2.5 生物反应池（CASS反应池）2.5.1 CASS反应池的介绍CASS是周期性循环活性污泥法的简称，是间歇式活性污泥法的一种变革，并保留了其它间歇式活性污泥法的优点，是近年来国际公认的生活污水及工业污水处理的先进工艺。
CASS工艺的核心为CASS池，其基本结构是：在SBR的基础上，反应池沿池长方向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置。
整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法中的二沉池和污泥回流系统，同时可连续进水，间断排水。
CASS工艺与传统活性污泥法的相比，具有以下优点：●建设费用低。
省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，建设费用可节省20%~30%。
工艺流程简单，污水厂主要构筑物为集水池、沉砂池、CASS 曝气池、污泥池，布局紧凑，占地面积可减少35%；●运转费用省。
由于曝气是周期性的，池内溶解氧的浓度也是变化的，沉淀阶段和排水阶段溶解氧降低，重新开始曝气时，氧浓度梯度大，传递效率高，节能效果显著，运转费用可节省10%~25%；●有机物去除率高。
出水水质好，不仅能有效去除污水中有机碳源污染物，而且具有良好的脱氮除磷功能；●管理简单，运行可靠，不易发生污泥膨胀。
污水处理厂设备种类和数量较少，控制系统简单，运行安全可靠；●污泥产量低，性质稳定。
2.5.2 CASS 反应池的设计计算图2-4 CASS 工艺原理图（1）基本设计参数考虑格栅和沉砂池可去除部分有机物及SS ，取COD,BOD 5,NH 3-N,TP 去除率为20%，SS 去除率为35%。
此时进水水质：COD=380mg/L ×（1-20%）=304mg/L BOD 5=150mg/L ×（1-20%）=120mg/L NH 3-N=45mg/L ×（1-20%）=36mg/L TP=8mg/L ×（1-20%）=6.4mg/L SS=440mg/L ×（1-35%）=286mg/L处理规模：Q=14400m 3/d,总变化系数1.53 混合液悬浮固体浓度（MLSS ）：Nw=3200mg/L 反应池有效水深H 一般取3-5m,本水厂设计选用4.0m排水比：λ=m 1 =5.21=0.4 (2)BOD-污泥负荷（或称BOD-SS 负荷率）（Ns ） Ns=ηfS K ⨯⨯e 2Ns ——BOD-污泥负荷（或称BOD-SS 负荷率）,kgBOD 5/(kgMLSS ·d)；K 2——有机基质降解速率常数，L/(mg ·d),生活污水K 2取值范围为0.0168-0.0281，本水厂取值0.0244； η——有机基质降解率，%；η=SaSeSa - f ——混合液中挥发性悬浮固体与总悬浮固体浓度的比值，一般在生活污水中，f 值为0.7-0.8,本水厂设计选用0.75。
代入数值，得η==-1201012091.7%，之后把本数值代入得Ns=ηf S K ⨯⨯e 2=0.2 kgBOD 5/(kgMLSS ·d) （3）曝气时间T A式中 T A —曝气时间，h S 0—进水平均BOD 5，㎎/L m —排水比 1/m = 1/2.5N w —混合液悬浮固体浓度（MLSS ）：X ＝3200mg/L (4) 沉淀时间T S活性污泥界面的沉降速度与MLSS 浓度、水温的关系，可以用下式进行计算。
V max = 7.4×104×t×X O -1.7 (MLS S ≤3000) V max = 4.6×104×X O -1.26(MLS S ≥3000)式中 V max —活性污泥界面的初始沉降速度。
t —水温，℃X 0—沉降开始时MLSS 的浓度，X 0＝N w =3200mg/L ，则V max = 4.6×104×3200 -1.26 = 1.76 m/s沉淀时间T S 用下式计算()()h58.176.12.15.2141max=+⨯=+⨯=V m H T S ε 取T S =1.5h式中 T S —沉淀时间，h H —反应池内水深，m ε—安全高度，取1.2m （5） 排水时间T D 及闲置时间T f根据城市污水处理厂运行经验，本水厂设置排水时间T D 取为0.5h,闲置时间取为0.1h 。
运行周期T= T A +T S +T D +T f =4h 每日运行周期数n=424=6 (6) CASS 池容积 VCASS 池容积采用容积负荷计算法确定，并用排水体积进行复核。
（ⅰ）采用容积负荷法计算：fNw Ne Se Sa Q V ⨯⨯-⨯=)(式中：Q —城市污水设计水量，m 3/d ；Q=14400m 3/d ；Nw —混合液MLSS 污泥浓度（kg/m 3），本设计取3.2 kg/m 3； Ne —BOD 5污泥负荷(kg BOD 5/kg MLSS ·d)，本设计取0.2kgBOD 5/kgMLSS ·d ；Sa —进水BOD 5浓度（kg/ L ），本设计Sa = 120 mg/L ； Se —出水BOD 5浓度（kg/ L ），本设计Se = 10 mg/L ；f —混合液中挥发性悬浮固体浓度与总悬浮固体浓度的比值，本设计取0.75；则：33330075.02.32.010)10120(14400m V =⨯⨯⨯-⨯=-本水厂设计CASS 池四座，每座容积V i =43300=825 m 3 （ⅱ）排水体积法进行复核 单池容积为 150014400465.2=⨯⨯==Q nN m V i （m 3） 反应池总容积 6000150044=⨯==i V V （m 3）式中 i V —单池容积，m 3 n —周期数；m —排水比 1/m = 1/2.5N —池数；Q —平均日流量，m 3/d由于排水体积法计算所得单池容积大于容积负荷法计算所得，因此单池容积应按最大容积值计，否则将不满足水量运行要求，则单池容积V i =1500 m 3，反应池总容积V=6000 m 3。
（7）CASS 池的容积负荷CASS 池工艺是连续进水，间断排水，池内有效容积由变动容积（V 1）和固定容积组成，变动容积是指池内设计最高水位至滗水器最低水位之间高度（H 1）决定的容积，固定容积由两部分组成，一是活性污泥最高泥面至池底之间高度（H 3）决定的容积（V 3），另一部分是撇水水位和泥面之间的容积，它是防止撇水时污泥流失的最小安全距离（H 2）决定的容积（V 2）。
CASS 池总有效容积V （m 3）：V ＝n 1×（V 1＋V 2＋V 3）（ⅰ）池内设计最高水位至滗水机排放最低水位之间的高度，H 1（m ）；VN H Q H ⨯⨯=1式中：N —一日内循环周期数，N=6；H ——池内最高液位H （m ）,本设计H=4.0m 。
则 m H 6.1600064144001=⨯⨯=（ⅱ）滗水结束时泥面高度，H 3（m ）已知撇水水位和泥面之间的安全距离，H 2=ε=1.2m ； H 3=H-(H l +H 2)=4-1.6-1.2=1.2m (ⅲ) SVI —污泥体积指数,(ml/g)SVI=WN H H ⨯3代入数值，则 SVI=932.34102.13=⨯⨯(ml/g )， 此数值反映出活性污泥的凝聚、沉降性能良好。
（8）CASS 池外形尺寸 （ⅰ）NVH B L =⨯⨯ 式中：B —池宽，m ，B:H=1—2，取B=8m ，8/4=2，满足要求；L=m H B N V 8.464846000=⨯⨯=⨯⨯，取L=47m.L/B=47/8=5.8, L:B=4—6,满足要求。
（ⅱ）CASS 池总高，H 0（m ）取池体超高0.5m ，则H 0=H ＋0.5＝4.5m （ⅲ）微生物选择区L 1，（m ）CASS 池中间设1道隔墙，将池体分隔成微生物选择区（预反应区）和主反应区两部分。
靠进水端为生物选择区，其容积为CASS 池总容积的10%左右，另一部分为主反应区。
选择器的类别不同，对选择器的容积要求也不同。
L 1＝10﹪L=10%⨯47=4.7m（ⅳ）反应池液位控制排水结束时最低水位4.25.215.24141=-⨯=-⨯=m m h （m ） 基准水位h 2为4.0m ；超高0.5m ；保护水深ε = 1.2m 。
污泥层高度2.12.14.21=-=-=εh h s （m ） 则：撇水水位和泥面之间的安全距离，H 2=h s =1.2m图2-5 CASS 外形尺寸图(9) 连通孔口尺寸隔墙底部设连通孔，连通两区水流，因单格宽8m ，根据设计规范要求，此时连通孔的数量取为3。
（ⅰ）连通孔面积A 1A 1按下式进行计算：UH L B U N n Q A 124111⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+⨯⨯⨯=式中： U —孔口流速，取U=70m/h 将各数值代入，计算得：2186.0701)6.17.4870462414400(m A =⨯⨯+⨯⨯⨯=（ⅱ）孔口尺寸设计孔口沿墙均布，孔口宽度取0.7m ，孔高为0.86/0.8=1.2m 。
为：0.7m×1.2m (10) 复核出水溶解性BOD 5 处理水中非溶解性BOD 5的值：DOD 5=7.1bX a C eC e ——处理水中悬浮固体浓度10mg/LN c •θ=（1/)μ×1.103（15-T ）×f s =(1/0.35)×1.103（15-0.2）×2.3=28d经校核，污泥龄满足硝化要求。
（13）需氧量设计需氧量包括氧化有机物需氧量，污泥自身需氧量、氨氮硝化需氧量及出水带走的氧量。
设计需氧量考虑最不利情况，按夏季时高水温计算设计需氧量。
（ⅰ） 氧化有机物需氧量，污泥自身需氧量O 1以每去除1㎏BOD 需要0.48㎏O a 的经验法计算。
()W a ''VN b S S Q a O e O +-=()33103200600014.010101201440048.0--⨯⨯⨯+⨯-⨯⨯== 3448(㎏O 2/d) 式中 O a —需氧量，㎏O 2/d ；'a —活性污泥微生物每代谢1㎏BOD 需氧量，一般生活污水取为0.42㎏～0.53㎏，本设计取0.48㎏；'b —1㎏活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，一般生活污水取为0.11㎏～0.188㎏，本设计取0.12㎏。
（ⅱ）氨氮硝化需氧量O b 按下式计算；()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=C W ke k b VN N N Q O θf 12.057.4=4.57×[14400×（36-5）×10-3-0.12×3375.02.36000⨯⨯]= 1801(㎏O 2/d)式中 4.57—氨氮的氧当量系数； N k —进水总凯氏氮浓度，g/L ；N ke —出水总凯氏氮浓度，g/L ；V X ∆—系统每天排出的剩余污泥量，㎏/d ；总需氧量75.202204055= m 3/h 曝气池平面面积为：36.1353)7.447(84m =-⨯⨯每个空气扩散器的服务面积按1.0 m 3计，则所需空气扩散器的总数为：13540.16.1353=个 为安全计，本设计采用1400个空气扩散器，每个竖管上安设的空气扩散器的数目为：个70201400= 每个空气扩散器的配气量为90.214004055= m 3 /h图2-6 曝气系统管道布置图空气管道的流速，一般规定为：干、支管为10~15m/s ，通向空气扩散装置的竖管、小支管为4~5m/s 。