淺析溶解氧對CASS工藝的影響

（徐州大眾水務運營有限公司，江蘇徐州市，221000）王 永

（Cyclic Activated Sludge System）又稱為循環活性污泥工藝，CASS法是在間歇式活性污泥法（SBR法）的基礎上演變而來的，它是在CASS反應池前部設置了生物選擇區，后部設置了可升降的自動潷水裝置。其工作過程可分為曝氣、沉淀、排水和閑置四個階段，周期循環進行。污水連續進入預反應區，經過隔墻底部進入主反應區，在保證供氧的條件下，使有機物被池中的微生物降解。這個特性決定CASS池在反應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指標的去除效果，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去除率分析

三八河污水處理廠三期工程設計日處理規模為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。尾水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB189198-2002）中一級A標準。其進水主要為收集區內城市生活污水，占比超過95%，可生化性較好。進水各項指標呈季節性變化，相對比較穩定。從全年數據看，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。設計四格池子依次進水、潷水，基本形成連續進水和連續排水。設備基本做到自動運行，主要通過時序，輔以液位控制。調試階段，為了確定最佳曝氣量，通過固定其他參數（曝氣時長、污泥濃度、回流比等），使得被測CASS池相對在一個穩定的狀態下進行試驗。僅對CASS池的曝氣量進行調節，分別取峰值為0.5mg/L、1.5mg/L、2.5mg/L、3.5mg/L、4.5mg/L五種狀態跟蹤觀察。因工程設計采用前置加藥輔助化學除磷，故生物反應段除磷效果未做測試，試驗主要根據對CODcr、NH3-N和TN三個指標的去除率變化進行研究。

1.1 DO峰值對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，可發現CASS工藝在不同DO峰值水平下對有機物的去除效果均有不錯表現，從節能及CODcr穩定達標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，NH3-N受影響更為明顯。如下圖：

圖2 NH3-N去除率趨勢圖

因進水NH3-N濃度均值長期穩定在40mg/L左右，故DO峰值落在1.5mg/L以下時，CASS池出水NH3-N指標實際檢測已超標（大于5mg/L），影響正常排水。實際運行中DO峰值大于2.5mg/L，即使面對偶爾的高濃度進水，出水氨氮指標達標率亦能做到100%。

1.3 DO峰值對總氮去除率的影響

TN的去除率與DO峰值變化關系稍微復雜些，在相對較低溶解氧水平時，隨著DO峰值提高，TN去除率也提高；但當溶解氧在較高水平時，隨著DO峰值提高，TN去除率反而有所下降。這一點和CODcr、NH3-N的變化確實不同，較高的曝氣量大大加強了溶解氧對微生物絮體的穿透力,微生物絮體內部缺氧區的比例減少,抑制了反硝化過程的進行；另一方面有機物得到了充分氧化，反硝化可利用碳源顯得不足，不利于反硝化反應，故導致TN的去除率降低。見下圖：

圖3 TN去除率趨勢圖

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

結合CODcr、NH3-N和TN指標的去除率，TN指標制約整體穩定達標排放，故選擇將DO峰值控制在3mg/L左右比較穩妥。

2 DO曲線對控制DO峰值的參考意義

實際運行中，由于四格池子的運行為自動模式，即進水提升泵和鼓風機處于連續運轉狀態，通過進水和進氣電動閥門的切換來改變各CASS池運行狀態，進而實現系統的連續運行。現場為將DO峰值控制在3mg/L左右，通過固定風機的運行功率來完成，由于曝氣時長是相同的，相當于曝氣總量對于每個池子也是固定的。此時，各個CASS池排水雖然均能穩定達標，但仍有稍許差異，主要體現在同一個池子指標去除率相對穩定且有一定延續性，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去除率一直相對較高。通過調取中控系統同日某時段內四格CASS池在線溶解氧數據進行對比分析，發現每格池子曝氣階段的DO曲線其實存在較大差異。同樣處理水量及同樣曝氣量情況下，4#池子出現DO值二次躍升用時相對較少，其峰值也要稍高達到3.5mg/L。（詳見圖4）

圖4 DO趨勢圖

通過曲線可發現在出現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勢。化驗數據也證實了此時硝化反應已充分完成，由于該曲線在相同工況下有良好的重現性，日常運行時尤其在一些污水處理廠自控系統不夠完善，無法實現自動運行或工藝調試需要人工干預時，則可根據此規律及時調整曝氣量，將DO值二次躍升點后移或終止曝氣時間點前移，最大程度地節約能耗。

3 結語

綜上所述，DO峰值反映了CASS池一個周期內曝氣量相對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態記錄，為我們尋找合適的曝氣強度提供較為直觀的參考。

在進行不同DO峰值的試驗中，在3mg/L左右時，實現了各項指標的較高去除率。這說明該方法在CASS工藝中以時序為主，相對模糊控制方式下的可行性。而由于一個系統內每格池子的反應速度不盡相同，在CASS自控系統日趨智能需求下，將DO值二次躍升的形態變化特征作為參考，實現精確曝氣,進一步節約能耗，使得促進工藝的精細化管理成為可能。