1、 1 毕业论文 开题报告 环境工程 日处理 20 万吨城市生活污水处理厂的初步设计 一、选题的背景、意义 1 背景 近年来，随着我国国民经济发展，污水排放量在逐年增加，严重的水污染使水资源不能进入良性循环，造成生态环境恶化，也直接威胁着人类的生存。所以，污水处理的进程和深入已迫在眉睫。 目前，各城市都面临着不同的水环境污染。因此，根据城市规模，建立一套与自己经济发展相适应的控制水污染、保护水环境的方针、政策、标准和法规，同时建设与经济发展水平相适应的污水处理厂，就成为防止因水资源短缺而制约城市社会经济发展的必要手段 。 城市污水处理厂是城市发展的重点基础设施，是城市水处理控制、水环境保护工作中
2、的重点工作。我国是一个水资源匮乏的国家，人均水资源占有量仅为世界平均水平的 1/4。水源不足、水体污染和生态环境恶化已成为社会发展的主要制约因素。特别是经济的飞速发展与城市化进程的加快，缺水问题更为突出。对工业和生活污水进行处理所的得到的水回用正是解决缺水问题的有效途径。 随着人们生活质量的提高，对环境质量的要求也逐步提高，这就使得城市污水处理厂的排放标准越来越高。除 BOD 外，氮磷等的去除要求也将提高。随着工农生产的不断发展，化肥农 药和含磷洗涤剂用量的飞速增长，水体富营养化越来越引起们的关注，各种不同处理废水氮磷的工艺应运而生。尤其对于我国这样一个发展中国家，探索简便 “ 节能 ” 经济
3、的工艺，对原有的以去除废水中的含碳有机物为主的城市污水二级生物处理厂进行改造使其具各脱氮除磷功能，具有极为重要的意义。 2 意义 水是经济可持续发展的基本保证，污水的任意排放或处理不彻底的排放，都会给水资源环境带来严重的污染问题。 城市污水主要来源于城市居民生活中产生的污水，各工业企业在生产制造过程中产生的生产废水以及城市降水和部分受污染的地表水这三方面。 而城市生活污水根据污水来源的不2 同可以分为居民水区生活污水，宾馆饭店，等服务业的生活污水。以及一些娱乐场所的生活污水等。这些污水的水质特点是往往含有较高的有机物，如淀粉、蛋白质、油脂等以及氮、磷等无机物。此外，还含病原微生物和较多的悬浮物
4、。所以根据以上生活污水的特点，我选择了 A/O 工艺 。 该工艺 的 反硝化池中不需要外加碳源，而且可以减轻其后的好氧池中有机负荷，降低了运行费用，可以使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除，提高出水水质 ； 流程简单，构造物少，只有污泥回流和混合液回流系统，费用可大大节约 ； 且其出水的各项 污染指标也均可达到国家 GB8978-1996污水综合排放标准的二级排放标准，是可实行的 城市生活污水处理技术 。 二、 相关研究的最新成果及动态 2.1 活性污泥法的新发展 到目前为止 ， 对活性污泥法在运行方式上还没有大的突破 ， 往往所作的是一些局部的改进 ， 但在曝气方式上却取得了较大的成果 ，
5、 如纯氧曝气、深井曝气、射流曝气 ， 采用微气泡扩散器等 ， 这些都增大了氧转移率、提高了氧的利用率使曝气池中氧的浓度增加。 活性污泥法的另一个发展趋势就是朝多功能方向发展 ， 采用的方法有 ： 培养驯化专用细菌 ， 使活性污泥处理对象不局限于 生活污水 ， 还可以处理如酚一类难降解的有毒有机物 ， 甚至驯化可以处理像氰一类有剧毒的无机物 ； 把活性污泥与其它处理方法结合起来 ， 如活性炭 活性污泥法 ， 它实际上是一种以活性污泥法形式的活性炭吸附、生物氧化法的综合处理法 ；固定活性污泥法是提供微生物附着的表面 ， 如合成纤维、塑料、细沙、粘土焦炭等 ， 使曝气池同时存在附着相和悬浮相的生物
6、； 这些都提高了活性污泥的净化效率 ， 提高了抗有毒物质等冲击负荷的能力 ， 还具有脱色、脱氮、削减泡沫的效果 。 国外已用于合成纤维、化工印染、炼油、炼焦等工业生产的污水处理 ； 活性污泥法与厌氧工艺结合 来脱氮、脱磷等 ， 最典型的工艺是 A/O(anaerobic/oxic) 流程。活性污泥法还可和化学法结合 ， 提高净化多氯联苯、有机磷的去除效果。 2.2 活性污泥工艺的发展趋势 通过几十年的研究与实践，活性污泥工艺已经成为一种比较完善的工艺。在池形、运行方式、曝气方式、载体等方面已经很难有较大的发展。用常规手段也已经很难在生物学方面有所突破。有学者认为该工艺未来两个大的方向是膜分离技
7、术和分子生物学技术的应用。 2.2.1 膜分离技术的应用 3 用膜分离代替沉淀进行泥水分离，可带来活性污泥工艺的以下变化： 不再存 在污泥膨胀问题。在调控活性污泥系统时，不必再考虑污泥的沉降性能问题，从而使工艺控制大大简化； 曝气池的污泥浓度将大大提高 (MLSS 可以大于 20000mg/L)从而使系统可在超大泥龄、超低负荷状态下运行，充分满足去除各种污染物质的需要； 在同样的处理要求下，可使曝气池容积大大减小，节省处理厂的占地面积； 污泥浓度的提高，将要求较高的曝气速率，因而纯氧曝气将随着膜分离而被大量采用。 2.2.2 分子生物技术的应用 目前分子生物技术已开始应用于污水处理领域。为搞清
8、聚磷菌除磷的生化机理，已开始用分子 诊断技术获取聚磷菌的遗传信息。现在从活性污泥中已发现的 30 多种丝状菌中，只有 4 种准确命名及生物分类学定位，因为这些丝状菌大部分无法进行分离纯培养。目前正用分子诊断技术进行这些丝状菌的生物学定位，以进一步准确了解其特性。分子诊断技术的大量应用，活性污泥微生物基因库的建立，在此基础上用基因技术培育具有高效活性的污泥菌种，进一步提高处理效果，是未来发展的方向。 2.3 生物处理法的新进展 生物处理法是目前研究得较多、新技术层出不穷的方法，无论是好氧生物处理技术，还是厌氧生物处理技术都引起了研究人员的极大兴趣。因为 用生物法利用的是微生物的新陈代谢作用，以污
9、染物质为食料，将其代谢成诸如 CO2、 H2O、 NH3、 SO2 等稳定的小分子，它的二次污染小，对处理生活污水及与之性质相近的有机污水有其独特的优势。 生物处理法自从问世以来 ， 其技术已获得了极大的发展 ， 随着人们生活水平的日益提高 ，生活污水中的成也日益复杂 ， 因此用生物处理方法的目的也从以前能处理降解蛋白质、脂肪、碳水化合物等一类物质增加到也能处理合成洗涤剂、脱氮、脱磷及其它一些难降解的复杂有机物。 这也就必然要求人们改革工艺 ， 过去由于厌氧生物处理的效率不尽人意 ， 处理时间也较慢 ， 所以未引起人们的重视 ， 仅仅用来处理污泥或高浓度有机污水的预处理 ， 但现在由于能源紧张
10、 ， 厌氧生物处理由于能产生能源物质 甲烷而越来越引起人们的青睐 ， 由此也出现了许多新的工艺。 2.4 生物膜处理法的新进展 生物膜法最早出现的工艺是 1893 年在英国出现的将污水喷撒在粗滤料上而得以净化的普通生物滤池，它是最早出现而至今仍在不断改进和发展的人工生物处理设备。在它的基础4 上，出现了高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘和生物接触氧化等。 活性生物滤池是将生物滤池、曝气池及二沉池结合为一体的新型污水处理工艺，它的特点是 将生物滤池的部分出水回流汇同二沉池的回流污泥一起进入生物滤池，用活性生物滤池处理生活污水和食品加工废水的试验结果表明：该系统具有处理效果好、效率高、 BOD
11、 容积负荷大、不发生污泥膨胀和耐冲击负荷等优点。另外还有空气驱动的生物转盘、生物转盘和曝气池相结合、藻类转盘等。 由于生物膜法的生态环境与活性污泥法的不同，生物膜法生态系统中可以生长藻类、后生动物等 ,甚至可以生长硝化菌及反硝化菌等 ,因此可以用来脱氮等。 2.5 厌氧生物处理法的新发展 厌氧生物处理法也有一百多年的历史，它是利用厌氧微生物在无氧的条件下对有机 物进行分解的技术。由于处理效率低、速度慢、且甲烷菌对环境要求严格不易控制等缺点， 厌氧生物处理法长期以来一般仅用于污泥处理 ,它的主要工艺是化粪池、消化池等。 但是由于近年来能源危机及环境污染加重，厌氧生物处理由于其产物具有能源物质而得
12、到人们的重视 ,一大批新的厌氧生物处理法技术相继诞生，为了提高厌氧微生物的浓度，有使厌氧微生物附着在载体表面的厌氧生物膜处理方法如厌氧生物滤池、厌氧转盘、厌氧膨胀床、厌氧接触氧化、厌氧档板反应器、厌氧流化床法，以及像上流式厌氧污泥床反应器 (UASB)依靠微生物之间凝聚造粒而形成的 自己固定法方法。 厌氧生物处理还有人为地固定微生物包埋固定化法，它是人为地把增殖速度缓慢的厌氧微生物高浓度地保持在处理系统中 ,提高处理速度、缩小处理设备并可用于处理低浓度的有机污水。如日本本田等人 1988 年采用包埋固定厌氧微生物处理 TOC 为 150mg/L 的人工配水， TOC 的去除率可达 95%以上。
13、 它目前的发展趋势是和其它生物处理方法联用 ， 如厌氧 好氧复合工艺等 ， 具有节约投资、节省能源、污泥产量少、出水水质好等一系列优点。厌氧生物处理法正朝着能处理低浓度有机污水 ， 能够脱磷脱氮且运行维护方便经济等方面发展。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 采用 A/O 工艺 处理城市生活污水，出水的各项污染指标均可达到国家 GB8978 1996污水综合排放标准的二级排放标准。采用上述工艺存在些自身的缺点 ,在设计与运行中5 也会遇到些困难。 3.1 A/O 工艺处理城市生活污水的工艺流程和主要特征： 细格栅曝气沉砂池砂水分离机房初沉池 二沉池混合污泥
14、泵房接触池出水回流污泥A / O 池 进水污水处理流程图污 泥 污泥浓缩池 脱水机房 污泥外运污泥处理流程图泵房中格栅3.2 A/O 工艺处理城市生活污水 的 主要 流程 及注意事项 3.2.1 工艺主要过程 该流程的一级处理 (primary treatment)是由格栅、沉砂池和初沉池所组成，其作用是去除污水中呈悬浮状的固体污染物。经过一级处理的污水， BOD 一般只去除 20% 30%，达不到排放标准，它属于二级处理的预处理而已。 二级处理 (secondary treatment)系统是城市污水处理厂的核心部分，它的主要作用是去除呈胶体和溶解状的有机污染物（以 BOD 或 COD 示）
15、。通过二级处理，它的去除率可达 90%以上。污水中的 BOD 可降至 20 30mg/L,使有机污染物达到排放水体标准和灌溉要求。 污泥 (sludge)是污水处理过程的副产品，也是必然产品。它含有大量 有机物，富有肥分，可作为农肥使用，但又因其含有细菌、寄生虫卵以及从污水中带来的重金属离子等，需要作稳定化与无害化处理，否则会造成二次污染。对污泥处理系统多采用厌氧消化、脱水、干化等技术组成的系统。本设计采用厌氧两级消化，产生的沼气可直接用于消化池的搅拌及附近供暖。消化后的污泥经干化脱水后外运利用，可获得一定的经济效益。 3.2.2 初期去除与吸附 由于活性污泥表面积很大，而且具有多糖类粘质层，
16、可使废水中悬浮的胶体物质被絮凝和吸附，使之迅速从水中得到去除。其去除量与废水中悬浮胶体的数量有关，如废水中悬浮胶体有机 物多则去除率高，如可溶解性的有机物高则去除率低。这种初6 期的去除只是在一个短短的时间里完成，有机物像一种备用的食物一样，吸附在微生物细胞表面，经过几个小时后才慢慢的摄入进行代谢。 3.2.3 微生物的代谢作用 活性污泥微生物以废水中的有机物作为营养，在有氧的情况下，将其中一部分有机物合成新的细胞物质，对另一部分有机物则氧化分解提供给合成新细胞所需的能量，并最终形成 CO2 和 H2O 等稳定的物质。在这个过程中，当新细胞合成增长的过程中同时也有一部分的微生物细胞物质进行氧化
17、分解，并供应能量，这种细胞物质的氧化称为自身 氧化或内源呼吸。 3.2.4 絮凝体的形成与絮凝体沉降性能 废水中有机物通过生物降解，一部分氧化分解形成 CO2 和 H2O，另一部分合成细胞物质成为微生物菌体，如果微生物菌体不从废水中分离出去，即有机物仍留在水中，则通过重力沉降法将微生物和废水分离。微生物菌体在适当的污泥负荷、 pH 值、溶解氧等因素的作用下，会形成很好的絮凝体在沉淀池中沉降分离。 3.2.5 特点 （ 1）流程简单，勿需外加碳源与后曝气池，以原污水为碳源，建设和运行费用较低； （ 2）反硝化在前，硝化在后，设内循环，以原污水中的有机底物作为碳源，效果好 ，反硝化反应充分； （
18、3）曝气池在后，使反硝化残留物得以进一步去除，提高了处理水水质； （ 4） A 段搅拌，只起使污泥悬浮，而避免 DO 的增加。 O 段的前段采用强曝气，后段减少气量，使内循环液的 DO 含量降低，以保证 A 段的缺氧状态。 3.2.6 存在的问题 1. 由于没有独立的污泥回流系统，从而不能培养出具有独特功能的污泥，难降解物质的降解率较低； 2.若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大运行费用。从外，内循环液来自曝气池，含有一定的 DO，使 A 段难以保持理想的缺氧状态，影响反硝化效果，脱氮率很难达到 90 3、影响因素 水力停留时间 （硝化 6h，反硝化 2h）循环比 MLSS（ 3000
19、mg/L）污泥泥龄（ 30d） N/MLSS 负荷率（ 0.03）进水总氮浓度（ 30mg/L） 因此，本设计拟采用具有脱氮特性的 A/O 法，即厌氧 -好氧活性污泥脱氮系统，将反硝化反应器放置在系统之首。此法处理出水水质高、流程简单、无需外加碳源，建设和运行费用较低。 7 四、论文详细工作进度和安排 2010-2011 第一学期： 十月 选题 查资料 十一月 进入开题报告、文 献综述和外文翻译阶段 十二月 完成并提交论文的前期三项内容 2010-2011 第二学期： 第一教学周 确定毕业环节实验操作技能考核的项目及实施方案 第二教学周 毕业实习完成后返校 第三教学周 对学生进行毕业环节实验操
20、作技能的考核 第四教学周 完成开题报告的答辩，进入毕业论文实验的前期准备 第五教学周 进行毕业论文 设计 阶段 第十二教学周 毕业论文中期检查 第十四教学周 完成毕业论文 （设计）撰写并交指导教师及评阅老师评阅 第十五教学周 进行毕业论文答辩 五、主要参考文献 1 来冠兵、李晋苗 A O 法污水处理装置的应用 J小氮肥 2010， 38（ 6）： 18-19. 2高廷耀、顾国维、周琪 水污染控制工程 上、下册 M 北京：高等教育出版社 ， 2008：全册 3李洪波，刘信东，刘芳，等。城市污水处理的现状与发展 J.河北环境科学， 2003,11（ 4） :12-16. 4杨红，杨云龙浅析氧化沟工
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