CASS池设计计算

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1、生物反应池（ CASS反应池）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：建设费用低。省去了初次沉

2、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 2-4 CASS工艺

3、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,BOD5,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/LBOD5=150mg/L（ 1-20%） =120mg/LNH3-N=45mg/L（ 1-20%） =36mg/LTP=8mg/L（ 1-20%）=LSS=440mg/L（ 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 一般取 3-5m,本水厂设计选用4.0m排水比： = 1= 1 =

4、m2.5(2)BOD-污泥负荷（或称 BOD-SS负荷率）（Ns）Ns=K 2Se fNs BOD-污泥负荷（或称BOD-SS负荷率） ,kgBOD5 /(kgMLSS d)；K2有机基质降解速率常数，L/(mgd),生活污水 K2 取值范围为， 本水厂取值；有机基质降解率， %；=SaSeSaf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=120 10% ， 之 后 把 本 数 值 代 入 得 Ns= K 2 Se f=120kgBOD5/(kgMLSS d)（ 3）曝气时间 TATA24S024120N s mNw1.8h0.2 2.5

5、 3200式中TA曝气时间， hS0进水平均 BOD5， /Lm排水比1/m = 1/Nw 混合液悬浮固体浓度（ MLSS）：X3200mg/L(4) 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 = 104 t XO(MLSS 3000)Vmax = 104 (MLSS 3000)式中Vmax活性污泥界面的初始沉降速度。t水温， X0沉降开始时 MLSS的浓度， X0 Nw =3200mg/L，则 4Vmax =10 3200 =1.76m/s沉淀时间 TS 用下式计算TH1411.2Sm2.51.58hSVmax1.76取 T =式中TS沉淀

6、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 ,闲置时间取为。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。（）采用容积负荷法计算：V式中：Q( SaSe)NeNwfQ城市污水设计水量， m3/d ； Q=14400m3/d ；Nw混合液 MLSS污泥浓度（ kg/m 3），本设计取 3.2 kg/m 3；Ne BOD5 污泥负荷 (kg BOD5/kg MLSSd)，本

7、设计取 kgMLSSd；Sa进水 BOD5 浓度（ kg/ L），本设计 Sa = 120 mg/L；Se出水 BOD5 浓度（ kg/ L），本设计 Se = 10 mg/L；f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 14400 (120 10) 10 3 3300m30.2 3.2 0.75本水厂设计 CASS池四座，每座容积Vi =3300 =825 m34（ ）排水体积法进行复核单池容积为Vim Q2.5144001500（m3）nN6 4反应池总容积V4V i415006000（m3）式中Vi 单池容积， m3n周期数；m排水比1/m = 1/N池数；Q

8、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（V1）和固定容积组成，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（H1）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池总有效容积 V（

9、m3）：Vn1（V1V2V3）（）池内设计最高水位至滗水机排放最低水位之间的高度，H1（m）；QHH 1NV式中： N一日内循环周期数， N=6；H池内最高液位H（m） ,本设计 H=4.0m。则 H1440041.6m160006（）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，H2=1.2m；H3=H-(Hl+H2)=1.2m SVI污泥体积指数 ,(ml/g)H 3SVI=HNW31.210代入数值，则SVI=93 (ml/g) ，此数值反映出活性污泥的凝聚、沉降性能良好。（ 8） CASS池外形尺寸（）L B HV式中： B池宽， m， B:H=12，取 B=8m，8

10、/4=2，满N足要求；V6000，取 L=47m.L/B=478=, L:B=4 6,满足要L=46.8mN B H4 8 4求。（） CASS池总高， H0（m）取池体超高 0.5m，则 H0=H 4.5m（）微生物选择区L1，（m）CASS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%47=4.7m（）反应池液位控制排水结束时最低水位 h1m12.5 12.4 （ m）442.5m基准水位 h2 为 4.0m；超高

11、 0.5m；保护水深= 1.2m。污泥层高度 hs h12.41.2 1.2 （m）则：撇水水位和泥面之间的安全距离，H2=hs=1.2m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3。（）连通孔面积A11按下式进行计算：AQB L11A1H 124 n N UU式中：U孔口流速，取 U=70m/h将各数值代入，计算得：A1(14400708 4.7 1.6) 10.86m2246470（）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： 0.7m1.2m(10) 复核出水溶解性 B

12、OD5处理水中非溶解性BOD5 的值：DOD5=Ce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b微生物自身氧化速率普通负荷：高负荷：延时曝气系统：本设计取DOD5= 故水中溶解性 DOD5 要求小于 10= mg/L而该设计出水溶解性DOD5： 24S0 Se =24K 2 NW fTA n=241200.024432000.751.8624= 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。0.2时活性污泥自身氧化系数：T20Kd（） =Kd（20） t=（ 20）=剩余生

13、物污泥量：S0N WTAVSe Kd（）ifnNX =YQV1000241000=14400 120 4.38 1500 3200 1.8 641000100024=817.52kg/d剩余非生物污泥量：XS （b） C0Ce=Q1-f f1000=14400（） 286 101000=1887.84kg/d公式中， fb进水中可生化部分比例，取b；VSSf=C0设计进水 SS，m3/d ；Ce设计出水 SS，m3/d ；剩余污泥总量：X= XV+ XS=+=2705kg/d剩余污泥浓度RN ：RNW32005333mg / L5.333kg / m3N =110.4剩余污泥含水率按 %计算，

14、湿污泥量为 2705510.4m 3 / d5.3（ 12）复核污泥龄c =1YNS K d式中：c 污泥龄Y污泥产率系数，一般为取Kd衰减系数，一般为取1代入数值，c = YN SK d1=0.50.20.07=33d硝化所需最小污泥龄：c?N =（ 1/) （ 15-T） f 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=摄氏度时，取为；fs安全系数：为保证出水氨氮小与5mg/L取；取；T污水温度：取冬季最不利温度摄氏度。c?N =（ 1/) （15-T） fs=(1/ （） =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

15、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。（）氧化有机物需氧量，污泥自身需氧量O1 以每去除 1 BOD需要Oa 的经验法计算。Oa a Q SOSebVN W0.48144001201010 30.146000320010 3= 3448( O2/d)式中Oa 需氧量， O2/d ；a 活性污泥微生物每代谢1 BOD需氧量，一般生活污水取为，本设计取；b 1 活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，一般生活污水取为，本设计取。（）氨氮硝化需氧量Ob 按下式计算；ObVNW f4.57 Q Nk Nke 0.12C-360003.2 0.75=

16、 14400（36-5） 10-0.1233= 1801( O2/d)式中氨氮的氧当量系数；Nk进水总凯氏氮浓度， g/L；Nke出水总凯氏氮浓度， g/L；XV 系统每天排出的剩余污泥量，/d ；总需氧量O总OaOb344818015249 /d= /h（ 14）标准需氧量标准需氧量计算公式：SOR=AOR C s( 20)（C Sb( T )C） 1.024(T20)（ ）（ ）pb5Ot）Csb T=Cs T （+2.0261042Ot=21(1EA )7921(1EA )=Pa1.013 105式中 SOR水温 20，气压 105pa 时，转移到曝气池混合液的总氧量， /h ；AOR在

17、实际条件下，转移到曝气池混合液的总氧量，/h ；Cs（ 20） 20时氧在清水中饱和溶解度，取Ca（ 20） =L；杂质影响修正系数，取值范围=，本例选用=；含盐量修正系数，本例取=；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；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27.3时， CS（） =；Pb空气扩散装置处的绝对压力，pa，Pb =P+103H；P大气压力， P=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

18、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，氧转移效率 EA 按 26%计算；C曝气池内平均溶解氧浓度，取C=2mg/L。工程所在地（郑州地区）海拔高度110m，大气压力p 为 105pA,压力修正系数：=p1.013105=0.9910 5105 =1.013Pb =P+103H=105+103=105（ Pa）21(1 E A)100%=%Ot=79 21(1 EA)（）（）pb5+Ot）CSb=Cs （10422.066=（ 1.35610516.4 ）2.06610 542=L标准需氧量 SOR：AORCS (20)SOR= (CSb( 20

19、)C)1.024 10( 27.3 20)218. 7 8.02= 0.90 (0.95 0.90 8.40 2) 1.024( 27.3 20 )=/h空气扩散装置的供气量，可通过下式确定：G= SOR =316.3 =4055m3/h0.3E A0.3 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45=20条配气竖管。每根竖管的配气量为：4055202.75m3/h20曝气池平面面积为：48( 474.7)1353.6m3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：

20、1353.61.01354 个为安全计，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：140070个20每个空气扩散器的配气量为40552.90m3/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 1015m/s，通向空气扩散装置的竖管、小支管为 45m/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：12 段DN50mm，23 段 DN75mm，34段 DN100mm,45段 DN150mm，56 段 DN200mm，67 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

21、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Q50%144007200m 3 / d每周期回流污泥量QQ1200 m3 ，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 qQ 1200150 m3 / h ， 根 据流 量选 用污 泥 回流 泵型 号：T4N4t2150QW150-15-15，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=m3 / d ，每个周期单个池体产生的污泥量 qQ510.421.3m3 ，每个周期排泥时间利用周期后， 则泵的流量为：nN4 6m3 / 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。