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。" K2 C2 |/ h8 W. t! j* G8 V
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活性污泥工艺设计计算方法
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8 X( S8 }, u( H, |/ T% O6 R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:# m" U( x/ r3 n! a. T; |
& G; q) w, U8 [7 \3 ^0 S1、污泥负荷法
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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。! t1 n6 L9 I$ P5 c- t
7 g0 K; A' f, I0 O$ D5 v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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2、泥龄法
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2 f4 U4 e, P6 l7 U0 p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。5 y1 E+ p* T- H% f& G5 u- }' q
^; n( W# p' D, a9 Y/ L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。- x4 Q% c# U8 f% Q6 R2 R
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3、数学模型法4 c; b, }& s" f0 v! d
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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。. r, V2 p3 q J4 a' J0 }) u s# B1 E
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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。$ N- z+ A2 d8 U; _
' ~* b7 X# S) ]. R/ d+ o目前CASS工艺设计计算方法$ `8 n" R: g0 D4 }; O
, q3 p. Z; x6 a4 Q, L
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。7 I, b+ p/ I. E6 \$ M
* `" o( ]7 u" R7 W6 p. g
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。- r7 J% u$ I( X+ Y- m' K
- o& a) p. ~8 q8 r+ g
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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BOD-污泥负荷是CASS工艺的主要设计参数,其计算公式为: [- b& x. t( l4 K3 h p" _
- w" f5 ]- N ^) h% q; X' t$ a; W
0 X( w. b( p" ^# }9 c
( S/ @- p n8 }8 a+ k! D( z& z6 W- A% F3 ~5 X
式中: Ns——BOD-污泥负荷,kgBOD5/(kgMLSS˙d),生活污水取0.05~0.1
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kgBOD5/(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);! C I4 x3 I( e/ A0 m0 |
! T5 c. f7 K/ H$ a' a* p9 {Se——混合液中残存的有机物浓度,mg/L;
, a: D: u5 H r1 [$ p8 v0 g$ Z9 z3 r6 L1 e# d& h
η——有机质降解率,%;; w% Z8 u# j/ Q( s2 g
8 z) t4 _2 y8 O) b# y' u4 J
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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. s, k) k5 T( U0 }! Z
( D8 k& E4 C' n/ Y
+ g# i3 D2 r7 r0 t% k0 ^
式中: MLVSS——混合液挥发性悬浮固体浓度,mg/L;/ F. `" v$ l: I/ g3 ^0 t
& R1 _" w& L3 r5 O/ A! TMLSS——混合液悬浮固体浓度,mg/L;+ V% H7 d5 E# R' J1 e* l+ Q
7 o5 r2 ?( z% O2 E, j二、 CASS池容积计算" s1 t2 N1 d( X4 u
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CASS池容积采用BOD-污泥负荷进行计算,计算公式为:' P% x+ O7 \; H& M8 g, N; g; J
% s% e4 \( p0 q, u% G+ ^8 x' U
. g! _/ U+ ?. X9 j5 V0 K2 ^
. ^8 |/ `" `: x
& d2 W( h# Y* D& h7 z! ^/ ^. L) G
式中:V——CASS池总有效容积,m3;
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Q——污水日流量,m3/d;: I5 T+ c9 o4 O: D& m8 Z& j
1 s3 ?4 a. z B, G" O
Sa、Se——进水有机物浓度和混合液中残存的有机物浓度,mg/L;( h& w# O; k, Y, r* J
' v7 k' R( u* x+ h, |
X——混合液污泥浓度(MLSS),mg/L;
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Ns——BOD-污泥负荷,kgBOD5/(kgMLSS˙d);$ g v) F8 o" R3 ]) L8 b, k
7 r' I$ k9 q9 e+ q- c
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。, ], P6 l, s/ a$ a9 {; m0 H
! V8 T1 R% U& A) w6 F4 F! k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:
; o) W) h1 F+ l. t' S' {* H" b' r3 D4 j6 V, v( b% `
V=n1×(V1+V2+V3) (4)# I, F7 w+ d$ l/ G0 l
9 ?; \1 W: h! G0 E; ? T. _式中:V——CASS池总有效容积,m3;
3 E0 D1 Z: s% O; E
0 r8 h; ?8 X( t: w- _/ {V1——变动容积,m3;9 B" F% H2 L4 j& \/ h7 `8 S E
1 Z( ~, o. r" a2 @& a
V2——安全容积,m3;3 G/ R. Z" p) B7 g
, e+ t; n8 m/ h6 g2 o/ ^
V3——污泥沉淀浓缩容积,m3;8 u N9 P: d7 a1 [
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n1——CASS池个数。
8 ]$ c% _9 D$ X# j9 |) m; `* v, s6 {! B( M5 y; O1 K
设池内最高液位为H(一般取3~5m),H由三个部分组成:; |# U3 s+ l1 G. c# W
# D8 H9 o, ]6 d! Z: D
H=H1+H2+H3 (5)
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4 \" K+ C& P* ` o4 C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;
- |$ V( E8 l& h7 N. G4 Z
1 [% p, y6 X# z: W* O0 yH2——滗水水位和泥面之间的安全距离,一般取1.5~2.0m;
; k. e; v, W4 q1 ?, m6 X8 C2 f
8 I) Y5 ^: p( P: C2 K+ lH3——滗水结束时泥面的高度,m;
! A8 j9 }, J; J. ]) q# m3 _# S1 |3 d: E5 E
其中:0 \/ U: N% D b' J
5 J4 O* P5 ?! ]) f* K% _0 l
% l; s+ L7 _/ E( { S
* B F) l) m0 g$ n3 m9 U/ s1 J0 n0 `* `* W& N$ D
式中: A——单个CASS池平面面积,m2;8 C8 s# P4 `, l3 T4 e% m
# @2 q: q7 n" }8 q9 x, X: e
n2——一日内循环周期数;% m0 Z6 F! t( O) m. X. [3 ?7 X; t/ k
# J" k# ?" G# A! l# `% ^' o4 J0 x/ IH3=H×X×SVI×10-3 (7)' `4 X. ?+ T0 j$ C8 M6 c* Q; A" U
; L& e( j' s3 W1 e7 ]式中:X——最高液位时混合液污泥浓度,mg/L;3 O7 }. K) [2 [2 R$ O; o, n
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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。; A: q2 y( a7 o* B6 b
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四、设计方法分析
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% r- x* S0 m) k- M( ]5 t+ _7 r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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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。
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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。) e0 M0 L1 n4 l+ @9 r* v. B
) \! r4 T! v2 j. O- a' f3、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。3 y, k/ B/ P6 w) B: _" C$ ~& u3 ~" |1 U
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