CASS池设计计算.docx
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CASS池设计计算
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%）=L
SS=440mg/L×（1-35%）=286mg/L
3
处理规模：
Q=14400m/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：
λ=1=1=
m2.5
（2）BOD-污泥负荷（或称BOD-SS负荷率）（Ns）
KSf
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，本水厂取值；
η——有机基质降解率，%；
η=SaSeSa
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
值为本水厂设计选用。
代入数值，得
η=12010
%，之后把本数值代入得Ns=K2Sef=
120
5
kgBOD/（kgMLSS·d）
（3）曝气时间TA
TA
24S0
24
120
NsmNw
1.8h
0.22.53200
式中TA—曝气时间，h
S0—进水平均BOD5，㎎/L
m—排水比1/m=1/
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=×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
Vmax=×104×3200=1.76m/s
沉淀时间TS用下式计算
H
1
4
1
1.2
TS
m
2.5
1.58h取TS=
Vmax
1.76
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,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=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：
V
式中：
Q（SaSe）
NeNwf
33
Q—城市污水设计水量，m/d；Q=14400m/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；
则：
V14400（12010）1033300m3
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
单池容积为
Vi
m
2.5
14400
1500
3
Q
6
（m）
nN
4
反应池总容积
V
4Vi
4
1500
6000
3
）
（m
3
式中Vi—单池容积，m
n—周期数；
m—排水比1/m=1/N—池数；
3
Q—平均日流量，m/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
3
Vi=1500m，反应
3
池总容积V=6000m。
（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
3
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（m）：
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）；
QH
H1
NV
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
H
14400
4
1
6
1.6m
6000
（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）=1.2mSVI—污泥体积指数,（ml/g）
SVI=
H3
H
NW
代入数值，则SVI=1.2
103
93（ml/g），
此数值反映出活性污泥的凝聚、
4
3.2
沉降性能良好。
（8）CASS池外形尺寸
（ⅰ）LBH
V
式中：
B—池宽，m，B:
H=1—2，取B=8m，8/4=2，满
N
足要求；
L=
V
6000
m，取L=47m.L/B=47/8=,L:
B=4
—6,满
N
BH
484
46.8
足要求。
（ⅱ）CASS池总高，H0（m）
取池体超高0.5m，则H0=H＋＝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h1
m
1
2.51
2.4（m）
4
4
2.5
m
基准水位h2为4.0m；超高0.5m；保护水深
=1.2m。
污泥层高度
hs
h1
2.4
1.21.2
（）
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：
Q
1
A1
BL1
H1
24n
NU
U
式中：
U
—孔口流速，取U=70m/h
将各数值代入，计算得：
A1
（
14400
70
84.71.6）1
0.86m2
24
6
4
70
（ⅱ）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：
0.7m×1.2m
（10）复核出水溶解性BOD5
处理水中非溶解性BOD5的值：
DOD5=
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
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：
S
’
=
24S0
e
K2NWfTAn
24
=
24
120
0.0244
3200
0.75
1.8
6
24
=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：
K
d（）
=K
T20
t
d（20）
=×（－20）
=
剩余生物污泥量：
△
S0Se'
NW
TA
nN
XV=YQ
－Kd（）Vi
f
1000
1000
24
=×14400×1204.38－×1500×3200
××1.8×6×4
1000
1000
24
=817.52kg/d
剩余非生物污泥量：
△XS=Q（1-fbf）×C0
Ce
1000
=14400
×（×）×28610
1000
=1887.84kg/d
公式中，fb——进水VSS中可生化部分比例，取
fb=；
3
C0——设计进水SS，m/d；
3
Ce——设计出水SS，m/d；
剩余污泥总量：
X=△XV+△XS=+=2705kg/d
剩余污泥浓度NR：
N=
NW
3200
3
5333mg/L5.333kg/m
R
1
1
0.4
剩余污泥含水率按%计算，湿污泥量为2705
510.4m3/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～取
Kd——衰减系数，一般为～取
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/）×（15-T）×fs
-1
c?
N——硝化所需最小污泥龄d；
——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㎏Oa
的经验法计算。
Oa
a'QSO
Se
b'VNW
0.48
14400
120
10
103
0.14
6000
3200
103
=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㎏。
（ⅱ）氨氮硝化需氧量Ob按下式计算；
Ob
VNWf
4.57QNkNke0.12
C
=×[14400×（36-5）×10-3-0.12×60003.20.75]
33
=1801（
㎏O2/d）
式中
—氨氮的氧当量系数；
N
k—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：
AORCs（20）
SOR=
C）1.024（T
20）
（CSb（T）
Csb（T）=Cs（T）（
pb
10
5
+Ot
）
2.026
42
O=t21（1EA）
7921（1EA）
=
Pa
1.013105
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：
p
=1.013105
5
=0.99105=
1.01310
Pb=P+×103H
=×105+×103×
=×105（Pa）
O=
21（1EA）
×100%=%
t
7921（1
EA）
CSb（）=Cs（）（
pb
5
+Ot
）
2.066
10
42
=×（1.356
105
16.4）
2.066
105
42
=L
标准需氧量SOR：
AORCS（20）
SOR=
（CSb（20）C）1.02410（27.320）
218.78.02
=
0.90（0.950.908.402）1.024（27.320）
=㎏/h
空气扩散装置的供气量，可通过下式确定：
G=
SOR=
316.3
=4055m/h
3
0.3EA
0.30.26
（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4×5=20条配气竖管。
每根
竖管的配气量为：
4055202.75m3/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：
1353.6
1.0
1354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：
1400
20
70个
每个空气扩散器的配气量为
4055
3
/h
1400
2.90m
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Q50%144007200m3/d
每周期回流污泥量
Q
1200
m
3，而每周期
，本设计回流污泥进泥
Q'
T=4h
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
Q'
1200
150m3/h，根据流量选用污泥回流泵型号：
T
4
N
4
t
2
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=m3/d，每个周期单个池体产生的污泥
量q
Q
510.4
21.3m3，每个周期排泥时间利用周期后，则泵的流量为：
n
N
46
m3/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。
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