CASS工艺污水处理.doc
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毕业设计（论文）说明书
摘要
本毕业设计题目为马鞍山市滨江新区10万m³/d污水厂设计，设计的主要任务为对污水厂进行各项工艺流程的选择，各处理构筑物的设计及计算。
本设计主要处理城市污水，城市污水中有较高的有机物含量以及较多的氮、磷等有机物，此外还含有病原微生物和悬浮物质，不同的污水水质差别较大，对于不同类型的污水须分别采用不同的方法进行处理，污水处理现有多种方法，如UASB法，A2/O法，活性污泥法，氧化沟法等，本设计采用CASS工艺，通过本设计，将使污水出水水质达到排放标准以内。
关键字：
设计，污水，CASS
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ABSTRACT
Thegraduationdesigntopicisforthenew100000m³Maanshanbinjiang/dwastewatertreatmentplantdesign.Designofthemaintaskofthesewageplantfortheprocessofchoice,thetreatmentofthedesignandcalculationstructures.
Thisdesignmainurbansewagetreatment,theurbansewageisofhighorganicmattercontentandmorenitrogen,phosphorus,organicmatter,etc.Inaddition,italsocontainspathogenicmicrobesandsuspendedmaterial.Differentsewagewaterqualitydifferenceisbigger,fordifferenttypesofsewageshallweadoptdifferentmethodstodealwith.SewagetreatmentDuoZhongexistingmethods,suchasUASBmethod,A2/Omethod,andactivatedsludge,theoxidationditchmethod,etcThisdesignUSEStheCASSprocess,throughthisdesign,willmakesewageeffluentwaterwithinmeetsemissionstandard.
Keywords:
design，sewage，CASS
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目录
1文献综述 4
1.1概述 4
1.2CASS工艺原理 5
1.3CASS池的核心设备 6
1.4工艺机理 7
1.5CASS的工艺特点 8
1.6CASS工艺流程 9
1.7CASS工艺国内外应用现状 10
1.8CASS工艺存在的问题 11
2工艺流程的选择 12
2.1氧化沟 12
2.1.1氧化沟简介 12
2.1.2卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟 13
2.2CASS工艺与卡鲁塞尔氧化沟的比较[3] 13
2.3工艺流程简图 16
2.4结论 17
3水处理构筑物的计算 17
3.1污染物去除率 18
3.2格栅计算 18
3.3调节池计算 20
3.4曝气沉砂池 21
3.4.1设计参数：
21
3.4.2主要尺寸计算 21
3.4.3沉砂量计算 22
3.4.4沉砂槽几何尺寸确定 22
3.4.5排砂设备选型 23
3.4.6曝气系统设计 23
3.5CASS工艺设计计算 24
3.5.1运行周期的确定 24
3.5.2容积的确定 25
3.5.3外形尺寸 25
3.5.4选择区容积 26
3.5.5复核出水溶解BOD5 26
3.5.7设计需氧量 27
3.6加氯消毒池 28
3.6.1加氯量计算 28
3.6.2加氯设备 28
3.6.3消毒接触池容积 28
3.6.4消毒接触池表面积 29
3.6.5消毒接触池池长 29
3.6.6池高 30
3.6.7进水部分与混合 30
4污泥处理构筑物的计算 31
4.1污泥浓缩池 31
4.1.1设计参数 31
4.1.2设计计算 31
4.2厌氧消化池 34
4.2.1消化池有效容积的计算 34
4.2.3消化池各部分表面积计算 36
4.2.4消化池热工计算 36
4.2.5热交换器的计算 37
4.2.6消化池保温结构厚度计算 39
4.2.7沼气混合搅拌计算 40
4.2.8曝气立管管径计算 40
4.2.9压缩机功率 40
4.2.10沼气储存 41
4.3机械脱水 41
5高程计算 43
5.1高程布置的一般规定 43
5.2污水水头损失计算 44
5.3污水构筑物高程确定 44
5.4污泥处理构筑物高程布置 45
5.5污泥构筑物高程确定 46
6工程技术经济分析 47
6.1工程概算 47
6.1.1土建费用 47
6.2运行费用计算 48
6.2.1成本估算 48
6.2.2电费 48
6.2.3工资福利开支 49
6.2.4生产用水水费开支 49
6.2.5运费 49
6.2.6维护维修费 49
6.2.7管理费用 49
6.2.8运行成本核算 49
结论 49
致谢 51
参考文献 52
1文献综述
1.1概述
CASS（CyclicActivatedSludgeSystem）工艺是间歇式活性污泥法的一种变革，是由SBR（序批式活性污泥法）工艺发展而来。
CASS工艺的核心是CASS池，在SBR的基础上，反应池沿长方向设计为两部分。
前部分为生物选择区也称顶反应区，后部为主反应区。
主反应区后部安装有升降自动撇水装置。
整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程都在同一池子周期循环进行。
省去了常规性污泥二沉池和污泥回流系统，可连续进水，间断排水。
1.2CASS工艺原理
CASS与ICEAS在工艺流程上差别不大，主要是污泥负荷不同，ICEAS工艺属周期循环延时曝气范畴。
污泥负荷通常控制在0.04～0.05kgBOD/kgMLSS•d。
实践证明控制污泥负荷为0.1～0.2kgBOD/kgMLSS•d或再高一些，CASS工艺对有机物的去除效果仍与ICEAS工艺基本相同，而且有利于形成絮凝性能好的污泥，同时负荷的提高可使CASS工艺的工程投资比ICEAS节省25%以上。
CASS池工艺原理见图1。
空气
预反应区
撇水器
进水
主反应区
出水
图1.1CASS池工艺原理
CASS池工艺原理：
由预反应区和主反应区两部分组成。
预反应区又称为生物选择器。
CASS工艺的生物能通过酶的快速转移迅速吸收并去除部分易降解的有机物，由此产生基质的积累和再生过程，有利于选择出絮凝性细菌。
生物选择器的工艺过程使活性污泥在生物选择器（预反应区）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，以完成整个基质去除过程。
预反应区体积仅占反应池总体积的10%～15%，因此该部分活性污泥在高BOD负荷条件下运行，既强化了生物吸附作用，又促进了微生物的增殖。
丝状菌的过量繁殖会发生污泥膨胀[4]。
由于丝状菌比菌胶团细菌的比表面积大，因此，有利于摄取低浓度基质，但一般丝状菌的增殖速率比非丝状菌小。
在高基质浓度下，菌胶团和丝状菌基质积累与增殖速率降低较大，但菌胶团细菌的增殖速率较大，其增殖量也较大，从而较丝状菌占优势。
以基质作为推动力选择性的培养菌胶团细菌，成为曝气池中的优势菌。
所以，CASS池的进水端即预反应区不但可以连续进水，同时发挥着生物选择器的作用，可以有效抑制丝状菌的生长和繁殖，防止发生污泥膨胀，提高系统的运行稳定性。
在连续流反应器中，有完全混合式和推流式两种理想流态。
在完全混合式曝气中，基质浓度等于出水浓度，基质流入曝气池的速率即为基质降解速率。
根据生化反应动力学原理可知，曝气池中的基质浓度低，其生化反应推动力就小，反应速率和有机物去除率也比较低。
在理想的推流式曝气池中，污水与回流污泥形成的混合流从池首端进入，以活塞状沿曝气池流动，从池末端流出。
在此过程中，曝气池的各断面上只有横向混合，不存在纵向的反混。
作为生化反应推动力的基质浓度，从进水的最高浓度降低至出水口的最低浓度，整个反应过程中存在着基质浓梯度，尽可能地保持了最大推动力，因此反应速率和有机物的去除率比较高。
在污水处理设施的实际运行中，几乎不存在理想的推流式曝气池。
因此，沿池长方向的纵向混合总是存在的。
所以，即使设计为推流式，其运行效率实际上也是属于完全混合式活性污泥法和理想的推流式活性污泥法之间。
CASS池工艺从污染物的降解过程来看，当污水以相对较低的水量（与曝气池内混合液相比）连续进入CASS池时，即被混合液稀释。
因此，从空间上看CASS工艺属变体积的完全混合式活性污泥法范畴。
而从CASS工艺开始曝气到排水结束过程来看，基质浓度由高到低，浓度梯度从大到小，基质利用速率由大到小，从时间看具有推流式反应器的特征。
在分析CASS池工艺基质变化规律时可作如下假设：
沉淀和排水阶段基质降解数量可以忽略不计；CASS池中基质的降解及活性污泥的增长主要发生在曝气阶段。
对CASS反应池进行物料平衡计算，曝气阶段只有进水，没有排水，假定每个工作周期排水水质及水量是一定的，可以得出如下关系式：
每个周期曝气阶段降解的基质总量=全周期进入CASS的基质量-出水排出的基质量。
而在沉淀和排水阶段基质在反应池积累，在曝气阶段完成降解。
所以CASS池内基本浓度的变化规律十分复杂，除了基质的降解、积累和释放作用，还有稀释作用，对此有待于进一步探讨。
1.3CASS池的核心设备
（1）曝气机
以鼓风机和穿孔管或微孔曝气头等组成鼓风曝气系统和潜水射流曝气机，其中潜水射流曝气机的噪声较低，充氧效率较高。
曝气机的停用或备用可通过改变程序参数完成。
采用潜水射流曝气机的CASS反应池应避免某台曝气机经常处于停用状态。
（2）撇水机
撇水机是CASS处理系统的关键设备。
如果撇水机出现故障，必须进行及时检修，以免造成整个CASS处理系统停止运行。
（3）液位计
液位计用以标示CASS池内的液位高度。
一般设高、中、低3个液位。
其中高位和中位仅仅作为液位标示。
采用潜水射流曝气的CASS反应池以中低位指示保护液位，液位计的位置高于潜水射流曝气机的电机。
当水位低于此水位时，CASS池自动停止运行，并且报警。
运行管理人员必须定期检验液位计的位置是否正常。
（4）中心控制室
中心控制室直接控制CASS池的撇水机。
可编程控制器可以分别设定或更改每一个CASS池的工作参数。
CASS池都是独立运行，互相之间没有任何联系，不会产生互相干扰的现象。
对于进水水质水量比较集中的污水，在高峰期到来之前CASS池内达到排放要求的前提下，清水应尽可能多地排出，使高峰期的污水在CASS池内保持最大的停留时间。
有机污染物尽可能最大限度地氧化分解，最大程度地降低由于水质水量的冲击负荷对出水水质产生的影响，使排水高峰期保持正常稳定的处理效果。
在排水低峰期，由于环境养分缺乏，微生物自身内源呼吸作用会消耗所存的能量，导致微生物死亡，降低活性污泥的去除能力。
而排水高峰期，活性污泥中的微生物可储存吸收足够的养分，适应水量剧烈变化的优势微生物种群，可以提高系统的抗冲击负荷能力。
一般通过分析化验来了解活性污泥的性状，指标分析方法包括物理分析方法和化学分析方法。
如活性污泥浓度、沉降比、生物相等，采用重量法、光学纤维物理分析方法，准确性容易控制。
化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氨氮（NH3-N）和溶解氧分别采用重铬酸钾法、碘量法、电极法等分析方法，操作和原理比较复杂。
1.4工艺机理
CASS去除污水中有机物的机理在充氧曝气时与普通活性泥法基本相同。
两种工艺的不同点是：
CASS工艺分曝气、沉淀、排水和闲置4个阶段，依次在同一CASS反应池中周期交替进行。
因此CASS池不需要设二沉池和污泥回流系统，4个反应段都连续进水。
主反应区也叫生物选择区。
生物选择区设在CASS池前端，由于池容较小，污泥负荷较高，微生物在高负荷污水的环境中可形成一个优胜劣汰的选择过程，提高了系统抗负荷冲击能力。
完整的CASS工艺运行周期的4个阶段[4]为：
（1）曝气阶段
曝气系统向反应池内曝气供养，满足了好氧微生物对氧的需要。
搅拌使泥水充分混合，有利于活性污泥与污水中有机物的混合接触，从而使有机污染物充分被微生物氧化分解，污水中的氨氮也通过微生物的水的必要条件之一。
（2）沉淀阶段
系统完成曝气后停止曝气，进入沉淀阶段。
在沉淀阶段微生物继续利用水中剩余的溶解氧进行氧化分解。
随着反应池内溶解氧的进一步降低，微生物由好氧状态向缺氧状态转化，并发生一定的反硝化作用。
与此同时，活性污泥在几乎静止沉淀的条件下进行分离，活性污泥沉淀池底，下一个周期继续发挥作用，处理后的水位于污泥层的上部。
沉淀时间设定必须保证在设定时间内能形成一个清晰的泥水分离界面。
界面以上是水泵达到规定排放标准的清水，界面以下是泥水混合物。
沉淀在反应池底部的活性污泥层的高度必然低于撇水机撇水时到达的最低位置并保留足够的保护层高度，以防止活性污泥流失造成出水水质恶化。
沉淀的时间的设置是否合适，以撇水过程中没有活性污泥颗粒随水流出为标准。
（3）排水阶段
沉淀阶段完成后，置于反应池末端的滗水器在程序控制下开始工作，自上而下逐层排出上清液。
与此同时，反应池污泥层内溶解氧很低，但仍会发生反硝化作用。
微生物进一步去除氨氮，降低水中氨氮含量有利于下一周期的生化反应。
撇水时间的设定应充分考虑排水深度能否满足下一周期的进水所需要的容积，即有效容积能否满足系统运行需要容积。
撇水机下降不能扰动沉积在反应池底部的活性污泥。
撇水机撇水行程设定应以每次下降深度污水不淹没撇水机的撇水堰口为标准。
保留时间应根据排水速度确定，撇水堰中最好不要有积存污水，但也不能让撇水机长时间处于非工作阶段。
（4）闲置阶段
闲置阶段的时间一般较短，主要是要保证撇水器在此时间段内上升到原始位置，防止污泥流出，恢复活性污泥的活性。
如果在此阶段进行曝气，则有利于恢复污泥的活性。
但有可能因曝气时间较长，导致活性污泥细碎在沉淀阶段泥水分离而影响出水效果。
医院污水成分比较复杂，含有较多传染性的病菌、病毒，会对周围环境造成较严重的污染。
医院污水消毒是医院污水处理的重要过程，其主要目的是杀灭污水中的各种传染性病毒、病菌，同时消毒液也可部分氧化水中有机物，改善出水水质，降低污染程度，达到国家规定的排放标准。
因此，消毒系统能否正常运行，直接关系到医院污水处理能否达到标准。
1.5CASS的工艺特点
（1）出水水质好
CASS反应池在沉淀阶段停止曝气，只有进水而无出水。
因此，沉淀过程几乎处于静止状态。
运行参数：
表面水力负荷为0.3～0.5m/m•h，固体表面负荷为10～15kg/m•h。
与活性污泥法二次沉淀池相比，分别是二次沉淀池的1/3和1/8～1/5。
因此，污泥沉淀效果良好，出水中SS含量很低，出水水质好。
传统活性污泥法对氮、磷的去除能力较差。
而CASS系统通过控制合适的曝气、沉淀时间，可为硝化细菌和反硝化细菌创造适宜的条件。
因此，具有较好的脱氮效果。
此外，还可以利用活性污泥在缺氧和好氧的不同环境中释放、吸收、贮藏磷的能力不同而达到除磷的目的。
在CASS系统中，进入沉淀阶段的污水还在连续不断地进入池中，污水经预反应区后以极小的流速运动，一般推进速度为0.03～0.05m/min。
在沉淀阶段和撇水阶段进入主反应区的污水，首先经过反应池底部的污泥层，然后沿池子对角线方向前进。
池子长宽比的合理设计可保证在排水结束时未处理的水与撇水机还有一段安全距离，因此，不会影响排水水质。
在工艺设计时必须考虑扩散前沿边界排水结束前污水不进入排水区。
因此，合理设计的CASS池连续进水的运行方式并不会使污水短路，也不会影响出水水质。
（2）对冲击负荷的适应性
CASS池系统在设计时已考虑了流量变化的因素。
污水在系统内停留预定的处理时间后才能沉淀排放。
CASS工艺可以通过调节运行周期及各阶段的时间分配来适应进水量和水质的变化。
多年运行及实践表明，在流量冲击和有机负荷冲击超过设计值2～3倍时，处理效果仍然令人满意。
但辅助的流量平衡调节设施，还很可能因为水力负荷变化导致活性污泥流失，严重影响排水水质。
（3）活性污泥沉降性能好，剩余污泥处理方便
由于水力负荷或有机负荷冲击、水质成分变化、溶解氧偏低等原因，会造成污泥膨胀，污泥沉降困难，严重时会导致污泥流失，处理效果急剧下降。
预反应区起到了生物选择器的作用，能抑制丝状菌的生长。
在已建成的CASS池处理厂（站）、药厂，污泥的沉降比曾达到95%，污泥指数（SVI）达到250mL/g，但由于CASS工艺良好的沉降环境，污水并未因此而影响运行。
CASS工艺产生的剩余污泥量较少，污泥稳定性好，脱水性能佳，去除1kgBOD可产生0.2～0.3kg剩余污泥，是活性污泥法的60%左右。
污泥在曝气池中已得到一定程度的消化，剩余污泥的耗氧率一般在10mgO2/gMLSS•h以下，通常不需要再进行稳定化处理，可直接脱水。
活性污泥法剩余的耗氧速率大于20mgO2/gMLSS•h，必须经稳定化后才能进行脱水。
（4）能耗较低
CASS工艺按脱氮除磷的目标控制运行参数明显低于达到同样效果的三级处理工艺。
其原因如下：
1）在CASS工艺中，污水在反应池内的水力停留时间较长，包括了沉淀时间、排水时间和闲置时间。
市政污水的水力停留时间一般为8～12h，曝气时间仅为停留时间的1/2左右，即4～6h。
2）由于CASS反应池内的活性污泥处于好氧-缺氧-厌氧周期变化之中，在曝气开始时与系统中的溶解氧接近于零，氧在传递过程中推动力较大。
实践证明，曝气设备间歇式处理工艺与传统连续曝气相比，氧的利用率较高。
3）无污泥回流设备和沉淀池内的刮泥设备，节省了投资与电耗。
4）理论计算表明，生物硝化过程要耗用大量氧气。
每毫克氨氮完全氧化需耗氧4.57mg。
反硝化过程中NO3还原成N2，此时反硝化菌利用硝酸盐作为电子受体来氧化有机物。
硝化作用过程中耗去的氧（以硝酸盐形式存在）中有62.5%被用于反硝化过程，使有机基质氧化。
CASS工艺在同一池中交替进行硝化、反硝化作用，节省了供氧能耗。
二级生物处理工艺以硝化方式运行。
采用脱碳和硝化相结合的单级处理系统，能使污水中部分氨氮转化成硝基氮。
同一反应池中发生硝化作用，氧未得到二次利用，达不到节能效果。
5）操作管理、维修简单。
CASS工艺流程简单。
可大大减少设备管理和维修的工作量，按自动化方式运行，控制系统按照工艺条件开启或关闭各台设备，使各反应池交替完成曝气。
当系统受到大流量冲击时，可及时将处理水排出反应池，保证出水水质。
操作人员可减少40%，费用也可显著降低。
1.6CASS工艺流程
常见的CASS工艺污水处理流程图1.2
格栅
集水池
提升泵
流动池
CASS池
进水
出水
图1.2CASS工艺污水处理流程
根据进水水质的不同，CASS工艺还可以与水解酸化、气浮、混凝沉淀、过滤、物化、消毒等工艺结合使用，达到去除污物的目的。
医院污水CASS处理工艺流程见图1.3。
调节池
格栅
接触消毒
化粪池
CASS池
污水
消毒池
污泥池
出水
外运
消毒液
图1.3医院污水CASS处理工艺流程
1.7CASS工艺国内外应用现状
目前，CASS工艺在国内主要应用于需脱氮除磷的城市污水、小区生活污水及啤酒、屠宰、印染、制药等行业废水的处理。
以遵义污水处理厂为例，其运行费用仅为0.28元/m3（不含折旧），各项指标均满足设计要求（见表1.1）。
表1.1CASS工艺进、出水水质对比
指标（mg/L）
COD
BOD5
SS
TN
TP
进水
300~800
100~650
200~620
50~100
10
出水
≤150
≤60
≤100
≤25
≤1
表1.2所列为澳大利亚城市悉尼CASS工艺的处理效能数据[8]，表1.3所列为国外主要的CASS工艺处理城市污水时的应用及工艺情况[9]
表1.2CASS工艺处理城市污水的效能
指标（mg/L）
COD
BOD5
SS
TN
TP
进水
300~800
100~650
200~620
50~100
10
出水
≤150
≤60
≤100
≤25
≤1
表1.3 国外主要的CASS工艺处理城市污水的应用情况
国家（地名）
处理规模
CASS平面尺寸
美国
80000m3/d
—
澳大利亚（悉尼）
120000/人口当量
113m×77m（5座）
澳大利亚（基隆）
245000/人口当量
62.4m×62.4m（6座）
英国、法国、德国、奥地利
600000/人口当量
84m×28m
加拿大（Bradford市）
12166m3/d
72m×23m（2座）
泰国（曼谷）
1000000/人口当量
—（在建）
澳大利亚（QuakersHill）
200000/人口当量
131m×76m（2座）
澳大利亚（黑岩）
210000m3/d
120m×60m（4座）
美国（PortageCatawba）
15500m3/d
—
澳大利亚（Winmalee）
60000m3/d
28m×112m（4座）
1.8CASS工艺存在的问题
（1）缺乏科学的设计依据
CASS工艺尚处于发展阶段[10]，目前其仅在中、小型城市污水处理厂和某些工业废水处理站上得到了应用，由于缺少完善科学的理论依据以及对其脱氮除磷的机理还有待深入了解，故在工程设计时大多依靠经验数据。
如何通过大量的基础研究和多方面的交流合作来获得同意的理论指导和成熟设计方法是广大处理工作者共同努力的方向。
（2）关键部件的质量不过关
CASS够用的关键部位如潜水搅拌器、曝气器、滗水器、自控仪表（溶解氧控制器、OPR控制器等在线控制仪器）等，国内虽已有定型产品，价格也仅为国外同类产品的50%甚至20%，但其质量、可靠程度均不如国外的产品
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