1、天津科技大学 2011 届 本科 生毕业设计 1 第一章 前言 水 ， 是人类生存、 息 养、发展的 最基 本条件。然而 ， 人类社会在工业化的进程中大量消耗水资源的同时排出污水 ， 污染 和 危害环境 ， 造成 了 严重 的 后果。英国及美国都曾发生因引用水源遭生活污水污染而引起的霍乱大流行，二十 一 世纪工业 迅速 发展和城市人口剧增更带来 了 河流水质恶化、生物绝迹的恶果。 近些年 ， 发展中国家经济的 飞速发展 促进世界经济进一步发展的同时 ， 水污染问题也变得非常突出。 现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理工艺。一级处理 是 用物理方法，如 沉淀、 筛滤等去除
2、污水中不溶解的悬浮固体和 漂浮物质。污水二级处理主要是用生物处理方法，即通过微生物的代谢作用进行物质转化的过程，将污水中的复杂的有机物氧化降解为简单的物质。生物处理对污水pH 值、 水质、水温、水中的溶氧量等有一定的要求。污水三级处理是在一、二级处理的基础上，应用 过滤、 混凝、离子交换、反渗透等物理、化学方法去除污水中难溶解的 磷、氮、 有机物等营养性物质。污水中的污染物组成非常复杂，常常需要以上几种方法组合，才能达到处理要求。 污水一级处理为预处理，二级处理为主体，处理后的污水一般能达到排放标准。三级处理为深度处理，出水水质较好 ，甚至能达到饮用水质标准，但处理费用高，除在一些极度缺水的国
3、家和地区外，应用较少。目前我国许多城市正在筹建和扩建污水二级处理厂，以解决日益严重的水污染问题 1。 目前绝大多数小城镇都缺少必要的污水处理设施，有些存在缺陷。本工程中的蓟县即为其中一例。为解决现已存在的经济发展与环境不协调的问题，改善该县的整体环境的水体环境，提高城市人民的生活质量和城市的环境投资，从而进一步加快实现蓟县的经济发展，因此 需要 在原有污水处理厂的规模先进性完善和扩建。 天津科技大学 2011 届 本科 生毕业设计 2 第二章 设计概况 第一节 设计原则、任务、 内容及依据 一、设计题目 天津蓟县污水处理厂初步设计 二、设计内容 1.对工艺流程的选择说明 2.对工艺处理构筑物选
4、型说明 3.主要处理设施的工艺计算 4.污水处理厂的布置 三、设计依据 需要参考的设计指南、规范和设计手册 1.中华人民共和国环境保护法（试行） 2.中华人民共和国水污染防治法实施细则 3. 中华人民共和国水污染防治法 四、工艺采用规范标准 1. 地面环境质量标准 2. 污水综合排放标准 3. 室外排水设计规范 4. 地表水环境标准 5. 污水排放城市下水道水质 标准 五、设计原则 1. 贯彻执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法规、规范及标准。 2. 从实际情况出发，在城市总体规划的指导下，是工程建设和城市的发展相协调，既保护环境，又能过最大规模的发挥工程效益。 3. 根据设计出水水质
5、和出厂水水质，所选污水处理工艺力求技术先进成熟、处理效果好、运行稳定可靠、高效节能、经济合理，确保污水处理效果，减少工程投资及日常运行费用。 4. 妥善处理和处置污水处理过程中产生的栅渣、沉砂和污泥，避免做成为二次污染。 5. 为确保工程的可靠性及有效性，提高自动化水平，降低运行费用，减少日常维护检修工作量 ，改善工人操作条件，本工程的设备采用优质产品。 6. 积极创作一个良好的生产和生活环境。 天津科技大学 2011 届 本科 生毕业设计 3 第二 节 设计基础资料、规模 一、污水处理厂概况 天津蓟县经济开发区污水处理厂位于开发区二期用地西南角。西侧厂界 40 m处为引滦暗渠 ， 周围村庄主
6、要有西侧约 500 m 的凉水泉村 ， 南侧约 500m 的礼明庄。污水主要来源于开发区内生活污水和工业园区生产废水 ， 污水生物处理采用 SBR 工艺 ， 处理后出水经北排明渠进入蓟运河 2。 二、设计污水处理厂规模 （一） 总处理量 参考国内已建同类型的污水处理厂水质情况 ， 结合蓟县经济技术 开发区的特点 ， 确定污水处理厂处理规模为 50000m3/ d。 （二） 进出水水质 表 2-1 进出水水质对比表 单位：mg/L CODcr BOD5 SS NH3-N TP 进水 400-500 230 280 25 4 出水 60 20 20 5 1 该水经处理后，水质符合国家 城镇污水处理
7、厂污染物排放标准 （ GB8918-2002）中的一级 B 标准。 （三） 处理程度计算 1.溶解性 BOD5 的去除率 =(230-20)230=91.3% 2.CODcr 的去除率 =(450-60)450=86.7% 3.SS 的去除率 =(280-20) 280=92.8% 4.总氮的去除率 =(25-5) 25=80% （四） 设计基础资料 蓟县地区属暖温带半湿润季风型大陆性气候，四季分明，年平均气温摄氏11.5C，平均年降雨量 678.6 毫米，全年日照百分率 63%，年平均相对湿度 60%，年平均风速 2.2 米 秒，无霜期 195 天。由于蓟县刨面所处地理位置为南北长 24天津
8、科技大学 2011 届 本科 生毕业设计 4 公里一线狭长条带内，其气候特点同属暖温带、半 湿润、大陆性、季风型气候。主要特点：四季分明，雨热同期。 温度： 极端最低气温在 1 月份平均 -5.5C；平均最高气温在 7 月份平均为 26C；年平均气温在 10-11C 之间。 降水量： 因特殊的地理、地貌所决定，园区内的降水主要集中在 7-9 月份，降水量占年总降水量的 76%以上，年降水量在 700-800 毫米左右，是华北地区多雨地带之一。素有“七十二场浇陵雨”之说。 风向、风速： 年平均风速 2.2 米 秒左右，最大风速达 25 米 秒，常年主导风向东南风，由于燕山山脉的屏障作用，加之园区
9、内沟谷幽深，山高坡大，故风力又较 弱、较缓。 天津科技大学 2011 届 本科 生毕业设计 5 第三 章 污水处理工艺的确定 第一节 方案选择的原则 一、 确定污水处理方案的原则 1. 城市污水处理应采用先进的污水处理设备，要求经济合理，安全可靠，出水水质好；保证良好的出水水质，效益高； 2. 污水厂的处理构筑物要求布局合理，建设投资少，占地少；自动化程度高，便于科学管理，力求达到节能和污水资源化； 3. 为确保处理效果，采用成熟可靠的工艺流程和处理构筑物；提高自动化程度，为科学管理创造条件； 4. 污水处理采用生物处理，污泥脱水采用机械脱水；污水采用季节性消毒 ； 5. 提高管理水平，实现现
10、代化管理保证运转中最佳经济效果，实现处理过程自动化； 6. 查阅相关的资料确定其方案 二、 最佳的处理方案要体现以下几点 1. 保证处理效果，运行稳定； 2. 基建投资少，耗能低，运行费用低； 3. 占地面积小，泥量少，管理方便； 4. 污水应达到处理程度。 第二节 污水处理工艺概况 污水处理厂目前采用的污水处理工艺主要有： 一、氧化沟工艺 氧化沟是活性污泥法的一种变形，它把连续环式反应池 当作 生化反应器，混合液在其中 循环 连续流动。随着氧化沟技术的不断发展，氧化沟技术已远远超出最初的实践范围，具有多种多 样的 功能选择、 工艺参数、构筑物形式和操作方式。如卡鲁塞尔（ Carrousel
11、2000）氧化沟、三沟式（ T 型）氧化沟、奥贝尔（ Orbal）氧化沟等。 以下是氧化沟的优缺点 3： 优点： 天津科技大学 2011 届 本科 生毕业设计 6 1. 用转刷曝气时，设计污水流量 大部分 为每日数百立方米。用叶轮曝气时，设计污水流量可达每日数万立方米。 2. 氧化沟 是 由环形沟渠构成，转刷横跨 在 其上旋转 进 而曝气，并使混合液在池内循环流动。 3. 氧化沟的流型为循环混合式，污水从环的 其中然后 一端进入，从另一端流出 来 ，具有完全混合曝气池的特点。 4. 间歇运行适用于处理少量污水 的时候 。可利用操作间歇 时间使沟内混合液沉淀而省去 了 二 次 沉淀 池，剩余污泥
12、通过氧化沟内 的 污泥收集器排除。连续运行适用于处理流量较大的污水， 则需另设 二沉池和污泥回流系统。 5. 工艺简单，管理方便，处理效果稳定，使用日益普通。 缺点： 1. 处理构筑物较多； 2. 回流污泥溶解氧 含量 较高，对除磷 会产生 一定的影响； 3. 容积及设备利用率不 是很 高。 氧化沟运行管理费用高，沟体 的 占地面积 比较 大，故本设计亦不宜用此工艺。 二、 A O 工艺 A O 工艺 缺氧 好氧 生物脱氮工艺，它的功能是去除有机物和脱氮。 用以往的生物处理工艺进行城市污水三级处理，旨在降低污水中以 BOD、COD 综合指标表示的有机物和悬浮固体浓度。一般情况下，去除 COD
13、可达 70以上， BOD 可达 90%以上， SS 可达 85以上，但氮的去除 率 只有 20%，二级处理出水中除含有少量合碳有机物外还含有氮 (氨氮和有机氮 )和碘。 以下是优缺点比较 4 ： 优点： 1. 流程 比较 简单，只有一个 混合液回流系统和 污泥回流系统，基建费用 比较 低； 2. 反硝化池 不 再 需要外加碳源，降低了运行 的 费用； 3. A/O 工艺的好氧池 是 在缺氧池之后， 从而 使反硝化残留的有机污染物得到 了 进一步 的 去除，提高 了 出水水质； 4. 因为 缺氧池在前，污水中的有机碳被反硝化 菌利用，降低 了 其后好氧池的有机负荷 ； 同时缺氧池中进行的反硝化反
14、应产生的碱度 也 可以补偿好氧池中进行硝化反应 时 对碱度的需求。 缺点： 1. 构筑物 比 较多； 2. 污泥产生量 比 较多。 该工艺是采用比较广泛的脱氮工艺，但仅适合于小流量的工程，而该工程污天津科技大学 2011 届 本科 生毕业设计 7 水处理量大，故不宜采用此工艺。 三、传统 A2/O 工艺 传统 A2/O 工艺 就是 厌氧 缺氧 好氧法， 它的 三个阶段是以空间来划分的，是在具有脱 氮 功能的缺氧 好氧法的基础上发展起来的 ， 具有同步脱 氮 除 磷的工艺。 该工艺在系统上是最简单的同步 脱氮除磷 工艺，其总的水力停留时间一般要小于其它 类似的 工艺（如 Bardenpho 工艺
15、）。在经过厌氧、缺氧、好氧 一系列 运行的条件下， 那些 丝状菌 就 不能大量繁殖，无污泥膨胀 得顾虑 ， SVI 值一般小于100，处理后的泥水分离效果好。 该工艺在运行时厌氧和缺氧段 都 需 要 轻缓搅拌，以防止污泥 的 沉积，由于生物处理池与二次沉淀池 是 分开建设 的 ， 因而 占地面积较大，该工艺在大型污水处理厂中采用较多 5。 四、 传统的 SBR 工艺 传统的 SBR 工艺是完全间隙式运行，即周期进水、 周期曝气 及 周期排水 。 传统 SBR 工艺 脱氮除磷大体可以 分为五个阶段：阶段 A 为进水 及 搅拌，在该阶段聚磷菌 会 进行厌氧放磷 的反应 ；阶段 B 为曝气阶段，在该
16、阶段除 了会 完成 BOD5 的 分解外，还 同时 进行着硝化和聚磷菌的好氧吸磷 反应 ；阶段 C 为停止曝气、混合搅拌阶段，在该阶段内进行反硝化脱氮 反应 ；阶段 D 为沉淀排泥阶段，在该阶段内进行泥水分离 的同时 ，又 会 排放剩余污泥；阶段 E 为排水阶段。 阶段 E 后，有的根据水质要求还设有闲置阶段。 以下是 SBR 的优缺点 6： 优点： 1. 其脱氮除磷的厌氧、缺氧和好氧不是用 空间划分 的，而是由 时间控制的； 2. 不需要回流 混液 和回流 污泥 ，不设专门的二 次 沉 淀 池，构筑物少； 3. 占地面积少。 缺点： 1. 设备利用率及 容积 利用率 较低 （一般低于 50%
17、）； 2. 管理、 操作、维护较复杂； 3. 自动化程度高，对工人素质要求高； 4. 国内工程实例少； 5. 脱氮、除磷 的 功能一般。 综上所述：在本次设计中采用 SBR 工艺。 第三节 SBR 处理工艺概况 天津科技大学 2011 届 本科 生毕业设计 8 一、 SBR 简介 SBR 活性污泥法又称序批式活性污泥法 或 间歇式活性污泥法，其污水处理机理与普通活性污泥法完全相同。 1979 年由美国 Irvine 等人根据试验结果提出SBR 商业化的工艺，随着自控技术的进步，特别是一些在线仪器仪表，如溶解氧仪 、 电导率仪 、 pH 计 、氧化还原电位（ ORP）仪等的使用。从 20 世纪
18、70年代开 始逐步得到应用 .我国于 20 世纪 80 年代中期开始了研究与应用，上海市吴淞肉联厂污水处理站是我国第一座应用 SBR 工艺的污水处理单位 7。 二、 SBR 工艺特点 SBR 是一个间歇运行的污水处理工艺 ， 与传统连续活性污泥法相比，该工艺 把 进水、调节、反应沉淀 都设在一个池子里 ，不需 要 调节池和二沉池等 的 构筑物，也不需污泥回流设备，工艺流程简单、构筑物少、占地省、造价低、设备及运行管理费用低 。 虽然混合液在 SBR 反应器内呈完全混合状态，但底物浓度会因为 污水在池内反应时间的延长 而 由高到低， 也就是说 在时间上是一个推流状态。根 据活性污泥动力学理论，生
19、物反应速度与基质浓度 是 成正比 的 。在理想的推流装置中，不存在返混作用，因此该工艺单位容积 的反应速率快、 处理效率高、底物去除率高。 针对 不同的净化目的 SBR 工艺可 灵活地利用 不同的控制手段运行。由于在时间上的灵活控制，为其实现脱氮除磷提供了有利的条件 。 SBR 工艺在反应阶段，由于时间上的理想推流状态 ， 使得底物浓度梯度大，而且因为进水与反应阶段的缺氧（或厌氧）与好氧状态的交替，既能抑制专性好氧丝状菌的过量繁殖， 从而 防止污泥膨胀，又不会对 大 多数微生物产生不利 的 影响。 SBR法虽然 就 时间 这一方面来说是 一个理想的推流过程，但是，但是对于 反应器本身的混合状态
20、仍属典型的完全混合式。因此，该工艺具有更强的耐冲击负荷和处理有毒或高浓度有机废水的能力 8-10。 活性污泥法处理城市污水用于污水处理厂，其中多达 30的能源消耗 用于曝气 11。 三、 SBR 原理 反应池去除有机物的 原 理在充氧时与普通活性污泥法 是 相同 的 ，只是在运行方式上 差异 。运行时，反应池按（ 1）进水 ； （ 2）反应 ； （ 3）沉淀 ； （ 4）排水 ；（ 5）空载排泥 (闲置期 )五 个工序，依次在同一 SBR 反应池内周期运行 12。 1. 进水工序，此工序是向处于 五 道工序中最后的 闲置段注废水，注满后再进行反应， 这样 ，反应器 就会 起到调节池的作用。也可
21、以根据其它工艺上的要求，配合进行其它操作如曝气， 就可起到预曝气效果，又可使污泥再生恢复它的活性，也可根据脱氮 除磷 的 要求，进行缓慢搅拌等。 2. 反应工序， 这道工序是本工艺最主要的一道工序。废水注入到指定的高度后，立即 开始反应操作，根据废水处理的 不同 目的，如 BOD 去除、硝化、磷的吸收以及反硝化等，采取 不同的 进行反应的技术措施 ，如 BOD 去除、硝化、天津科技大学 2011 届 本科 生毕业设计 9 磷的吸收 ，则进行曝气，后一项则进行缓速搅拌，并根据需要达到的程度以决定反应的延长时间。 3. 沉淀工序，该 工序相当于 连续 活性污泥法系统的二沉池，此时应停止曝气和搅拌，
22、使混合液处于静止状态，进行泥水分离。 4. 排放工序，经过沉淀后的上清液，作为处理水一直 排放 到最低水位。 5. 空载排泥，此工序排除剩余污泥，排完泥后，反应器处于停滞状态，等待下一个操作周期开始。 四、脱氮除磷功效 SBR 法 根据 不同的净化目的，可以通过不同的控制手段，灵活的运行。由于在时间的灵活控制，为其实现脱氮除磷提供了极有利的条件。它不仅很容易实现好氧、缺氧与厌氧状态交替的环境条件，而且很容易在好氧条件下增大曝气量、反应时间与污泥龄，来强化消化反应与脱磷菌 过量摄取磷过程的顺利完成 13；也可以在缺氧条件下方便的投加原污水（或甲醇等）或提高污泥浓度等方式，提供有机碳源作为电子供体
23、使反消化过程更快的完成；还可以在进水阶段通过搅拌维持厌氧状态，促进脱磷菌充分的释放磷。 上述复杂的脱氮除磷过程只有在 A-A-O 工艺中才能完成，而 SBR 法的单一反应器一个运行周期即可完成。如果原污水中的 P： BOD 值太高，用普通厌氧 -好氧法难于提高除磷率时，可以根据 Phostrip 法除磷的原理在 SBR 法中实现，只增加一个混凝沉淀池即可 14。 可见， SBR 法很容易满足脱氮除磷的工艺要求 ，在时间上控制的灵活性又能大大提高脱氮除磷的功效。 五、 SBR 工艺的应用 SBR 法在国内常用来处理某些工业废水，例如处理屠宰废水 、啤酒厂废水等 ，除上述在国内应用的工程实例外，用
24、 SBR 法处理各种工业废水的实验研究也 颇 有成果，例如处理造纸废水、啤酒废水、土霉素废水、餐饮废水、化粪池出水等。这些实例 都是 以单一的反应池为处理装置，在不同废水水质条件下获得了各自的成果，如提出各自适用的操作工序间的时间分配、适宜的曝气时间、曝气方式、负荷和污泥负荷、温度以及 pH 值的适用范围等 15。 六、 SBR 工艺在废水处理工程 应用中应注意的问题 16 1. SBR 工艺在连续排放的废水处理工程设计中 ， 一般均不设调节池，此时，反应池必须采用两个或两个以上，以保证间歇进水方式的实现。对于低水量连续排放的废水工程设计，若采用单一 SBR 反应池，则需设计调节池，以保证运行
25、的稳定性。 2. SBR 工艺对自动控制管理要求较高 .工艺是以间歇进水方式为主的污水处理工艺 。 一般情况下，每一周期的间歇进水方式和处理后排水装置 滗 水器的运天津科技大学 2011 届 本科 生毕业设计 10 行均由 PLC 自动控制系统自动控制管理，故 PLC 自动控制系统的管理在 SBR工艺中显得尤其重要。 3. 阀门控制和处理后排水设备 滗 水器的使用 ，使 SBR 工艺 具有自己的特点 ， 以致 对设备运行和维修管理的要求高于常规的污水处理工艺。 4. 对于 一些 有毒有害的工业废水， SBR 在应用中应高度重视微生物的存活状况 ，关注 分解有机物的能力。一般为提高 SBR 工艺
26、的 处理能力，在反应池的前端 应设置厌氧池，从而 改善废水处理的可生化性，提高 SBR 反应池的去除 有毒有害物质的 效率。 七、 SBR 设计要点 （一） SBR 工艺排出比（ 1/m）的选择 SBR 工艺排出比（ 1/m）的大小决定了 SBR 工艺 在 反应初期有机物浓度的高低。排出比 大 ，初始有机物浓度 高 ，反之则 低 。根据微生物降解有 机物的规律，当有机物浓度高时，有机物降解速率大，曝气时间可以减少。但是，当有机物浓度高时，耗氧速率也大，供氧与耗氧的矛盾可能更大。 而且 ，不同的废水 的 活性污泥的沉降性能也不同。污泥沉降性能 差的 ，沉淀后上清液就 会比较少 ，宜选用较 大 的
27、排出比，反之则宜采用较 笑 的排出比。 除此之外， 排出比的选择还与设计选用的污泥负荷率、混合液污泥浓度等有关。 （二） SBR 反应池混合液污泥浓度 根据活性污泥法的基本原理，混合液污泥浓度的大小 会决定 生化反应器容积的大小。 SBR 工艺也同样如此，当混合液污泥浓度 低 时，所需曝气反应时间就长 ， SBR 反应池池容就 大 ，反之 SBR 反应池池容则 小； 但是，当混合液污泥浓度高时，生化反应初期耗氧速率增大，供氧与耗氧的矛盾更大。此外， 沉淀时间也是由 池内混合液污泥浓度的大小决定 的。 污泥浓度 低则 需要的沉淀时间 短 ，反之则 长 。当污泥的沉降性能好，排出比小，有机物浓度低，供氧速率高，可以选用较大的数值，反之则宜选用较小的数值。 SBR 工艺混合液污泥浓度的选择应综合多方面的因素来考虑。 （三）关于污泥负荷率的选择 影响曝气反应时间的参数中 污泥负荷率是主要 的 ，污泥负荷率的大小关系到SBR 反应池最终出水有机物浓度的高低 。当要求的出水有机物浓度 高 时，污泥负荷率宜选用 高 值；当废水易于生物降解时，污泥负荷率随着增大。污泥负荷率的选择应根据废水的可生化性以及要求的出水水质来确定。 第四节 污泥工艺的确定 城市污水处理厂排出的污泥，其含水率都在 95%以上，污泥中主要是 由 有机
