CASS池设计计算

生物反应池（CASS反应池）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。CASS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,BOD,NH-N,TP去除率为5320%,SS去除率为35%。此时进水水质：C0D=380mg/LX(1-20%)=304mg/LB0D=150mg/LX(1-20%)=120mg/L5NH-N=45mg/LX(1-20%)=36mg/L3TP=8mg/LX(1-20%)=LSS=440mg/LX(1-35%)=286mg/L处理规模：Q=14400m3/d,总变化系数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,本水厂设计选用4.0m排水比：入二丄二二m2.5B0D-污泥负荷(或称B0D-SS负荷率)(Ns)Ns=KxSxf―2e—Ns——BOD-污泥负荷(或称BOD-SS负荷率)，kgBOD/(kgMLSS・d)；5K——有机基质降解速率常数,L/(mg・d),生活污水K取值范围为，本水厂取值;22n有机基质降解率，%；_Sa-Sen=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值为本水厂设计选用。代入数值，得n=120-10=%，之后把本数值代入得Ns二K2XSeXf120nkgBOD/(kgMLSS・d)5曝气时间TA24S24x120]8hT=o—==1.8hANmNw0.2x2.5x3200s式中T—曝气时间，hAS一进水平均BOD，mg/L05m—排水比1/m=1/N—混合液悬浮固体浓度(MLSS)：X=3200mg/Lw⑷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。=X104XtXX(MLSSW3000)maxO=X104X(MLSS$3000)max式中V—活性污泥界面的初始沉降速度。maxt—水温，°CX—沉降开始时MLSS的浓度，X=N=3200mg/L,00w则V=X104X3200=1.76m/smaxTOC\o"1-5"\h\z沉淀时间T用下式计算z、S()()Hx74s4x7+1.2T=m=25=1.58h取T二SV1.76Smax式中T—沉淀时间，hSH—反应池内水深，ms一安全高度，取1.2m排水时间T及闲置时间TDf根据城市污水处理厂运行经验,本水厂设置排水时间T取为，闲置时间取为。D运行周期T二T+T+T+T=4hASDf24每日运行周期数n二24=64CASS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=Qx(Sa-Se)NexNwxf式中：Q—城市污水设计水量，m3/d；Q=14400m3/d；Nw一混合液MLSS污泥浓度(kg/m3)，本设计取3.2kg/m3；Ne—BOD污泥负荷(kgBOD/kgMLSS・d)，本设计取kgMLSS・d；55Sa—进水BOD浓度(kg/L),本设计Sa=120mg/L；5Se—出水BOD浓度(kg/L)，本设计Se=10mg/L；5f—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；则：V二I4400X(12°一1°)X10-3二3300m30.2x3.2x0.753300本水厂设计CASS池四座，每座容积V二=825m3i4(ii)排水体积法进行复核单池容积为V二—Q二22X14400二1500(m3)inN6x4反应池总容积V=4V=4x1500=6000(m3)i式中v一单池容积，m3in—周期数；m—排水比1/m=1/N—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V=1500rw,反应i池总容积V=6000m3。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(V)和固定1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(H)决1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(H)3决定的容积(V),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3泥流失的最小安全距离(H)决定的容积(V)。CASS池总有效容积V(rw)：V=22nX(V+V+V)1123(i)池内设计最高水位至滗水机排放最低水位之间的高度，H(m)；1QxHH二一1NxV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。14400x4二1.6m6x6000(ii)滗水结束时泥面高度，H(m)3已知撇水水位和泥面之间的安全距离，H二£=1.2m；2H=H-(H+H)=1.2mSVI—污泥体积指数，(ml/g)3l2SVI=H3——HxNW代入数值，则SVI=1.2x103=93(ml/g),此数值反映出活性污泥的凝聚、4x3.2沉降性能良好。CASS池外形尺寸(|)LxBxH=—式中：B—池宽，m，B:H=1—2，取B=8m，8/4=2，满N足要求；L=V==46.8m，取L=47m.L/B=47/8二，L:B=4—6,满NxBxH4x8x4足要求。(ii)CASS池总高，H(m)0取池体超高0.5m，则H二H+=4.5m0(Hi)微生物选择区L，(m)1CASS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%x47=4.7m(iv)反应池液位控制m—12.5—1排水结束时最低水位h=4x二4X•=2.4(m)1m2.5基准水位h为4.0m;超咼0.5m；保护水深e=1.2m。2污泥层高度h=h1—e=24―I，2=I，2(m)s1则：撇水水位和泥面之间的安全距离，H二h=1.2m2s图2-5CASS外形尺寸图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,根据设计要求，此时连通孔的数量取为3。连通孔面积A1A按下式进行计算：1(Q)1A=+BxLxHx—1124xnxNxU11丿U式中：U—孔口流速，取U=70m/h将各数值代入，计算得：144001A=(+8x4.7x1.6)——=0.86m2124x6x4x7070孔口尺寸设计孔口沿墙均布，孔口宽度取0.7m，孔高为=1.2m。为：0.7mX1.2m复核出水溶解性B0D5处理水中非溶解性B0D的值：5D0D=5C——处理水中悬浮固体浓度10mg/LeX——活性微生物在处理水中的所占比例取ab——微生物自身氧化速率普通负荷：咼负荷：延时曝气系统：本设计取DOD二x故水中溶解性DOD要求小于10-=mg/LTOC\o"1-5"\h\z55而该设计出水溶解性DOD5：C-24SS'=0—e24+KNfTn2WA=24x120=24+0.0244x3200x0.75x1.8x6=mg/L设计结果满足设计要求。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。0.2°C时活性污泥自身氧化系数：K=K0T-20d()d(20)t—X(-20)S—c'Nt剩余生物污泥量:△X—YQ-0一-KV—f-AnNV1000d()i100024120—438320018—X14400X-X1500XXX竺X6X41000100024—817.52kg/d剩余非生物污泥量：C一C△X—Q(1-ff)X-0__eSb1000—14400X(X)X286一101000—1887.84kg/d公式中，f——进水VSS中可生化部分比例，取f—；bbC——设计进水SS，m3/d；0C设计出水SS，m3/d；e剩余污泥总量：X—AX+△X—+—2705kg/dVS剩余污泥浓度％：n=2N.3200R1-九=1―0_4=5333mg/L=5.333kg/m3剩余污泥含水率按%计算,2705湿污泥量为2705=510.4m3/d5.3(12)复核污泥龄6=-—cYN-KSd式中：6——污泥龄Y——污泥产率系数,—般为〜取Kd—衰减系数，一般为〜取1代入数值，6=1—cYN-KSd10.5x0.2-0.07=33d硝化所需最小污泥龄:6=(1/卩)X(15-T)Xfc・Ns硝化所需最小污泥龄d-1;卩——硝化细菌的增长速率d-i：T二摄氏度时，取为;f安全系数：为保证出水氨氮小与5mg/L取〜；取；sT污水温度：取冬季最不利温度摄氏度。6=(1/卩)X(15-T)XfNS=(1/X()X=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0!以每去除1gBOD需要gOa的经验法计算。0=a'Q（S-S）+b'VNa0eW=0.48x14400x（120-10）x10-3+0.14x6000x3200x10-3=3448(g0/d)2式中0—需氧量，gO/d；a2a'—活性污泥微生物每代谢1gB0D需氧量，一般生活污水取为g〜履，本设计取kg;b—1g活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，一般生活污水取为g〜g,本设计取g。(ii)氨氮硝化需氧量0按下式计算;bO二4.57bQ（N-N）-0.12VNwfkkeQC二X[14400X（36-5）X10-3-0.12X6000x3.2x0.75]33式中=1801(g0/d)2—氨氮的氧当量系数;N—进水总凯氏氮浓度，g/L；kN一出水总凯氏氮浓度，g/L；keAXv一系统每天排出的剩余污泥量，g/d；总需氧量二O+O二3448+1801二5249g/d=g/hab(14)需氧量标准需氧量计算公式:AORxCS0R二s（20^a（卩pC-C）x1.024（t-20）Sb（T）C=C（Pb+0-）sb（T）s（t）2.026x10542O=21(1—E)t79+21(1—E)APaP=—1.013x105式中SOR——水温20°C，气压X105pa时，转移到曝气池混合液的总氧量，履/h；A0R——在实际条件下，转移到曝气池混合液的总氧量，履/h；Cs(20)a——20°C时氧在清水中饱和溶解度，取C=L；a(20)杂质影响修正系数，取值范围a二〜，本例选用a=;p——含盐量修正系数，本例取B=；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=27.3°C；CSb(T)Cs(T)设计水温条件下曝气池内平均溶解氧饱和度mg/L；设计水温条件下氧在清水中饱和溶解度，水温27.3°C时,CS()=；P——空气扩散装置处的绝对压力，p，P二P+X103H；babP大气压力，P=X105；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；0——气泡离开水面时，氧的百分比，%；tE——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A效率E按26%计算；AC——曝气池内平均溶解氧浓度，取C=2mg/L。所在地(郑州地区)海拔高度110m，大气压力p为X105p,压力修正系A数:P=-——1.013x1050.99x1051.013x105P二P+X103Hb=X105+X103X=X105(P)aO=21(1—EAX100%=%t79+21(1—E)ACsb()=Cs()(206^105+扫=X1.356x10516.4+2.066x10542=L标准需氧量SOR：AORxCSOR二一S(20)a(ppC—C)x1.024X10(27.3—20)Sb(20)=218.7x8.020.90x(0.95x0.90x8.40一2)x1.024(27.3-20)二kg/h空气扩散装置的供气量，可通过下式确定:G=SOR:0.3EA316.3=4055m3/h0.3x0.26(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：=202.75m3/h20曝气池平面面积为：4x8x(47—4.7)二1353.6m3每个空气扩散器的服务面积按1.0m3计，则所需空气扩散器的总数为：13536=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:1400=70个20每个空气扩散器的配气量为^055=2.90m^/h1400图2-6曝气系统管道布置图空气管道的流速，一般规定为：干、支管为10~15m/s，通向空气扩散装置的竖管、小支管为4~5m/s。根据对于管道流速的规定，确定本设计管道系统各管段管径为：1~2段DN50mm,2~3段DN75mm,3~4段DN100mm,4~5段DN150mm,5~6段DN200mm,6~7段DN300mm。空气管道一般敷设在地面上，接入曝气池的管道，应高出池水面0.5m以免产生回水现象。(16)污泥回流系统、剩余污泥系统排出系统设计污泥回流系统污泥回流比按50%设计，每天回流污泥量Q二50%x14400二7200m3/d每周期回流污泥量Q=Q=1200m3，而每周期T=4h，本设计回流污泥进泥6时间每周期取t=2h,回流污泥泵在运行过程中是间歇运行的。则单格CASS池进泥流量为q=—牛=1200=150m3/h，根据流量选用污泥回流泵型号：Nx—4x—t2150QW150-15-15，出口直径150mm,重量360kg，每座CASS池内设该种泵一台。出泥管管径取d=250mm。剩余污泥排出系统由上述计算知道，剩余污泥产生量Q二m3/d，每个周期单个池体产生的污泥量q=2=如=21.3m3，每个周期排泥时间利用周期后，则泵的流量为：nxN4x6m3/h。根据流量选用剩余污泥泵型号：50QW42-9-22，出口直径d=50mm，重量70kg，每座CASS池内设该种泵一台。出泥管管径取150mm。