污水厂设计CASS池设计计算

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：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%；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。2.5.2CASS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/LBOD5=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：λ=m1=5.21=0.4(2)BOD-污泥负荷（或称BOD-SS负荷率）（Ns）Ns=fSKe2Ns——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=SaSeSa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=1201012091.7%，之后把本数值代入得Ns=fSKe2=0.2kgBOD5/(kgMLSS·d)（3）曝气时间TAh8.132005.22.012024240mNwNSTsA式中TA—曝气时间，hS0—进水平均BOD5，㎎/Lm—排水比1/m=1/2.5Nw—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h58.176.12.15.2141maxVmHTS取TS=1.5h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=424=6(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：fNwNeSeSaQV)(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：33330075.02.32.010)10120(14400mV本水厂设计CASS池四座，每座容积Vi=43300=825m3（ⅱ）排水体积法进行复核单池容积为150014400465.2QnNmVi（m3）反应池总容积6000150044iVV（m3）式中iV—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=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）；VNHQH1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mH6.1600064144001（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=WNHH3代入数值，则SVI=932.34102.13(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）NVHBL式中：B—池宽，m，B:H=1—2，取B=8m，8/4=2，满足要求；L=mHBNV8.464846000，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4.25.215.24141mmh（m）基准水位h2为4.0m；超高0.5m；保护水深=1.2m。污泥层高度2.12.14.21hhs（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A1A1按下式进行计算：UHLBUNnQA124111式中：U—孔口流速，取U=70m/h将各数值代入，计算得：2186.0701)6.17.4870462414400(mA（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：0.7m×1.2m(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0.075×0.4×10=2.13mg/L故水中溶解性BOD5要求小于10－2.13=7.87mg/L而该设计出水溶解性BOD5：Se’=nfTNKSAW202424=68.175.032000244.02412024=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）20Tt=0.06×1.04（0.2－20）=0.028剩余生物污泥量：△XV=YQ1000'0eSS－Kd（0.2）Vi1000WNf24ATnN=0.6×14400×100038.4120－0.028×1500×10003200×0.75×248.1×6×4=817.52kg/d剩余非生物污泥量：△XS=Q（1-fbf）×10000eCC=14400×（1-0.7×0.75）×100010286=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=3/333.5/g53334.0132001mkgLmNW剩余污泥含水率按99.3%计算，湿污泥量为d/m4.5103.527053（12）复核污泥龄c=dSKYN1式中：c——污泥龄Y——污泥产率系数，一般为0.4～0.8取0.5Kd——衰减系数，一般为0.04～0.075取0.07代入数值，c=dSKYN1=07.02.05.01=33d硝化所需最小污泥龄：Nc=（1/)×1.103（15-T）×fsNc——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。Nc=（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。Wa''VNbSSQaOeO33103200600014.010101201440048.0=3448(㎏O2/d)式中Oa—需氧量，㎏O2/d；'a—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㎏；'b—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；CWkekbVNNNQOf12.057.4=4.57×[14400×（36-5）×10-3-0.12×3375.02.36000]=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；VX—系统每天排出的剩余污泥量，㎏/d；总需氧量524918