CASS法在啤酒廢水處理工程中的設(shè)計計算與應(yīng)用

王春 陳雪峰　陳富強(qiáng)　王萍

摘要：吉林省某啤酒有限公司生產(chǎn)量非常大，日排放廢水為7000噸，廢水處理量為4500m3/d。文章介紹了CASS法在一種啤酒廢水處理工程中的設(shè)計及計算，該技術(shù)具有投資省、處理效果好、運行操作簡便等特點，出水滿足或優(yōu)于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：啤酒廢水；CASS法；CODcr；BOD5；廢水處理 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：X703 文章編號：1009-2374（2016）25-0052-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.25.024

1 工程概況

吉林省某啤酒有限公司日排放廢水7000噸，廢水處理量為4500m3/d。廢水水質(zhì)：CODcr：1800mg/L，BOD5：940mg/L，SS：500mg/L。出水排放標(biāo)準(zhǔn)：《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）一級排放標(biāo)準(zhǔn)。考慮到BOD5/CODcr>0.5，故采用生物法+物理過濾處理技術(shù)。其生物處理的核心技術(shù)就是采用CASS法。

2 原理特點

CASS法（Cyclic Activated Sludge System）是周期循環(huán)活性污泥法，該法將生物反應(yīng)過程和泥水分離過程在一個池子中進(jìn)行，按曝氣和非曝氣階段不斷重復(fù)，每一循環(huán)由下列階段組成：充水/曝氣、充水/沉淀、撇水、閑置。

3 CASS單元工藝計算

3.1 處理效率η

η=（La-Lt）×100%/La=（940-30）×100%/940=97%

式中：La、Lt為進(jìn)、出水BOD濃度（kg/m3）。

3.2 CASS池容積V總

V總=QLr/NAwFw

NAw=fNw

設(shè)Nw=2.7kg/m3，f取0.77，則NAw=0.77×2.7=2.08kg/m3。

式中：f為系數(shù)，一般取0.7～0.8。

V總=4500×0.94/（2.08×0.3）=6750（m3）

CASS池數(shù)目為取n=2，則每個CASS單池體積為：

V單=V總/n=6750/2=3375（m3）

3.2.1 混合槽

混和槽設(shè)計：

2000×1000×1000mm（上升流速取0.62m/min）

3.2.2 首選擇池

首選擇池容積：

V=長×寬×高=15×3×4.5=202.5（m3）

截面積：S=15×3=45（m2）

首選擇池設(shè)計停留時間：

T1=V/Q=202.2/187.5=1.1（h）

按回流量40%計，首選擇池流量Q：Q=（4500/24）×（1+40%）=134（m3/h）

首選擇池上升流速：

v=Q/S=134/45=2.98（m/h）

污泥回流量：Q回=QN×40%=（4500/2）×40%=900（T/D）=37.5（t/h）

污泥回流泵揚(yáng)程估算：污泥提升高度5m，管道損失估算為2m，自由水頭估算為0.5m。

總揚(yáng)程：Hmax=5+2+0.5=7.5（m）

因此，選擇臺AS30-2CB回流泵，每池設(shè)計1臺，其技術(shù)參數(shù)如下：流量：42t/h；揚(yáng)程：11m；功率：3kW。

3.2.3 兼氧池

CASS池的兼氧池溶解氧控制在0.2～0.5mg/L之間。

兼氧池：9000×15000×4500mm（其4500mm為有效水深）

兼氧池停留時間T2：T2=（9×15×4.5）/（4500/24）=3.2（h）

3.2.4 主反應(yīng)池

主反應(yīng)：38000×15000×4500mm（其中4500為有效水深）

設(shè)計停留時間T3=V3/Q=（38×15×4.5）/（4500/24）=13.7（h）

3.2.5 CASS池

總尺寸：50000×15000×5000mm（超高500mm）

容積負(fù)荷：

LV1=（La-Lt）×QN×10-3/V總=（940-30）×4500×10-3/（50×15×4.5×2）

=0.61kgBOD/m3·d

LV1=（La-Lt）×QN×10-3/V總=（1800-100）×4500×10-3/（50×15×4.5×2）

=1.13kgCOD/m3·d

式中：La為進(jìn)水濃度（kg/m3）；Lt為出水濃度（kg/m3）。

3.3 停留時間

3.3.1 名義水力停留時間tm=V單/QN=（50×15×4.5）/（4500/24）=18（h）

3.3.2 實際水力停留時間ts=V單/（1+R）QN=（50×15×4.5）/（1+0.4）×（4500/24）=12.86（h）

式中：R為污泥回流比，取0.4。

3.4 污泥產(chǎn)量

產(chǎn)泥量按0.6kg/kgBOD計，則每天產(chǎn)干泥量為：

W=4500×（940-30）×10-3×0.6=2457kg/d

則轉(zhuǎn)化成濕污泥（含水量為99.4%）量為：

W1=2457/（1-99.4%）=409500kg/d

3.5 污泥齡

tw=1/（aFw-b）=1/（0.4×0.3-0.08）=25（d）

3.6 剩余污泥排出量

q=V總/tw=50×15×4.5×2/25=300（m3/d）=12.5（m3/h）

估算剩余污泥輸送高度為5m，管道水頭損失3m，自由水頭1m，則剩余污泥排出泵的揚(yáng)程：

Hmin=5+3+1=9（m）。

選用二臺型號為AS30-2CB，每池一臺，其技術(shù)參數(shù)為：流量：42m3/h；揚(yáng)程：11m；功率：3kW。

3.7 需氧量QO

風(fēng)機(jī)功率P=GsP×2.05/75n（kW） （1）

式中：設(shè)n=0.75，求Gs（m3/h）、P（kg/cm2）。

供氣體積Gs=N0/0.3（m3/h） （2）

式中：設(shè)采用微孔陶瓷曝氣擴(kuò)散管取Ea=15%，求標(biāo)準(zhǔn)氧速率N0。

對于鼓風(fēng)曝氣

N=N0（Csm-C0）·1.024（T-20）/Cs（kgO2/h）（3）

式中：設(shè)α=0.82，β=0.93，C0=2mg/L，Cs=9.17mg/L。

確定水溫T：年平均氣溫19℃，1月平均氣溫-21.6℃，7月氣溫27.9℃，最高38℃，選定設(shè)計溫度19℃。

求：曝氣池水下平均溶解氧值Csm（19）和實際供氧速度N。

第一，Csm=Csw（Qt/42+Pb/2.068）（mg/L） （4）

式中：T=19℃時，Csw（19）=9.35mg/L

求：Qt，Pb。

Qt（曝氣池逸出氣體含氧量%）：

Qt=21（1-Ea）×100%/[79+21（1-Ea）[ （5）

設(shè)Ea=15%，則Qt=21（1-15%）×100%/[79+21（1-15%）]=18.431%

Pb（曝氣裝置絕對壓力kg/cm2）：

Pb=空氣壓力+水壓力 （6）

設(shè)空氣壓力1.034kg/cm2，水壓力=1kg/cm2/10m×水深，有效水深為4.5m。

則水壓力=1kg/cm2/10m×4.5m=0.45kg/cm2

則Pb=1.034+0.45=1.484kg/cm2

將Qt、Pb代入式（4），則Csm（19）=9.35×（18.431/42+1.484/2.068）=10.82mg/L。

第二，實際供氧速度N（kgO2/h）及曝氣池每日需氧量即求混合液每日需氧量O（kgO2/d）。

O=a'QLr+VN'b'（kgO2/d） （7）

式中：設(shè)a=0.53kgO2/kgBOD，b'=0.18kgO2/kgBOD，Q=4500m3/d。

Lr（mg/L）：

BOD L0=940mg/L=0.94kg/m3，當(dāng)污水在混合槽（原污水與回流污泥混合）進(jìn)入配水池后，剛進(jìn)入兼氧反應(yīng)區(qū)時BOD已降解（約20%計算），即L0'=940（1-20%）=752mg/L。污水由兼氧區(qū)進(jìn)入好氧區(qū)時BOD又進(jìn)行了降解，BOD為700mg/L。

最后處理出水，由工藝設(shè)計可知BOD Le=30mg/L，則Lr=La-Le=700-30=670mg/L=0.67kg/m3。

V（m3）：

CASS池分三個部分，即配水區(qū)（厭氧區(qū)）、兼氧區(qū)和好氧區(qū)。曝氣區(qū)指兼氧區(qū)和好氧區(qū)，兼氧區(qū)污水池容積V兼=2×9×15×4.5=1215m3，好氧曝氣區(qū)污水池容積V=2×38×15×4.5=5130m3。

N'（kg/m3）：

由V=QLr/Fr （8）

Fr=QLr/V=4500×0.67/5130=0.588kgBOD/m3·d

Fr=N′F （9）

設(shè)污泥負(fù)荷率Fr=0.3kgBOD/kgMLSS·d，則N'=Fr/F=0.588/0.3=1.96kg/m3。

將a'、b'、Q、Lr、V、N'代入式（7），求平均需氧量O=0.53×4500×0.67+0.18×5130×1.96=3407.81kg02/d=141.99kg02/h，即N≥141.99kg02/h。

將N、Csm（19）代入式（3）：

141.99=0.82N0×（0.93×12.993-2）/

9.17×1.024（19-20）

N0=201.64kg02/h，將N0代入式（2）：

Gs=201.64/（0.3×15%）=4480.88m3/h=74.68m3/min

兼氧區(qū)供氣量：設(shè)兼氧區(qū)與好氧區(qū)比較，同體積污水耗氣量之比為0.7∶1。

V兼=1215m3，則Gs=74.68×1215×0.7/5130=12.38m3/min。

總供氣量Gs=G好+G兼=74.68+12.38=87.06m3/min。

則每臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量：Gs=87.06/2=43.53m3/min。

風(fēng)壓：靜水壓h1=4.2m；管路損失h2=4.2×0.09=0.378m；曝氣頭阻力h3=200mm，剩余壓力h4=200mm。綜上，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓H=h1+h2+h3+h4=4.2+0.378+0.2+0.2=4.978m。

方案設(shè)計使用四臺風(fēng)機(jī)，三用一備。

所選風(fēng)機(jī)風(fēng)量：51.4m3/min；功率：75kW；風(fēng)壓：5000mmH2O。

3.8 曝氣系統(tǒng)的選擇

本設(shè)計采用Φ70陶瓷微孔曝氣頭，通氣量按8m3/h計，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為51.4m3/min，則需曝氣頭數(shù)N單=51.4×60/8=386（只），兩池共需曝氣頭數(shù)N總=386×2=772（只）。

4 結(jié)語

與傳統(tǒng)活性污泥法相比，CASS方法的優(yōu)點有：投資??；能很好地緩沖進(jìn)水水量、水質(zhì)的波動；處理效果好，排出的剩余污泥穩(wěn)定化程度高；所需機(jī)械設(shè)備少，自動化程度高；占地面積少。

CASS處理工藝適用于所有適用活性污泥法處理場合。主要應(yīng)用領(lǐng)域有：工業(yè)領(lǐng)域的廢水治理，如啤酒、制藥、屠宰、造紙、印染、化工等行業(yè)；城市污水廠的新建、擴(kuò)建及改良，特別是在對營養(yǎng)鹽類（氮、磷等）有處理要求時特別適合。

參考文獻(xiàn)

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[2] 張自杰，張忠祥，龍騰銳，等.廢水處理理論與設(shè)計

[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

作者簡介：王春（1978-），男，江蘇宜興人，國電南京自動化股份有限公司節(jié)能環(huán)保事業(yè)部工程師，研究方向：廢水、膜技術(shù)水處理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）