CASS工艺脱氮除磷改造工程

摘要：在原CASS工艺设计中，生物池主要分为生物选择器和主反应区，工艺运行周期为进水1小时、曝气1小时、沉淀1小时、滗水1小时，该工艺运行情况下出水TN、TP无法达到城镇排水标准，脱氮除磷效果不理想。为了进一步的进行脱氮除磷，利用小试SBR装置对工艺进行模拟，运行周期进行调整为6小时，进水50分钟后开始搅拌，搅拌1小时，曝气2.25h，沉淀0.5h，排水1.5h。模拟结果显示改造后出水可以稳定达到出水标准。

关键词：CASS工艺；脱氮除磷；改造；模拟；

Abstract: in the original CASS process design, the main pool is divided into biological selector and the main reaction zone, the process cycle for 1 hour, 1 hour aeration, the water precipitation for 1 hour, decantation water for 1 hour, the process operation conditions effluent TN, TP cannot reach town drainage standard, denitrification and phosphorus removal effect is not ideal. Utilizes the denitrification and phosphorus removal, in order to further test in SBR device for simulating technology, and to adjust the operation cycle for six hours, 50 minutes after the water mixing, stirring for 1 hour, 2.25 h aeration, precipitation 0.5 h, drainage of 1.5 h. Simulation results show that the modified water can achieve stable effluent standards.

Key words: CASS process; Nitrogen and phosphorus; Transformation; Simulation;

中图分类号：S756.2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

前言

CASS工艺全称为循环式活性污泥法（cyclic activated sludge system）与序批式反应器相比，增加了预反应区，设计更优化合理的生物反应器。该工艺将主反应区中部分剩余污泥回流至选择器中，实现了连续进水。

CASS(Cyclic Activated Sludge System)是在SBR的基础上发展起来的，即在SBR池内进水端增加了一个生物选择器，实现了连续进水(沉淀期、排水期仍连续进水)，间歇排水。设置生物选择器的主要目的是使系统选择出絮凝性细菌，其容积约占整个池子的10%。生物选择器的工艺过程遵循活性污泥的基质积累--再生理论，使活性污泥在选择器中经历一个高负荷的吸附阶段(基质积累)，随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解阶段，以完成整个基质降解的全过程和污泥再生。

1工程概述

由于原系统CASS设计存缺陷，系统脱氮除磷效果不理想，为了保证污水处理厂出水水质中总氮达到一级A标准，需要对原有生化系统进行改造，并需增加反硝化段，以进一步提高系统脱氮效率。

2 CASS工艺改造与实验结果

2.1cass工艺改造

为了保证污水处理厂出水水质中总氮达到一级A标准，需要对原有生化系统进行改造，并需增加反硝化段，以进一步提高系统脱氮效率。对生物池改造如下：在生物池曝气段增加搅拌器，取消厌氧区，改为好氧区，增加盘式曝气器，取消原有的污泥回流系统，增加滗水深度。

结合对朱砖井污水处理厂生化系统除磷脱氮的研究成果，本工程设计在不减少处理水量的前提下，通过改变每个周期的运行时间，由原设计的每周期4h改为6小时，其中进水1.25h，进水45分钟之后开始搅拌，搅拌共1h，曝气2.25h，沉淀0.5h，排水1.5h。

2.2实验内容

进水50分钟（未达到进水水位的继续进水，下阶段操作正常进行），搅拌60分钟（分别在2#和3#生物池实验高速和低速推流搅拌器），之后开始曝气，曝气时间是120到150分钟之间，通过主反应器水体中的溶解氧控制曝气时间，曝气之后沉淀30到60分钟，之后排水60分钟。一个水处理周期是4个小时，按进水水量控制闲置时间。

实验装置是直接利用CASS池进行生产性对比试验。简图如下1-1：

本CASS反应器构筑物参数不改变，运行参数进行调整，本设计选择的方案为：将CASS生物池前厌氧区取消，改为好氧区，同时改变CASS池运行时间，增加缺氧搅拌时间，此过程的主要目的增加氨化作用的效果。在此调整下本反应器变成了完全混合型反应器，因此会降低生物反应速率，因此设计曝气时间为3小时，为了弥补时间上的浪费，改造计划使用不完全沉淀即开始滗水的设计并考虑排水后期边排水边进水。

本实验预计达到的效果是提高TN去除率，提高硝化效率，降低能耗，但是会略微减少处理水量。本次改造在不改变构筑物结构，不需施工的情况下提高出水水质具有很高的与应用价值和经济价值。

2.3实验结果处理及分析

2.3.1实验水质分析及取样方法

该水厂实际进水为生活污水，其综合水质范围（mg·L-1）：COD 250~420、BOD5 130~230、NH4+-N 18~45、TP 4~7、SS 150~340、pH 6.8~8.5，实际进水中COD/TN约为7:1，COD/TP约为53:1，可见原水中碳源不够充足，理论上难以较好地满足工艺脱氮除磷需求。但设计考虑不投加碳源进行试验。单池出水指标均为排水0.5h左右在滗水器旁边耳池取样，缺氧搅拌结束后水样是在池中沿池长等距离取三处泥水混合样混合沉淀过滤后上清液测定。

2.3.2实验结果分析

（1）进出水氨氮去除结果

图2-1是对实验期内进出水的NH3-N数据的汇总图，图中系列一表示的是进水中所含NH3-N，系列二是实验对比池出水中NH3-N的含量，系列三对应的是实验池出水的NH3-N的含量。对比池使用的是原工艺，由图可知使用原工艺处理出水中NH3-N已达到一级B的标准，但是离一级A标准还有一些差距。系列二中是实验池使用改进工艺后的出水NH3-N数据，由图可知使用改进工艺之后出水中的NH3-N已经达到城镇污水处理一级A的排放标准，出水NH3-N低于5mg/L。

图2-1 进出水氨氮对比曲线

图2-2 氨氮去除率曲线

图2-2是使用改进工艺后的CASS池的出水的氨氮去除率曲线图。样品22的氨氮去除率最高是99.97%（进出水氨氮比较俺不考虑氨化作用的影响），样品6的氨氮去除率最低是83.42%，在工艺改造设计中氨氮的去除率是83.33%（设计进水氨氮30mg/L,出水氨氮5mg/L），工艺改造在氨氮的去除率和出水标准上都完全符合要求。

（2）进出水TN和硝态氮对比分析结果

图2-3是对比池和实验池的出水NO3--N比较曲线图，由图中曲线可以看出工艺改造后的出水中NO3--N浓度低于原工艺出水的NO3--N浓度，改造前出水NO3--N平均水平大约是12.5mg/L，改进工艺实验池出水的NO3--N平均水平大约是8.5mg/L。以上说句说明改造后的工艺的反硝化作用比较充足，这和改造计划的本意是符合的，在进水阶段增加搅拌阶段是主要目的为了促进本工艺水处理过程中的前置反硝化作用加强脱氮效果。

图2-4是进出水中TN的对比图，由于该水厂处理的是城镇污水，因此水体中TN浓度较高，要高于设计进水TN浓度，平均值接近50mg/L。图上可以清楚的看出在出水TN浓度上，实验池的水质要比对比池的水质好（编号1和编号25的数据属于进水异常，没有太大的参考意义）。对比池的出水TN浓度在18mg/L-19mg/L之间，低于城镇污水排放一级B标准的20mg/L，但是忍让打不到一级A排放标准。实验期间实验池的出水TN浓度平均值为14.90mg/L，城镇污水排放一级A标准的TN要求是达到15mg/L。综上可知本次试验计划的脱氮部分完全达到要求能实现一级A的排放标准。

图2-3 出水NO3--N浓度对比曲线图

图2-4进出水TN对比曲线图

图2-5 TN去除率对比曲线图

图2-5是本次实验的TN去除率和设计去除率对比图，在改造计划中设计TN去除率为63.3%（设计进水TN45mg/L,出水TN15mg/L），由图知在改造前的原处理工艺中出水TN的去除率平均水平在63%左右，改造后的工艺中出水TN的去除率平均水平为70%.因此改造后的工艺对脱氮效果的改善比较明显，能提高7%左右的TN去除率，并使TN达到一级A排放标准。

（3）进出水磷结果对比分析

图2-6是试验期内进出水的磷酸盐浓度对比曲线图，图中明确表示进出水中的磷酸盐的浓度，在原设计工艺下运行处理的出水中磷酸盐的浓度在2mg/L左右，出水磷酸盐浓度不稳定，受排泥影响较明显。实验池出水中磷酸盐的浓度低于1.5mg/L达到一级B的排放标准，低于改造计划的除磷预期2mg/L。在过程样的试验中将研究搅拌阶段的释磷过程。

图2-7是原工艺状态下的设计出水、实际出水和实验池出水的TP的去除率比较曲线。在原设计和改造计划设计水质中TP的修正值6.0mg/L，以此为基础以磷酸盐计出水中TP来计算该工艺的TP去除率。在原工艺处理下出水的TP去除率超过65%左右，改造计划实验池的吹水TP去除率超过75%，比改造前的去除率提高了是个百分点，并且完全符合改造计划中的预期要求。

图2-6进出水中磷酸盐对比曲线图

图2-7 出水TP去除率对比曲线（以磷酸盐计）

（4）新增反硝化和释磷过程结果分析

过程样研主要研究的是搅拌阶段的释磷过程和反硝化过程。

图2-8过程样释磷过程折线图

图2-8反应的是在两次过程样测定实验中的磷酸盐浓，分别取实验池进水开始0分钟、10分钟、30分钟、60分钟、90分钟、120分钟的水样进行测定，水样现取现过滤密封装在取样瓶中。在改造工艺中进水和搅拌阶段共有2小时，过程样研究的就是在缺氧阶段的释磷和反硝化过程。由图看出改造工艺后水体中磷酸盐浓度为5-6mg/L，由于排水阶段将排出三分之一的水体，剩下的三分之二部分存水将会和新进污水混合，起到对污水的稀释作用。进水的TP（主要部分为磷酸盐，本处假设全部为磷酸盐）为6mg/L,存水的磷酸盐浓度由图2-6可知为1.5mg/L，则在生物释磷之前进满水时水体中的磷酸盐浓度为3.3mg/L，而对应的此时水中实际的磷酸盐浓度为4-5mg/L，以上说明在进水搅拌阶段释磷过程确实发生并且有比较明显的效果。

图2-9过程样硝态氮浓度曲线

图2-9表示的是在进水和搅拌阶段的水体中硝态氮的浓度曲线。在进水开始阶段硝态氮浓度最高有9mg/L，这时的硝态氮浓度是上阶段出水的浓度，随着在进水阶段和搅拌阶段的反硝化作用的进行，水中的硝态氮浓度逐渐降低，搅拌结束后反硝化作用基本停止，然后在曝气阶段新进水体中的氨氮进行硝化作用，水中的硝态氮被存水稀释。该处CASS工艺的除氮主要靠以上模式的前置反硝化作用和稀释作用来降低出水中的硝态氮。

实验结果证明改造计划能达到设计要求，使出水TN各项数据达到城镇污水排放一级A标准。本次改造试验强化脱氮除磷的机理是加强缺氧阶段的某些生化反应，提高这阶段的处理效果。

总结

生物脱氮主要由氨化作用、硝化作用和反硝化作用三个部分组成，反硝化作用是在缺氧的条件下完成的，氨化作用是在厌氧的条件下完成的。在原来的工艺设计中，反应器分为2个区，生物选择器和主反应区，运行周期为进水1小时，曝气1小时，沉淀1小时，滗水1小时，该模式运行下脱氮除磷效果不理想。改造后增加搅拌阶段，增加反硝化和释磷阶段，脱氮除磷效果明显增加。