污水处理CASS池设计计算.docx
《污水处理CASS池设计计算.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《污水处理CASS池设计计算.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
污水处理CASS池设计计算
2.5生物反应池(CASS反应池)
2.5.1CASS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。
2.5.2CASS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,BQ[NH-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/L
BOI5=150mg/LX(1-20%)=120mg/L
NH_N=45mg/LX(1-20%)=36mg/L
TP=8mg/LX(1-20%)=6.4mg/L
SS=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=3200mg/L
反应池有效水深H—般取3-5m,本水厂设计选用4.0m
11
排水比:
入=—==0.4
m2.5
(2)BOD-污泥负荷(或称BOD-SS负荷率)(Ns)
ns=k^_L
Ns——BOD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&取值范围为
0.0168-0.0281,本水厂取值0.0244;
n有机基质降解率,%
_SaSe
n=—
Sa
般在生活污水中,f
f――混合液中挥发性悬浮固体与总悬浮固体浓度的比值,
值为0.7-0.8,本水厂设计选用0.75。
代入数值,得
kgBOD(kgMLSS•d)
(3)曝气时间Ta
Ta24S。
241201.8h
NsmNw0.22.53200
式中Ta—曝气时间,h
S0—进水平均BOD5,哑/L
m—排水比1/m=1/2.5
Nw—混合液悬浮固体浓度(MLSS):
X=3200mg/L
⑷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。
o
Vmax=7.4W4^tXo-1.7(MLSSW3000)
Vmax=4.6104XXo-1.26(MLSS>3000)
式中
Vmax—活性污泥界面的初始沉降速度。
t—水温,°C
X0—沉降开始时MLSS的浓度,X0=Nw=3200mg/L,
则
Vmax=4.6104>C200_1.26=1.76m/s
沉淀时间Ts用下式计算
式中Ts—沉淀时间,h
H—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=6
4
(6)CASS池容积V
CASS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:
VQ(SaSe)
NeNwf
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3.2kg/m3;
Ne—BOD污泥负荷(kgBOPkgMLSS•d),本设计取
0.2kgBOD/kgMLSS・d;
Sa—进水BOD浓度(kg/L),本设计Sa=120mg/L;
Se—出水BOD浓度(kg/L),本设计Se=10mg/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0.75;
贝
3300m3
14400(12010)10°
0.23.20.75
本水厂设计CASS池四座,每座容积Vi=3300=825m3
4
(ii)排水体积法进行复核
式中V—单池容积,m3
n—周期数;
m—排水比1/m=1/2.5
N—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=1500m3,反应池总容积V=6000m3。
(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=nix(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);
Hi
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。
i44004
则出i.6m
66000
(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,H2==i.2m;
H3=H-(Hi+H2)=4-i.6-i.2=i.2m
(iii)SVI—污泥体积指数,(ml/g)
沉降性能良好。
(8)CASS也外形尺寸
足要求;
取池体超高0.5m,贝UH)=H+0.5=4.5m
(iii)微生物选择区Li,(m)
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
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。
Li=10%L=10%47=4.7m
(iv)反应池液位控制
排水结束时最低水位hi442.4(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hsh12.41.21.2(m)
图2-5CASS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。
(i)连通孔面积Ai
Ai按下式进行计算:
式中:
U—孔口流速,取U=70m/h
将各数值代入,计算得:
1440012
A(84.71.6)0.86m2
24647070
(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=7.1bXaCe
Ce——处理水中悬浮固体浓度10mg/L
Xa——活性微生物在处理水中的所占比例取0.4
b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0.4
DOD5=7.10.075X0.4X10=2.13mg/L故水中溶解性DOD5要求小于10—2.13=7.87mg/L
而该设计出水溶解性DOD5:
=24120
=240.024432000.751.86
=4.38mg/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0.2C。
02C时活性污泥自身氧化系数:
=0.06X1.04(0.2—20)
=0.028
=0.6X14400X1204・38-0.028X1500X3200X0.75
10001000
18
xx6X4
=817.52kg/d
剩余非生物污泥量:
剩余污泥总量:
X=△Xv+AXs=817.52+1887.84=2705kg/d
剩余污泥浓度Nr:
Nw32003
NR=—W5333mg/L5.333kg/m3
110.4
剩余污泥含水率按99.3%计算,湿污泥量为2705510.4m3/d
5.3
(12)复核污泥龄
=1
C=YNsKd
式中:
c——污泥龄
Y――污泥产率系数,一般为0.4〜0.8取0.5
Kd――衰减系数,一般为0.04〜0.075取0.07
代入数值,c=——1
YNsKd
=1=0.50.20.07
=33d
硝化所需最小污泥龄:
c?
n=(1/)X1.103(15-T)Xfs
c?
N――硝化所需最小污泥龄d-1;
――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2.3〜3.0;取2.3;
T――污水温度:
取冬季最不利温度0.2摄氏度。
c?
n=(1/)X1.1O3(15-Txfs
=(1/0.35)X1.103(15-0.2x2.3
=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O1以每去除1kgBOD需要0.48kgOa的经验法计算。
Oaa'QSoSeb'VNW
33
0.4814400120101030.1460003200103
=3448(kO2/d)
式中Oa—需氧量,kkO2/d;
a'—活性污泥微生物每代谢1kgBOD需氧量,一般生活污水取为
0.42kg〜0.53kg,本设计取0.48kg;
b'—1kg活性污泥每天自身氧化所需要的氧量,一般生活污水取为
0.11kg〜0.188kg,本设计取0.12kg。
(ii)氨氮硝化需氧量Q按下式计算;
=4.57X14400X(36-5)X10-3-0.12X0003.20.75]
33
=1801(kO2/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—系统每天排出的剩余污泥量,kk/d;
总需氧量
0总OaOb344818015249kg/d=218.7kg/h
(14)标准需氧量
(15)
标准需氧量计算公式:
20)
)
Ot=7921211(1Et)
=Pa
1.013105
式中SOR——水温20C,气压1.103X105pa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;
杂质影响修正系数,取值范围=0.78〜0.99,本例选用=0.90;
含盐量修正系数,本例取=0.95;
――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+9.8X103H;
P——大气压力,P=1.013X105;
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0.99X105pa,压力修正系数:
P
1.013105
5
=0.9910
1.013105
=0.90
3
Pb=P+9.8X10H
=1.013X105+9.8X103X3.5
=1.356X105(Pa)
Ot=—21(1Ea)—x100%=16.4%
7921(1Ea)
CSb(27.3)=Cs(27.3)(5+9)
2.06610542
Pb
=8.02X
5
1.3561016.4)
2.06610542
=8.40mg/L
标准需氧量SOR:
AORCs(20)
SOR=(。
$血0)C)1.02410(27.320)
=218.78.02
=0.90(0.950.908.402)1.024(27.320)
=316.3kg/h
空气扩散装置的供气量,可通过下式确定:
G=SOR=316・3=4055m3/h
0.3Ea0.30.26
(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:
40553
202.75m3/h
20
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1.0m3计,则所需空气扩散器的总数为:
1354个
1353.6
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:
70个
1400
20
每个空气扩散器的配气量为
4055c“3匸
2.90m3/h
1400
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
(i)污泥回流系统
每周期回流污泥量Q'Q1200m3,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也进
150QW150-15-15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
(ii)剩余污泥排出系统
由上述计算知道,剩余污泥产生量Q=510.4m3/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0.5h,则泵
nN46
的流量为:
42.6m3/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