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1、Q污水日流量，m3/d； Sa、Se进水有机物浓度和混合液中残存的有机物浓度，mg/L；X混合液污泥浓度（MLSS），mg/L； NsBOD-污泥负荷，kgBOD5/（kgMLSS 混合液中挥发性悬浮固体浓度与总悬浮固体浓度的比值。1.2.3 容积校核 CASS池的有效容积由变动容积和固定容积组成。变动容积（V1）指池内设计最高水位和滗水器排放最低水位之间的容积；固定容积由两部分组成，一部分是安全容积（V2），指滗水水位和泥面之间的容积，安全容积由防止滗水时污泥流失的最小安全距离决定；另一部分是污泥沉淀浓缩容积（V3），指沉淀时活性污泥最高泥面至池底之间的容积。 CASS池总的有效容积：Vn1

2、（V1V2V3） （4）V1变动容积，m3；V2安全容积，m3；V3污泥沉淀浓缩容积，m3；n1CASS池个数。设池内最高液位为H（一般取35m），H由三个部分组成：HH1H2H3 （5）H1池内设计最高水位和滗水器排放最低水位之间的高度，m； H2滗水水位和泥面之间的安全距离，一般取1.52.0m；H3滗水结束时泥面的高度，m；其中： （6） A单个CASS池平面面积，m2； n2一日内循环周期数；H3HXSVI103 （7）X最高液位时混合液污泥浓度，mg/L；污泥负荷法计算的结果，若不能满足H2H（H1H3），则必须减少BOD-污泥负荷，增大CASS池的有效容积，直到条件满足为止。1.2

3、.4 设计方法分析从上述设计方法的描述中可以看出，现行的CASS工艺设计具有以下几个方面的特点：1、设计方法简单，设计参数单一，在传统的以污泥负荷为主要设计参数的活性污泥设计法基础上，采用容积进行校核，以保证滗水过程中的污泥不流失。2、设计只针对主反应区容积，而生物选择区容积则是按照主反应区容积的5设计。3、污泥负荷法设计重点针对有机物质的降解，对脱氮未加考虑，难以满足污水排放对于氮的要求，故此方法具有片面性，难以满足高氨氮污水处理后达标排放。2 CASS工艺设计方法改进CASS工艺目前广泛应用的设计方法是污泥负荷法，污泥负荷法立足于有机物的去除，对系统脱氮效果则未加考虑，而对于高氨氮污水，脱

4、氮效果的考虑更为重要，因此需结合目前已有的CASS工艺设计方法，加入脱氮工艺设计，对传统的CASS工艺设计方法进行改进。2.1 CASS工艺设计方法改进的思路高氨氮的污水脱氮设计的改进思路如下：1、设计采用静态法。设计方法不追踪CASS反应池内基质和活性污泥浓度在时间上的变化过程，而是着重于在某一进水水质条件下经系统处理后能达到的最终处理效果。对于同步硝化反硝化，由于其机理还处在进一步研究阶段，在设计中不加考虑。对于沉淀和滗水阶段的生物反应，其作用并不明显，因此在设计中对这两个阶段的生物反应不加考虑。2、将主反应区和预反应区分开设计，主反应区主要功能为有机物降解和硝化，而预反应区的功能主要为生

5、物选择和反硝化脱氮。3、主反应区采用泥龄法设计，而将污泥负荷作为导出参数，结合试验研究的结论，通过污泥负荷对设计结果进行校核。4、反应池的尺寸通过进水量和污泥沉降性能确定。2.2 主反应区容积设计主反应区设计采用泥龄法，并用污泥负荷进行校核，其设计步骤如下：1、计算硝化菌的最大比增长速率当污水pH和DO都适合于硝化反应进行时，计算亚硝酸菌的比增长速率公式为： （8）N,max硝化菌的最大比增长速率，d-1；T硝化温度，；2、计算稳定运行状态下的硝化菌比增长速率 （9）N硝化菌的比增长速率，d-1；N硝化出水的NH3-N浓度，mg/L；KN饱和常数，设计中一般取1.0mg/L。3、计算完成硝化反

6、应所需的最小泥龄 （10） 最小泥龄，d；N硝化菌的比增长速率，d1。4、计算泥龄设计值 本处采用Lawrence和McCarty在应用动力学理论进行生物处理过程设计时提出的安全系数（SF）概念，SF可以定义为：SF / （11） 设计泥龄，d；SF使生物硝化单元在pH值、溶解氧浓度不满足要求或者进水中含有对硝化有抑制作用的有毒有害物质时仍能保证达到设计所要求的处理效果。美国环保局建议一般取1.53.0。5、计算以VSS为基础的含碳有机物（COD）的去除速率活性异养菌生物固体浓度X1可用下式计算： （12）X1活性异养菌生物固体浓度，mg/L；YH异养菌产率系数，gVSS/gCOD或gVSS/

7、gBOD； bH异养菌内源代谢分解系数，d1； S0进水有机物浓度，mgCOD/L或mgBOD/L； S1出水有机物浓度，mgCOD/L或mgBOD/L； 设计泥龄，d； t水力停留时间，d； 活性生物固体表观产率系数，YH,NET将含碳有机物的去除速率定义为： （13）则可以得到下式：1/ YH,NETqH （14） 曝气池混合液VSS由三部分组成：活性生物固体、微生物内源代谢分解残留物和吸附在活性污泥上面不能为微生物所分解的进水有机物，VSS浓度可以表示为： （15） XVSS浓度，mg/L； S基质浓度变化，mgCOD/L或mgBOD/L； YH以VSS为基础的产率系数，gVSS/gCO

8、D或gVSS/gBOD； b以VSS为基础的活性污泥分解系数，d-1；以VSS为基础的（浓度为X）的有机物去除速率可以表示为：qOBS （16）6、计算生化反应器水力停留时间t （17）7、主反应区容积：VNQ t （18）VN主反应区容积，m3；Q进水流量，m3/d；8、有机负荷校核有机负荷F/M： （19）MLVSS/MLSS，一般取0.7。根据相关试验结论，若F/M不在0.180.25 kgCOD/（kgMLSSd），则需改变泥龄，进行重新设计。10、氨氮负荷校核氨氮负荷SNR： （20）N主反应区产生NO3-N总量TKN，mg/L。根据相关试验结论，若SNR0.045 kg NH3-N

9、/（kgMLSSd），则需增大泥龄，进行重新设计。2.3 预反应区容积设计 预反应区的功能设计为反硝化，其设计步骤如下：1、计算反硝化速率SDNR反硝化速率可以根据试验结果或文献报道值确定，也可以按下面的方法计算：温度20时：SDNR （ 2 0） 0.3F/M0.029（21）温度T时： SDNR （T） SDNR （2 0） （ T- 2 0 ） （为温度系数，一般取1.05） （22）2、缺氧池的MLVSS总量为：LAQND/ SDNR （T） （23）ND反硝化去除的NO3-N，kgN/d。3、缺氧池的容积：VAN=1000LA/X （24）4、缺氧池的水力停留时间：tAVAN/Q （

10、25）5、系统的总泥龄： （26）2.4 反应器尺寸的确定CASS反应器尺寸的确定主要是确定反应器的高度和面积，以满足泥水分离和滗水的需要。由于预反应区始终处于反应状态，不存在泥水分离的问题，且预反应区底部通过导流孔与主反应区相连，其水面高度与主反应区平齐，因此计算出主反应区的设计高度也同时计算出了预反应区的水面高度。所以反应区尺寸的确定主要是主反应区尺寸的确定。CASS池的泥水分离和SBR相同，生物处理和泥水分离结合在CASS池主反应区中进行，在曝气等生物处理过程结束后，系统即进入沉淀分离过程。在沉淀过程初期，曝气结束后的残余混合能量可用于生物絮凝过程，至池子趋于平静正式开始沉淀一般持续10

11、min左右，沉淀过程从沉淀开始后一直延续至滗水阶段结束，沉淀时间为沉淀阶段和滗水阶段的时间总和。污泥泥面的位置则主要取决于污泥的沉降速度，污泥沉速主要与污泥浓度、SVI等因素有关，在CASS系统中，污泥的沉降速度vS可简单地用下式计算：vS650/（XTSVI） （27）vS污泥沉速（m/h）；XT在最高水位时浓度（kg/m3），为安全计，采用主反应区中设计值 X，一般取30004200 mg/L；SVI污泥沉降指数（mL /g）。为避免在滗水过程中将活性污泥带出系统，需要在滗水水位和污泥泥面之间保持一最小的安全距离HS。为保持滗水水位和污泥泥面之间的最小安全距离，污泥经沉淀和滗水阶段后，其污

12、泥沉降距离应H+HS，期间所经历的实际沉淀时间为（tstd10/60）h，故可得下式：vS（ts td 10/60）H+HS （28） H最高水位和最低水位之间的高度差，也称滗水高度（m），H一般不超过池子总高的40%，与滗水装置的构造有关，一般其值最大在2.02.2m左右；ts沉淀时间；td滗水时间。联立式（6.47）和（6.48）即可得： （29） V周期进水体积（m3）；A池子面积（m2）；HT最高水位（m）；式中沉淀时间ts、滗水时间td可预先设定，根据水质条件和设计经验可选择一定的SVI值，安全高度HS一般在0.60.9m左右。V由进水量决定，这样式（29）中只有池子高度HT和面积A

13、未定。根据边界条件用试算法即可求得式（29）中的池子高度和面积。高度HT和面积A的确定方法为：先假定某一池子高度HT，用式（29）求得面积A，从而可求得滗水高度H，如滗水高度超过允许的范围，则重新设定池子高度，重复上述过程。在求得HT和池子面积A后，即可求得最低水位HB：HBHTHHTV/A（30）最高水位时的MLSS浓度XT已知，最低水位时的MLSS浓度则可相应求得：XBXTHT /HB（31）最低水位时的设计MLSS浓度一般应不大于6.0kg/m3。2.5 剩余污泥计算每日从系统中排出的VSS重量为L：LX （VANVN） / （32）L每日从系统中排出的VSS重量，kg/d。2.6 需氧

14、量计算1、BOD的去除量：O1Q （S0S1）/1000（33）2、氨氮的氧化量：O2QN/1000 （34）3、生物硝化系统，含碳有机物氧化需氧量与泥龄和水温有关系，每去除1kgBOD需氧1.01.3kg，一般取1.1，则碳氧化和硝化需氧量为：O31.1O1O2（35）4、每还原1kg NO3-N需2.9kgBOD，由于利用水中的BOD作为碳源反硝化减氧需要量为：O42.9 NDQ/1000（36） 实际需氧量：O= O3O4（37）与传统活性污泥法相比，CASS法的优点是： 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10-25%。以10万吨的城市污水处理厂为例

15、，传统活性污泥法的总投资约1.5亿，CASS法总投资约1.1亿。 工艺流程短，占地面积少： 污水厂主要构筑物为集水池、沉砂池、CASS曝气池、污泥池，而没有初次沉淀池、二次沉淀池，布局紧凑，占地面积可减少20-35%。以10万吨的城市污水厂为例，传统活性污泥法占地面积约为180亩，CASS法占地面积约120亩。 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，氧的浓度梯度大，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： 根据研究结果和工程应用情况，通过合理的设计和良好的管理，对城市污水，进水CO

16、D为400mg/L时，出水小于30mg/L以下。对可生物降解的工业废水，即使进水COD高达3000mg/L，出水仍能达到50mg/L左右。对一般的生物处理工艺，很难达到这样好的水质。所以，对CASS工艺，二级处理的投资，可达到三级处理的水质。 管理简单，运行可靠： 污水处理厂设备种类和数量较少，控制系统比较简单，工艺本身决定了不发生污泥膨胀。所以，系统管理简单，运行可靠。 污泥产量低，污泥性质稳定。 具有脱氮除磷功能。 无异味。 CASS工艺特点 设备安装简便，施工周期短，具有较好的耐水、防腐能力，设备使用寿命长； 对原水的水质水量的变化有较强的适应能力，处理效果稳定，出水水质好，可回用于污水

17、处理厂内的如绿化、浇地、洗车等有关杂用用途； 处理工艺在国内外处于先进水平，设备自动化程度高，可用微机进行操作和控制； 整个工艺运转操作较为简单，维修方便，处理厂内不产生污染环境的臭气和蚊萤； 投资较省，处理成本低，工艺有推广应用价值。CASS操作周期一般可分为四个步骤： 曝气阶段 由曝气装置向反应池内充氧，此时有机污染物被微生物氧化分解，同时污水中的NH3-N通过微生物的硝化作用转化为NO3-N。 沉淀阶段 此时停止曝气，微生物利用水中剩余的DO进行氧化分解。反应池逐渐由好氧状态向缺氧状态转化，开始进行反硝化反应。活性污泥逐渐沉到池底，上层水变清。 滗水阶段 沉淀结束后，置于反应池末端的滗水

18、器开始工作，自上而下逐渐排出上清液。此时反应池逐渐过渡到厌氧状态继续反硝化1、CASS工作原理CASS（Cyclic Activated Sludge System）是在SBR的基础上发展起来的，即在SBR池内进水端增加了一个生物选择器，实现了连续进水（沉淀期、排水期仍连续进水），间歇排水。设置生物选择器的主要目的是使系统选择出絮凝性细菌，其容积约占整个池子的10%。生物选择器的工艺过程遵循活性污泥的基质积累-再生理论，使活性污泥在选择器中经历一个高负荷的吸附阶段（基质积累），随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解阶段，以完成整个基质降解的全过程和污泥再生。CASS工艺集反应、沉淀、排水于一

19、体，对污染物质降解是一个好氧-缺氧-厌氧交替运行的过程，具有一定脱氮除磷效果。2、CASS工艺的优点（1）建设费用低。CASS工艺的建设格局省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，大大节省了费用；工艺流程简洁，布局紧凑，占地面积少。（2）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，可节省运转费用。（3）有机物去除率高，出水水质好。（4）管理简单，运行可靠，不易发生污泥膨胀。（5）污泥产量低，性质稳定。3、撇水方式的选择撇水机是CASS工艺的关键组成部分，其性能是否稳定可靠直接影响到CASS

20、工艺的正常运行。目前，国内外对撇水机仍在进行研究和开发，按照目前所用的原理，撇水机可分为三种类型，即浮球式、旋转式和虹吸式。撇水机研制的关键是解决滗水过程中，堰口、导水软管和升降控制装置与水流之间形成的动态平衡，使之可随排水量的不同调整浮动水堰浸没的深度，并随水位均匀地升降，将排水对底层污泥的干扰降低到最低限度，保证出水水质稳定。4、CASS工艺对小区污水的出水回用 由于水资源的短缺，近年来城市供水日趋紧张。因此，如何解决城市用水紧张的问题，是现今不得不面临的问题。采用CASS工艺处理小区污水，将处理后的污水用于小区绿化、厕所便器冲洗、洗车和清洁等，有很好的社会效益和经济效益；而且用CASS处

21、理后的小区污水出水水质稳定，优于一般传统生物处理工艺，通过过滤和消毒处理后，就可以作为中水回用。过滤采用膜分离技术，膜分离技术是物质分离技术中的一个单元操作。膜法分离的最大特点是动力为压力，不伴随大量热量变化。因而有节能、可连续操作、便于自动化等优点。为开拓CASS工艺的出水回用领域，开发了一种新型过滤膜（盘片式过滤膜），该膜具有通量大、寿命长、耐污染强度大、易于反冲洗等优点。由于小区污水中含有致病细菌，消毒后回用可确保使用安全，在膜过滤前进行消毒还有利于对膜的保护。消毒采用次氯酸钠消毒剂即可达消毒要求。污水处理量在1000m3/d以上时，其污泥处理一般采用浓缩后脱水处理的方法，小规模时由于所产污泥量少，一般浓缩后定期用大粪车外运填埋或作农肥。