污水處理CASS池設(shè)計(jì)計(jì)算

1、2.5 生物反應(yīng)池（CASS反應(yīng)池）2.5.1 CASS反應(yīng)池的介紹CASS是周期性循環(huán)活性污泥法的簡(jiǎn)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(diǎn)，是近年來(lái)國(guó)際公認(rèn)的生活污水及工業(yè)污水處理的先進(jìn)工藝。CASS工藝的核心為CASS池，其基本結(jié)構(gòu)是：在SBR的基礎(chǔ)上，反應(yīng)池沿池長(zhǎng)方向設(shè)計(jì)為兩部分，前部為生物選擇區(qū)也稱預(yù)反應(yīng)區(qū)，后部為主反應(yīng)區(qū)，其主反應(yīng)區(qū)后部安裝了可升降的自動(dòng)撇水裝置。整個(gè)工藝的曝氣、沉淀、排水等過(guò)程在同一池子內(nèi)周期循環(huán)運(yùn)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(shí)可連續(xù)進(jìn)水，間斷排水。CASS工藝與傳統(tǒng)活性污泥法的相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：l 建設(shè)費(fèi)用低

2、。省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設(shè)備，建設(shè)費(fèi)用可節(jié)省20%30%。工藝流程簡(jiǎn)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%；l 運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用省。由于曝氣是周期性的，池內(nèi)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(shí)，氧濃度梯度大，傳遞效率高，節(jié)能效果顯著，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用可節(jié)省10%25%；l 有機(jī)物去除率高。出水水質(zhì)好，不僅能有效去除污水中有機(jī)碳源污染物，而且具有良好的脫氮除磷功能；l 管理簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，不易發(fā)生污泥膨脹。污水處理廠設(shè)備種類和數(shù)量較少，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠；l 污泥產(chǎn)量低，性質(zhì)穩(wěn)定。2.5.2 CASS反

3、應(yīng)池的設(shè)計(jì)計(jì)算圖2-4 CASS工藝原理圖（1）基本設(shè)計(jì)參數(shù)考慮格柵和沉砂池可去除部分有機(jī)物及SS，取COD,BOD5,NH3-N,TP去除率為20%，SS去除率為35%。此時(shí)進(jìn)水水質(zhì)：COD=380mg/L×（1-20%）=304mg/L BOD5=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處理規(guī)模：Q=14400m3/d,總變化系數(shù)1.53混合液懸浮固體濃度（MLSS）：Nw=3200

4、mg/L反應(yīng)池有效水深H一般取3-5m,本水廠設(shè)計(jì)選用4.0m排水比：= =0.4(2)BOD-污泥負(fù)荷（或稱BOD-SS負(fù)荷率）（Ns）Ns=NsBOD-污泥負(fù)荷（或稱BOD-SS負(fù)荷率）,kgBOD5/(kgMLSS·d)；K2有機(jī)基質(zhì)降解速率常數(shù)，L/(mg·d),生活污水K2取值范圍為0.0168-0.0281，本水廠取值0.0244；有機(jī)基質(zhì)降解率，%；=f混合液中揮發(fā)性懸浮固體與總懸浮固體濃度的比值，一般在生活污水中，f值為0.7-0.8,本水廠設(shè)計(jì)選用0.75。代入數(shù)值，得=91.7%，之后把本數(shù)值代入得Ns=0.2 kgBOD5/(kgMLSS·d

5、)（3）曝氣時(shí)間TA 式中 TA曝氣時(shí)間，h S0進(jìn)水平均BOD5，/L m排水比 1/m = 1/2.5Nw混合液懸浮固體濃度（MLSS）：X3200mg/L(4) 沉淀時(shí)間TS 活性污泥界面的沉降速度與MLSS濃度、水溫的關(guān)系，可以用下式進(jìn)行計(jì)算。Vmax = 7.4×104×t×XO -1.7 (MLSS3000) Vmax = 4.6×104×XO-1.26(MLSS3000)式中 Vmax活性污泥界面的初始沉降速度。t水溫，X0沉降開始時(shí)MLSS的濃度，X0Nw=3200mg/L，則Vmax = 4.6×104×3

6、200 -1.26 = 1.76 m/s 沉淀時(shí)間TS用下式計(jì)算 取TS=1.5h 式中 TS沉淀時(shí)間，h H反應(yīng)池內(nèi)水深，m 安全高度，取1.2m（5） 排水時(shí)間TD及閑置時(shí)間Tf 根據(jù)城市污水處理廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，本水廠設(shè)置排水時(shí)間TD取為0.5h,閑置時(shí)間取為0.1h。運(yùn)行周期T= TA +TS+TD+Tf=4h每日運(yùn)行周期數(shù)n=6(6) CASS池容積 CASS池容積采用容積負(fù)荷計(jì)算法確定，并用排水體積進(jìn)行復(fù)核。 （）采用容積負(fù)荷法計(jì)算：式中：Q城市污水設(shè)計(jì)水量，m3/d ；Q=14400m3/d； Nw混合液MLSS污泥濃度（kg/m3），本設(shè)計(jì)取3.2 kg/m3； NeBOD5污泥負(fù)荷

7、(kg BOD5/kg MLSS·d)，本設(shè)計(jì)取0.2kgBOD5/kgMLSS·d； Sa進(jìn)水BOD5濃度（kg/ L），本設(shè)計(jì)Sa = 120 mg/L； Se出水BOD5濃度（kg/ L），本設(shè)計(jì)Se = 10 mg/L； f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(shè)計(jì)取0.75；則：本水廠設(shè)計(jì)CASS池四座，每座容積Vi=825 m3（）排水體積法進(jìn)行復(fù)核單池容積為 （m3） 反應(yīng)池總?cè)莘e （m3）式中 單池容積，m3 n周期數(shù)； m排水比 1/m = 1/2.5 N池?cái)?shù)； 平均日流量，m3/d由于排水體積法計(jì)算所得單池容積大于容積負(fù)荷法計(jì)算所得，因此單

8、池容積應(yīng)按最大容積值計(jì)，否則將不滿足水量運(yùn)行要求，則單池容積Vi=1500 m3，反應(yīng)池總?cè)莘eV=6000 m3。（7）CASS池的容積負(fù)荷CASS池工藝是連續(xù)進(jìn)水，間斷排水，池內(nèi)有效容積由變動(dòng)容積（V1）和固定容積組成，變動(dòng)容積是指池內(nèi)設(shè)計(jì)最高水位至潷水器最低水位之間高度（H1）決定的容積，固定容積由兩部分組成，一是活性污泥最高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(shí)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）：Vn1×（V1V2V3）（）池內(nèi)設(shè)計(jì)最高水位至潷水機(jī)排放最低水位之間的高度，H1

9、（m）；式中：N一日內(nèi)循環(huán)周期數(shù)，N=6； H池內(nèi)最高液位H（m）,本設(shè)計(jì)H=4.0m。則 （）潷水結(jié)束時(shí)泥面高度，H3（m）已知撇水水位和泥面之間的安全距離，H2=1.2m；H3=H-(Hl+H2)=4-1.6-1.2=1.2m() SVI污泥體積指數(shù),(ml/g) SVI=代入數(shù)值，則 SVI=(ml/g)， 此數(shù)值反映出活性污泥的凝聚、沉降性能良好。（8）CASS池外形尺寸（） 式中：B池寬，m，B:H=12，取B=8m，8/4=2，滿足要求； L=，取L=47m.L/B=47/8=5.8, L:B=46,滿足要求。（）CASS池總高，H0（m）取池體超高0.5m，則H0=H0.54.5

10、m（）微生物選擇區(qū)L1，（m）CASS池中間設(shè)1道隔墻，將池體分隔成微生物選擇區(qū)（預(yù)反應(yīng)區(qū)）和主反應(yīng)區(qū)兩部分?？窟M(jìn)水端為生物選擇區(qū)，其容積為CASS池總?cè)莘e的10%左右，另一部分為主反應(yīng)區(qū)。選擇器的類別不同，對(duì)選擇器的容積要求也不同。L110L=10%47=4.7m （）反應(yīng)池液位控制排水結(jié)束時(shí)最低水位（m）基準(zhǔn)水位h2為4.0m；超高0.5m；保護(hù)水深 = 1.2m。污泥層高度（m） 則：撇水水位和泥面之間的安全距離，H2=hs=1.2m圖2-5 CASS外形尺寸圖(9) 連通孔口尺寸隔墻底部設(shè)連通孔，連通兩區(qū)水流，因單格寬8m，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，此時(shí)連通孔的數(shù)量取為3。（）連通孔面積A1A

11、1按下式進(jìn)行計(jì)算：式中： U孔口流速，取U=70m/h將各數(shù)值代入，計(jì)算得：（）孔口尺寸設(shè)計(jì)孔口沿墻均布，孔口寬度取0.7m，孔高為0.86/0.8=1.2m。為：0.7m×1.2m(10) 復(fù)核出水溶解性BOD5處理水中非溶解性BOD5的值：DOD5=7.1bXaCeCe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(fù)荷：0.4 高負(fù)荷：0.8 延時(shí)曝氣系統(tǒng)：0.1 本設(shè)計(jì)取0.4 DOD5=7.10.075×0.4×10=2.13mg/L故水中溶解性DOD5要求小于102.13=7.87 mg/L而該設(shè)計(jì)出

12、水溶解性DOD5： Se=4.38 mg/L 設(shè)計(jì)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。(11)計(jì)算剩余污泥量 理論分析，知溫度較低時(shí)，產(chǎn)生生物污泥量較多。本設(shè)計(jì)最冷時(shí)是冬季平均最冷溫度是0.2。0.2時(shí)活性污泥自身氧化系數(shù)： Kd（0.2）=Kd（20）=0.06×1.04（0.220）=0.028 剩余生物污泥量：XV=YQKd（0.2）VifnN=0.6×14400×0.028×1500× ×0.75××6×4=817.52kg/d 剩余非生物污泥量：XS =Q（1-fbf）× =14400×（1-

13、0.7×0.75）×=1887.84kg/d公式中，fb進(jìn)水VSS中可生化部分比例，取fb =0.7；C0設(shè)計(jì)進(jìn)水SS，m3/d；Ce設(shè)計(jì)出水SS，m3/d； 剩余污泥總量：X=XV+XS=817.52+1887.84=2705kg/d 剩余污泥濃度NR：NR=剩余污泥含水率按99.3%計(jì)算，濕污泥量為（12）復(fù)核污泥齡=式中：污泥齡 Y污泥產(chǎn)率系數(shù)，一般為 0.40.8取0.5 Kd衰減系數(shù)，一般為0.040.075 取0.07 代入數(shù)值，= = =33d硝化所需最小污泥齡：=（1/×1.103（15-T）×fs硝化所需最小污泥齡d-1；硝化細(xì)菌的增長(zhǎng)

14、速率d-1：T=0.2攝氏度時(shí)，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。=（1/×1.103（15-T）×fs=(1/0.35)×1.103（15-0.2）×2.3=28d經(jīng)校核，污泥齡滿足硝化要求。（13）需氧量設(shè)計(jì)需氧量包括氧化有機(jī)物需氧量，污泥自身需氧量、氨氮硝化需氧量及出水帶走的氧量。設(shè)計(jì)需氧量考慮最不利情況，按夏季時(shí)高水溫計(jì)算設(shè)計(jì)需氧量。（） 氧化有機(jī)物需氧量，污泥自身需氧量O1以每去除1BOD需要0.48Oa的經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算。 = 3448(O2/d) 式中 O

15、a 需氧量，O2/d； 活性污泥微生物每代謝1BOD需氧量，一般生活污水取為0.420.53，本設(shè)計(jì)取0.48； 1活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，一般生活污水取為0.110.188，本設(shè)計(jì)取0.12。（）氨氮硝化需氧量Ob按下式計(jì)算； =4.57×14400×（36-5）×10-3-0.12× = 1801(O2/d) 式中 4.57氨氮的氧當(dāng)量系數(shù)； Nk進(jìn)水總凱氏氮濃度，g/L；Nke出水總凱氏氮濃度，g/L； 系統(tǒng)每天排出的剩余污泥量，/d；總需氧量 /d=218.7/h （14）標(biāo)準(zhǔn)需氧量 標(biāo)準(zhǔn)需氧量計(jì)算公式：SOR=Csb（T）=Cs（T）

16、（+）Ot=式中SOR水溫20，氣壓1.103×105pa時(shí)，轉(zhuǎn)移到曝氣池混合液的總氧量，/h；AOR在實(shí)際條件下，轉(zhuǎn)移到曝氣池混合液的總氧量，/h；Cs（20）20時(shí)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)，取值范圍=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(shè)計(jì)污水溫度，本設(shè)計(jì)考慮最不利水溫，夏季T=27.3； CSb（T）設(shè)計(jì)水溫條件下曝氣池內(nèi)平均溶解氧飽和度mg/L； Cs（T）設(shè)計(jì)水溫條件下氧在清水中飽和溶解度，水溫27.3時(shí)，CS（27.3）=8.02；Pb空

17、氣擴(kuò)散裝置處的絕對(duì)壓力，pa，Pb =P+9.8×103H；P大氣壓力，P=1.013×105； H 空氣擴(kuò)散裝置淹沒(méi)深度，取微孔曝氣裝置安裝在距池底0.5m處，淹沒(méi)深度3.5m； Ot氣泡離開水面時(shí)，氧的百分比，%； EA空氣擴(kuò)散裝置氧轉(zhuǎn)移效率，本設(shè)計(jì)選用水下射流式擴(kuò)散裝置，氧轉(zhuǎn)移效率EA按26%計(jì)算； C曝氣池內(nèi)平均溶解氧濃度，取C=2mg/L。工程所在地（鄭州地區(qū)）海拔高度110m，大氣壓力p為0.99×105pA,壓力修正系數(shù)：=0.90Pb=P+9.8×103H =1.013×105+9.8×103×3.5=1.3

18、56×105（Pa）Ot=×100%=16.4%CSb（27.3）=Cs（27.3）（+）=8.02×（）=8.40mg/L 標(biāo)準(zhǔn)需氧量SOR： SOR= = =316.3/h 空氣擴(kuò)散裝置的供氣量，可通過(guò)下式確定： G=4055m3/h（15）空氣管系統(tǒng)設(shè)計(jì)曝氣系統(tǒng)管道布置方式為，相鄰的兩個(gè)廊道的隔墻上設(shè)兩根干管，共四根干管，在每根干管上設(shè)5條配氣豎管，全曝氣池共設(shè)4×5=20條配氣豎管。每根豎管的配氣量為： m3/h 曝氣池平面面積為： 每個(gè)空氣擴(kuò)散器的服務(wù)面積按1.0 m3計(jì)，則所需空氣擴(kuò)散器的總數(shù)為：個(gè)為安全計(jì)，本設(shè)計(jì)采用1400個(gè)空氣擴(kuò)散器，每個(gè)豎管上安設(shè)的空氣擴(kuò)散器的數(shù)目為：每個(gè)空氣擴(kuò)散器的配氣量為 m3 /h圖2-6 曝氣系統(tǒng)管道布置圖空氣管道的流速，一般規(guī)定為：干、支管為1015m/s，通向空氣擴(kuò)散裝置的豎管、小支管為45m/s。根據(jù)對(duì)于管道流速的規(guī)定，確定本設(shè)計(jì)管道系統(tǒng)各管段管徑為：12段DN50mm，23段DN75mm，34段DN100mm,45段DN150mm，56段DN200mm，67段DN300mm。空氣管道一般敷設(shè)在地面上，接入曝氣池的管道，應(yīng)高出池水面0.5m以免產(chǎn)生回水現(xiàn)象。（16）污泥回流系統(tǒng)、剩余污泥系統(tǒng)排出系統(tǒng)設(shè)計(jì)（） 污泥回流系統(tǒng)污泥回流比按50%設(shè)計(jì)，每天回流污