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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6 B& L0 y u/ `$ g, B6 r活性污泥工艺设计计算方法& Q, H8 P7 V% h3 h9 u7 ]* m
6 }& R8 r/ g. h0 x- a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:. U- h" v4 @( z5 o( z/ y1 M; d
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1、污泥负荷法$ K3 J5 e4 y# q% p4 R
& h& U. Y+ `7 z0 h4 \! N, E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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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。5 E% L6 J3 [. _$ |" i
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2、泥龄法
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7 P! \: F. |& ^, ?% m1 Y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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0 j7 v8 `3 |6 {# m4 C' t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。/ D1 O2 u2 ] s+ f. Z
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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。
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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。
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* m+ W. D( T/ E& ~; Y目前CASS工艺设计计算方法" W2 ^# v3 s0 g7 {
8 }! u8 A8 k% E5 W4 ?/ FCASS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。8 |$ T! r, _* f+ ]- X
$ D( `/ T9 w" g; `/ F7 h9 _* J一、 计算BOD-污泥负荷(Ns); ^$ r* x; C3 R, X
* ~3 W& P& k- C/ u
BOD-污泥负荷是CASS工艺的主要设计参数,其计算公式为:- o9 y: c$ s& O! S6 f
. F; u) t$ Z$ u2 K
2 L1 V; I% u* K4 l& K) n: E' L6 S0 G/ c; f( [
9 {: I& F" \9 o. v- F" B
式中: Ns——BOD-污泥负荷,kgBOD5/(kgMLSS˙d),生活污水取0.05~0.15 g6 ?3 S. V+ Z# Q
, F" r% _8 j: y3 Z
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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. }0 H% S- r- |: k5 [; d, W+ ZK2——有机基质降解速率常数,L/(mg˙d);5 |# T% L. \) q
R) f6 B# [! l. [
Se——混合液中残存的有机物浓度,mg/L;
+ }, V. _; V% j# j' c& _ z% X0 l) B- Z8 C1 G
η——有机质降解率,%;+ x+ i$ o8 B5 { H9 I% @: H% L
; ^8 Z' m3 b1 G t. _4 X1 |: y- m' A" eƒ——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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6 m, Z# R" f9 v7 ~: d4 | w
4 ^# H, F! ~ m) A) O式中: MLVSS——混合液挥发性悬浮固体浓度,mg/L;5 z& z8 I1 y& y* |5 u _( S2 P
7 C! x! l5 V# `5 v( }+ j0 q; jMLSS——混合液悬浮固体浓度,mg/L;
* @$ S* A. t# o- K- o* B
* N9 i+ A0 D, Z/ S5 P二、 CASS池容积计算6 U* A: D u$ F5 c& ^1 C
?) b g0 J: A2 ^
CASS池容积采用BOD-污泥负荷进行计算,计算公式为:
- l3 H2 J# L; ?7 C x% ~5 \5 F, z/ O$ f) f
: z- g4 u6 t, b2 G4 r# \0 G) P" O5 l& |* ~* b w% {
2 }" l% i( a0 R1 v# F% i
式中:V——CASS池总有效容积,m3;& u3 y" o* U6 ` o$ o0 w
5 y% w) L1 {9 ZQ——污水日流量,m3/d;+ O1 g+ w5 x5 v8 G
" T& S: R& }( h: r- Y
Sa、Se——进水有机物浓度和混合液中残存的有机物浓度,mg/L;
0 L: L7 N3 ]9 t0 \" G
2 }) T$ E' O2 gX——混合液污泥浓度(MLSS),mg/L;
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Ns——BOD-污泥负荷,kgBOD5/(kgMLSS˙d);
" P! i! B' e$ M2 U8 h- H Y
0 e: X# A" l; q' b# j; Vƒ——混合液中挥发性悬浮固体浓度与总悬浮固体浓度的比值。 e5 T2 U7 f; h% H9 B
# l$ J, S4 S( ?2 c
三、 容积校核3 x6 Q% N/ [6 z2 y
/ `8 b' V& p. D8 F9 z3 rCASS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。' `! | t' \8 Y; e
1 P$ ^. [+ B, E8 F% ICASS池总的有效容积:) ` H8 `8 q+ F8 i* s
, Y7 m* v8 _6 o pV=n1×(V1+V2+V3) (4)
b4 f6 `' e0 ?) H% V
9 Y2 Y p: f H+ A式中:V——CASS池总有效容积,m3;/ `5 t$ }6 v0 ?/ v" O
T" q( D: `. l7 ]4 t% H* T2 @0 b
V1——变动容积,m3;
! D/ O0 J3 O" e" j; u' p; h
4 U# L, W2 s7 S, f1 y* U& nV2——安全容积,m3;
- F5 s; o4 M5 D' D' o, k. Q5 n, L- F- N& C+ L
V3——污泥沉淀浓缩容积,m3;
7 q3 q; b% K8 Q' Y* |
1 T8 c# _9 }' w( W- l7 Gn1——CASS池个数。
3 f/ r _" U1 k f; V7 t) a ]( {# J! b7 P2 }0 u# ^% }
设池内最高液位为H(一般取3~5m),H由三个部分组成:% m; @* M5 e& r1 A7 p) q
w, U7 @1 ?1 E' G& d, x/ w
H=H1+H2+H3 (5) U) _7 |; ^! U$ c# t# H+ l
+ ?7 k' j+ U: [' I( y+ l4 `3 p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;7 Z4 [4 n1 C$ b# ?6 f4 v, p( _
/ E4 }1 Q% E0 \. qH2——滗水水位和泥面之间的安全距离,一般取1.5~2.0m;2 A1 c0 M3 j- b
" x4 q1 K% u4 K# \7 l& v+ v8 h
H3——滗水结束时泥面的高度,m;
; C) ]+ Y. t; @5 U8 K0 J) ]% |
' {" v# b1 ]$ O' b: I! p其中:
: r8 b7 U) Z1 n2 S+ [
8 G7 X, n( i* L
7 T" |0 w I3 H4 p& }3 K
# p9 s/ N) }. F* Z F3 n6 v; i- Q% D$ b7 d, K
式中: A——单个CASS池平面面积,m2;8 Q3 C2 l0 L' M5 d/ G X
1 y/ T+ B5 b3 _
n2——一日内循环周期数;& M' F6 X6 I" C' d7 _/ l! f2 d2 X( F
, l- G) z: l/ Q/ n: h% oH3=H×X×SVI×10-3 (7)
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& R; a0 A ]6 |$ D3 |" ^7 K式中:X——最高液位时混合液污泥浓度,mg/L;% c$ ]0 U$ Y+ ?( E$ @ m5 y
! v, d# p# g# n3 c" o/ F) v5 \, A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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( Y; L( J7 S7 K# t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:1 U* W- |; {" d$ T' m
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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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: U/ j9 F; j, i; v2 l9 A3 I2、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。/ s4 _7 O s( G) ~
- b5 j2 K( b( K( o3、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。: t& A ?/ j) a
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