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。" E: I& X* g" m" N
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8 N/ N7 J0 f$ s# y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:
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1、污泥负荷法 x0 r2 p7 m! s% K. S& U
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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。
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, x# D% _5 H/ u- T6 p) I% r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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' t8 x# k5 T( c5 | x1 U2、泥龄法
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- y: l6 l* R$ |+ h, K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。0 ^- a8 A' C0 B9 L
4 J& j) J4 q! W x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。
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3、数学模型法" Y" g$ y7 D3 F3 ?$ \; ?
: @& ?, E+ V; R1986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。 w7 O9 s5 H' q: j. S+ Z/ }/ ~( U" u
, p! X1 u) g& v. f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。% ^3 l! c- H2 t, m6 a3 h
, J- i% i6 f: g2 U1 K2 C8 l5 Q8 T目前CASS工艺设计计算方法
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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。" X& G" g) k- D; o0 Y
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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。) K) m1 t8 e% G6 U" ^
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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。; T; A i+ E, J
" K+ W t3 }7 b4 T4 ~一、 计算BOD-污泥负荷(Ns)4 [* [+ n) Q0 @! t+ S
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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:; A2 s, y q: J+ b0 T0 [( v& J
* R E. P8 r0 t
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6 Z) T, C& g$ y0 [$ |1 y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;- D/ d# C/ j2 P9 G9 r
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K2——有机基质降解速率常数,L/(mg˙d);# r) P F7 M$ J, C9 k
- j* Y( A$ C) d; _8 w& d" ^/ ~Se——混合液中残存的有机物浓度,mg/L;$ _5 k* M7 p. B! o
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η——有机质降解率,%;3 ]! e, a1 {) b) B# o' I# J
( t2 C1 c% s R3 u* |& |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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5 H5 l9 v4 K) e; j( Y% W, w
% I8 p, l' ~3 u, l. q" K式中: MLVSS——混合液挥发性悬浮固体浓度,mg/L;3 ?- n" T& w; O9 T' J: K( T
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MLSS——混合液悬浮固体浓度,mg/L;
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# x- W1 c2 w4 u3 y5 M二、 CASS池容积计算8 g; y+ M- n# h8 E7 g
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CASS池容积采用BOD-污泥负荷进行计算,计算公式为:
% w. _: W$ L0 N1 W0 s3 I. I$ u( y( y4 R! }: X) N8 t. W7 \2 @
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1 H0 {) g Y7 c2 Z
% X# z `. i1 l g$ c5 O+ I5 r! ~式中:V——CASS池总有效容积,m3;
5 m, S* O# T3 K/ p/ [/ b% s8 u* F% ?1 u1 W1 f$ e+ B
Q——污水日流量,m3/d;
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# a$ ~' g" {/ XSa、Se——进水有机物浓度和混合液中残存的有机物浓度,mg/L;' @' r' K: ^9 g1 l% z& L
# b) L2 G: E1 T0 y! O, l( W& \X——混合液污泥浓度(MLSS),mg/L;
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* W& a4 @3 ~$ u$ r% c8 }1 LNs——BOD-污泥负荷,kgBOD5/(kgMLSS˙d);* D2 s8 H* r! D4 c% ~+ H
# ^8 @5 f2 ^* S. c# z. cƒ——混合液中挥发性悬浮固体浓度与总悬浮固体浓度的比值。
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三、 容积校核7 K9 g1 z) q, P
) y5 `7 k9 I- t' p( g) oCASS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。6 [5 q1 T0 z8 \
7 }; V, v8 J. U( |
CASS池总的有效容积:
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V=n1×(V1+V2+V3) (4)5 c" o6 i. Y* B3 M; P$ b- y
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式中:V——CASS池总有效容积,m3;8 T' n& R- N6 R B
* R3 C: |5 ?4 l, R. ^9 ?
V1——变动容积,m3;4 v# z* V/ U9 `7 i
4 J3 `+ @( k! M# R' p, g" q
V2——安全容积,m3;; u$ Q8 o$ ]; m
5 o- {: h+ s/ r% }- z
V3——污泥沉淀浓缩容积,m3;
9 D( ^: V7 M' Z. t# u% e7 r+ t1 X* G; S. p1 v1 P% f
n1——CASS池个数。7 G0 s" w' c, D, s c4 M
" O7 B2 Z7 x4 Z5 s设池内最高液位为H(一般取3~5m),H由三个部分组成:
( {7 k2 e" x3 G% i. Z9 K9 w' H5 L2 l+ P
H=H1+H2+H3 (5)
9 }: D/ s& l' f9 s1 c
- X- I& b* Z/ X6 y* I# l5 a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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H2——滗水水位和泥面之间的安全距离,一般取1.5~2.0m;' v3 J3 F V; {$ X
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H3——滗水结束时泥面的高度,m;
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0 j5 X. ]- ]; c6 X9 G! g/ h其中:
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/ e% X/ Y1 q3 N) `
/ t; `3 @# Y/ |9 I( h! b* O+ b' ^* X( i2 s7 Y
式中: A——单个CASS池平面面积,m2;
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n2——一日内循环周期数;
1 H4 c9 T ?& J) T3 F: ]! e1 l- Q+ j- ^
H3=H×X×SVI×10-3 (7)/ C# H$ V7 A( V* M+ ^4 J9 W
& N7 u+ ~6 j4 B' l( g
式中:X——最高液位时混合液污泥浓度,mg/L;
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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。
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5 T1 ?: ~4 ?) h0 o! V四、设计方法分析: p' w% C) P' F7 w0 y+ |9 a# @
. [9 v! v9 U/ L) ]/ |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:) G$ S" {: B, k, a8 d" O& t E
+ N( o) s2 {2 D# T( k5 [; L# j$ |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。
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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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