市政相关 探讨:CASS脱氮工艺设计 [复制链接]

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京东
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。9 M- `7 k; b% \3 e1 t
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活性污泥工艺设计计算方法
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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:; b! p* D3 ~( `: P2 s$ [& W" N" }
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1、污泥负荷法
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5 T8 B% V0 V6 x$ N% g3 j+ G- S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。+ t" r8 f" V! f8 P* O$ y7 V0 Y

+ i/ X( a( a  r6 ?- J: M9 M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。
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8 N( Q. i: _% r* Y2、泥龄法
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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。; J; H: M3 X( f6 J4 }/ r

6 x6 O+ ]  z% {! r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。& J% J; u0 h, g+ j$ {6 N
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3、数学模型法6 H$ m* q3 k0 d) n9 c( B9 A
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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。
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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。' r/ ^% I" i+ {+ {8 k8 L5 \
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目前CASS工艺设计计算方法. L' ]* q- y+ Y2 g

3 t# b1 c9 q7 d, Y+ m* CCASS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。
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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。
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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。
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一、 计算BOD-污泥负荷(Ns)
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3 X3 T( Y. E5 m. O/ H) ~  HBOD-污泥负荷是CASS工艺的主要设计参数,其计算公式为:( m- J% k' D2 z6 ~# \  A. S* B
* L5 D& ~. r2 X; T6 f2 g6 b
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1 y; C3 f/ S5 G6 Y- D1 ~
. X* K. X0 `2 P3 c/ E式中: Ns——BOD-污泥负荷,kgBOD5/(kgMLSS˙d),生活污水取0.05~0.1. V$ p5 R; C. f) I7 g4 J2 b

5 ]! t) F/ a7 JkgBOD5/(kgMLSS˙d),工业废水需参考相关资料或通过试验确定;
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K2——有机基质降解速率常数,L/(mg˙d);2 I1 u4 L1 `! w6 J

7 j2 z" D4 g$ s2 u. H3 b$ V9 O: T# @Se——混合液中残存的有机物浓度,mg/L;- Z0 ~! v2 W- a: B

; p; A) V, O2 F9 iη——有机质降解率,%;$ W. o0 T8 H7 _% P4 K$ c
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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。
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, K4 @! O5 u) b$ l9 P! `
式中: MLVSS——混合液挥发性悬浮固体浓度,mg/L;
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, J" T$ T, S1 C! lMLSS——混合液悬浮固体浓度,mg/L;
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& z) s. j" L4 u# F; X' m二、 CASS池容积计算4 ~, \# k; Q+ V
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CASS池容积采用BOD-污泥负荷进行计算,计算公式为:' m0 e; k3 l! |7 T( N. r: T" e% r+ J

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式中:V——CASS池总有效容积,m3;: _5 w2 r  [1 k' x

8 w+ T- L2 Y9 Q7 @5 N+ ]Q——污水日流量,m3/d;
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; X- Z/ H. D; n  P* QSa、Se——进水有机物浓度和混合液中残存的有机物浓度,mg/L;! e6 x# a) F/ t9 e. |

0 ~8 Q, h, h/ [5 aX——混合液污泥浓度(MLSS),mg/L;
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# v' |7 a' K; }/ M5 b3 X! fNs——BOD-污泥负荷,kgBOD5/(kgMLSS˙d);* B5 b# C* z; U* `4 k

0 i* X* m. L0 q( H5 Kƒ——混合液中挥发性悬浮固体浓度与总悬浮固体浓度的比值。9 a. ?4 q) b$ c8 W* E* w; P; \. e
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三、 容积校核
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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。
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CASS池总的有效容积:0 X! O4 G! r/ f- w
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V=n1×(V1+V2+V3) (4)! ~& l" R7 D! \) T& T3 V3 V
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式中:V——CASS池总有效容积,m3;
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V1——变动容积,m3;
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5 P' P) X: p$ m& ~: |V2——安全容积,m3;
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' v. O# ~+ \! i0 a0 v7 _: s% p) {V3——污泥沉淀浓缩容积,m3;2 {& _3 A5 H) q1 _# D

* P4 F3 u# P  s  r" z, k& en1——CASS池个数。
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1 p6 s5 ~7 O( y设池内最高液位为H(一般取3~5m),H由三个部分组成:
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H=H1+H2+H3 (5)& C# u4 F1 e2 _! J% ^, C' ~9 p
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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;
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0 A, K6 |) y; n8 U' hH2——滗水水位和泥面之间的安全距离,一般取1.5~2.0m;% b9 ?6 a+ ^3 U' U

5 F% H4 O; v4 O  t& j4 SH3——滗水结束时泥面的高度,m;# E# [9 R4 W, g8 b5 }

" c& L: z6 G3 Z. A; h其中:% w7 |/ K. Q& j+ r8 T8 H# V/ b4 L2 v( ~# G

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) v. E& o* u5 ]& A  `8 n8 ?% C0 a1 I' \
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式中: A——单个CASS池平面面积,m2;4 a. `" y; h/ P# |* c
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n2——一日内循环周期数;  q0 _7 U) `4 s9 Q/ [0 u

- w8 N* Q. w' }' x9 ~H3=H×X×SVI×10-3 (7)  h1 Y) {' K3 ?

& K) g; X# ?% g5 _" Q7 F* A+ D式中:X——最高液位时混合液污泥浓度,mg/L;- M& T6 B* @# `( z" J! I
0 g, N* Q; l) Q  \
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。7 l. V, [! q( _9 D4 C

! g: F- K, g8 o  b3 P6 u四、设计方法分析
) u1 G! k- d% N7 L) j; X1 v9 v9 h3 \/ \6 h
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:
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  d. G8 n# R, i  G' t8 z1、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。
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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。& G+ o% N" J, e' @- N! H% r
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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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