1、中 北大学 2012 届本科毕业设计说 第 1 页 共 53 页 1 绪论 1.1 本课题研究的背景 水是一切生物生存必不可少的物质之一，没有水的世界是无法想象的。虽然我国水资源总量非常丰富，居世界第六位，但是由于人口众多，人均占有仅 2300m3，约为世界平均的 1/4，属世界缺水国家之一。 人民生活离不开水，工农业生产发展更离不开水， 无论是生活污水还是工业废水都会带来不同程度的污染。 城市污水处理的滞后 ， 已经成为影响我国区域水污染防治目标实现的一个重要因素 ， 并且严重制约了城市社会经济的可持续发展， 所以 加快建设城市污水集中处理刻不容缓 1。 近年来，国家在污水处理方面 又 加
2、大了一些工程建设投入， 兴建了一批城市污水处理厂，在工业废水治理和城市污水处理方面取得了很大进展 ，克服了与国外一些大城市 共同 存在的 自动化缺乏，管道堵塞、设备过时和工作强度过大 等 的操作问题 2。 据初步估算，近 3 年我国城市污水处理厂规模的增长相当于建国 50 多年的建设总量。 目前我国新建的城市污水处理厂所采用的工艺中，各种类型的活性污泥法仍为主流，占 90%以上，其余则为一级处理、强化一级处理、生物膜法及与其他处理工艺相结合的自然生态净化法等污水处理工艺技术。随着城市水体富营养化程度加剧，各种具有除磷脱氮的新工艺开始 应用，污水处理工艺技术由过去只注重去除有机物发展为具有除磷脱
3、氮功能。城市污水处理的重点和难点转为氮、磷营养物质的去除。面对淡 水资源的宝贵要求，人们重新认识再生水，把再生水利用的渠道拓宽， 因地制宜根据需要确定利用途径，充分利用经污水处理厂净化后的再生水 3。 总之，在实现四个现代化过程中， 水污染控制技术 对环境保护、促进工农业生产和保障人民健康有 着 现 实意义和深远影响，并使经济建设、城乡建设与环境建设同步规划 、 实施 和 发展。这样才能实现经济效益、社会效益和环境效益的统一 4。 1.2 本课题研究的意义 随着工 农业生产的迅速发展和人民生活水平的不断提高，用水紧张和污水排放的问题已越来越突出。在国家可持续发展的新政策下，环境保护已受到各级政
4、府和全国人民的重视，同时根据我国经济发展和环境保护需求，结合我国环境保护最新研究成果 及 国际环境保护技术水平和发展趋势，提出一套合理 、 经济、运转效率高的工艺流程对污水进行处理，以达到标准排放。对于保护环境，减轻环境污染，遏中 北大学 2012 届本科毕业设计说 第 2 页 共 53 页 制生态恶化趋势，有着重要的意义。 根据国民经济和社会发展 “九五” 计划和 2010 年远景目标纲要的要求，到 2010 年城市污水处理率要达到 40% 50%，用于城市污 水处理产业的投资需求约为 1800 亿元，建成后每年的运行费在 70 亿以上。按照国家城镇污水处理厂污染物排放标准 (GB18918
5、-2002)，为了满足出水排放标准，绝大多数城镇污水处理厂都必须采用二级生化处理或深度处理工艺技术 5。 中 北大学 2012 届本科毕业设计说 第 3 页 共 53 页 2 污水 处理现状及工艺选择 2.1 项目 污水 来源 本课题针对 汾河西岸，九院沙河以南，服务范围包括柴村镇，西山地区及河西北中部九院沙河以北地区，服务面积 478 平方公里，服务人口 约 50 万。 根据城市污水水质，完成处理工艺设计。 2.2 污 水处理现状 目前中国污水处理行业仍处于发展的初级阶段。一方面，我国目前的污水处理能力尚 跟不上用水规模的迅速扩张，管网、污泥处理等配套设施建设严重滞后； 另一方面，我国的污水
6、处理率与发达国家相比，还存在着明显的差距，且处理设施的负荷率低 6。 按城市污水处理和污染防治技术政策要求推荐， 20万 m3/d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺， 10 20万 m3/d污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、 SBR、 AB法等工艺 7，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。对 脱氮 除磷 有要求的城市，应采用二级强化处理， 如 A2 /O工艺， A/O工艺， SBR及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。 由于该设计对脱氮除磷有要求故选取二级强化处理。可供选取的工艺： SBR工艺，氧化沟工艺， A/O工艺， A2/O工艺。 (1) SB
7、R 工艺 SBR 是序批间歇式活性污泥法的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥水处理技术，又称序批式活性污泥法， 早在 20 世纪初已开发， 近年来在国内外被引起广泛重视和研究日趋增多的一种废水处理工艺。 SBR 的运行工况以间歇操作为特征，每个 SBR 反应器在处理废水时操作过程包括五个阶段：进水期 、反应期、沉淀期、排水期、闲置期 8。五个工序都在一个设有曝气或搅拌装置的反应器中依次进行，所以省去了传统活性污泥法中的沉淀池和污泥回流设施。在处理过程中，周而复始地循环这种操作周期，以实现污水处理的目的 9。 SBR工艺的优点 10： 1)有机物降解与沉淀均在一个构筑物内完成，无需设独立
8、的沉淀池及其刮泥系统，节省占地，造价低； 中 北大学 2012 届本科毕业设计说 第 4 页 共 53 页 2)承受水量、水质冲击负荷能力较强； 3)污泥沉降性能好，不易发生污泥膨胀； 4)通过控制曝气池内溶解氧的浓度，使池内交替出现缺氧、好氧状态，实现脱氮功能，没有混合液回流系统 ； 5)扩建方便。 SBR工艺的缺点 ： 1)要求的自动化控制水平较高。反应池的进水、曝气、沉淀、排水、排泥变化频繁，且必须按时操作，单用人工管理极为困难。 2)工程投资和运行费用相对较高。 3)脱氮除磷效果不甚稳定 11。 (2) A/O 工艺 A/O 工艺 系缺 氧 好氧生物脱氮工艺的简称 ， A(Anacro
9、bic)是 缺 氧段，用与脱氮除磷； O(Oxic)是好氧段，用于除水中的有机物 12。 开创于 80 年代初 ，因其将缺氧反硝化反应池置于该工艺之首， 故该工艺又称为前置硝化生物脱氮工艺。 在 A/O 工艺中，原污水先进入 缺氧池，再进入好氧池，并将好氧池的混合液与沉淀池的污水同时回流到缺氧池。污泥和好氧池混合液的回流保证了缺氧池和好氧池中足够数量的微生物，并使缺氧池得到好氧池中硝化产生的硝酸盐。而原污水和混合液的直接进入，又为缺氧池反硝化提供了充足的碳源有机物，使反硝化反应能在缺氧池得以进行，反硝化反应后的出水又可在好氧池中进行的 BOD5 的进一步降解和硝化作用 13。 A/O 工艺 的
10、 优点： 1)流程简单、构筑物少，只有一个污泥回流系统和混合液回流系统，基建费用可大大的节省； 2)反硝化池不需要外加碳源，降低了运行费用； 3)此工艺的好氧池在缺氧池之后，可以使反硝化残留的有机物进一步去除 ，提高出水的水质； 4)缺氧池在前，污水中的有机碳被消耗，可以减轻其后好 氧池的有机负荷。而且反硝化产生的碱度可以补偿硝化所需的碱度。 A/O 工艺 的 缺点 ： 中 北大学 2012 届本科毕业设计说 第 5 页 共 53 页 1)脱氮效率不高，一般在 70% 80%之 间； 2)如果沉淀池运行不当，则在沉淀池内会发生反硝化反应，造成污泥上浮，使处理的水质恶化； 3)如提高脱氮效率，必
11、须加大内循环比，会使运行费用增高； 4)内循环混合液 来自曝气池（硝化池），含有一定的溶解氧，使反硝化难于维持理想的缺氧状态， 一般脱氮率难于达到 90%。 (3) 氧化沟工艺 氧化沟污水处理技术是二十世纪五十年代在荷兰研制成功的，经过五十余年发展，已成为一种技术成型的污水处理工艺 14。 现已发展形成 各种不同的类型，包括卡鲁塞尔型、奥贝尔型、二沟或三沟交替工作型 、 一体化氧化沟等 15。 氧化沟是一种改良的活性污泥法，其曝气池成封闭的沟渠形，污水和活性污泥混合液在其中循环流动，因此被称为氧化沟，又称环形曝气池。六十年代以来，氧化沟技术在欧洲、北美、非洲、大洋洲等地得到迅速推广和应用，经过
12、多年的实践和发展，氧化沟处理技术不断完善，其封闭 循环式的池形尤其适合于污水的脱氮除磷 16。 氧化沟工艺的优点 17-18： 1) Orbal氧化沟具有较好的脱氮功能 ； 2) Orbal氧化沟沟内的水流流态介于推流式和完全混合式之间，具有较强的抗冲击负荷能力 ； 3)可通过改变转盘、转刷、转碟的旋转方向、转速、浸水深度、和转盘、转刷、转碟的安装 个数等，以调节整体供氧能力和电耗，使池内溶解氧值控制在最佳工况； 4)由于 Orbal氧 化沟属于多反应器系统，在一定程度上有利于难降解有机物的去除，且抗冲击负荷能力较强； 5)Orbal 氧化沟有三个相对独立的沟道， 进水方式灵活。一般可不设初次
13、沉淀池和污泥消化池。 氧化沟工艺的缺点： 1)循环式，运行工况可以调节，管理相对复杂； 2)表曝法供氧，设备氧管量大； 3)污水停留时间长，泥龄长，电耗相对较高。 中 北大学 2012 届本科毕业设计说 第 6 页 共 53 页 (4) A2/O 工艺 城市污水中的氮磷是造成水体富营养化和生态环境恶化的重要污染污物。A2/O 工艺因其较好的除磷脱氮效果而广泛应用于城市污水处理之中 14。六十年代在国外引起广泛重视 ， 并开始研究废水生物除磷脱氮技术。由于该工艺在去除废水中有机物的同时，具有良好的除磷脱氮效果，到八十年代在国外得到很快的发展和广泛应用 。我国自八十年代初开始 A2/O 生物除磷脱
14、氮工艺的研究 ， 并在八十年代末成功地应用于城市污水处理，据不完全统计，我国已有 16 个城市污水处理厂（包括正在设计、施工的）采用生物除磷脱氮工艺，总处理规模达 80 万吨 /日。生物除磷脱氮工艺是我国近十年推广使用的废水生物处理新工艺，也是国内目前正在深入研究的课题 19。 A2/O 工艺活性污泥反应池由厌氧、缺氧、好氧三部分组成，污水首先进入首段厌氧池，与同步进入的从二沉池回流的含磷污泥混合，本池主要功能为释放磷，使污水中磷的质量浓度升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水 中 BOD 质量浓度下降；另外 NNH3 因细胞的合成而被去除一部分，使污水中 NNH3 浓度下降，但 NNO3
15、 含量没有变化。 在缺氧池中，反硝化菌利用污水中有机物作碳源，将回流混合液中带入的大量NNO3 和 NNO2 还原为 N2释放至空气中。 因此 ， BOD5质量浓度下降， NNO3 质量浓度下降，而磷的变 化很小。 在好氧池中，有机物被微生物生化降解下降， 有机氮被氨化继而被硝化，使NNO3 浓度显著下降，但随着硝化过程， NNO3 的质量浓度却增加，磷随着聚磷菌的过量摄取，也以比较快的速度下降。所以 A2/O 工艺可以同时完成有机物的去除、硝化脱氮、磷的过量摄取而被去除等功能，脱氮的前提是 NNO3 应完全硝化，好氧池能完成这一工能，缺氧池则完成脱氮功能，厌氧池和好氧池联合完成除磷功能 20
16、。 A2/O 工艺的 优点 7： 1)厌氧 、 缺氧、好氧 三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时去除有机物、脱氮除磷。 2)本工艺在系统上称作是最简单的同步脱氮除磷工艺，水力停留时间少于其他中 北大学 2012 届本科毕业设计说 第 7 页 共 53 页 同类工艺； 3)在厌氧 、 缺氧、好氧交替运行条件下，丝状细菌不能大量的繁殖，无污泥膨胀现象的发生， SVI 的值一般小于 100； 4)污泥中含磷浓度较高，具有很高的肥效； 5)运行中无需投加药品，两个 A 段之间轻缓搅拌，以不增加溶解氧的量为度，运行费用低。 2.3 设计原则 (1) 根据污水排放的标准，本方案 针对
17、城 市生活污水进行处理，使出水水质达到城市污水排放标准。 (2) 选用运行安全可靠，经济合理的处理方案和工艺流程。尽可能减少基建投资和设备运行管理费用，节省占地和降低能耗。 (3) 积极利用国内外的先进技术和设备，提高污水处理厂的技术含量，确保污水处理的效果。 (4) 妥善处理和处置污水处理过程中产生的栅渣和污泥等，尽可能作的资源的回收利用，避免二次污染的发生。 2.4 工艺的比选 对于城市污水，其 BOD5/COD=0.67 达到 0.5 以上 ，废水的可生化性能比较好，宜于进行生物处理 ； 废水是城市污水，含有较 丰富的碳水化合物和氮、磷等营养物质；重金属及其他难以生物降解的有毒有害污染物
18、一般不超标，针对这些特点，以及出水要求，现有城市污水处理技术的特点，以采用生化处理最为经济。通过好氧生物处理，出水中 BOD5 与 COD 值即可控制在较低水平，而生物脱氮需要好氧硝化和缺氧反硝化两个过程，硝化菌增长速度较缓慢，要求系统有足够的污泥龄，即必须维持在较低的污泥负荷条件下进行；反硝化则需在缺氧条件，并且要在有充裕的碳源情况下，才能顺利进行。生物除磷需要厌氧状态和好氧状态在时间或空间上交替进行，使聚磷菌成为优势菌，通过厌氧释磷，然 后好氧聚磷，排除高含磷量的好氧剩余污泥，即可获得低含磷量的净化处理出水。因此生物脱氮除磷工艺基本包括厌氧、缺氧、好氧三种状态 21。 SBR 工艺操作管理
19、复杂，自动化程度要求高，基建投资大，脱氮除磷功能差，一般适用于中、小规模的污水处理厂；氧化沟工艺由于无专门的厌氧区，其生物除中 北大学 2012 届本科毕业设计说 第 8 页 共 53 页 磷效果差，而且，由于交替进行，总的容积利用率低，设备总数量多，设备空置率高。城市污水中的氮磷是造成水体富营养化和生态环境恶化的重要污染污物。 A2/O工艺因其较好的除磷脱氮效果而广泛应用于城市污水处理之中 22。 A2/O 工艺虽然占地稍 大，但运行管理经验成熟，可以处理的水量大，不要求很高的自动化水平，有较好的脱氮除磷功能，出水稳定可靠，运行费用低，目前相对而言应用广泛，因此，本设计决定采用 A2/O 工
20、艺进行设计。 中 北大学 2012 届本科毕业设计说 第 9 页 共 53 页 3 工艺设计 3.1 工艺流程 采用 A2/O 工艺对城市污水进行处理，具体的工艺流程见图 3.1。 图 3.1 A2/O 处理工艺流程 示意 图 3.2 进、出水水质和排放标准 处理后污水水质应满足城镇污水处理厂污染物排放标准（ GB18918-2002）中的一级 A 标准，其进水水质和排放 标准见表 3.1。 表 3.1 进水水质和排放标准 单位 mg/L 项 目 COD BOD5 SS NH3-N TN TP 进水水质 300 500 200 300 150 200 30 35 30 35 4 5 排放标准
21、50 10 10 8 15 0.5 3.2.1 设计污水水量情况 设计污水量： dmQ 3100000 查 资料 取总变化系数 3.1K 从而可计算得： 设计秒流量为 QKQ Z max 式中 maxQ 城市每天的平均污水量， sL ； K 总变化系数； 格栅 曝气沉砂池 A2/O池 二沉池 澄清池 污泥泵房 混合 池 浓缩 池 脱水间 剩余污泥 污泥回流 栅渣 砂水分离 泥饼外运 城市污水 初沉池 接触消毒池 出水 中 北大学 2012 届本科毕业设计说 第 10 页 共 53 页 Q 设计秒流量， dm3 。 smQ 3m a x 505.13 6 0 024 1 0 0 0 0 03.1
22、 3.2.2 污水处理 程度计算 城市污水排入受纳水体后，经过物理的、化学的和生物的作用，使污水中的污染物浓度降低，受污染的受纳水体部分地或全部地恢复原状，这种现象称为水体自净或水体净化，水体所具有的这种能力称为水体自净能力。 (1) 污水的 COD 处理程度计算 CCCE e1 式 3.1 式中 1E COD 的处理程度， %； C 进水的 COD 浓度 ,取 Lmg300 ； eC 处理后污水排放的 COD 浓度， mgL 。 则 %3.83%100300 503001 E(2) 污水的 BOD5 处理程度计算 LLLE e2 式 3.2 式中 2E 5BOD 的处理程度， %； L 进水的 5BOD 浓度，取 Lmg200 ； eL 处理后污水排放的 5BOD 浓度， mgL 。 则 %95%1 0 02 0 0 102 0 02 E(3) 污水的 SS 处理程度计算 CCCE e3 式 3.3 式中 3E SS 的处理程度， %； C 进水的 SS 浓度，取 Lmg150 ；
