污水廠設計CASS池設計計算

1、2.5生物反應池（CASS反應池）2.5.1 CASS 反應池的介紹CASS是周期性循環(huán)活性污泥法的簡稱，是間歇式活性污泥法的一種變革， 并保留了其它間歇式活性污泥法的優(yōu)點， 是近年來國際公認的生活污水及工業(yè)污 水處理的先進工藝。CASS 工藝的核心為 CASS 池，其基本結(jié)構(gòu)是：在 SBR 的基礎上，反應池 沿池長方向設計為兩部分，前部為生物選擇區(qū)也稱預反應區(qū)，后部為主反應區(qū)， 其主反應區(qū)后部安裝了可升降的自動撇水裝置。 整個工藝的曝氣、 沉淀、排水等 過程在同一池子周期循環(huán)運行， 省去了常規(guī)活性污泥法中的二沉池和污泥回流系 統(tǒng)，同時可連續(xù)進水，間斷排水。CASS 工藝與傳統(tǒng)活性污泥法的相比

2、，具有以下優(yōu)點： 建設費用低。省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設備，建設費用可 節(jié)省20%30%。工藝流程簡單，污水廠主要構(gòu)筑物為集水池、沉砂池、CASS 曝氣池、污泥池，布局緊湊，占地面積可減少 35%； 運轉(zhuǎn)費用省。由于曝氣是周期性的，池溶解氧的濃度也是變化的，沉淀階段 和排水階段溶解氧降低，重新開始曝氣時，氧濃度梯度大，傳遞效率高，節(jié) 能效果顯著，運轉(zhuǎn)費用可節(jié)省 10%25%； 有機物去除率高。出水水質(zhì)好，不僅能有效去除污水中有機碳源污染物，而 且具有良好的脫氮除磷功能； 管理簡單，運行可靠，不易發(fā)生污泥膨脹。 污水處理廠設備種類和數(shù)量較少， 控制系統(tǒng)簡單，運行安全可靠； 污泥產(chǎn)量

3、低，性質(zhì)穩(wěn)定。2.5.2 CASS反應池的設計計算圖2-4 CASS工藝原理圖(1) 基本設計參數(shù)考慮格柵和沉砂池可去除部分有機物及 ss取codBOD NH-n,tp去除率為20% SS去除率為35%此時進水水質(zhì)：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處理規(guī)模：Q=14400md,總變化系數(shù)1.53混合液懸浮固體濃度(MLSS： Nw=3200mg/L反應

4、池有效水深H 般取3-5m,本水廠設計選用4.0m1 1排水比：入=0.4m 2.5(2) BOD-污泥負荷(或稱BOD-SS負荷率)(Ns)Ns# Se fNsBOD污泥負荷(或稱 BOD-SS負荷率)，kgBOD/(kgMLSS d);&有機基質(zhì)降解速率常數(shù)，L/(mg d),生活污水&取值圍為0.0168-0.0281 ,本水廠取值0.0244 ;n有機基質(zhì)降解率，%_ Sa Sen =Sa般在生活污水中，ff混合液中揮發(fā)性懸浮固體與總懸浮固體濃度的比值,值為0.7-0.8,本水廠設計選用0.75。代入數(shù)值，得尸罟917%，之后把本數(shù)值代入得Ns=3=0.2kgBOD(k

5、gMLSS d)(3) 曝氣時間TaTa NNw24 1201.8h0.2 2.5 3200式中 Ta曝氣時間，hS0進水平均BOD5，啞/Lm排水比 1/m = 1/2.5Nw混合液懸浮固體濃度（MLSS）: X = 3200mg/L4%.5 1.21.76沉淀時間Ts活性污泥界面的沉降速度與 MLSS濃度、水溫的關系，可以用下式進行計 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水溫，°CX0沉降開始時MLSS的濃度，X0= Nw

6、=3200mg/L，則Vmax = 4.6 104 >C200_1.26 = 1.76 m/s沉淀時間Ts用下式計算1.58h 取 TS=1.5h式中Ts沉淀時間，hH反應池水深，m安全高度，取1.2m(5)排水時間Td及閑置時間Tf根據(jù)城市污水處理廠運行經(jīng)驗，本水廠設置排水時間Td取為0.5h，閑置時間取為0.1h。運行周期 T= Ta +TS+TD+Tf=4h每日運行周期數(shù)n=24=64(6) CASS池容積VCASS池容積采用容積負荷計算法確定，并用排水體積進行復核。 (i)采用容積負荷法計算：V Q (Sa Se)Ne Nw f式中:C城市污水設計水量，nVd ; Q=14400

7、n/d ;Nw 混合液MLSS虧泥濃度(kg/m3)，本設計取3.2 kg/m 3;Ne BOD污 泥負荷(kg BOPkg MLSS d)， 本 設計取0.2kgBOD/kgMLSS d;Sa進水 BOD濃度(kg/ L)，本設計 Sa = 120 mg/L ；Se出水BOD濃度(kg/ L ),本設計Se = 10 mg/L ;混合液中揮發(fā)性懸浮固體濃度與總懸浮固體濃度的比值，本設計取 0.75 ；則:14400 (12° 10) 10 33300m3本水廠設計CASS池四座,0.2 3.2 0.75每座容積 Vi= 3300 =825 m34(ii)排水體積法進行復核單池容積為

8、Vj QnN2 53144001500(m3)6 4反應池總?cè)莘e V4V i4 15006000( m3)式中V 單池容積，m3n周期數(shù)；m排水比 1/m = 1/2.5N池數(shù)；Q 平均日流量，m3/d由于排水體積法計算所得單池容積大于容積負荷法計算所得， 因此單池容積 應按最大容積值計，否則將不滿足水量運行要求，則單池容積Vi=1500 m3，反應 池總?cè)莘eV=6000 m3。（7）CASS也的容積負荷CASS池工藝是連續(xù)進水，間斷排水，池有效容積由變動容積（ Vi）和固定 容積組成，變動容積是指池設計最高水位至潷水器最低水位之間高度（Hi）決定的容積，固定容積由兩部分組成，一是活性污泥最高

9、泥面至池底之間高度（H3）決定的容積（V3），另一部分是撇水水位和泥面之間的容積，它是防止撇水時污 泥流失的最小安全距離（H2）決定的容積（V2）。CASS池總有效容積V （m3）: V = ni x （Vi + V2 + V3）（i）池設計最高水位至潷水機排放最低水位之間的高度，Hi （m）;Hi式中：N日循環(huán)周期數(shù)，N=6;H池最高液位 H （m）,本設計H=4.0m。則 Hii4400 46 6000i.6m（H）潷水結(jié)束時泥面高度，H3 （m已知撇水水位和泥面之間的安全距離，H2= =i.2m；H3=H-(H i+H2)=4-i.6-i.2=i.2m(iii) SVI 污泥體積指數(shù),(

10、ml/g)SVI=H Nw3代入數(shù)值，則svi=U !°-4 3.293(ml/g)，此數(shù)值反映出活性污泥的凝聚、沉降性能良好。(8) CASS也外形尺寸式中:B池寬，m B：H=12,取 B=8m 8/4=2，滿足要求;L= V N B H滿足要求。60004 8 446.8m，取 L=47m.L/B=47/8=5.8, L:B=4 6,(ii) CASS也總高，H0(m取池體超高 0.5m，貝U Fb=H+ 0.5 = 4.5m(iii)微生物選擇區(qū)L1，(m)CASS也中間設1道隔墻，將池體分隔成微生物選擇區(qū)(預反應區(qū))和主反應區(qū)兩部分?？窟M水端為生物選擇區(qū)，其容積為CASS也

11、總?cè)莘e的10流右，另一部分為主反應區(qū)。選擇器的類別不同，對選擇器的容積要求也不同。L1= 10% L=10%47=4.7m(iv)反應池液位控制排水結(jié)束時最低水位h14詈42.4 (m)基準水位h2為4.0m;超高0.5m;保護水深=1.2m。污泥層高度hs2.41.21.2 (m)(9) 連通孔口尺寸隔墻底部設連通孔，連通兩區(qū)水流，因單格寬8m,根據(jù)設計規(guī)要求，此時連通孔的數(shù)量取為3。(i)連通孔面積AiAi按下式進行計算：Q1AiB Li Hi24 n N UU式中： U 孔口流速，取 U=70m/h將各數(shù)值代入，計算得：I4400i2A,(8 4.7 i.6)0.86m224 6 4 7

12、070(ii)孔口尺寸設計孔口沿墻均布，孔口寬度取 0.7m，孔高為0.86/0.7=i.2m 為：(10) 復核出水溶解性BOD5處理水中非溶解性BOD5的值：BOD5=7.ibXaCeCe處理水中懸浮固體濃度 10mg/LXa活性微生物在處理水中的所占比例取0.4b微生物自身氧化速率普通負荷：0.4高負荷：0.8延時曝氣系統(tǒng)：0.1本設計取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 mg/L而該設計出水溶解性BOD5：Se =24S24 K2 Nw仃人門=24 120=24 0.0244 3200 0.75 1

13、.8 6=4.38 mg/L設計結(jié)果滿足設計要求。(11) 計算剩余污泥量理論分析，知溫度較低時，產(chǎn)生生物污泥量較多。本設計最冷時是冬季平均 最冷溫度是0.2 C。02C時活性污泥自身氧化系數(shù)：Kd (0.2) =Kd (20) tT 20=0.06X 1.04(0.220) =0.028剩余生物污泥量：nNXv=YQS° Se Kd(0.2)Vi Nw fTA10001000 24=0.6X 14400X 1204.38 0.028X 1500X 3200 X 0.751000 10001 8xx 6X 4=817.52kg/d剩余非生物污泥量:C C Xs =Q (1-fbf)X

14、 C0 Ce=14400X( 1-0.7X 0.75)286 10x1000=1887.84kg/d公式中，fb進水VSS中可生化部分比例，取fb =0.7;SS, m3/d;C0設計進水Ce設計出水SS, m3/d;剩余污泥總量:X= Xv + A Xs=817.52+1887.84=2705kg/d剩余污泥濃度Nr：Nr=-N32005333mg/L 5.333kg /m311 0.4剩余污泥含水率按99.3%計算，濕污泥量為2705510.4m3/d5.3(12) 復核污泥齡= 1c = YNs Kd式中:污泥齡Y污泥產(chǎn)率系數(shù)，一般為0.40.8取0.5Kd衰減系數(shù)，一般為 0.040.

15、075取0.07代入數(shù)值,= 1c = YNs Kd0.5 0.2 0.07=33d硝化所需最小污泥齡:c?n= (1/ ) X 1.103( 15-T)Xf sc?N硝化所需最小污泥齡d-1 ；硝化細菌的增長速率d-1: T=0.2攝氏度時，取為0.35；fs安全系數(shù)：為保證出水氨氮小與 5mg/L 取2.33.0;取2.3;T污水溫度：取冬季最不利溫度0.2攝氏度。c?n= (1/ ) X1.1O3(15-T x fs=(1/0.35)X 1.103( 15-0.2 x2.3=28d經(jīng)校核，污泥齡滿足硝化要求。(13) 需氧量設計需氧量包括氧化有機物需氧量， 污泥自身需氧量、氨氮硝化需氧量

16、及出 水帶走的氧量。設計需氧量考慮最不利情況，按夏季時高水溫計算設計需氧量。(i)氧化有機物需氧量，污泥自身需氧量O1以每去除1 kg BOD需要0.48kk Oa的經(jīng)驗法計算。°a 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1 kg BOD需氧量，一般生活污水取為0.42kk0.53 kg,本設計取 0.48 kg;b' 1 kg活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，一般生活污水取為0.11 kg0.188

17、kg,本設計取 0.12 kg。(ii)氨氮硝化需氧量 Q按下式計算;q 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氨氮的氧當量系數(shù);Nk進水總凱氏氮濃度，g/L ;Nke 出水總凱氏氮濃度，g/L ；Xv 系統(tǒng)每天排出的剩余污泥量，kk /d;總需氧量0總 Oa Ob 3448 1801 5249 kg/d=218.7 kg /h(14) 標準需氧量標準需氧量計算公式:S0R=(AOR Cs(2o)CSb(T) C)1 - 024(Csb (T)=Cs(T)(

18、2.02105+4220)Ot=7921211(1Et)= Pa1.013 105式中SOR水溫20C,氣壓1.103X 105pa時，轉(zhuǎn)移到曝氣池混合液的總氧量,kk /h;AOR在實際條件下，轉(zhuǎn)移到曝氣池混合液的總氧量，kg/h;Cs( 20) 20C時氧在清水中飽和溶解度，取 Ca( 20)=9.17mg/L;雜質(zhì)影響修正系數(shù)，取值圍=0.780.99，本例選用=0.90 ;含鹽量修正系數(shù)，本例取=0.95;氣壓修正系數(shù)；Pa所在地區(qū)大氣壓力，Pa；T 設計污水溫度，本設計考慮最不利水溫，夏季T=27.3C；Csb (T)設計水溫條件下曝氣池平均溶解氧飽和度mg/L;Cs(T)設計水溫條

19、件下氧在清水中飽和溶解度，水溫273C時，CS (27.3)=8.02;Pb空氣擴散裝置處的絕對壓力，pa，Pb =P+9.8X 103H;P大氣壓力，P=1.013X 105;H 空氣擴散裝置淹沒深度，取微孔曝氣裝置安裝在距池底0.5m處，淹沒深度3.5m;Ot氣泡離開水面時，氧的百分比，%;Ea空氣擴散裝置氧轉(zhuǎn)移效率，本設計選用水下射流式擴散裝置，氧轉(zhuǎn)移 效率Ea按26%計算；C曝氣池平均溶解氧濃度，取C=2mg/L。工程所在地(地區(qū))海拔高度110m,大氣壓力p為0.99X 105pa,壓力修正系數(shù):P1.013 1050 99 100.99 10 5 =0.901.013 1053Pb

20、=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標準需氧量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空氣擴散裝置的供氣量，可通過下式確定:G= SOR =316.3 =4055m3/h0.3Ea 0.3 0.26(15)空氣管系統(tǒng)設計曝氣系統(tǒng)管道布置方式為，相鄰的兩個廊道的隔墻上設兩根干管，共四根干管，在每根干管上設5條配氣豎管，全曝氣池共設 4X5=20條配氣豎管。每根豎管的配氣量為:40553“202.75 m3/h20曝氣池平面面積為：4 8 (47 4.7)1353.6m3每個空氣擴散器的服務面積按1.0 m3計，則所需空氣擴散器的總數(shù)為:1353.61.