污水厂设计CASS池设计计算

1、2.5生物反应池（CAS皈应池）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：建设费

2、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

3、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codBOD 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/LBOI5=150mg/LX (1-20%) =120mg/LNH-N=45mg/LX (1-20%) =36mg/LTP=8mg/IL< (1-20%) =6.4mg/LSS=440mg/L< (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一般

4、取3-5m,本水厂设计选用4.0m11排水比：=0.4m 2.5(2)BOD-污泥负荷(或称BOD-S颤荷率)(Ns)NS=K2 Se fNsBOD污泥负荷(或称 BOD-S颤荷率)，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;有机基质降解率，%_Sa Se4=Saf 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120 10=91.7%120K S_ f,之后把本数值代入得Ns= K2 Se f

5、 =0.2 kgBOD/(kgMLSS d)(3)曝气时间Ta24SqNsmNw24 12024 1201.8h0.2 2.5 3200式中 Ta曝气时间,So一进水平均BOD5, mg/Lm一排水比 1/m = 1/2.5Nw一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。Vmax= 7.4 104X Xo-1.7 (MLSS< 3000)Vmax = 4.6 104 垓O-1.26(MLS S> 3000)式中Vmax一活性污泥界面的初始沉降速度。t水温，CX0一沉降开始时MLSS

6、的浓度，X0=Nw=3200mg/L, 则Vmax= 4.6 104M200-1.26 = 1.76 m/s4 11 2/2.51.761.58h 取 Ts=1.5h沉淀时间Ts用下式计算H 1TsmVmax式中 Ts沉淀时间，hH反应池内水深，m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

7、Nw f式中:Q城市污水设计水量，nVd ; Q=14400md ;Nw 一混合液MLSS亏泥浓度(kg/m3),本设计取3.2 kg/m 3;Ne BOD污 泥负荷(kg BOD/kg MLSS d), 本 设计取0.2kgBOD/kgMLSS d;SaSe一进水 BOD浓度(kg/ L ),本设计 Sa = 120 mg/L ;一出水BOD浓度(kg/ L ),本设计Se = 10 mg/L ;一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 (120 10) 10 33 3 3300 m30.2本水厂设计CASS池四座,3.2 0.75每座容积 V

8、i= 3300 =825 m3 4(ii)排水体积法进行复核单池容积为Vi QnN2 5仝-144001500 (m3)6 4反应池总容积 V4V i4 15006000(m3)式中V一单池容积，m3n一周期数；m一排水比 1/m = 1/2.5N一池数；Q一平均日流量，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)和周 定容积组成，变动容积是指池内设计最高水

9、位至浮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)0CASS也总有效容积V(m3): V=ni x (V1 + V2 + V3)(i )池内设计最高水位至浮水机排放最低水位之间的高度，Hi (m)；Q H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。14400 4则 H114400 4 1.6m6 6000(ii)浑水结束时泥面高度，H3 (项已知撇水水位和泥面之间的安全距离，H

10、2= =1.2m；H3=H-(Hi+H2)=4-1.6-1.2=1.2m(iii) SVI一污泥体积指数,(ml/g)SVI= H3H Nw代入数值，则 SVI= 1.2 1093(ml/g),此数值反映出活性污泥的凝聚、4 3.2沉降性能良好。(8) CASS也外形尺寸(i) L B H 式中：B一池宽，矶 B:H=12,取 B=8m 8/4=2,满 N足要求；L=V600046.8m ,取 L=47m.L/B=47/8=5.8, L:B=4 6,N B H 4 8 4满足要求。(ii) CASS也总高，H0 (n)取池体超高0.5m,则H0=H+ 0.5=4.5m(iii)微生物选择区Li

11、,(项CASS也中间设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也总容积的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。Li= 10% L=10% 47=4.7m(iv)反应池液位控制排水结束时最低水位h14 比 4 25 2.4 (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 hs h12.4 1.2 1.2 (m)则：撇水水位和泥面之间的安全距离，H2=hs=1.2m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。

12、(i )连通孔面积AiAi按下式进行计算：Q1Ai B Li Hi24 n N UU式中： U 一孔口流速，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=i.2m。为：0.7mxi.2m(i0)复核出水溶解性BOD5处理水中非溶解性BOD5的值：BOD5=7.ibXaCeCe处理水中悬浮固体浓度 i0mg/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

13、 0.075X 0.4X 10=2.13mg/L故水中溶解性BOD5要求小于10-2.13=7.87 mg/L而该设计出水溶解性BOD5Se =24 K2NwfTAn24So24 12024 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。0.2C时活性污泥自身氧化系数:Kd (0.2) =Kd (20)tT 20=0.06X 1.04 0.2 20,=0.028剩余生物污泥量：Xv=YQ S_Se- - Kd(0.2)Vi NW fTA nN10

14、001000 24120 4.383200=0.6X 14400X 0.028X 1500X X 0.7510001000x 18X6X424=817.52kg/d剩余非生物污泥量:C CXs =Q (1-fbf) X C0 Ce1000=14400X (1-0.7X0.75)286 10x1000=1887.84kg/d公式中，fb进水VSS中可生化部分比例，取fb =0.7;Co设计进水SS, m3/d;Ce设计出水SS, m3/d;剩余污泥总量:X=AXv + AXs=817.52+1887.84=2705kg/d剩余污泥浓度Nr： Nw 32003Nr= W5333mg/L5.333k

15、g/m311 0.4剩余污泥含水率按99.3%计算，湿污泥量为 空5 510.4m3/d5.3(12)复核污泥龄二 1 c-YNs Kd式中:污泥龄Y污泥产率系数，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,二 1YNs Kd二 1- 0.5 0.2 0.07=33d硝化所需最小污泥龄:c?N= (1/ ) X1.103(15-T)xf 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。c?

16、N= (1/ ) x 1.103(15-T)Xfs=(1/0.35) X 1.103 c X2.3二28d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0.48kg Oa的经验法计算。Oa a'Q So Se b'VNw0.48 14400 120 10 10 3 0.14 6000 3200 10 3=3448(kg O2/d)式中Oa 需氧量，kg O2/d；a'一

17、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 kg 0.53 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011kg0.188 kg,本设计取 0.12 kg。(ii)氨氮硝化需氧量 Q按下式计算；Ob 4.57 QNk Nke 0.12VNWfC=4.57 *14400 X (36-5) X10-3-0.12 6000 3.2 0.75 33=1801(kg O2/d)式中4.57氨氮的氧当量系数；Nk一进水总凯氏氮浓度，g/L ;Nke一出水总凯氏氮浓度，g/L ；Xv一系统每天排出的剩余污泥量，kg

18、/d;总需氧量。总 Oa Ob 3448 1801 5249kg/d=218.7 kg/h(14)标准需氧量标准需氧量计算公式:SOR=一(AOR CsgCsb C)1.024(T20)PbOt、Csb (T) =Cs(T)( 5 +一)2.026 1042Ot=79212；(iEt)_ 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, kg/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

19、 =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)设计水温条件下曝气7&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27.3C时，CS(27.3)=8.02;Pb空气扩散装置处的绝对压力，pa, Pb =P+9.8X103H;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

20、转移 效率Ea按26%计算；C曝气池内平均¥§解氧浓度，取 C=2mg/L0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:P51.013 1050.99 10 5 =0.901.013 1053.Pb=P+9.8X10 H=1.013X 105+9.8X 103X 3.5 = 1.356X 105 (Pa)Ot= 21(1 Ea)X 100%=16.4%79 21(1 Ea)PbOt、CSb(27.3)=Cs(27.3) 5+-)2.0661042=8.02 X1.356 105 16.4 )2.066 1042=8.40mg/L

21、标准需氧量SOR：SOR= (CAOR Cs(20)Sb(20) C) 1.024 10(27.3 20)218.7 8.020.90 (0.95 0.90 8.40 2) 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:c SOR 316.334G=4055m /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：405520202.75 m3/h4 8 (474.7) 1353.6m3曝气池平面面积为：1353.61354 个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:1.0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