污水处理CASS池设计计算.docx
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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,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/L
BOD5=150mg/L×(1—20%)=120mg/L
NH3—N=45mg/L×(1—20%)=36mg/L
TP=8mg/L×(1—20%)=6.4mg/L
SS=440mg/L×(1—35%)=286mg/L
处理规模:
Q=14400m3/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一般取3—5m,本水厂设计选用4。
0m
排水比:
λ===0。
4
(2)BOD—污泥负荷(或称BOD—SS负荷率)(Ns)
Ns=
Ns-—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/(mg·d),生活污水K2取值范围为0.0168-0.0281,本水厂取值0.0244;
η——有机基质降解率,%;
η=
f——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0。
7-0.8,本水厂设计选用0。
75.
代入数值,得
η=91.7%,之后把本数值代入得Ns==0.2kgBOD5/(kgMLSS·d)
(3)曝气时间TA
式中TA-曝气时间,h
S0—进水平均BOD5,㎎/L
m—排水比1/m=1/2。
5
Nw—混合液悬浮固体浓度(MLSS):
X=3200mg/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=7.4×104×t×XO-1。
7(MLSS≤3000)
Vmax=4.6×104×XO—1.26(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
Vmax=4.6×104×3200—1.26=1.76m/s
沉淀时间TS用下式计算
取TS=1。
5h
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==6
(6)CASS池容积
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:
式中:
Q—城市污水设计水量,m3/d;Q=14400m3/d;
Nw—混合液MLSS污泥浓度(kg/m3),本设计取3.2kg/m3;
Ne—BOD5污泥负荷(kgBOD5/kgMLSS·d),本设计取0。
2kgBOD5/kgMLSS·d;
Sa—进水BOD5浓度(kg/L),本设计Sa=120mg/L;
Se—出水BOD5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;
则:
本水厂设计CASS池四座,每座容积Vi==825m3
(ⅱ)排水体积法进行复核
单池容积为(m3)
反应池总容积(m3)
式中—单池容积,m3
n—周期数;
m—排水比1/m=1/2。
5
N-池数;
—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(m3):
V=n1×(V1+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,H1(m);
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
(ⅱ)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)=4-1.6—1.2=1。
2m
(ⅲ)SVI—污泥体积指数,(ml/g)
SVI=
代入数值,则SVI=(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
(ⅰ)式中:
B-池宽,m,B:
H=1-2,取B=8m,8/4=2,满足要求;
L=,取L=47m。
L/B=47/8=5.8,L:
B=4-6,满足要求。
(ⅱ)CASS池总高,H0(m)
取池体超高0。
5m,则H0=H+0。
5=4。
5m
(ⅲ)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
(ⅳ)反应池液位控制
排水结束时最低水位(m)
基准水位h2为4。
0m;超高0.5m;保护水深=1。
2m。
污泥层高度(m)
则:
撇水水位和泥面之间的安全距离,H2=hs=1。
2m
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A1
A1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:
(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:
0.7m×1。
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=7.10.075×0。
4×10=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:
Se’=
=
=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。
2℃。
0。
2℃时活性污泥自身氧化系数:
Kd(0.2)=Kd(20)
=0。
06×1。
04(0.2-20)
=0。
028
剩余生物污泥量:
△XV=YQ-Kd(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—0。
7×0.75)×
=1887.84kg/d
公式中,fb——进水VSS中可生化部分比例,取fb=0。
7;
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=817。
52+1887。
84=2705kg/d
剩余污泥浓度NR:
NR=
剩余污泥含水率按99.3%计算,湿污泥量为
(12)复核污泥龄
=
式中:
——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,=
=
=33d
硝化所需最小污泥龄:
=(1/×1。
103(15—T)×fs
——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。
=(1/×1。
103(15—T)×fs
=(1/0.35)×1。
103(15—0。
2)×2。
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1㎏BOD需要0。
48㎏Oa的经验法计算。
=3448(㎏O2/d)
式中Oa-需氧量,㎏O2/d;
-活性污泥微生物每代谢1㎏BOD需氧量,一般生活污水取为0.42㎏~0.53㎏,本设计取0。
48㎏;
-1㎏活性污泥每天自身氧化所需要的氧量,一般生活污水取为0.11㎏~0.188㎏,本设计取0.12㎏。
(ⅱ)氨氮硝化需氧量Ob按下式计算;
=4.57×[14400×(36-5)×10—3—0.12×]
=1801(㎏O2/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;
-系统每天排出的剩余污泥量,㎏/d;
总需氧量
㎏/d=218。
7㎏/h
(14)标准需氧量
标准需氧量计算公式:
SOR=
Csb(T)=Cs(T)(+)
Ot=
=
式中SOR——水温20℃,气压1。
103×105pa时,转移到曝气池混合液的总氧量,㎏/h;
AOR—-在实际条件下,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)=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。
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(27。
3)=8。
02;
Pb-—空气扩散装置处的绝对压力,pa,Pb=P+9.8×103H;
P—-大气压力,P=1.013×105;
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0.99×105pA,压力修正系数:
=
==0。
90
Pb=P+9.8×103H
=1.013×105+9.8×103×3.5
=1。
356×105(Pa)
Ot=×100%=16.4%
CSb(27。
3)=Cs(27。
3)(+)
=8.02×()
=8.40mg/L
标准需氧量SOR:
SOR=
=
=316。
3㎏/h
空气扩散装置的供气量,可通过下式确定:
G===4055m3/h
(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4×5=20条配气竖管。
每根竖管的配气量为:
m3/h
曝气池平面面积为:
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:
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:
每个空气扩散器的配气量为
m3/h
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
污泥回流比按50%设计,每天回流污泥量
每周期回流污泥量,而每周期T=4h,本设计回流污泥进泥时间每周期取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,根据流量选用污泥回流泵型号:
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=510.4,每个周期单个池体产生的污泥量,每个周期排泥时间利用周期后0。
5h,则泵的流量为:
42。
6。
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.