CASS池设计计算

2.5 生物反应池（CASS反应池）2.5.1 CASS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。2.5.2 CASS反应池的设计计算图2-4 CASS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/LNH3-N=45mg/L（1-20%）=36mg/LTP=8mg/L（1-20%）=6.4mg/LSS=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：= =0.4(2)BOD-污泥负荷（或称BOD-SS负荷率）（Ns）Ns=NsBOD-污泥负荷（或称BOD-SS负荷率）,kgBOD5/(kgMLSSd)；K2有机基质降解速率常数，L/(mgd),生活污水K2取值范围为0.0168-0.0281，本水厂取值0.0244；有机基质降解率，%；=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=91.7%，之后把本数值代入得Ns=0.2 kgBOD5/(kgMLSSd)（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 = 1/2.5Nw混合液悬浮固体浓度（MLSS）：X3200mg/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 = 7.4104tXO -1.7 (MLSS3000) Vmax = 4.6104XO-1.26(MLSS3000)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，X0Nw=3200mg/L，则Vmax = 4.61043200 -1.26 = 1.76 m/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。 （）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3.2 kg/m3； NeBOD5污泥负荷(kg BOD5/kg MLSSd)，本设计取0.2kgBOD5/kgMLSSd； Sa进水BOD5浓度（kg/ L），本设计Sa = 120 mg/L； Se出水BOD5浓度（kg/ L），本设计Se = 10 mg/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=825 m3（）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=1500 m3，反应池总容积V=6000 m3。（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）：Vn1（V1V2V3）（）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 （）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() 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（） 式中：B池宽，m，B:H=12，取B=8m，8/4=2，满足要求； L=，取L=47m.L/B=47/8=5.8, L:B=46,满足要求。（）CASS池总高，H0（m）取池体超高0.5m，则H0=H0.54.5m（）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。L110L=10%47=4.7m （）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2-5 CASS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。（）连通孔面积A1A1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：（）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：0.7m1.2m(10) 复核出水溶解性BOD5处理水中非溶解性BOD5的值：DOD5=7.1bXaCeCe处理水中悬浮固体浓度10mg/LXa活性微生物在处理水中的所占比例取0.4b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=7.10.0750.410=2.13mg/L故水中溶解性DOD5要求小于102.13=7.87 mg/L而该设计出水溶解性DOD5： Se=4.38 mg/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）=0.061.04（0.220）=0.028 剩余生物污泥量：XV=YQKd（0.2）VifnN=0.6144000.0281500 0.7564=817.52kg/d 剩余非生物污泥量：XS =Q（1-fbf） =14400（1-0.70.75）=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 0.40.8取0.5 Kd衰减系数，一般为0.040.075 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2.33.0；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。（） 氧化有机物需氧量，污泥自身需氧量O1以每去除1BOD需要0.48Oa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1BOD需氧量，一般生活污水取为0.420.53，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0.110.188，本设计取0.12。（）氨氮硝化需氧量Ob按下式计算； =4.5714400（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1.103105pa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=0.780.99，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+9.8103H；P大气压力，P=1.013105； 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0.99105pA,压力修正系数：=0.90Pb=P+9.8103H =1.013105+9.81033.5=1.356105（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45=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1.0 m3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1015m/s，通向空气扩散装置的竖管、小支管为45m/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：12段DN50mm，23段DN75mm，34段DN100mm,45段DN150mm，56段DN200mm，67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（） 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