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。& U; n6 F, y+ [! C8 O9 N
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7 F/ i* L' Y* X9 w活性污泥工艺设计计算方法% l! D2 u' o( C: J2 e9 g) }/ w5 z
! j/ B: i& s# z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:' a( S6 e8 a$ h
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1、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。& B' t$ ]8 _- H! m, ~/ q; Z a
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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。' V' A4 P! ]9 K" V
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2、泥龄法
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# b+ f: h# P7 `0 a2 c6 {* ?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。
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* Q9 \. l4 p7 V* `& ?7 S4 \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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) p: F& n; x3 n( G6 {3、数学模型法
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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。$ Z) L- U: b) @7 R8 a
! Z, Y3 D7 W( c# g, s& r* X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。( N0 F4 g; q# ]2 n
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目前CASS工艺设计计算方法* Z: q2 ?- h- Z6 i! n$ B+ Z( x
' A% f" j& f6 W1 N+ }1 P9 t- YCASS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。/ J- D9 t9 B: g) Y4 ^4 a! g8 M
/ o, L" r8 a W# J$ b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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# Y5 f, t2 h0 h+ d. \4 [ t一、 计算BOD-污泥负荷(Ns)
4 D V5 g7 Z5 ^& D5 k* i$ o: l2 q9 X) g. ~% l; J
BOD-污泥负荷是CASS工艺的主要设计参数,其计算公式为: H" V) r q3 H" R1 [
b S% V0 X! T$ u0 u
! _. n, v" I2 R8 I) @4 |6 a
7 v3 m) h" \ K6 T
/ @# ~4 |1 f' ~( T7 G
式中: Ns——BOD-污泥负荷,kgBOD5/(kgMLSS˙d),生活污水取0.05~0.1
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) x- V8 Y1 V" t, U1 A" ikgBOD5/(kgMLSS˙d),工业废水需参考相关资料或通过试验确定;
4 y& a9 j, S& c3 {; w! x
7 T/ H7 t& y0 [. HK2——有机基质降解速率常数,L/(mg˙d);
9 N( _# a) k! I1 G
7 N9 T' ]& \) Q, C* _Se——混合液中残存的有机物浓度,mg/L;/ y+ f- O7 [4 [! U% W' _$ V5 z
- l X o: |6 o9 J: E4 X
η——有机质降解率,%;
- e% f8 D4 ~, V1 ?4 w/ c& i2 {
4 M# K% Z {' pƒ——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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- l4 }; N8 i. U. L0 F q p" b
- y6 }$ p- t2 N1 s" v! j5 u
/ U& o0 C! q4 t3 W, ~3 R
式中: MLVSS——混合液挥发性悬浮固体浓度,mg/L;
$ d$ t4 ?3 q* `8 P/ M/ D$ ]7 y8 G m) x8 L2 n1 E
MLSS——混合液悬浮固体浓度,mg/L;
* W: ?$ b2 n N; |5 b
- X1 }, d% D8 [( Y二、 CASS池容积计算+ T8 l. @ ^2 i+ L5 @6 B7 B) u" U Z
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CASS池容积采用BOD-污泥负荷进行计算,计算公式为:
1 o. W& \1 @% A$ p ~9 U- l, D. K- t
6 T; E6 }) n9 |* r& Q0 Z5 |, \6 M* \2 E6 d2 |, |$ u, m
2 z& M, g1 z# m! d4 W" O4 ]
式中:V——CASS池总有效容积,m3;& W g& h. V3 }8 b- }- o Y
, A* s7 D( d7 E) C/ G0 ^
Q——污水日流量,m3/d;
2 N- ]. R9 F! `3 R/ w8 V1 F7 E- h
# \4 n2 t& c8 L4 e0 w* O. l) KSa、Se——进水有机物浓度和混合液中残存的有机物浓度,mg/L;
$ `- C" ]& `4 x1 M" k2 F5 D4 J
0 ]/ O6 e* z& X' e/ ^X——混合液污泥浓度(MLSS),mg/L;
# U* R6 b4 ]3 J g
6 P; ], p% d4 Z8 [) nNs——BOD-污泥负荷,kgBOD5/(kgMLSS˙d);7 R9 `9 P: e' }7 L6 E
* u& w+ p0 [2 |, rƒ——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 f9 l) z! g0 @8 H
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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。% I* @; R L5 N+ u& P
* Q3 J% X7 Y0 O# u# x% DCASS池总的有效容积:
- K- t- c* x- Z5 _ g, \( ~. S; q* Q$ {) A/ g' M
V=n1×(V1+V2+V3) (4)
( n9 d: b) ?$ H" M
# x0 P/ B, y( G7 C式中:V——CASS池总有效容积,m3;0 U& d. J9 Z- [" G
$ K' y2 C: O& x% UV1——变动容积,m3;3 K% b* B$ ]* }- H, e W! H
) Z9 L- p% P g PV2——安全容积,m3;
4 I' B0 f" J- V' S
) `. w5 z1 r* ~; u/ e; pV3——污泥沉淀浓缩容积,m3;; ~$ v, [/ E3 a6 `/ _# }
4 N5 D7 G/ ~4 |6 K4 J9 @
n1——CASS池个数。* C2 v$ B: C+ z! L
T, f* R* d2 F7 g+ x! N0 y设池内最高液位为H(一般取3~5m),H由三个部分组成:
7 J( O9 s$ p% O) w9 G! }
# @! I2 W( w6 wH=H1+H2+H3 (5)
* F3 A% C- \1 C0 H3 ?4 b) |$ {- B7 ?8 Y) T* @. Z% P- d6 r, z3 }
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;6 u1 _, n" i6 [1 A* E
: j, C. l3 N. Q: w- D, eH3——滗水结束时泥面的高度,m;
' k. J( r/ L8 ? \9 A1 {5 p0 r9 u3 s9 t! y7 E
其中:
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9 x. `. Q5 g& Q$ n" m4 p/ O
! G/ Z+ Q7 W1 K; m! p- t" z" A
3 A3 k ]/ F/ x2 Z% H1 Y
3 h) G- Z4 a7 V( G: }式中: A——单个CASS池平面面积,m2;1 h! c3 P- y1 {$ x' _3 d
4 `7 ^4 O( C" h0 J, `
n2——一日内循环周期数;* s: L" @; Y) [" X2 U
6 s) f b! g/ R% k8 P3 C' S' b. Q
H3=H×X×SVI×10-3 (7)
2 t0 R& Q( B3 b5 q8 Y/ V
! i% r+ R d3 P% I8 h8 N7 j式中:X——最高液位时混合液污泥浓度,mg/L;* N; q. m2 M8 W; ^/ |. b1 n
, w' V2 s6 a% ~& ~$ V$ z
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
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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:, g* a H9 ?" r# }0 ~
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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。7 ]+ I) \2 D7 {2 h9 N
* q; d# U2 k& ?- W2、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 f4 O# T+ L) i4 D4 ^
, O5 q" \1 q3 w8 U; F i) ~, B
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。1 D* G) s( }$ s6 ?7 J( k2 \
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