CASS池设计计算

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，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。

2.5.2 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/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

11 ==0.4 m2.5(2)BOD-污泥负荷（或称BOD-SS负荷率）（Ns） 排水比：λ=

Ns=

K2Sef

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=

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0.7-0.8,本水厂设计选用0.75。 代入数值，得

η=

KSef12010=0.2 91.7%，之后把本数值代入得Ns=2120kgBOD5/(kgMLSS·d) （3）曝气时间TA

TA24S0241201.8h

NsmNw0.22.53200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 = 1.76 m/s

沉淀时间TS用下式计算

TSH1Vmaxm412.51.21.58h1.76 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) 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Q(SaSe)

NeNwf24=6 4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3.2 kg/m3； Ne—BOD5污泥负荷(kg BOD5/kg MLSS·d)，本设计取0.2kgBOD5/kgMLSS·d；

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0.75；

则：

14400(12010)103V3300m3

0.23.20.75本水厂设计CASS池四座，每座容积Vi=（ⅱ）排水体积法进行复核 单池容积为 Vim2.5Q144001500（m3） nN643300=825 m3 4反应池总容积 V4Vi415006000（m3）

式中 Vi—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=1500 m3，反应池总容积V=6000 m3。 （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）；

H1QHN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 H11440041.6m

6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)=4-1.6-1.2=1.2m (ⅲ) SVI—污泥体积指数,(ml/g)

SVI=

H3

HNW1.210393(ml/g)，代入数值，则 SVI= 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）LBH足要求；

L=

V 式中：B—池宽，m，B:H=1—2，取B=8m，8/4=2，满NV600046.8m，取L=47m.L/B=47/8=5.8, L:B=4—6,

NBH484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h14m12.5142.4（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hsh12.41.2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。 （ⅰ）连通孔面积A1

A1按下式进行计算：

Q1A1BL1H1

24nNUU式中： U—孔口流速，取U=70m/h 将各数值代入，计算得：

A1(14400184.71.6)0.86m2

24647070（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=7.10.075×0.4×10=2.13mg/L 故水中溶解性DOD5要求小于10－2.13=7.87 mg/L 而该设计出水溶解性DOD5： Se’==24S0 24K2NWfTAn24120 240.024432000.751.86=4.38 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： Kd（0.2）=Kd（20）tT20 =0.06×1.04（0.2－20） =0.028 SSeNT 剩余生物污泥量：△XV=YQ0－Kd（0.2）ViWfAnN 1000100024'=0.6×14400××1204.383200－0.028×1500× ×0.75100010001.8×6×4 24=817.52kg/d 剩余非生物污泥量： △XS =Q（1-fbf）×C0Ce 1000 =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： 28610 1000X=△XV+△XS=817.52+1887.84=2705kg/d 剩余污泥浓度NR： NR=NW32005333mg/L5.333kg/m3 110.4剩余污泥含水率按99.3%计算，湿污泥量为（12）复核污泥龄 2705510.4m3/d 5.3c=式中：c——污泥龄 1 YNSKd 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 YNSKd =1 0.50.20.07 =33d 硝化所需最小污泥龄： c•N=（1/)×1.103（15-T）×fs 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/)×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。 Oaa'QSOSeb'VNW 33 0.481440012010100.146000320010 = 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0.42㎏～0.53㎏，本设计取0.48㎏； 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0.11㎏～0.188㎏，本设计取0.12㎏。 （ⅱ）氨氮硝化需氧量Ob按下式计算； VNWfOb4.57QNkNke0.12 C =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； XV—系统每天排出的剩余污泥量，㎏/d； 总需氧量 60003.20.75] 33 O总OaOb344818015249㎏/d=218.7㎏/h （14）标准需氧量 标准需氧量计算公式： SOR=AORCs(20)（CSb(T)C）1.024(T20) Csb（T）=Cs（T）（Ot=Otpb+） 52.026104221(1EA) 7921(1EA)=Pa 51.01310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： =p 51.013100.99105==0.90 51.01310Pb=P+9.8×103H =1.013×105+9.8×103×3.5 =1.356×105（Pa） Ot=21(1EA)×100%=16.4% 7921(1EA)CSb（27.3）=Cs（27.3）（pbOt+） 52.06610421.35610516.4=8.02×（） 5422.06610=8.40mg/L 标准需氧量SOR： SOR=AORCS(20)(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) =316.3㎏/h 空气扩散装置的供气量，可通过下式确定： G=（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： SOR316.3==4055m3/h 0.3EA0.30.264055202.75 m3/h 20 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 m3计，则所需空气扩散器的总数为： 1353.61354个 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： 140070个 20每个空气扩散器的配气量为 40552.90 m3/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 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Q'Q1200m3，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池进泥流量为qQ'1200150m3/h，根据流量选用污泥回流泵型号：T4N4t2150QW150-15-15，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qQ510.421.3m3，每个周期排泥时间利用周期后0.5h，则泵nN46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。