CASS工艺生物脱氮机理及影响因素

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【摘要】周期循环活性污泥法（简称cass）是以序批式活性污泥法为基础发展起来的新型污水处理工艺，其占地面积小、工艺简单、运行成本低、在运行过程中不易发生活性污泥膨胀等优点而备受关注，CASS工艺在生物脱氮除磷方面的效果已经得到了验证。本文介绍了CASS生物脱氮工艺的运行原理，分析了影响CASS工艺生物脱氮效果的因素。

【关键词】CASS工艺；生物脱氮；影响因素；污泥回流比

前言

城市工业废水以及生活废水中氮元素的含量很高，由此带来了越来越突出的水体富营养化问题，给水处理带来了麻烦，传统的污水处理工艺占地面积较大，要想达到将氮元素含量降低至排放标准以下还需要在二沉池、曝气池之外添加生物反应器，因此运行成本较高、占地面积较大，而周期循环活性污泥法（Cyclic Activated Sludge System，CASS）是一种新型污水处理工艺，是在序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process，SBR）的基础上改造而成的，由于CASS是将曝气池与生物反应器的功能用一个构筑物来实现，因此具有工艺简单、占地面积小、运行成本低、不易发生活性污泥膨胀等优点。在脱氮效果的评定上，CASS工艺的处理效果与多种因素有关，因此在工艺运行过程中要控制好各参数，以使其达到好的脱氮效果。

1、CASS生物脱氮工艺原理

常用的CASS工艺流程如图1所示，其与SBR工艺流程的区别就在于在主反应池的前段增设了生物选择区，在主反应池增设了滗水器，其运行过程为：进水先要通过生物选择区，在生物选择区通过生物酶的作用可使污水中的大量有机溶质得到降解，并且可有效调节污水的pH值，抑制丝状菌的生长，有效避免了主反应区内活性污泥膨胀，与此同时，生物选择区还作为CASS主反应区的缓冲区对进水量具有调节作用，对主反应区起到很好的缓冲作用。污水在经过生物选择区进入主反应区后经过曝气、沉淀后，如果达到设计的排水水位则滗水器会自动运行使反应池上清液通过抽吸泵排出，达到连续进水，间歇排水的目的。和传统的污水处理工艺相比，CASS工艺省去了二沉池等大型构筑物，可在一个反应器内实现曝气、沉淀、出水等多个功能，因此是一种较为先进的水处理工艺。

图1 CASS处理废水工艺流程示意图

2、CASS生物脱氮效果的影响因素

经过国内外学者研究发现，CASS生物脱氮的效果与反应器温度、溶解氧（DO）量、污泥回流比、碳源以及其他附加因素如pH值、微生物体的结构特征等。

2.1温度

CASS工艺脱氮的过程也是氨氮（NH3--N）和总氮（TN）的硝化过程，硝化程度越高则除氮效果越好。反应池内污水的温度是影响硝化程度的主要因素之一，付朝臣等研究认为：温度越低，则硝化效果越差，随着温度的升高，硝化程度越来越高，到水温在30℃左右时氮的去除率最高，其中NH3--N去除80%左右，TN达到70%以上，然而过高的温度会破坏生物反应区内的微生物活性，因此在实际工作中要探索适合自身工艺的反应温度。在通过增加曝气量的方式除氮的过程中，也可能在曝气过程中降低水温，从而影响除氮效果，因此要平衡水温与曝气量之间的关系，这是需要进一步研究的课题。

2.2溶解氧

CASS工艺脱氮运行过程是一个好氧生物代谢的过程，在这一过程中需要液体中要溶解大量的氧，通过研究表明，溶解氧（DO）的浓度是影响CASS工艺除氮效果最重要的因素，在曝气的过程中，污泥絮体表明会与气泡直接接触，其中的好氧菌与硝化菌或相对活跃，易于发生硝化反应从而生成NO3--N或NO2--N，同时在污泥絮凝体内部由于局部的微环境为缺氧环境，因此厌氧菌活跃，容易发生反硝化反应，反硝化反应所需的NO3--N或NO2--N由表面的硝化反应来提供，从而达到脱氮的效果。可见，如果溶解氧量过少，则会导致污泥表面的硝化反应进行程度低，提高曝气量可以促进硝化反应的进行，但是如果溶解氧量过高就可能导致多于的氧渗入到污泥内部，对内部缺氧微环境造成破坏，从而影响反硝化反应的进行，同样会削弱CASS的脱氮效果。

2.3污泥回流比

污泥回流比是影响CASS工艺的重要参数，通过污泥回流可有效改善进水水质情况，稳定水量的波动并提高系统的抗冲击能力。通过回流污泥可以增加生物反应区的污泥浓度，有利于微生物的繁殖和聚集，同时抑制丝状菌的生成，因此减少了污泥膨胀发生的可能，另外在主反应区有没有被充分硝化-反硝化的污泥被回流至微生物反应区重新反应，从而提高脱氮效率。

污泥回流比大小对CASS工艺脱氮效果影响较大，经过学者们研究发现，污泥回流比对NH3-N和TN的去除率影响截然不同，其中NH3-N的去除率随回流比的增加只有略微的上升，而TN的去除率却随着污泥回流比的增加而显著提高，刘少武等回根据李家沱污水处理厂的实际运行经验以及对近7个月的运行数据的分析，得出适用于城市污水处理厂CASS工艺脱氮的运行工况和运行参数值。结果显示，污泥回流比是影响CASS工艺脱氮效果的主要因素之一，污泥回流比为30%时脱氮效果最佳。

2.4碳源浓度

有机碳源是异养好氧菌和反硝化反应过程的电子供体，是生物生长代谢过程的主要能量来源，是反硝化反应得以有效进行的必备条件，而CASS工艺是硝化反应与反硝化反应在一个反应器内进行，硝化与反硝化是一个相互制约、相互统一的关系，因此碳源在CASS中就显得格外重要。经研究发现，碳源浓度太高会导致异养菌相对活跃，会大量消耗有机物和溶解氧，因此会抑制硝化反应的发生，从而硝化反应生成的NO3--N或NO2--N量会减少，因此影响污泥内部反硝化反应的进行，从而降低了脱氮效果。但如果碳源浓度太低，又不能满足反硝化过程所需的能量，导致反硝化反应进程缓慢，也会影响脱氮效果，因此要将碳源的浓度优化，得到最适合CASS工艺运行的碳源浓度。

结束语

CASS工艺生物脱氮被认为是一种有前途的脱氮处理废水工艺技术，利用厌氧技术与好氧技术进行有机的结合，使硝化反应与反硝化反应充分进行，从而达到最佳的脱氮效果，在实际工作中，要注意反应温度、溶解氧、污泥回流比、碳源以及其他因素的影响，根据自身工艺特点以及污水排放标准不断优化工艺参数，以达到最佳处理效果。

参考文献

[1]付朝臣，廖日红，王培京等.CASS工艺生物脱氮除磷效果分析.《北京水务》，2010.

[2]王思民，王维红，穆玉均.CASS工艺生物脱氮过程中影响因素的探究.《广州化工》，2013.