CASS 工藝運行方式及其對生物脫氮效果的影響

何亞鵬 高偉業 陳健彬

（瀚藍環境股份有限公司 廣東佛山 528251）

隨著工業和農業的不斷發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化問題給水處理帶來了一定的難度。周期循環活性污泥法（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、運行成本低、不易發生活性污泥膨脹等優點而受到廣泛的關注，事實上，CASS工藝本身的脫氮除磷功能只是其諸多功能中的一個方面，并且其脫氮效果受到運行方式的影響。CASS是在續批式活性污泥法（SBR）的基礎上發展起來的，傳統的CASS的組成方式是幾個SBR反應器通過串聯的方式組合在一起，在運行過程中通過對運行方式如進水、曝氣、沉淀、出水等工序調節從而控制整個CASS工藝的運行狀態，達到不同的處理效果。

1 CASS 工藝原理及試驗方法

1.1 CASS 工藝原理

常規的CASS工藝流程如圖1所示，其與SBR工藝流程的區別就在于在主反應池的前段增設了生物選擇區，在主反應池增設了潷水器，因此在運行過程中進水先要通過生物選擇區，在生物選擇區通過生物酶的作用可使污水中的大量有機溶質得到降解，并且可有效調節污水的pH值，抑制絲狀菌的生長，有效避免了主反應區內活性污泥膨脹，與此同時，生物選擇區還作為CASS主反應區的緩沖區對進水量具有調節作用，對主反應區起到很好的緩沖作用。污水在經過生物選擇區進入主反應區后經過曝氣、沉淀后，如果達到設計的排水水位則潷水器會自動運行使反應池上清液通過抽吸泵排出，達到連續進水，間歇排水的目的。和傳統的污水處理工藝相比，CASS工藝省去了二沉池等大型構筑物，可在一個反應器內實現曝氣、沉淀、出水等多個功能。

圖1 CASS 處理廢水工藝流程示意圖

1.2 試驗方法及標準

1.2.1 試驗用水

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

表1 試驗用水樣品1 水質參數

表2 試驗用水樣品2 水質參數

1.2.2 試驗裝置

本文采用體積均為15m3的A、B、C、D四個CASS反應器串聯組成試驗裝置，如圖2所示，其中A反應器作為整個裝置的生物選擇區，平均分成三個部分，每部分均通過管線和閥門相連；B、C、D 串 聯作為主反應區，氣體管線、污泥管線和進水、排水管線均各自連通，可通過控制閥門實現不同的工藝類型，如A反應區可以單獨向B或C或D池配水，也可向B和C、C和D甚至B、C、D同時配水，因此可模擬CASS工藝不同的運行方式，便于分析運行方式對水處理結果的影響。

1.2.3 分析方法

2 CASS 污水處理工藝的運行

如圖2所示，在經過格柵、沉砂池等預處理工序后，污水進入到A反應區中，根據進水水量的多少以及水質情況（水處理前的分析得出）決定生物選擇區的開啟程度，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，根據酶的快速轉移原理，在A區內的活性污泥中大量微生物會吸附污水中的有機物溶質，通過降解作用達到去除部分污染物的目的，一方面減輕主反應區處理負荷，另一方面防止了污泥膨脹的發生，使水處理能夠持續有效的進行。被預處理的污水進入到B、C、D組成的主反應區內，通過曝氣、沉淀的過程除去有機污染物，在達到預定水位時，通過潷水器自動從水面開始排水，排出上清液后潷水器關閉，繼續進行進水、曝氣、沉淀、排水的循環工序。在水處理過程中，根據厭氧池的需要將主反應池底的活性污泥回流至厭氧池中，剩余的污泥被排出，經壓縮成泥餅后外運。付朝臣等通過對反應溫度、污泥回流比、溶解氧（DO）、碳源、pH值等的優化，氨氮去除率達到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的活性污泥量是否能夠有效保證，在系統按照傳統方式運行時，活性污泥一般是隨時由污泥泵抽吸作用下從SBR池底回流至厭氧池中，但由于在運行過程中主反應池內本身活性污泥的濃度不高，導致回流后厭氧池內的活性污泥濃度得不到保障，因此會影響水處理效果。本文通過對圖2反應裝置的充分利用，通過控制閥門的方式將CASS處理工藝設置為矩陣運行的方式，本文為說明方便，選用A、B、C三個反應器組成CASS工藝，具體運行方式如表3所示：以180min為一次水處理周期，其中進水并曝氣、出水、曝氣、沉淀四個步驟各占45min，A池以45min為間隔周期分別向B池、C池配水，在B池或C池中的污水經過曝氣、沉淀后達到潷水器設定標準后開始出水，當出水至池內總水量的1/3時污泥泵開始工作使活性污泥回流至厭氧池內，由于此時主反應池內的水量較少，導致活性污泥的濃度較高，并且由于矩陣運行方式的設計，使高濃度的活性污泥不斷被回流到厭氧池內，從而能夠滿足厭氧池生物處理的需要。經分析結果顯示：經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，達到了國家排放標準；而對于氮含量較高的樣品2，經過處理后的NH4+-N含量為4.23mg/L，而TN含量仍然高達21.52mg/L，可見此種CASS工藝對NH4+-N有很好的去除效果，而對TN含量本身就高的進水其處理達不到預期的效果，因此需要對CASS工藝的運行方式采取一定的措施進行改進。

表3 CASS 工藝矩陣運行方式

3.2 CASS 工藝運行方式的改進以及對TN 去除的影響

經研究發現，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需要耗費大量的COD，經過測定，污水中的COD經好氧過程的去除率達到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區前設置一缺氧區，改進后的CASS工藝運行方式如表4所示：

通過在厭氧池內生物降解后的污水進入到缺氧池，利用反硝化菌對進行處理，使之可以轉化為無污染的氮氣；另外，在好氧段的主反應池排水后，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，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，經測定，樣品2污水通過改進后的工藝處理后其TN含量為12.46mg/L，完全達到國家污水排放標準的規定。

表4 改進型CASS 工藝矩陣運行方式

4 結語

4.1 CASS污水處理工藝的運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的活性污泥濃度，通過設置矩陣式的運行方式有利于保證用于厭氧生物反應的活性污泥數量。結果表明，在進水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經處理后的和TN含量分別為4.11mg/L和6.20mg/L，達到國家污水排放標準。

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

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