污水处理CASS池设计计算.doc

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2.5生物反应池（CASS反应池）

2.5.1CASS反应池的介绍

CASS是周期性循环活性污泥法的简称，是间歇式活性污泥法的一种变革，并保留了其它间歇式活性污泥法的优点，是近年来国际公认的生活污水及工业污水处理的先进工艺。

CASS工艺的核心为CASS池，其基本结构是：

在SBR的基础上，反应池沿池长方向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置。

整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法中的二沉池和污泥回流系统，同时可连续进水，间断排水。

CASS工艺与传统活性污泥法的相比，具有以下优点：

l建设费用低。

省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，建设费用可节省20%~30%。

工艺流程简单，污水厂主要构筑物为集水池、沉砂池、CASS曝气池、污泥池，布局紧凑，占地面积可减少35%；

l运转费用省。

由于曝气是周期性的，池内溶解氧的浓度也是变化的，沉淀阶段和排水阶段溶解氧降低，重新开始曝气时，氧浓度梯度大，传递效率高，节能效果显著，运转费用可节省10%~25%；

l有机物去除率高。

出水水质好，不仅能有效去除污水中有机碳源污染物，而且具有良好的脱氮除磷功能；

l管理简单，运行可靠，不易发生污泥膨胀。

污水处理厂设备种类和数量较少，控制系统简单，运行安全可靠；

l污泥产量低，性质稳定。

2.5.2CASS反应池的设计计算

图2-4CASS工艺原理图

（1）基本设计参数

考虑格栅和沉砂池可去除部分有机物及SS，取COD,BOD5,NH3-N,TP去除率为20%，SS去除率为35%。

此时进水水质：

COD=380mg/L×（1-20%）=304mg/L

BOD5=150mg/L×（1-20%）=120mg/L

NH3-N=45mg/L×（1-20%）=36mg/L

TP=8mg/L×（1-20%）=6.4mg/L

SS=440mg/L×（1-35%）=286mg/L

处理规模：

Q=14400m3/d,总变化系数1.53

混合液悬浮固体浓度（MLSS）：

Nw=3200mg/L

反应池有效水深H一般取3-5m,本水厂设计选用4.0m

排水比：

λ===0.4

（2）BOD-污泥负荷（或称BOD-SS负荷率）（Ns）

Ns=

Ns——BOD-污泥负荷（或称BOD-SS负荷率）,kgBOD5/（kgMLSS·d）；

K2——有机基质降解速率常数，L/（mg·d）,生活污水K2取值范围为0.0168-0.0281，本水厂取值0.0244；

η——有机基质降解率，%；

η=

f——混合液中挥发性悬浮固体与总悬浮固体浓度的比值，一般在生活污水中，f值为0.7-0.8,本水厂设计选用0.75。

代入数值，得

η=91.7%，之后把本数值代入得Ns==0.2kgBOD5/（kgMLSS·d）

（3）曝气时间TA

式中TA—曝气时间，h

S0—进水平均BOD5，㎎/L

m—排水比1/m=1/2.5

Nw—混合液悬浮固体浓度（MLSS）：

X＝3200mg/L

（4）沉淀时间TS

活性污泥界面的沉降速度与MLSS浓度、水温的关系，可以用下式进行计算。

Vmax=7.4×104×t×XO-1.7（MLSS≤3000）

Vmax=4.6×104×XO-1.26（MLSS≥3000）

式中Vmax—活性污泥界面的初始沉降速度。

t—水温，℃

X0—沉降开始时MLSS的浓度，X0＝Nw=3200mg/L，

则

Vmax=4.6×104×3200-1.26=1.76m/s

沉淀时间TS用下式计算

取TS=1.5h

式中TS—沉淀时间，h

H—反应池内水深，m

—安全高度，取1.2m

（5）排水时间TD及闲置时间Tf

根据城市污水处理厂运行经验，本水厂设置排水时间TD取为0.5h,闲置时间取为0.1h。

运行周期T=TA+TS+TD+Tf=4h

每日运行周期数n==6

（6）CASS池容积

CASS池容积采用容积负荷计算法确定，并用排水体积进行复核。

（ⅰ）采用容积负荷法计算：

式中：

Q—城市污水设计水量，m3/d；Q=14400m3/d；

Nw—混合液MLSS污泥浓度（kg/m3），本设计取3.2kg/m3；

Ne—BOD5污泥负荷（kgBOD5/kgMLSS·d），本设计取0.2kgBOD5/kgMLSS·d；

Sa—进水BOD5浓度（kg/L），本设计Sa=120mg/L；

Se—出水BOD5浓度（kg/L），本设计Se=10mg/L；

f—混合液中挥发性悬浮固体浓度与总悬浮固体浓度的比值，本设计取0.75；

则：

本水厂设计CASS池四座，每座容积Vi==825m3

（ⅱ）排水体积法进行复核

单池容积为（m3）

反应池总容积（m3）

式中—单池容积，m3

n—周期数；

m—排水比1/m=1/2.5

N—池数；

—平均日流量，m3/d

由于排水体积法计算所得单池容积大于容积负荷法计算所得，因此单池容积应按最大容积值计，否则将不满足水量运行要求，则单池容积Vi=1500m3，反应池总容积V=6000m3。

（7）CASS池的容积负荷

CASS池工艺是连续进水，间断排水，池内有效容积由变动容积（V1）和固定容积组成，变动容积是指池内设计最高水位至滗水器最低水位之间高度（H1）决定的容积，固定容积由两部分组成，一是活性污泥最高泥面至池底之间高度（H3）决定的容积（V3），另一部分是撇水水位和泥面之间的容积，它是防止撇水时污泥流失的最小安全距离（H2）决定的容积（V2）。

CASS池总有效容积V（m3）：

V＝n1×（V1＋V2＋V3）

（ⅰ）池内设计最高水位至滗水机排放最低水位之间的高度，H1（m）；

式中：

N—一日内循环周期数，N=6；

H——池内最高液位H（m）,本设计H=4.0m。

则

（ⅱ）滗水结束时泥面高度，H3（m）

已知撇水水位和泥面之间的安全距离，H2==1.2m；

H3=H-（Hl+H2）=4-1.6-1.2=1.2m

（ⅲ）SVI—污泥体积指数,（ml/g）

SVI=

代入数值，则SVI=（ml/g），此数值反映出活性污泥的凝聚、沉降性能良好。

（8）CASS池外形尺寸

（ⅰ）式中：

B—池宽，m，B:

H=1—2，取B=8m，8/4=2，满足要求；

L=，取L=47m.L/B=47/8=5.8,L:

B=4—6,满足要求。

（ⅱ）CASS池总高，H0（m）

取池体超高0.5m，则H0=H＋0.5＝4.5m

（ⅲ）微生物选择区L1，（m）

CASS池中间设1道隔墙，将池体分隔成微生物选择区（预反应区）和主反应区两部分。

靠进水端为生物选择区，其容积为CASS池总容积的10%左右，另一部分为主反应区。

选择器的类别不同，对选择器的容积要求也不同。

L1＝10﹪L=10%47=4.7m

（ⅳ）反应池液位控制

排水结束时最低水位（m）

基准水位h2为4.0m；超高0.5m；保护水深=1.2m。

污泥层高度（m）

则：

撇水水位和泥面之间的安全距离，H2=hs=1.2m

图2-5CASS外形尺寸图

（9）连通孔口尺寸

隔墙底部设连通孔，连通两区水流，因单格宽8m，根据设计规范要求，此时连通孔的数量取为3。

（ⅰ）连通孔面积A1

A1按下式进行计算：

式中：

U—孔口流速，取U=70m/h

将各数值代入，计算得：

（ⅱ）孔口尺寸设计

孔口沿墙均布，孔口宽度取0.7m，孔高为0.86/0.8=1.2m。

为：

0.7m×1.2m

（10）复核出水溶解性BOD5

处理水中非溶解性BOD5的值：

DOD5=7.1bXaCe

Ce——处理水中悬浮固体浓度10mg/L

Xa——活性微生物在处理水中的所占比例取0.4

b——微生物自身氧化速率

普通负荷：

0.4

高负荷：

0.8

延时曝气系统：

0.1

本设计取0.4

DOD5=7.10.075×0.4×10=2.13mg/L

故水中溶解性DOD5要求小于10－2.13=7.87mg/L

而该设计出水溶解性DOD5：

Se’=

=

=4.38mg/L

设计结果满足设计要求。

（11）计算剩余污泥量

理论分析，知温度较低时，产生生物污泥量较多。

本设计最冷时是冬季平均最冷温度是0.2℃。

0.2℃时活性污泥自身氧化系数：

Kd（0.2）=Kd（20）

=0.06×1.04（0.2－20）

=0.028

剩余生物污泥量：

△XV=YQ－Kd（0.2）VifnN

=0.6×14400×－0.028×1500××0.75××6×4

=817.52kg/d

剩余非生物污泥量：

△XS=Q（1-fbf）×

=14400×（1-0.7×0.75）×

=1887.84kg/d

公式中，fb——进水VSS中可生化部分比例，取fb=0.7；

C0——设计进水SS，m3/d；

Ce——设计出水SS，m3/d；

剩余污泥总量：

X=△XV+△XS=817.52+1887.84=2705kg/d

剩余污泥浓度NR：

NR=

剩余污泥含水率按99.3%计算，湿污泥量为

（12）复核污泥龄

=

式中：

——污泥龄

Y——污泥产率系数，一般为0.4～0.8取0.5

Kd——衰减系数，一般为0.04～0.075取0.07

代入数值，=

=

=33d

硝化所需最小污泥龄：

=（1/×1.103（15-T）×fs

——硝化所需最小污泥龄d-1；

——硝化细菌的增长速率d-1：

T=0.2摄氏度时，取为0.35；

fs——安全系数：

为保证出水氨氮小与5mg/L取2.3～3.0；取2.3；

T——污水温度：

取冬季最不利温度0.2摄氏度。

=（1/×1.103（15-T）×fs

=（1/0.35）×1.103（15-0.2）×2.3

=28d

经校核，污泥龄满足硝化要求。

（13）需氧量

设计需氧量包括氧化有机物需氧量，污泥自身需氧量、氨氮硝化需氧量及出水带走的氧量。

设计需氧量考虑最不利情况，按夏季时高水温计算设计需氧量。

（ⅰ）氧化有机物需氧量，污泥自身需氧量O1以每去除1㎏BOD需要0.48㎏Oa的经验法计算。

=3448（㎏O2/d）

式中Oa—需氧量，㎏O2/d；

—活性污泥微生物每代谢1㎏BOD需氧量，一般生活污水取为0.42㎏～0.53㎏，本设计取0.48㎏；

—1㎏活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，一般生活污水取为0.11㎏～0.188㎏，本设计取0.12㎏。

（ⅱ）氨氮硝化需氧量Ob按下式计算；

=4.57×[14400×（36-5）×10-3-0.12×]

=1801（㎏O2/d）

式中4.57—氨氮的氧当量系数；

Nk—进水总凯氏氮浓度，g/L；

Nke—出水总凯氏氮浓度，g/L；

—系统每天排出的剩余污泥量，㎏/d；

总需氧量

㎏/d=218.7㎏/h

（14）标准需氧量

标准需氧量计算公式：

SOR=

Csb（T）=Cs（T）（+）

Ot=

=

式中SOR——水温20℃，气压1.103×105pa时，转移到曝气池混合液的总氧量，㎏/h；

AOR——在实际条件下，转移到曝气池混合液的总氧量，㎏/h；

Cs（20）——20℃时氧在清水中饱和溶解度，取Ca（20）=9.17mg/L；

——杂质影响修正系数，取值范围=0.78～0.99，本例选用=0.90；

——含盐量修正系数，本例取=0.95；

——气压修正系数；

Pa——所在地区大气压力，Pa；

T——设计污水温度，本设计考虑最不利水温，夏季T=27.3℃；

CSb（T）——设计水温条件下曝气池内平均溶解氧饱和度mg/L；

Cs（T）——设计水温条件下氧在清水中饱和溶解度，水温27.3℃时，CS（27.3）=8.02；

Pb——空气扩散装置处的绝对压力，pa，Pb=P+9.8×103H；

P——大气压力，P=1.013×105；

H——空气扩散装置淹没深度，取微孔曝气装置安装在距池底0.5m处，淹没深度3.5m；

Ot——气泡离开水面时，氧的百分比，%；

EA——空气扩散装置氧转移效率，本设计选用水下射流式扩散装置，氧转移效率EA按26%计算；

C——曝气池内平均溶解氧浓度，取C=2mg/L。

工程所在地（郑州地区）海拔高度110m，大气压力p为0.99×105pA,压力修正系数：

=

==0.90

Pb=P+9.8×103H

=1.013×105+9.8×103×3.5

=1.356×105（Pa）

Ot=×100%=16.4%

CSb（27.3）=Cs（27.3）（+）

=8.02×（）

=8.40mg/L

标准需氧量SOR：

SOR=

=

=316.3㎏/h

空气扩散装置的供气量，可通过下式确定：

G===4055m3/h

（15）空气管系统设计

曝气系统管道布置方式为，相邻的两个廊道的隔墙上设两根干管，共四根干管，在每根干管上设5条配气竖管，全曝气池共设4×5=20条配气竖管。

每根竖管的配气量为：

m3/h

曝气池平面面积为：

每个空气扩散器的服务面积按1.0m3计，则所需空气扩散器的总数为：

个

为安全计，本设计采用1400个空气扩散器，每个竖管上安设的空气扩散器的数目为：

每个空气扩散器的配气量为

m3/h

图2-6曝气系统管道布置图

空气管道的流速，一般规定为：

干、支管为10~15m/s，通向空气扩散装置的竖管、小支管为4~5m/s。

根据对于管道流速的规定，确定本设计管道系统各管段管径为：

1~2段DN50mm，2~3段DN75mm，3~4段DN100mm,4~5段DN150mm，5~6段DN200mm，6~7段DN300mm。

空气管道一般敷设在地面上，接入曝气池的管道，应高出池水面0.5m以免产生回水现象。

（16）污泥回流系统、剩余污泥系统排出系统设计

（ⅰ）污泥回流系统

污泥回流比按50%设计，每天回流污泥量

每周期回流污泥量，而每周期T=4h，本设计回流污泥进泥时间每周期取t=2h,回流污泥泵在运行过程中是间歇运行的。

则单格CASS池进泥流量为，根据流量选用污泥回流泵型号：

150QW150-15-15，出口直径150mm,重量360kg，每座CASS池内设该种泵一台。

出泥管管径取d=250mm。

（ⅱ）剩余污泥排出系统

由上述计算知道，剩余污泥产生量Q=510.4，每个周期单个池体产生的污泥量，每个周期排泥时间利用周期后0.5h，则泵的流量为：

42.6。

根据流量选用剩余污泥泵型号：

50QW42-9-22，出口直径d=50mm，重量70kg，每座CASS池内设该种泵一台。

出泥管管径取150mm。