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。
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, S! h5 m z* _5 W1 m活性污泥工艺设计计算方法0 B% F4 m* ~- Q" x) w
. Z; b3 m% f& \. 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:
, E& D4 y& K" m' m
' K. T1 W$ C: U w1、污泥负荷法
- M. |5 w% ?0 @9 A2 A, {- N- a& P" p/ V& C3 T0 V; h* Y
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。4 X; ]3 u, S5 L9 D! C
& s% Q, x& K' G" X- f7 F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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; y7 V/ B6 A( Z+ c$ a) H! B- s6 H2、泥龄法
& g: ?/ v5 @, h; j) h/ j5 n9 \& Y1 ^. t8 }/ L9 J( g# ^" T
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。, i- P6 j# X6 ^
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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
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$ a! i# t; {( @% ]3 o1986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。# a; u& X/ _$ ^; V. I+ l$ J4 {
# A- B2 X; e3 ?; a/ u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 F! A) p0 P0 G
0 S4 w' _4 i; p: t1 t目前CASS工艺设计计算方法
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* X. c( K7 q3 q$ P* @* Z) r4 M: }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, {! c; y7 k' l3 W2 E2 ^" p) H q# A' y# q% f! ^( O
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。9 K( S5 x' s. C
9 }0 C' r* k' B1 W; p/ x
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)- m( A" d( J) F& z" V5 K4 A" U" e
1 c2 i: f0 G) k4 T+ _
BOD-污泥负荷是CASS工艺的主要设计参数,其计算公式为:
, Q; M; L( o+ h4 m2 b
& P8 o' u9 M: O1 m8 c
! t, k7 R- Z1 U- }$ X3 W) A2 [
; I' v/ f v4 i# t, Y4 Z+ B
2 B- j7 ~3 b$ A& u9 i+ W式中: Ns——BOD-污泥负荷,kgBOD5/(kgMLSS˙d),生活污水取0.05~0.1
# |# _3 d$ t! m1 T0 o j% P) M( Q6 @" _
kgBOD5/(kgMLSS˙d),工业废水需参考相关资料或通过试验确定;
; x6 }- P" [* ~# y/ N; h. S4 R$ M( P% M
K2——有机基质降解速率常数,L/(mg˙d);
4 Z. t0 J; F' Y2 X
" u- t( W; Z" r; d1 O/ H! {Se——混合液中残存的有机物浓度,mg/L;! B8 R. f M* Y0 o
) }: {8 j2 p; r& n/ ?η——有机质降解率,%;
6 B: N; [8 h9 i' A; u! j
! M: ]2 \, w/ V& J3 C8 ]. b* mƒ——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。2 Y7 _1 Q9 u* {' F2 o F
Y* k) H+ }' F% |% Z& j1 x8 B
, T. z% X0 S+ b) p$ x! X! P$ m, g9 @' B8 i/ ?' K; ]
2 c1 g! i3 X* a6 P' O
式中: MLVSS——混合液挥发性悬浮固体浓度,mg/L;
$ R( J( `3 v' h+ }# f0 p% O
$ y% c2 o7 B) @" WMLSS——混合液悬浮固体浓度,mg/L;
6 r( P& s7 z2 V' `, V# U* W x" o$ r3 L( t
二、 CASS池容积计算& p1 Q- I8 y3 h; i1 U' c- a( G
+ t9 s' @3 l# D0 r# HCASS池容积采用BOD-污泥负荷进行计算,计算公式为:, ]/ B* Y3 `4 s# w
1 t8 O& Y2 K/ k+ P0 b$ Q4 E" e7 B
2 h% v# M U' t' P1 M8 P- J
1 g; U8 Q2 y$ P+ F% U1 ~* Z
! `; g2 o4 _) L) y式中:V——CASS池总有效容积,m3;% I9 M8 J1 i+ M
& c, ^0 V; Q" P/ R
Q——污水日流量,m3/d;
- W$ E- O3 q3 Y- Q* o7 u/ X- x
% _$ v$ \6 y; b6 Q3 Z# U wSa、Se——进水有机物浓度和混合液中残存的有机物浓度,mg/L;
' e2 E" r4 J: u
, U* E X: X2 k+ @. LX——混合液污泥浓度(MLSS),mg/L; E. S# g( b9 ^, T* L2 f* Z5 t
9 `. j( W" C1 GNs——BOD-污泥负荷,kgBOD5/(kgMLSS˙d);1 Y5 [7 S! W& G1 U5 G: z
( \: n" u$ u6 m9 j* t
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。
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三、 容积校核
2 U: l$ J; e9 L5 D* K6 z9 H1 h! l: r
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。
* @6 z- K: {. x& G5 n8 f: t) b/ [) F1 ~2 L/ z
CASS池总的有效容积:
% R \4 K. X0 V5 k; L
" b1 A8 l: N% HV=n1×(V1+V2+V3) (4)
: q' M/ ^2 e8 i A& ~4 L
) H4 w4 j* N: j- C式中:V——CASS池总有效容积,m3;
" o3 C5 m6 D* t. H
0 u0 I& g: f' g9 p+ k8 MV1——变动容积,m3;5 t6 `3 B* p: W( |# I' Z
# R: [% W7 L( A, FV2——安全容积,m3;
- W6 u8 n6 k; O( u$ ~ h- d8 v/ v3 K$ {8 _
V3——污泥沉淀浓缩容积,m3;( W- `' O e, b# x& S' ]- T. Z% ?
4 I$ Z% ~) v! d7 Sn1——CASS池个数。
$ k7 a! ~- u# I. O- M$ k/ y1 L, E& |+ R/ R
设池内最高液位为H(一般取3~5m),H由三个部分组成:
" `, O( n# F4 e% V% R' t5 g3 q, H! d( w
H=H1+H2+H3 (5)
8 h( G* f' i `( ?* B+ R6 r) f A# J6 u9 _; _3 v' o6 ?
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;
: O1 E$ w; p0 Z% M* v8 n
# w5 S Q" `4 H, F; ~3 V7 P0 aH2——滗水水位和泥面之间的安全距离,一般取1.5~2.0m;2 `# S# [) |( P0 v% f' N
# m- B0 E# Y7 f) ?" [! A
H3——滗水结束时泥面的高度,m;0 L$ T( Y) r. k; Y7 ~
) l* L8 l7 [9 q, f8 E! _6 `其中:
& U8 F0 F, z8 G( p% k; h
! @- ^) ]- E! d, v6 h; m
) @" _# ^6 V2 Q3 X
" y: u4 J; j* ^7 l* h2 j* O
) K# @6 T$ C- U4 l% S G2 Q式中: A——单个CASS池平面面积,m2;
; g' \( H$ _1 N% W; L8 d
5 U' O. v* Q5 V0 K0 I- Rn2——一日内循环周期数;
2 K% F3 {4 q" O- L3 |; U O* K3 G2 Q4 _
H3=H×X×SVI×10-3 (7)
0 V: i* e+ r( r) u! s) Q& q7 I2 r9 o1 c' m6 o& n. Y
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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四、设计方法分析 j7 }# Q( b& P- K9 O5 \" U
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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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& l8 L0 h X5 M8 ~3 D' j; J& U" {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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/ ~2 Z8 q! n1 X. K. K3、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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