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，kgBOD 5/(kgMLSS·d)，生活污水取0.05～0.1kgBOD 5/(kgMLSS·d)，工业废水需参考相关资料或通过试验确定；K 2——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，m 3； Q——污水日流量，m 3/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，kgBOD 5/(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（V 1）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（V 2），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（V 3），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＝n 1×（V 1＋V 2＋V 3） （4）式中：V——CASS 池总有效容积，m 3；V 1——变动容积，m 3；V 2——安全容积，m 3；V 3——污泥沉淀浓缩容积，m 3；n 1——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＝H 1＋H 2＋H 3 （5）式中：H 1——池内设计最高水位和滗水器排放最低水位之间的高度，m；H 2——滗水水位和泥面之间的安全距离，一般取 1.5～2.0m；H 3——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，m 2；n 2——一日内循环周期数；H 3＝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－（H 1＋H 3），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。
2 CASS 工艺设计方法改进CASS 工艺目前广泛应用的设计方法是污泥负荷法，污泥负荷法立足于有机物的去除，对系统脱氮效果则未加考虑，而对于高氨氮污水，脱氮效果的考虑更为重要，因此需结合目前已有的 CASS 工艺设计方法，加入脱氮工艺设计，对传统的 CASS 工艺设计方法进行改进2.1 CASS 工艺设计方法改进的思路高氨氮的污水脱氮设计的改进思路如下：1、设计采用静态法设计方法不追踪 CASS 反应池内基质和活性污泥浓度在时间上的变化过程，而是着重于在某一进水水质条件下经系统处理后能达到的最终处理效果对于同步硝化反硝化，由于其机理还处在进一步研究阶段，在设计中不加考虑对于沉淀和滗水阶段的生物反应，其作用并不明显，因此在设计中对这两个阶段的生物反应不加考虑 2、将主反应区和预反应区分开设计，主反应区主要功能为有机物降解和硝化，而预反应区的功能主要为生物选择和反硝化脱氮3、主反应区采用泥龄法设计，而将污泥负荷作为导出参数，结合试验研究的结论，通过污泥负荷对设计结果进行校核4、反应池的尺寸通过进水量和污泥沉降性能确定2.2 主反应区容积设计主反应区设计采用泥龄法，并用污泥负荷进行校核，其设计步骤如下：1、计算硝化菌的最大比增长速率当污水 pH 和 DO 都适合于硝化反应进行时，计算亚硝酸菌的比增长速率公式为：（8）式中：μ N,max——硝化菌的最大比增长速率，d -1；T——硝化温度，℃；2、计算稳定运行状态下的硝化菌比增长速率（9）式中：μ N——硝化菌的比增长速率，d -1；N——硝化出水的 NH3-N 浓度，mg/L；K N——饱和常数，设计中一般取 1.0mg/L。
3、计算完成硝化反应所需的最小泥龄（10） 式中： ——最小泥龄，d；μ N——硝化菌的比增长速率，d －1 4、计算泥龄设计值 本处采用 Lawrence 和 McCarty 在应用动力学理论进行生物处理过程设计时提出的安全系数（S F）概念，S F可以定义为： S F＝ / （11）式中： ——设计泥龄，d；S F使生物硝化单元在 pH 值、溶解氧浓度不满足要求或者进水中含有对硝化有抑制作用的有毒有害物质时仍能保证达到设计所要求的处理效果美国环保局建议一般取 1.5～3.05、计算以 VSS 为基础的含碳有机物（COD）的去除速率活性异养菌生物固体浓度 X1可用下式计算： （12）式中：X 1——活性异养菌生物固体浓度，mg/L；Y H——异养菌产率系数，gVSS/gCOD 或 gVSS/gBOD；b H——异养菌内源代谢分解系数，d －1 ；S 0——进水有机物浓度，mgCOD/L 或 mgBOD/L；S 1——出水有机物浓度，mgCOD/L 或 mgBOD/L；——设计泥龄，d；t——水力停留时间，d；活性生物固体表观产率系数，Y H,NET将含碳有机物的去除速率定义为：（13）则可以得到下式：1/ ＝Y H,NET·qH （14） 曝气池混合液 VSS 由三部分组成：活性生物固体、微生物内源代谢分解残留物和吸附在活性污泥上面不能为微生物所分解的进水有机物，VSS 浓度可以表示为： （15） 式中：X——VSS 浓度，mg/L； △S——基质浓度变化，mgCOD/L 或 mgBOD/L；Y H——以 VSS 为基础的产率系数，gVSS/gCOD 或 gVSS/gBOD；b——以 VSS 为基础的活性污泥分解系数，d -1；以 VSS 为基础的（浓度为 X）的有机物去除速率可以表示为：1/ ＝Y H,NET·qOBS （16）6、计算生化反应器水力停留时间 t（17）7、主反应区容积：V N＝Q t （18）式中：V N——主反应区容积，m 3；Q——进水流量，m 3/d；8、有机负荷校核有机负荷 F/M：（19）式中：ƒ——MLVSS/MLSS，一般取 0.7。
根据相关试验结论，若 F/M 不在 0.18～0.25 kgCOD/(kgMLSS·d)，则需改变泥龄，进行重新设计10、氨氮负荷校核氨氮负荷 SNR：（20）式中：N——主反应区产生 NO3-N 总量 TKN，mg/L根据相关试验结论，若 SNR＞0.045 kg NH 3-N/(kgMLSS·d)，则需增大泥龄，进行重新设计2.3 预反应区容积设计 预反应区的功能设计为反硝化，其设计步骤如下： 1、计算反硝化速率 SDNR反硝化速率可以根据试验结果或文献报道值确定，也可以按下面的方法计算：温度 20℃时：S DNR ( 2 0) ＝0.3F/M＋0.029（21）温度 T℃时： S DNR (T)＝ S DNR (2 0) ·θ ( T- 2 0 ) (θ 为温度系数，一般取1.05) （22）2、缺氧池的 MLVSS 总量为：L A＝QN D/ SDNR (T) （23）式中：N D——反硝化去除的 NO3-N，kgN/d3、缺氧池的容积：V AN=1000LA/Xƒ （24）4、缺氧池的水力停留时间：t A＝V AN/Q （25）5、系统的总泥龄：（26）2.4 反应器尺寸的确定CASS 反应器尺寸的确定主要是确定反应器的高度和面积，以满足泥水分离和滗水的需要。
由于预反应区始终处于反应状态，不存在泥水分离的问题，且预反应区底部通过导流孔与主反应区相连，其水面高度与主反应区平齐，因此计算出主反应区的设计高度也同时计算出了预反应区的水面高度所以反应区尺寸的确定主要是主反应区尺寸的确定CASS 池的泥水分离和 SBR 相同，生物处理和泥水分离结合在 CASS 池主反应区中进行，在曝气等生物处理过程结束后，系统即进入沉淀分离过程在沉淀过程初期，曝气结束后的残余混合能量可用于生物絮凝过程，至池子趋于平静正式开始沉淀一般持续 10min 左右，沉淀过程从沉淀开始后一直延续至滗水阶段结束，沉淀时间为沉淀阶段和滗水阶段的时间总和污泥泥面的位置则主要取决于污泥的沉降速度，污泥沉速主要与污泥浓度、SVI 等因素有关，在 CASS 系统中，污泥的沉降速度 vS可简单地用下式计算： v S＝650/(X T×SVI) （27）式中：v S——污泥沉速(m/h)；X T——在最高水位时浓度(kg/m 3)，为安全计，采用主反应区中设计值 X，一般取 3000～4200 mg/L；SVI——污泥沉降指数(mL /g)为避免在滗水过程中将活性污泥带出系统，需要在滗水水位和污泥泥面之间保持一最小的安全距离 HS。
为保持滗水水位和污泥泥面之间的最小安全距离，污泥经沉淀和滗水阶段后，其污泥沉降距离应≥ΔH+H S，期间所经历的实际沉淀时间为(t s＋t d－10/60)h，故可得下式：v S×(ts ＋t d －10/60)＝ΔH+H S （28） 式中：ΔH——最高水位和最低水位之间的高度差，也称滗水高度(m)，ΔH一般不超过池子总高的 40%，与滗水装置的构造有关，一般其值最大在2.0～2.2m 左右；t s——沉淀时间；t d——滗水时间联立式（6.47）和(6.48)即可得：（29） 式中：ΔV——周期进水体积(m 3)；A——池子面积(m 2)；H T——最高水位(m)；式中沉淀时间 ts、滗水时间 td可预先设定，根据水质条件和设计经验可选择一定的 SVI 值，安全高度 HS一般在 0.6～0.9m 左右ΔV 由进水量决定，这样式(29)中只有池子高度 HT和面积 A 未定根据边界条件用试算法即可求得式(29)中的池子高度和面积高度 HT和面积 A 的确定方法为：先假定某一池子高度 HT，用式(29)求得面积 A，从而可求得滗水高度 ΔH，如滗水高度超过允许的范围，则重新设定池子高度，重复上述过程。
在求得 HT和池子面积 A 后，即可求得最低水位 HB： H B＝H T－△H＝H T－ΔV/A（30） 最高水位时的 MLSS 浓度 XT已知，最低水位时的 MLSS 浓度则可。