CASS池设计计算.docx

1、CASS池设计计算生物反应池（ CASS反应池）2.5.1 CASS 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

2、，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。

3、2.5.2 CASS 反应池的设计计算图 2-4 CASS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/LBOD5=150mg/L（ 1-20%）=120mg/LNH3-N=45mg/L（ 1-20%）=36mg/LTP=8mg/L（ 1-20%） =LSS=440mg/L（ 1-35%）=286mg/L3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

4、H 一般取 3-5m, 本水厂设计选用 4.0m排水比： = 1 = 1 =m 2.5(2)BOD-污泥负荷（或称 BOD-SS负荷率）（ Ns）K S 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/(mg d), 生活污水 K2 取值范围为，本水厂取值；有机基质降解率， %；= Sa Se Saf 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 =1205kgBOD/(kgM

5、LSSd)（ 3）曝气时间 TATA24S024120N s mNw1.8h0.2 2.5 3200式中 T A曝气时间， hS 0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 = 104t XO (MLSS3000)Vmax = 104(MLSS 3000)式中 V max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， X0Nw=3200mg/L，则Vmax = 1043200 = 1.76 m/s沉淀时间

6、 TS 用下式计算H1411.2TSm2.51.58 h 取 TS=Vmax1.76式中 T S沉淀时间， 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 +T S+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 ( Sa Se)Ne Nw f3 3Q城市污水设计水量， m/d ；Q=14400m/d ；Nw 混合液 MLSS污泥

7、浓度（ kg/m3），本设计取 3.2 kg/m 3；Ne BOD5污泥负荷 (kg BOD5/kg MLSS d) ，本设计取 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：V14400 (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Vim2.51440015003Q6（m）n

8、N4反应池总容积V4V i4150060003）（m3式中Vi 单池容积， mn周期数；m排水比 1/m = 1/ N池数；3Q 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3Vi =1500 m，反应3池总容积 V=6000 m。（ 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（

9、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）： 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）；Q HH 1N V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H144004161.6m6000（）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)SVI=H 3HN W代入数值，则 SVI

10、= 1.210 393 (ml/g) ，此数值反映出活性污泥的凝聚、43.2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， 8/4=2 ，满N足要求；L=V6000m ，取 L=47m.L/B=47/8=, L:B=46, 满NB H4 8 446.8足要求。（） 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。

11、选择器的类别不同，对选择器的容积要求也不同。L110 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 0.5m；保护水深= 1.2m 。污泥层高度hsh12.41.2 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 A1A1 按下式进行计算：Q1A1B L1H 124 nN UU式中：U孔口流速，取 U=70m/h将

12、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 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/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：S=24S0eK 2 NW fTA n24=241200.024432000.751.8624= mg/L设计结果满足设

13、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（）=KT 20td（ 20）=（ 20）=剩余生物污泥量：S0 Se N WTAnNXV=YQ Kd（） Vif1000100024=14400 120 4.38 1500 3200 1.8 641000100024=817.52kg/d剩余非生物污泥量：XS =Q（ 1-f bf ） C0Ce1000=14400（） 286 101000=1887.84kg/d公式中， f b进水 VSS中可生化部分比例，取f b = ；3C0设计进

14、水 SS，m/d ；3Ce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 =N W320035333mg / L 5.333kg / mR110.4剩余污泥含水率按 %计算，湿污泥量为 2705510.4m3 / d5.3（ 12）复核污泥龄1c =YNS K d式中： c 污泥龄Y 污泥产率系数，一般为 取K d衰减系数，一般为 取代入数值， c =1YN S K d=10.5 0.2 0.07=33d硝化所需最小污泥龄：c? N =（ 1/ ) （ 15-T） f s-1c? N 硝化所需最小污泥龄 d ；硝化细菌的增长速率 d-1

15、：T=摄氏度时，取为；f s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） f s=(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。（） 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。Oaa Q SOSebVN W0.48144001201010 30.146000320010 3= 3448( O2/d)式中O a 需氧量，

16、 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=14400 （ 36-5 ） 10-3 - 0.12 6000 3.2 0.75 33= 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 Oa Ob 3448 1801 5249/d= /h（14）标准需氧量标准需氧量计算公式：A

17、OR C s(20)SOR=C） 1.024(T20)（ CSb( T)Csb（ T） =Cs（ T）（pb105+ Ot）2.02642O=t 21(1 E A )79 21(1 E A)=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.

18、3；C Sb（ T） 设计水温条件下曝气池内平均溶解氧饱和度 mg/L；C s（ 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；O t 气泡离开水面时，氧的百分比， %；E A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

19、修正系数：p=1.013 1055=0.99 105 =1.013 10Pb=P+103H= 105+103 = 105（ Pa）O=21(1 E A) 100%=%t79 21(1E A )CSb（） =Cs（）（pb5+ Ot）2.0661042=（ 1.35610516.4 ）2.06610 542=L标准需氧量 SOR：AOR CS(20)SOR=( CSb(20) 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=4055m/

20、h30.3E 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：4055 202.75 m3 /h20曝气池平面面积为：4 8 ( 47 4.7) 1353.6m3每个空气扩散器的服务面积按 1.0 m 3 计，则所需空气扩散器的总数为：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：14002070个每个空气扩散器的配气量为40553/h14002.90 m图 2-6 曝气系

21、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 Q 50% 14400 7200m3 / d每周期回流污泥量Q1200m3 ，而每周

22、期，本设计回流污泥进泥QT=4h6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 m 3 / 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。