浅析溶解氧对CASS工艺的影响

（徐州大众水务运营有限公司，江苏徐州市，221000）王 永

（Cyclic Activated Sludge System）又称为循环活性污泥工艺，CASS法是在间歇式活性污泥法（SBR法）的基础上演变而来的，它是在CASS反应池前部设置了生物选择区，后部设置了可升降的自动滗水装置。其工作过程可分为曝气、沉淀、排水和闲置四个阶段，周期循环进行。污水连续进入预反应区，经过隔墙底部进入主反应区，在保证供氧的条件下，使有机物被池中的微生物降解。这个特性决定CASS池在反应过程中溶解氧水平是大幅变化的，而溶解氧峰值水平的高低既影响各项指标的去除效果，又直接影响能耗。如何确定合适的曝气量是CASS工艺管理需要考虑的首要问题。

1 不同溶解氧水平下的指标去除率分析

三八河污水处理厂三期工程设计日处理规模为5万吨，主体工艺为CASS工艺，该工程共两组四格CASS池，池长70m、宽20m，有效水深7m。尾水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB189198-2002）中一级A标准。其进水主要为收集区内城市生活污水，占比超过95%，可生化性较好。进水各项指标呈季节性变化，相对比较稳定。从全年数据看，其中CODcr均值约为180mg/L，氨氮均值约为40mg/L，总氮均值约为45mg/L。设计四格池子依次进水、滗水，基本形成连续进水和连续排水。设备基本做到自动运行，主要通过时序，辅以液位控制。调试阶段，为了确定最佳曝气量，通过固定其他参数（曝气时长、污泥浓度、回流比等），使得被测CASS池相对在一个稳定的状态下进行试验。仅对CASS池的曝气量进行调节，分别取峰值为0.5mg/L、1.5mg/L、2.5mg/L、3.5mg/L、4.5mg/L五种状态跟踪观察。因工程设计采用前置加药辅助化学除磷，故生物反应段除磷效果未做测试，试验主要根据对CODcr、NH3-N和TN三个指标的去除率变化进行研究。

1.1 DO峰值对CODcr去除率的影响

CODcr的去除率随着DO峰值的升高而提高，但提高幅度越来越小，最后趋于不变。如下图:

图1 CODcr去降率趋势图

观察图1，可发现CASS工艺在不同DO峰值水平下对有机物的去除效果均有不错表现，从节能及CODcr稳定达标角度考虑选择溶解氧峰值水平在1.5~2.5mg/L即可。

1.2 DO峰值对氨氮去除率的影响

NH3-N的去除率随着DO峰值的升高而提高，在较低溶解氧水平时，NH3-N受影响更为明显。如下图：

图2 NH3-N去除率趋势图

因进水NH3-N浓度均值长期稳定在40mg/L左右，故DO峰值落在1.5mg/L以下时，CASS池出水NH3-N指标实际检测已超标（大于5mg/L），影响正常排水。实际运行中DO峰值大于2.5mg/L，即使面对偶尔的高浓度进水，出水氨氮指标达标率亦能做到100%。

1.3 DO峰值对总氮去除率的影响

TN的去除率与DO峰值变化关系稍微复杂些，在相对较低溶解氧水平时，随着DO峰值提高，TN去除率也提高；但当溶解氧在较高水平时，随着DO峰值提高，TN去除率反而有所下降。这一点和CODcr、NH3-N的变化确实不同，较高的曝气量大大加强了溶解氧对微生物絮体的穿透力,微生物絮体内部缺氧区的比例减少,抑制了反硝化过程的进行；另一方面有机物得到了充分氧化，反硝化可利用碳源显得不足，不利于反硝化反应，故导致TN的去除率降低。见下图：

图3 TN去除率趋势图

根据TN去除率这一变化趋势，在实际运行中曝气量调整应尽可能将DO峰值水平控制在2.5mg/L-3.5mg/L之间。（还需说明的是，TN去除率略低与进水碳氮比略低也有较大关系，而现场仅能保证最大20%的内回流比，通过投加碳源提升反硝化效果的效率显然较低。）

结合CODcr、NH3-N和TN指标的去除率，TN指标制约整体稳定达标排放，故选择将DO峰值控制在3mg/L左右比较稳妥。

2 DO曲线对控制DO峰值的参考意义

实际运行中，由于四格池子的运行为自动模式，即进水提升泵和鼓风机处于连续运转状态，通过进水和进气电动阀门的切换来改变各CASS池运行状态，进而实现系统的连续运行。现场为将DO峰值控制在3mg/L左右，通过固定风机的运行功率来完成，由于曝气时长是相同的，相当于曝气总量对于每个池子也是固定的。此时，各个CASS池排水虽然均能稳定达标，但仍有稍许差异，主要体现在同一个池子指标去除率相对稳定且有一定延续性，但池子之间存在明显差异。以NH3-N去除率为例，1#、2#、3#和4#池子的平均去除率分别为96.1%、96.3%、97.1%和99.5%，即4#池子的NH3-N去除率一直相对较高。通过调取中控系统同日某时段内四格CASS池在线溶解氧数据进行对比分析，发现每格池子曝气阶段的DO曲线其实存在较大差异。同样处理水量及同样曝气量情况下，4#池子出现DO值二次跃升用时相对较少，其峰值也要稍高达到3.5mg/L。（详见图4）

图4 DO趋势图

通过曲线可发现在出现DO值二次跃升后，曲线斜率迅速变大，反映出接下来的曝气量呈过剩态势。化验数据也证实了此时硝化反应已充分完成，由于该曲线在相同工况下有良好的重现性，日常运行时尤其在一些污水处理厂自控系统不够完善，无法实现自动运行或工艺调试需要人工干预时，则可根据此规律及时调整曝气量，将DO值二次跃升点后移或终止曝气时间点前移，最大程度地节约能耗。

3 结语

综上所述，DO峰值反映了CASS池一个周期内曝气量相对于需氧量的富余水平；而曝气阶段DO曲线则是微生物降解污染物过程的动态记录，为我们寻找合适的曝气强度提供较为直观的参考。

在进行不同DO峰值的试验中，在3mg/L左右时，实现了各项指标的较高去除率。这说明该方法在CASS工艺中以时序为主，相对模糊控制方式下的可行性。而由于一个系统内每格池子的反应速度不尽相同，在CASS自控系统日趋智能需求下，将DO值二次跃升的形态变化特征作为参考，实现精确曝气,进一步节约能耗，使得促进工艺的精细化管理成为可能。