L左右比較穩(wěn)妥。

2 DO曲線對(duì)控制DO峰值的參考意義

實(shí)際運(yùn)行中，由于四格池子的運(yùn)行為自動(dòng)模式，即進(jìn)水提升泵和鼓風(fēng)機(jī)處于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，通過進(jìn)水和進(jìn)氣電動(dòng)閥門的切換來改變各CASS池運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行?，F(xiàn)場為將DO峰值控制在3mg/L左右，通過固定風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率來完成，由于曝氣時(shí)長是相同的，相當(dāng)于曝氣總量對(duì)于每個(gè)池子也是固定的。此時(shí)，各個(gè)CASS池排水雖然均能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，但仍有稍許差異，主要體現(xiàn)在同一個(gè)池子指標(biāo)去除率相對(duì)穩(wěn)定且有一定延續(xù)性，但池子之間存在明顯差異。以NH3-N去除率為例，1#、2#、3#和4#池子的平均去除率分別為96.1%、96.3%、97.1%和99.5%，即4#池子的NH3-N去除率一直相對(duì)較高。通過調(diào)取中控系統(tǒng)同日某時(shí)段內(nèi)四格CASS池在線溶解氧數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)每格池子曝氣階段的DO曲線其實(shí)存在較大差異。同樣處理水量及同樣曝氣量情況下，4#池子出現(xiàn)DO值二次躍升用時(shí)相對(duì)較少，其峰值也要稍高達(dá)到3.5mg/L。（詳見圖4）

圖4 DO趨勢圖

通過曲線可發(fā)現(xiàn)在出現(xiàn)DO值二次躍升后，曲線斜率迅速變大，反映出接下來的曝氣量呈過剩態(tài)勢。化驗(yàn)數(shù)據(jù)也證實(shí)了此時(shí)硝化反應(yīng)已充分完成，由于該曲線在相同工況下有良好的重現(xiàn)性，日常運(yùn)行時(shí)尤其在一些污水處理廠自控系統(tǒng)不夠完善，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行或工藝調(diào)試需要人工干預(yù)時(shí)，則可根據(jù)此規(guī)律及時(shí)調(diào)整曝氣量，將DO值二次躍升點(diǎn)后移或終止曝氣時(shí)間點(diǎn)前移，最大程度地節(jié)約能耗。

3 結(jié)語

綜上所述，DO峰值反映了CASS池一個(gè)周期內(nèi)曝氣量相對(duì)于需氧量的富余水平；而曝氣階段DO曲線則是微生物降解污染物過程的動(dòng)態(tài)記錄，為我們尋找合適的曝氣強(qiáng)度提供較為直觀的參考。

在進(jìn)行不同DO峰值的試驗(yàn)中，在3mg/L左右時(shí)，實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)指標(biāo)的較高去除率。這說明該方法在CASS工藝中以時(shí)序?yàn)橹?，相?duì)模糊控制方式下的可行性。而由于一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)每格池子的反應(yīng)速度不盡相同，在CASS自控系統(tǒng)日趨智能需求下，將DO值二次躍升的形態(tài)變化特征作為參考，實(shí)現(xiàn)精確曝氣,進(jìn)一步節(jié)約能耗，使得促進(jìn)工藝的精細(xì)化管理成為可能。