CASS法在啤酒废水处理工程中的设计计算与应用

王春 陈雪峰　陈富强　王萍

摘要：吉林省某啤酒有限公司生产量非常大，日排放废水为7000吨，废水处理量为4500m3/d。文章介绍了CASS法在一种啤酒废水处理工程中的设计及计算，该技术具有投资省、处理效果好、运行操作简便等特点，出水满足或优于《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）一级排放标准。

关键词：啤酒废水；CASS法；CODcr；BOD5；废水处理 文献标识码：A

中图分类号：X703 文章编号：1009-2374（2016）25-0052-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.25.024

1 工程概况

吉林省某啤酒有限公司日排放废水7000吨，废水处理量为4500m3/d。废水水质：CODcr：1800mg/L，BOD5：940mg/L，SS：500mg/L。出水排放标准：《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）一级排放标准。考虑到BOD5/CODcr>0.5，故采用生物法+物理过滤处理技术。其生物处理的核心技术就是采用CASS法。

2 原理特点

CASS法（Cyclic Activated Sludge System）是周期循环活性污泥法，该法将生物反应过程和泥水分离过程在一个池子中进行，按曝气和非曝气阶段不断重复，每一循环由下列阶段组成：充水/曝气、充水/沉淀、撇水、闲置。

3 CASS单元工艺计算

3.1 处理效率η

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

式中：La、Lt为进、出水BOD浓度（kg/m3）。

3.2 CASS池容积V总

V总=QLr/NAwFw

NAw=fNw

设Nw=2.7kg/m3，f取0.77，则NAw=0.77×2.7=2.08kg/m3。

式中：f为系数，一般取0.7～0.8。

V总=4500×0.94/（2.08×0.3）=6750（m3）

CASS池数目为取n=2，则每个CASS单池体积为：

V单=V总/n=6750/2=3375（m3）

3.2.1 混合槽

混和槽设计：

2000×1000×1000mm（上升流速取0.62m/min）

3.2.2 首选择池

首选择池容积：

V=长×宽×高=15×3×4.5=202.5（m3）

截面积：S=15×3=45（m2）

首选择池设计停留时间：

T1=V/Q=202.2/187.5=1.1（h）

按回流量40%计，首选择池流量Q：Q=（4500/24）×（1+40%）=134（m3/h）

首选择池上升流速：

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）

污泥回流泵扬程估算：污泥提升高度5m，管道损失估算为2m，自由水头估算为0.5m。

总扬程：Hmax=5+2+0.5=7.5（m）

因此，选择台AS30-2CB回流泵，每池设计1台，其技术参数如下：流量：42t/h；扬程：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之间。

兼氧池：9000×15000×4500mm（其4500mm为有效水深）

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

3.2.4 主反应池

主反应：38000×15000×4500mm（其中4500为有效水深）

设计停留时间T3=V3/Q=（38×15×4.5）/（4500/24）=13.7（h）

3.2.5 CASS池

总尺寸：50000×15000×5000mm（超高500mm）

容积负荷：

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

=0.61kgBOD/m3·d

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

=1.13kgCOD/m3·d

式中：La为进水浓度（kg/m3）；Lt为出水浓度（kg/m3）。

3.3 停留时间

3.3.1 名义水力停留时间tm=V单/QN=（50×15×4.5）/（4500/24）=18（h）

3.3.2 实际水力停留时间ts=V单/（1+R）QN=（50×15×4.5）/（1+0.4）×（4500/24）=12.86（h）

式中：R为污泥回流比，取0.4。

3.4 污泥产量

产泥量按0.6kg/kgBOD计，则每天产干泥量为：

W=4500×（940-30）×10-3×0.6=2457kg/d

则转化成湿污泥（含水量为99.4%）量为：

W1=2457/（1-99.4%）=409500kg/d

3.5 污泥龄

tw=1/（aFw-b）=1/（0.4×0.3-0.08）=25（d）

3.6 剩余污泥排出量

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

估算剩余污泥输送高度为5m，管道水头损失3m，自由水头1m，则剩余污泥排出泵的扬程：

Hmin=5+3+1=9（m）。

选用二台型号为AS30-2CB，每池一台，其技术参数为：流量：42m3/h；扬程：11m；功率：3kW。

3.7 需氧量QO

风机功率P=GsP×2.05/75n（kW） （1）

式中：设n=0.75，求Gs（m3/h）、P（kg/cm2）。

供气体积Gs=N0/0.3（m3/h） （2）

式中：设采用微孔陶瓷曝气扩散管取Ea=15%，求标准氧速率N0。

对于鼓风曝气

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

式中：设α=0.82，β=0.93，C0=2mg/L，Cs=9.17mg/L。

确定水温T：年平均气温19℃，1月平均气温-21.6℃，7月气温27.9℃，最高38℃，选定设计温度19℃。

求：曝气池水下平均溶解氧值Csm（19）和实际供氧速度N。

第一，Csm=Csw（Qt/42+Pb/2.068）（mg/L） （4）

式中：T=19℃时，Csw（19）=9.35mg/L

求：Qt，Pb。

Qt（曝气池逸出气体含氧量%）：

Qt=21（1-Ea）×100%/[79+21（1-Ea）[ （5）

设Ea=15%，则Qt=21（1-15%）×100%/[79+21（1-15%）]=18.431%

Pb（曝气装置绝对压力kg/cm2）：

Pb=空气压力+水压力 （6）

设空气压力1.034kg/cm2，水压力=1kg/cm2/10m×水深，有效水深为4.5m。

则水压力=1kg/cm2/10m×4.5m=0.45kg/cm2

则Pb=1.034+0.45=1.484kg/cm2

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

第二，实际供氧速度N（kgO2/h）及曝气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：设a=0.53kgO2/kgBOD，b'=0.18kgO2/kgBOD，Q=4500m3/d。

Lr（mg/L）：

BOD L0=940mg/L=0.94kg/m3，当污水在混合槽（原污水与回流污泥混合）进入配水池后，刚进入兼氧反应区时BOD已降解（约20%计算），即L0'=940（1-20%）=752mg/L。污水由兼氧区进入好氧区时BOD又进行了降解，BOD为700mg/L。

最后处理出水，由工艺设计可知BOD Le=30mg/L，则Lr=La-Le=700-30=670mg/L=0.67kg/m3。

V（m3）：

CASS池分三个部分，即配水区（厌氧区）、兼氧区和好氧区。曝气区指兼氧区和好氧区，兼氧区污水池容积V兼=2×9×15×4.5=1215m3，好氧曝气区污水池容积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）

设污泥负荷率Fr=0.3kgBOD/kgMLSS·d，则N'=Fr/F=0.588/0.3=1.96kg/m3。

将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。

将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，将N0代入式（2）：

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

兼氧区供气量：设兼氧区与好氧区比较，同体积污水耗气量之比为0.7∶1。

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

总供气量Gs=G好+G兼=74.68+12.38=87.06m3/min。

则每台风机风量：Gs=87.06/2=43.53m3/min。

风压：静水压h1=4.2m；管路损失h2=4.2×0.09=0.378m；曝气头阻力h3=200mm，剩余压力h4=200mm。综上，风机风压H=h1+h2+h3+h4=4.2+0.378+0.2+0.2=4.978m。

方案设计使用四台风机，三用一备。

所选风机风量：51.4m3/min；功率：75kW；风压：5000mmH2O。

3.8 曝气系统的选择

本设计采用Φ70陶瓷微孔曝气头，通气量按8m3/h计，风机风量为51.4m3/min，则需曝气头数N单=51.4×60/8=386（只），两池共需曝气头数N总=386×2=772（只）。

4 结语

与传统活性污泥法相比，CASS方法的优点有：投资省；能很好地缓冲进水水量、水质的波动；处理效果好，排出的剩余污泥稳定化程度高；所需机械设备少，自动化程度高；占地面积少。

CASS处理工艺适用于所有适用活性污泥法处理场合。主要应用领域有：工业领域的废水治理，如啤酒、制药、屠宰、造纸、印染、化工等行业；城市污水厂的新建、扩建及改良，特别是在对营养盐类（氮、磷等）有处理要求时特别适合。

参考文献

[1] 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002）

[S].

[2] 张自杰，张忠祥，龙腾锐，等.废水处理理论与设计

[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

作者简介：王春（1978-），男，江苏宜兴人，国电南京自动化股份有限公司节能环保事业部工程师，研究方向：废水、膜技术水处理。

（责任编辑：蒋建华）