CASS工艺处理高氨氮污水的脱氮设计

摘要：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。但是，CASS工艺设计方法的研究却发展缓慢，目前还处于经验阶段，研究如何改进CASS工艺设计方法,将其用于高氨氮污水的处理，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。

关键词：CASS工艺 高氨氮污水 脱氮 设计

　　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。但是，CASS工艺设计方法的研究却发展缓慢，目前还处于经验阶段，究其原因有两点：一是专业技术人员比较侧重于主要设备（如滗水器）和自控系统的研究开发，而忽略了对CASS工艺设计方法的研究；二是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。

　　高氨氮污水对于环境的危害日益引起人们的重视，国内外目前对于应用CASS工艺处理高氨氮污水的研究还处于起步阶段，处理效果也不理想，脱氮率较低。研究如何改进CASS工艺设计方法,将其用于高氨氮污水的处理，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。

　　1.现行的CASS工艺设计方法

　　1.1 活性污泥工艺设计计算方法

　　 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：

　　1、污泥负荷法

　　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。

　　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。

　　2、泥龄法

　　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。

　　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。

　　3、数学模型法

　　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。

　　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。

　　1.2 目前CASS工艺设计计算方法

　　 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。

　　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。

　　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。

　　1.2.1 计算BOD-污泥负荷（N_s）

　　BOD-污泥负荷是CASS工艺的主要设计参数，其计算公式为：

　　 （1）

　　式中： Ns——BOD-污泥负荷，kgBOD₅/(kgMLSS·d)，生活污水取0.05～0.1

　　kgBOD₅/(kgMLSS·d)，工业废水需参考相关资料或通过试验确定；

　　 K₂——有机基质降解速率常数，L/(mg·d)；

　　 S_e——混合液中残存的有机物浓度，mg/L；
η——有机质降解率，％；

　　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。

　　 （2）

　　式中： MLVSS——混合液挥发性悬浮固体浓度，mg/L；

　　 MLSS——混合液悬浮固体浓度，mg/L；

　　1.2.2 CASS池容积计算

　　CASS池容积采用BOD-污泥负荷进行计算，计算公式为：

　　 （3）

　　式中：V——CASS池总有效容积，m³；

　　Q——污水日流量，m³/d；

　　 S_a、S_e——进水有机物浓度和混合液中残存的有机物浓度，mg/L；

　　X——混合液污泥浓度（MLSS），mg/L；

　　 Ns——BOD-污泥负荷，kgBOD₅/(kgMLSS·d)；

　　 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。

　　1.2.3 容积校核

　　 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。

　　 CASS池总的有效容积：

　　V＝n₁×（V₁＋V₂＋V₃） （4）

　　式中：V——CASS池总有效容积，m³；

　　V₁——变动容积，m³；

　　V₂——安全容积，m³；

　　V₃——污泥沉淀浓缩容积，m³；

　　n₁——CASS池个数。

　　设池内最高液位为H（一般取3～5m），H由三个部分组成：

　　H＝H₁＋H₂＋H₃ （5）

　　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；

　　 H₂——滗水水位和泥面之间的安全距离，一般取1.5～2.0m；

　　H₃——滗水结束时泥面的高度，m；

　　其中：

　　（6）

　　式中： A——单个CASS池平面面积，m²；

　　 n₂——一日内循环周期数；

　　H₃＝H×X×SVI×10^－3 （7）

　　式中：X——最高液位时混合液污泥浓度，mg/L；

　　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。

　　1.2.4 设计方法分析

　　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、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。

　　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。

　　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。