污水厂设计CASS池设计计算

1、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：建设

2、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%;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%；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；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；污泥产量低，性质稳定。2.5.2 CASS反

3、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codBOD NH-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/LBOD=150mg/LX( 1-20%) =120mg/LNH_N=45mg/LX( 1-20%) =36mg/LTP=8mg/LX( 1-20%) =6.4mg/LSS=440mg/LX( 1-35%) =286mg/L处理规模：Q=14400md,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 般取3-5m,本水厂设

4、计选用4.0m1 1排水比：入=0.4m 2.5(2) BOD-污泥负荷(或称BOD-SS负荷率)(Ns)Ns# Se fNsBOD污泥负荷(或称 BOD-SS负荷率)，kgBOD/(kgMLSS d);&有机基质降解速率常数，L/(mg d),生活污水&取值范围为0.0168-0.0281，本水厂取值 0.0244 ;n有机基质降解率，%_ Sa Sen =Sa般在生活污水中，ff混合液中挥发性悬浮固体与总悬浮固体浓度的比值,值为0.7-0.8,本水厂设计选用0.75。代入数值，得尸罟917%，之后把本数值代入得Ns=3=0.2kgBOD(kgMLSS d)(3) 曝气时间T

5、aTa NNw24 120241.8h0.2 2.5 3200式中 Ta曝气时间，hS0进水平均BOD5，哑/Lm排水比 1/m = 1/2.5Nw混合液悬浮固体浓度（MLSS）: X = 3200mg/L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。oVmax = 7.4 W4t Xo -1.7 (MLSSW 3000)Vmax = 4.6 104 XXo-1.26(MLS S> 3000)式中Vmax活性污泥界面的初始沉降速度。t水温，°CX0沉降开始时MLSS的浓度，X0= Nw=3200mg/L，则Vmax = 4.6 104 &

6、gt;C200_1.26 = 1.76 m/s4%.5 1.21.761.58h 取 TS=1.5h沉淀时间Ts用下式计算H 1 TsmVmax式中 Ts沉淀时间，hH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=24=64(6) CASS池容积VCASS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：V Q (Sa Se)Ne Nw f式中:C城市污水设计水量，nVd ; Q=14400n/

7、d ;Nw 混合液MLSS亏泥浓度(kg/m3),本设计取3.2 kg/m 3;Ne BOD污 泥负荷(kg BOPkg MLSS d), 本 设计取0.2kgBOD/kgMLSS d;SaSe进水 BOD浓度(kg/ L ),本设计 Sa = 120 mg/L ;出水BOD浓度(kg/ L ),本设计Se = 10 mg/L ;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:14400 (12° 10) 10 33300m30.2本水厂设计CASS池四座,3.2 0.75每座容积 Vi= 3300 =825 m34(ii) 排水体积法进行复核单池容积为V

8、j QnN2 53144001500(m3)6 4反应池总容积 V4V i4 15006000( m3)式中V 单池容积，m3n周期数；m排水比 1/m = 1/2.5N池数；Q 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也的容积负荷CASS池工艺是连续进水，间断排水，池内有效容积由变动容积（ Vi）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（ Hi） 决定的容积，固定容积由两部分组成，一是活性污

9、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也总有效容积V（m3）: V = ni x （Vi + 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，Hi （m）;Hi式中：N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 Hii4400 46 6000i.6m（H）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= =i.2m；H3=H-(H i+H2)=4-i.6-i.2=i.2m(iii) SVI 污泥体积

10、指数,(ml/g)SVI=H Nw代入数值，则SVI=31.2 104 3.293 (ml/g),此数值反映出活性污泥的凝聚、沉降性能良好。(8)CASS也外形尺寸(i) L B H VN式中：B池宽,足要求；,V6000小 cL=46.8m，N B H4 8 4m B：H=12,取 B=8m 8/4=2，满取 L=47m.L/B=47/8=5.8, L:B=4 6,满足要求。(ii) CASS也总高，Fb ( m取池体超高 0.5m，贝U Hd=H+ 0.5 = 4.5m(iii)微生物选择区L1，(n)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

11、为生物选择区，其容积为CASS池总容积的10流右，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 4 丄 425 12.4 (m)m2.5基准水位h2为4.0m;超高0.5m;保护水深=1.2m。污泥层高度hs2.41.21.2 (m)则：撇水水位和泥面之间的安全距离，H2=hs=1.2m(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 时连通孔的数量取为3。(i)连通孔面积AiAi按下式进行计算：8m,根据设计规范要求，此AiQB Li Hi 24 n N UU式中： U 孔口流速

12、，取 U=70m/h将各数值代入，计算得：i4400i2A (8 4.7 i.6)0.86m224 6 4 7070(ii) 孔口尺寸设计孔口沿墙均布，孔口宽度取 0.7m，孔高为0.86/0.7=1.2m为：0.7mX1.2m(10)复核出水溶解性BOD5 处理水中非溶解性BOD5的值:BOD5=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0.4BOD5=7.1 0.075X 0.4X 10=2.13mg/L故水中溶解性BOD5要求小于10 2.13=7.87 m

13、g/L而该设计出水溶解性BOD5：Se = 2424S。K 2 NW仃人门=24 120=24 0.0244 3200 0.75 1.8 6=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 C。02C时活性污泥自身氧化系数：Kd (0.2) =Kd (20)T 20 t=0.06X 1.04(0.220)=0.028剩余生物污泥量：XV=YQX Kd(。“盘氏 nN=0.6X 14400X 1204.38 0.028X 1500X 3200 X 0.751000 10001 8x x 6X 4=

14、817.52kg/d剩余非生物污泥量: Xs =Q (1-fbf )XCoCe=14400X( 1-0.7X 0.75)286 10x1000=1887.84kg/d公式中，fb进水VSS中可生化部分比例，取fb =0.7;SS, m3/d;C0设计进水Ce设计出水SS, m3/d;剩余污泥总量:X= Xv + A Xs=817.52+1887.84=2705kg/d剩余污泥浓度Nr：N w 32003NR=W5333mg/L 5.333kg/m311 0.4剩余污泥含水率按99.3%计算，湿污泥量为2705510.4m3/d5.3(12) 复核污泥龄= 1C = YNs Kd式中:污泥龄Y污

15、泥产率系数，一般为0.40.8取0.5Kd衰减系数，一般为 0.040.075取0.07代入数值,= 1c = YNs Kd0.5 0.2 0.07=33d硝化所需最小污泥龄:c?n= (1/ ) X 1.103( 15-T)X f sc?N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。0总 Oa Ob 3448 18015249 kg/d=218.7 kg /hc?n= (1/ ) X1.1O3(15-T x fs=(1/0.35)X 1

16、.103( 15-0.2 x2.3=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 kg BOD需要0.48k Oa的经验法计算。Oa a Q SoSeb'VN w0.48 14400120 1010 30.14 6000 3200 10 3=3448( k O2/d)式中Oa 需氧量，kk O2/d；a'活性污泥微生物每代谢1 kg BOD需氧量，一般生活污水取为0.42 kg0.5

17、3 kg,本设计取 0.48 kg;b' 1 kg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 kg0.188 kg,本设计取 0.12 kg。(ii)氨氮硝化需氧量 Q按下式计算;keq 4.57 Q Nk Nke 0.12VNwfC=4.57 X14400 X (36-5) X0-3-0.12X000 3.2 0.7533=1801(k 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 ；Xv 系统每天排出的剩余污泥量，kk /d;总需氧量(14) 标准需氧量标准需氧量计算公式:S0R=(AOR Cs(2o)CS

18、b(T) C)1 - 024(Csb (T)=Cs(T)(2.02105+4220)Ot=79212；(1Et)= Pa1.013 105式中SOR水温20C,气压1.103X 105pa时，转移到曝气池混合液的总氧量,kk /h;AOR在实际条件下，转移到曝气池混合液的总氧量，kg/h;Cs( 20) 20C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=27.3C；Csb(T)设计水温

19、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273C时，Cs (27.3)=8.02;Pb空气扩散装置处的绝对压力，pa，Pb =P+9.8X 103H;P大气压力，P=1.013X 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0.99X 105pa,压力修正系数:P1.013 105

20、0 99 100.99 10 5 =0.901.013 1053Pb=P+9.8X 10 H=1.013X 105+9.8X 103X 3.5=1.356X 105 (Pa)21(1 Ea)Ot=A'X 100%=16.4%79 21(1 Ea)PbCSb(27.3)=Cs(27.3)(b 5)2.066 1042=8.02 X1.356 10516.4)5丿2.066 1042=8.40mg/L标准需氧量SOR:AOR Cs(20)SOR =(Csm20)C) 1.024 10(27320)218.7 8.020.90 (0.95 0.90 8.402) 1.024(27.3 20)=316.3 kg/h空气扩散装置的供气量，可通过下式确定:G= SOR =316.3 =4055m3/h0.3Ea 0.3 0.26(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 4X5=20条配气竖管。每根竖管的配气量为:202.75 m3/h405520曝气池平面面积为：4 8 (474.7)1353.6m3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：1354 个1353.61.0为安全计，本设计采用1400个空气扩散器，每个竖管