探讨：CASS脱氮工艺设计
如何改进CASS工艺设计方法,将其用于高氨氮污水处理，充分发挥CASS工艺脱氮除磷效果好、耐冲击负荷能力强、防止污泥膨胀、建设费用低和管理方便等优点，对于促进CASS工艺的发展和改善水体环境具有现实意义。CASS工艺发展至今，已在城市污水和工业废水处理领域逐步得到应用。CASS工艺乃至所有的间歇式活性污泥工艺的反应过程都比较复杂，其部分生物作用机理至今仍在研究之中。活性污泥工艺设计计算方法
活性污泥工艺的设计计算方法有三种：污泥负荷法、泥龄法和数学模型法。三种方法各有其特点，分述如下：
1、污泥负荷法
污泥负荷法是目前国内外最流行的活性污泥设计方法，几十年来，污泥负荷法设计了成千上万座污水处理厂，充分说明其正确性和适用性。
污泥负荷法也有其弊端，主要表现为：一是污泥负荷法设计参数的选择主要依靠设计者的经验，这对于经验较少的设计者来讲相当困难;二是对脱氮要求未加考虑，影响了设计的精确性和可靠性。
2、泥龄法
泥龄法是经验和理论相结合的设计计算方法，比污泥负荷法更加精确可靠;泥龄法可以根据泥龄的选择，实现工艺的硝化和反硝化功能;同时，泥龄参数的选择范围比污泥负荷法窄，设计者选择起来难度较小。
泥龄法的设计参数大多是根据国外污水试验得出的，需结合我国的城市生活污水水质加以修正，这是其目前应用的困难所在。
3、数学模型法
1986年，原国际水污染与控制协会IAWPRC提出了活性污泥1号数学模型，其后十几年里，随着数学模型的完善，越来越多的活性污泥系统开始采用它进行工程设计和优化。
数学模型在理论上是比较完美的，但具体应用则存在不少问题，主要是由于污水处理的复杂性和多样性，模型中所包含的大量工艺参数需要根据具体的水质进行调整和确定，这需要大量的工程积累，即使简化了的数学模型，应用也相当困难。到目前为止，数学模型在国外尚未成为普遍采用的设计方法，而在我国还停留在研究阶段。
目前CASS工艺设计计算方法
CASS工艺属于活性污泥法范畴，但由于其运行方式独特，与传统活性污泥法又有很大的差别。在同一周期内，池内的污水体积、污染物的浓度、DO和MLSS时刻都在发生变化，是一种非稳态的反应过程。
目前CASS工艺设计采用污泥负荷法，该方法不考虑反应池内基质浓度、MLSS和DO含量在时间上的变化，只考虑进出水有机物的浓度差，并忽略同一反应周期内沉淀、滗水和闲置阶段的生物降解作用，采用与传统活性污泥法基本相同的计算公式。
CASS工艺采用污泥负荷法进行设计时，除反应池容积计算与传统活性污泥法不同，其它如反应池DO和剩余污泥排放量等计算方法与传统活性污泥工艺相同，因此，本节着重介绍CASS工艺反应池容积的计算方法。
一、 计算BOD-污泥负荷(Ns)
BOD-污泥负荷是CASS工艺的主要设计参数，其计算公式为：
式中： Ns——BOD-污泥负荷，kgBOD5/(kgMLSS˙d)，生活污水取0.05～0.1
kgBOD5/(kgMLSS˙d)，工业废水需参考相关资料或通过试验确定;
K2——有机基质降解速率常数，L/(mg˙d);
Se——混合液中残存的有机物浓度，mg/L;
η——有机质降解率，%;
ƒ——混合液中挥发性悬浮固体浓度与总悬浮固体浓度的比值，一般在生活污水中，ƒ=0.75。
式中： MLVSS——混合液挥发性悬浮固体浓度，mg/L;
MLSS——混合液悬浮固体浓度，mg/L;
二、 CASS池容积计算
CASS池容积采用BOD-污泥负荷进行计算，计算公式为：
式中：V——CASS池总有效容积，m3;
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;
Ns——BOD-污泥负荷，kgBOD5/(kgMLSS˙d);
ƒ——混合液中挥发性悬浮固体浓度与总悬浮固体浓度的比值。
三、 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：
V=n1×(V1+V2+V3) (4)
式中：V——CASS池总有效容积，m3;
V1——变动容积，m3;
V2——安全容积，m3;
V3——污泥沉淀浓缩容积，m3;
n1——CASS池个数。
设池内最高液位为H(一般取3～5m)，H由三个部分组成：
H=H1+H2+H3 (5)
式中：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1.5～2.0m;
H3——滗水结束时泥面的高度，m;
其中：
式中： A——单个CASS池平面面积，m2;
n2——一日内循环周期数;
H3=H×X×SVI×10-3 (7)
式中：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H2≥H-(H1+H3)，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。
四、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。
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