污水处理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

2、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

3、产量低，性质稳定。252 CASS反应池的设计计算预反应区图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,BQNH-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/LX( 1-20%) =6.4mg/LSS=440mg/LX( 1-35%) =286mg/L处理规模：Q=14400r/d,总变化系数1.53 混合液悬浮固体浓度(MLSS： Nw=3200m

4、g/L反应池有效水深H 般取3-5m,本水厂设计选用4.0m1 1排水比：入=一=0.4m 2.5(2) BOD-污泥负荷(或称BOD-SS负荷率)(Ns)Ns=K2SefnNsBOD污泥负荷(或称 BOD-SS负荷率)，kgBOD/(kgMLSS d);K2有机基质降解速率常数，L/(mg d),生活污水屁取值范围为0.0168-0.0281，本水厂取值 0.0244 ;有机基质降解率，%Sa SeSa混合液中挥发性悬浮固体与总悬浮固体浓度的比值,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，得尸罟=91.7%，之后把本数值代入得Ns=K2 Sefn=0.2kgBOD

5、(kgMLSS d)(3) 曝气时间Ta24SqNsmNw24 1200.2 2.5 3200= 1.8h式中 Ta曝气时间，hSo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。o4-1 7Vmax = 7.4 杓 xt Xo . (MLSSW 3000)4-1 26Vmax = 4.6 10 XXo . (MLSS3000)式中Vmax活性污泥界面的初始沉降速度。t水温，°CXo沉降开始时MLSS的浓度，Xo= Nw=3200

6、mg/L，则4-1 26Vmax = 4.6 10 X3200 .=1.76 m/s沉淀时间Ts用下式计算H 1 l ：/ mVmax4 疋(1>1 2251.58h 取 TS=1.5h1.76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)V =Nex

7、Nw x f式中:C城市污水设计水量，nVd ； Q=14400n/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;进水 BOD浓度(kg/ L )，本设计 Sa = 120 mg/L ;SaSe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:V 二 14400 (120 一 10) 10二 3300m3本水厂设计CASS池四座,0.2 3.2 0.75每座容积 Vi

8、= 3300 =825 m34(ii)排水体积法进行复核 单池容积为"希Q2 5314400 =1500(m3)6 4反应池总容积 V = 4Vi=41 50=0600 0m3)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

9、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);Q x HH iN V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。i4400 4 =i.6m6 6000(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，出=；=

10、i.2m；H3=H-(H i+H2)=4-i.6-i.2=i.2m(iii) SVI 污泥体积指数,(ml/g)SVI=H3H Nw代入数值，则 SVI=U 1093(ml/g),此数值反映出活性污泥的凝聚、4x3.2沉降性能良好。(8) CASS也外形尺寸(i) LBH = 式中：B池宽，m 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 ( m取池体超高 0.5m，贝U H)=H+ 0.5 = 4.5m(iii) 微生物选择区L1，(n

11、)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m 12 5 1排水结束时最低水位= 442.4 ( 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 = 0 -2.4 - 1.2 = 1.2 (m)*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

12、3。(i) 连通孔面积AiAi按下式进行计算：( Q、1A1 = + B汉产(24汉n汉N汇U) U式中： U 孔口流速，取 U=70m/h将各数值代入，计算得：1440012A =(8 4.7 1.6)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0.86/0.8=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：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.

13、4DOD5=7.仆 0.075X 0.4 X 10=2.13mg/L故水中溶解性 DOD5要求小于10 2.13=7.87 mg/L而该设计出水溶解性DOD5：Se=24S。24 + & Nw仃人门=24 "2024 十 0.0244 汉 3200 汇 0.75 汉 1.8汉 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）vtT 20=0.06X 1.04（0.220）=0.028剩余生物污泥量：Xv=YQ證-

14、"唸已nN2424=0.6X 14400X 12。4.38 0.028X 1500X 3200 X 0.751000 10001 8xx 6X 4=817.52kg/d剩余非生物污泥量: Xs =Q （1-fbf）X % _Ce24=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;3SS, m3/d；SS，m3/d ；C0设计进水Ce设计出水剩余污泥总量:X= Xv + A Xs=817.52+1887.84=2705kg/d剩余污泥浓度Nr:NR=13207 = 5333mg/5.33

15、3kg/mS剩余污泥含水率按99.3%计算，湿污泥量为2705 =510.4m3/d5.3(12) 复核污泥龄礼=1YNs -心式中：乙污泥龄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,兀=1YNs 一心= 10.5 0.2-0.07=33d硝化所需最小污泥龄：礼积=(1/J X 1.103(15-T)X fs玉飒一一硝化所需最小污泥龄d-1;J 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。日口 = (1/

16、巴 X 1.103(15-T)Xfs=(1/0.35)X 1.103( 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01以每去除1 kg BOD需要0.48 kg Oa的经验法计算。Oa 二 a'Q So -Seb'VN W=0.48 汉 14400 汉(120 10 W 10 + 0.14 域 6000 汉 3200 汉 10=3448( k 02/d)式中Oa 需氧量，k

17、g 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 kg0.53 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0.11 kg0.188 kg,本设计取 0.12 kg。(ii) 氨氮硝化需氧量0)按下式计算；Ob =4.57|Q(Nk Nke)0.12VNf 1=4.57 X14400 X(36-5) X10-3-0.12 X000 汉3.20.75 33=1801(k 02/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

18、天排出的剩余污泥量，kk /d;总需氧量0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=aAOR Cs(2o)(Csb(T)-C)1.024(T，0)Csb (T) =Cs (T)(2.02 105 +42)Ot=21(_Ea)79 21(1 -Ea)Pa” =51.013 10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

19、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;P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

20、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，取工程所在地(郑州地区)海拔高度C=2mg/L。正系数:：=1.O13 1O55O.99 1O5=O.9O1.O13 1O53Pb=P+9.8X 10H53=1.013X 10 +9.8X 10 X 3.55=1.356X 10 (Pa)21(1-Ea)Ot=i'，X 1OO%=16.4%79 21(1 - Ea)PbCsb (27.3) =Cs(27.3) ( 5 +)2.O66 汇 1O542=8.02 X51.356 1016.4)2.O66 1O542=8.40mg/L标准需氧量

21、SOR:AOR cs(20)SOR= ： CCsh(20)-C) 1.O24 1O(27.2°)218.7 8.020.90 (0.95 0.90 8.40 -2) 1.O24W0)=316.3 kg/h空气扩散装置的供气量，可通过下式确定:G= SOR =3163=4O55m3/h0.3Ea O.3 O.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:110m,大气压力p为0.99X 105pa,压力修40553202.75 m /h 20曝气池平面面积为：4x8x(47 47) =1 3 56M3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：1353.6:1354 个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 的数目为: