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反应池得介绍
CASS就是周期性循环活性污泥法得简称,就是间歇式活性污泥法得一种变革,并保留了其它间歇式活性污泥法得优点,就是近年来国际公认得生活污水及工业污水处理得先进工艺。
CASS工艺得核心为CASS池,其基本结构就是:
在SBR得基础上,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得自动撇水装置。
整个工艺得曝气、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得二沉池与污泥回流系统,同时可连续进水,间断排水.
CASS工艺与传统活性污泥法得相比,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。
由于曝气就是周期性得,池内溶解氧得浓度也就是变化得,沉淀阶段与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,而且具有良好得脱氮除磷功能;
●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与数量较少,控制系统简单,运行安全可靠;
●污泥产量低,性质稳定.
2.5.2CASS反应池得设计计算
图2—4CASS工艺原理图
(1)基本设计参数
考虑格栅与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得比值,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、2 kgBOD5/(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
活性污泥界面得沉降速度与MLSS浓度、水温得关系,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-活性污泥界面得初始沉降速度。
t—水温,℃
X0—沉降开始时MLSS得浓度,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/kg MLSS·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得比值,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=1500 m3,反应池总容积V=6000m3。
(7)CASS池得容积负荷
CASS池工艺就是连续进水,间断排水,池内有效容积由变动容积(V1)与固定容积组成,变动容积就是指池内设计最高水位至滗水器最低水位之间高度(H1)决定得容积,固定容积由两部分组成,一就是活性污泥最高泥面至池底之间高度(H3)决定得容积(V3),另一部分就是撇水水位与泥面之间得容积,它就是防止撇水时污泥流失得最小安全距离(H2)决定得容积(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得高度,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)
已知撇水水位与泥面之间得安全距离,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得凝聚、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)与主反应区两部分。
靠进水端为生物选择区,其容积为CASS池总容积得10%左右,另一部分为主反应区.选择器得类别不同,对选择器得容积要求也不同。
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:
撇水水位与泥面之间得安全距离,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,此时连通孔得数量取为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得值:
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得所占比例取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、87 mg/L
而该设计出水溶解性DOD5:
Se'=ﻩ
=
=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。
本设计最冷时就是冬季平均最冷温度就是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;
——硝化细菌得增长速率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得氧量。
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得经验法计算。
=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得氧量,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—氨氮得氧当量系数;
Nk—进水总凯氏氮浓度,g/L;
Nke—出水总凯氏氮浓度,g/L;
—系统每天排出得剩余污泥量,㎏/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得总氧量,㎏/h;
AOR——在实际条件下,转移到曝气池混合液得总氧量,㎏/h;
Cs(20)——20℃时氧在清水中饱与溶解度,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与度mg/L;
Cs(T)-—设计水温条件下氧在清水中饱与溶解度,水温27。
3℃时,CS(27、3)=8、02;
Pb-—空气扩散装置处得绝对压力,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,氧得百分比,%;
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
空气扩散装置得供气量,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,相邻得两个廊道得隔墙上设两根干管,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.每根竖管得配气量为:
m3/h
曝气池平面面积为:
每个空气扩散器得服务面积按1。
0 m3计,则所需空气扩散器得总数为:
个
为安全计,本设计采用1400个空气扩散器,每个竖管上安设得空气扩散器得数目为:
每个空气扩散器得配气量为
m3/h
图2—6曝气系统管道布置图
空气管道得流速,一般规定为:
干、支管为10~15m/s,通向空气扩散装置得竖管、小支管为4~5m/s。
根据对于管道流速得规定,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,接入曝气池得管道,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就是间歇运行得。
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得污泥量,每个周期排泥时间利用周期后0、5h,则泵得流量为:
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.
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