污水除磷脫氮處理工藝的比選計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10780污水除磷脫氮處理工藝的比選計算案例 1296741.1污水處理廠的設計規(guī)模及處理程度 1303471.1.1處理規(guī)模 142811.1.2處理程度 1218731.2污水處理廠進出水水質 285011.1.1處理規(guī)模 2135881.3城鎮(zhèn)污水處理廠工藝比選 313191.3.1工藝流程比選原則 3241411.3.2水質特性分析 3290391.3.3處理工藝對比 4113271.3.4工藝流程的選擇 161.1污水處理廠的設計規(guī)模及處理程度1.1.1處理規(guī)模根據(jù)所給的任務書，可知工程規(guī)模為：Q=5萬m3/d，變化系數(shù)Kz=1.26最大時污水量63000m3/h最大秒流量0.73m3/s1.1.2處理程度溶解性BOD5的去除率污水處理中BOD5含量主要有兩部分組成：（1）溶解性BOD5，（2）非溶解性BOD5。非溶解性BOD5來源主要為生物污泥的積存。而活性污泥工藝目的是為了有效去除污水中的可溶解性BOD5。污水中的非溶解性BOD5可通過前端物理攔截工藝去除。本項目BOD5去除率如下：式（1.1）COD的去除率：式（1.2）SS的去除率：式（1.3）總氮的去除率：式（1.4）磷酸鹽的去除率：式（1.5）氨氮的去除率：式（1.6）表2-1污染物處理程度表污染物去除率BOD5CODcrSSTNTPNH3-N1.2污水處理廠進出水水質1.1.1處理規(guī)模根據(jù)項目資料要求，本項目設計的污水處理廠的設計排水水質標準滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A排放標準，設計進出水水質見表

2-2。

表2-2設計進水、設計出水水質一覽表項目CODCr（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）TN（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）pH進水水質38018519035255.06.5-8.5出水水質501010155（8）0.56-91.3城鎮(zhèn)污水處理廠工藝比選1.3.1工藝流程比選原則城市污水處理廠的建設和運行受到多種因素的制約和影響，其中，污水處理廠工藝方案的選擇對保證工廠的運行性能和降低成本最為關鍵，因此，有必要根據(jù)一定的水質標準和一般原則，從總體優(yōu)化的概念出發(fā)，結合設計規(guī)模、污水水質的特點和當?shù)氐膶嶋H條件和要求，選擇切實可行、經(jīng)濟合理的處理工藝方案，經(jīng)過綜合技術經(jīng)濟分析后，選擇最佳工藝方案。本項目污水處理工藝方案的選擇遵循以下原則：所選工藝必須技術先進、成熟、對水質變化適應性強、運行穩(wěn)定，并能保證出水水質符合排放標準的要求。選擇的處理工藝必須保證有機物(如BOD5、CODCr)的高效去除，并滿足除磷脫氮的要求。選擇的工藝應減少基礎設施投資和運行成本，節(jié)約土地，降低能耗。所選流程應易于操作，操作靈活，易于管理。工藝運行參數(shù)和運行方式可根據(jù)水質和水量進行適當調整。選擇的工藝應易于實現(xiàn)自動控制，提高運行管理水平。污水處理技術的確定應與污泥處理處置方式相結合。1.3.2水質特性分析生物污水處理工藝，尤其是生物除磷脫氮工藝，對生物池進水中污染物的比例和平衡有較高的要求。青峰新城污水處理廠進水水質比指標見表2-3。表2-3進水水質各污染物配比表項目BOD5/CODcrBOD5/TKNBOD5/TP指標>0.45>4>17數(shù)值0.497.437由表2-3對本工程水質可生化處理性分析如下：（1）BOD5/CODCr比該指標是評價污水可生化性最簡單、最常用的方法。一般認為BOD5/CODCr>0.45具有較好的生物降解性。本廠進水此指標為0.49，適合采用生物處理方案，如何提高BOD5、CODCr的去除率，需要將去除BOD5、CODCr的生物工藝和除磷脫氮的生物工藝有機統(tǒng)一起來，選擇合適的污泥負荷和水力停留時間。（2）BOD5/TKN該指標是生物脫氮碳源識別的主要指標。在生物脫氮過程中，原污水中的碳有機物主要作為電子供體。比例越大，碳源越充足，反硝化越徹底。理論上，脫氮可以在BOD5/TKN>1.86時進行。實際運行數(shù)據(jù)表明，BOD5/TKNBBB04.0能使脫氮過程正常進行。根據(jù)本項目進水水質，BOD5/TKN指數(shù)為7.4，滿足生物脫氮要求。（3）BOD5/TP比該指標是鑒別生物除磷能否實現(xiàn)的主要指標。水中的BOD5是作為營養(yǎng)物用于除磷菌活性的基質，所以BOD5/TP是衡量是否達到除磷的重要指標，一般認為該值應大于17，比值越大，生物除磷效果越明顯。通過分析本項目進水水質，BOD5/TP=37，可以得到較好的除磷效果。1.3.3處理工藝對比污水處理核心工藝污水主要去除目標是COD、BOD5、SS、NH3-N、TP，具備上述功能并經(jīng)實踐證明運行效果較好的污水處理工藝主要有氧化溝法、SBR法及其變種(如CASS法、IDEA法等)、AB法、A2/O法等。（1）氧化溝工藝自1920年英國謝菲爾德污水處理廠成立以來，氧化溝技術不斷發(fā)展和完善。由于其結構簡單，易于維護和管理，很快得到了廣泛的應用。工藝的改良過程大致可分為四個階段：表2-4氧化溝工藝改良階段階段型式初期氧化溝1954年，Pasveer教授建造的Voorshopen氧化溝，間歇運行。分進水、曝氣凈化、沉淀和排水四個基本工序規(guī)模型氧化溝增加沉淀池，使曝氣和沉淀分別在兩個區(qū)域進行，可以連續(xù)進水多樣型氧化溝考慮脫氮除磷等要求。著名的有DE型氧化溝，卡魯賽爾（Carrousel）氧化溝及Orbal氧化溝等一體化氧化溝時空調配型（D型，VR型，T型等），合建式（BMTS式，側溝式，中心島式等）傳統(tǒng)氧化溝的脫氮主要是利用溝內溶解氧分布不均勻。通過合理的設計，在溝渠中產生交替循環(huán)的好氧區(qū)和缺氧區(qū)，從而達到反硝化的目的。它最大的優(yōu)點是在同一條溝內沒有額外碳源的情況下實現(xiàn)有機物和總氮的去除，所以非常經(jīng)濟。但同一條溝內好氧區(qū)和缺氧區(qū)溶解氧各自的體積和濃度很難精確控制，因此對脫氮效果有限，對除磷幾乎沒有影響。此外，在傳統(tǒng)的單溝氧化溝中，微生物使硝化細菌和反硝化細菌在好氧、缺氧-好氧的短暫和頻繁的環(huán)境變化中并不總是處于最佳的生長和代謝環(huán)境中，這也影響了單位體積結構的處理能力。隨著氧化溝工藝的發(fā)展，目前工程應用中比較有代表性的類型有:多溝交替氧化溝(如三溝式、五溝式)及其改進、卡魯塞爾氧化溝及其改進、歐爾氧化溝及其改進、一體化氧化溝。它們都有去除氮和磷的能力。氧化溝類型的獨特之處在于它具有完全混合和推流的特點，并且不需要混合液體回流系統(tǒng)。隨著新型曝氣設備的開發(fā)利用，氧化溝水深可達6~8m。采用鼓風微孔曝氣，曝氣動力效率高，能耗低，氧化溝面積比表面曝氣小得多[2]。①卡魯賽爾（Carrousel）型氧化溝傳統(tǒng)的帕斯維爾單溝和卡魯塞爾溝脫氮除磷功能較差。圖2-1帕斯威爾（Passveer）單溝型氧化溝圖2-2傳統(tǒng)卡魯賽爾氧化溝典型布置但在卡魯塞爾氧化溝前增加厭氧池，并在溝內增加缺氧區(qū)，形成改良氧化溝，具有生物脫氮除磷功能。流程圖如下圖所示。圖2-3改良型氧化溝工藝簡圖在傳統(tǒng)的卡魯塞爾氧化溝系統(tǒng)中，溝內有缺氧區(qū)和好氧區(qū)。但缺氧區(qū)需要充足的碳源和缺氧條件，脫氮效果不是很好。為了提高脫氮效果，荷蘭DHV公司通過研究，在溝渠中增加了預脫氮區(qū)，從而發(fā)明了卡魯塞爾(2000)氧化溝工藝。圖2-4卡魯賽爾2000型氧化溝卡魯塞爾2000氧化溝巧妙地將厭氧/缺氧/好氧和氧化溝循環(huán)曝氣溝結合起來，改變了原有的調節(jié)性差、除磷脫氮效率低的缺點，但水力設計更加復雜?？斎麪栄趸瘻系娜秉c是池深比較淺，一般為4.0m，面積大，土建費用高。它的水池深度設計為6米或更深，但需要使用潛水推進器來提供額外的動力。②奧貝爾氧化溝ORBAL簡稱同心圓氧化溝，一個典型的ORBAL氧化溝由三個同心通道組成，通道為圓形或橢球形。其特征是外槽容積約占總容積的50%，從外到內的三個通道中溶解氧濃度由低到高遞增，稱為“0、1、2”(外槽為零，溝中溶解氧為1毫克/升，溝中溶解氧為2毫克/升)技術，由內到外形成一個厭氧、缺氧、好氧區(qū)，以滿足生物脫氮的要求，成為生物反應池的環(huán)境。污水和回流污泥通過外溝進入，處理后的出水通過內溝流入二沉池[3]。圖2-5奧貝爾氧化溝工藝簡圖Aubel氧化溝的主要優(yōu)點是外溝同步硝化反硝化反應充分，脫氮效果好，節(jié)能效果顯著。缺點是占地面積大。③雙溝式氧化溝和T型氧化溝雙溝(DE型)氧化溝和三溝(T型)氧化溝是丹麥Kruger公司開發(fā)的。雙溝氧化溝由雙溝組成。氧化溝和二沉池分開建設，有獨立的污泥回流系統(tǒng)。雙溝氧化溝可根據(jù)除磷脫氮等各種工藝要求運行。雙溝氧化溝由兩條等體積的氧化溝組成，氧化溝內裝有旋轉刷和水下攪拌器。兩條溝渠交替進行曝氣和推流，實現(xiàn)硝化反硝化過程。由于進、出口方向的周期性變化以及旋轉刷和水下攪拌器運行狀態(tài)的變化，操作必須由計算機控制，這就對自動控制提出了更高的要求[1]。圖2-6DE型氧化溝工藝流程簡圖三溝氧化溝集曝氣和沉淀于一體，工藝更簡單。三條溝交替出水，兩側溝交替出水，兩側溝分別作為曝氣池或沉淀池交替運行，不需要設置兩個沉淀池和污泥回流設備，與DE型氧化溝相同，需要很高的自動化程度。圖2-7T型氧化溝簡圖由于這兩種氧化溝采用旋轉刷曝氣，池深較淺，占地面積較大。雙溝和三溝由于溝交替作業(yè)，設備利用率低，三溝設備利用率只有58%，設備配置多，因此一次性設備投資大。綜上所述，氧化溝工藝處理工藝簡單，抗沖擊負荷能力強，處理效果穩(wěn)定可靠，易于控制。同時，氧化溝還存在池淺、面積大、投資相對較高的缺點;采用表面曝氣，充氧效率低。（2）A2/O工藝系列①傳統(tǒng)A2/O工藝傳統(tǒng)A2/O法是目前普遍采用的同時脫氮除磷的工藝，它是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎上增加一個缺氧段和一個厭氧段，傳統(tǒng)A2/O工藝流程如圖2-8所示。圖2-8傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝工藝圖2-9傳統(tǒng)A2/O工藝廢水首先進入?yún)捬醭?，與回流污泥混合。在兼性厭氧發(fā)酵菌的作用下，廢水中易生物降解的大分子有機化合物轉化為VFAs等小分子有機化合物。磷細菌可以吸收這些有機小分子，并以聚β-羥基丁酸(PHB)的形式儲存在體內，這需要磷鏈分解的能量。隨后，廢水進入缺氧區(qū)，反硝化菌利用廢水中的有機基質對回流混合物中的NO3-進行脫氮。當廢水進入好氧池時，廢水中的有機物濃度較低。聚磷菌主要通過分解體內的PHB來獲取能量，用于細菌增殖。同時，周圍環(huán)境中溶解的磷被吸收到體內，以聚磷鏈的形式儲存，沉淀后以剩余污泥的形式從系統(tǒng)中排出。好氧區(qū)有機物濃度低，有利于好氧區(qū)自養(yǎng)硝化細菌的生長，從而達到更好的硝化效果。就系統(tǒng)而言，該工藝是最簡單的除磷脫氮工藝。在厭氧、缺氧和好氧交替運行的條件下，可以抑制絲狀菌的繁殖，克服污泥膨脹。SVI值一般小于100，有利于泥水分離。由于厭氧、缺氧、好氧區(qū)嚴格分隔，有利于不同微生物群落的生長繁殖，脫氮除磷效果好。目前，該方法在國內外應用廣泛，效果良好。②改良型A2/O工藝A2/O工藝中，回流活性污泥(外回流)直接回流到厭氧池，部分進入的硝態(tài)氮也回流到厭氧池，破壞了厭氧池的厭氧狀態(tài)，從而影響系統(tǒng)的除磷效果。為了解決A2/O工藝中硝酸鹽對厭氧除磷的影響，可以采取回流污泥進行兩次回流，或兩點進水等措施。因此，開發(fā)了一種改進的A2/O工藝[4]。改進的A2/O工藝是在常規(guī)A2/O工藝的基礎上進行的。換句話說，在常規(guī)的A2/O厭氧區(qū)前面增加一個選擇區(qū)(預缺氧區(qū))，回流污泥首先進入選擇區(qū)。目的是消除回流活性污泥對厭氧區(qū)的不利影響，提高除磷效率，與A/O的改進具有相同的優(yōu)勢，同時改進后的A2/O工藝保留了常規(guī)A2/O工藝的內回流，從而保證脫氮效果。因此可以認為改進后的A2/O工藝同時具有良好的脫氮除磷效果。工藝流程圖如下。圖2-10改良型A2/O工藝改進的A2/O工藝具有以下特點:厭氧、缺氧、好氧三種不同環(huán)境條件和不同種類微生物菌群的有機配合，可以同時具有去除有機物、脫氮除磷的功能，污染物去除效率高，運行穩(wěn)定。增設預缺氧區(qū)，去除回流污泥中的硝酸鹽，保證厭氧池磷的釋放，提高除磷效果；反硝化效果受混合液回流比的影響，除磷效果受回流污泥中夾帶溶解氧和硝酸氧的影響。在同時脫氮除磷和去除有機物的過程中，該工藝是最簡單的，總水力停留時間小于其他類似工藝。在厭氧、缺氧-好氧交替運行中，絲狀菌不會大量繁殖，SVI一般小于100，污泥沉降性能好，不會發(fā)生污泥膨脹；污泥中磷含量高，一般在1.5%以上；能更好的承受沖擊載荷；出水水質穩(wěn)定；采用微孔曝氣器曝氣，增氧效率高，廢水處理耗電少；曝氣池有效深度大，面積小。③倒置A2/O工藝為了實現(xiàn)同時去除氮和磷，A2/O工藝要求進水中的碳氮比和碳磷比很高。將A2/O系統(tǒng)的厭氧缺氧環(huán)境倒置，形成倒置的A2/O工藝。缺氧區(qū)位于厭氧區(qū)之前，硝酸鹽被排出，厭氧區(qū)ORP較低，有利于微生物形成更強的磷吸附能力。厭氧釋磷后，微生物直接進入好氧環(huán)境，充分吸收磷。所有污泥將經(jīng)歷一個完整的磷釋放和吸收過程，除磷能力將得到增強。缺氧段位于工藝的第一端，反硝化以獲取碳源為主，進一步加強了系統(tǒng)的反硝化能力。圖2-11倒置A2/O工藝流程倒置A2/O工藝特點：缺氧區(qū)位于工藝系統(tǒng)的首端，允許反硝化優(yōu)先獲得碳源，從而增強系統(tǒng)的反硝化能力。厭氧區(qū)位于缺氧區(qū)之后，既避免了回流硝酸鹽對厭氧釋磷的不利影響，又充分利用了厭氧釋磷形成的厭氧吸磷能力，回流污泥全部參與了從釋磷到吸磷的全過程，形成了“集體優(yōu)勢”，提高了系統(tǒng)的除磷能力。超過一次沉淀池或縮短一次沉淀池停留時間，不僅緩解了碳源之間的矛盾，而且有利于好氧同步反硝化條件的形成，進一步提高了系統(tǒng)的脫氮除磷效率。將傳統(tǒng)的污泥回流和混合液回流相結合，形成唯一的污泥回流系統(tǒng)，工藝簡單，易于推廣。（3）SBR工藝系列①傳統(tǒng)的SBR法SBR工藝是一種間歇式活性污泥工藝，由一個或多個曝氣反應池組成。污水分批進入罐內，經(jīng)活性污泥凈化后，晚上排出罐內，完成一個運行周期。每個工作周期依次完成進水、反應、沉淀、排放四個工藝流程。SBR工藝脫氮除磷效果與曝氣時間(曝氣時間=曝氣時間/單次循環(huán)次數(shù))有關。時間速率高時，缺氧時間短，反硝化不完全，氮磷去除率低。當去除率接近1時，磷幾乎不被去除。圖2-12傳統(tǒng)SBR工藝SBR工藝的特點是具有一定的調節(jié)和均質功能，可以緩解水質水量波動造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定。工藝簡單，處理構筑物少，曝氣一體化曝氣沉淀污泥回流反應池，前期可省去沉淀池、沉淀池和回流污泥系統(tǒng)，且污泥量少，易脫水，控制一定的工藝條件可達到良好的除磷效果，但有自動控制和連續(xù)在線分析儀器儀表高的特點。②UNITANK工藝UNITANK又稱交替生物處理池，其基本單元由三個矩形池塘組成，通過共同的墻體開口或池底渠道相互相鄰。三個池均安裝了曝氣系統(tǒng)，可為微孔曝氣器、表面曝氣器或潛水曝氣器;外兩池設置固定的出水堰和剩余污泥排放裝置，交替作為曝氣池和沉淀池，中間池只能作為曝氣反應池。此外，污水可通過閘門控制進入任何水池，連續(xù)進水，周期性交替運行。UNITANK工藝結合了SBR工藝和傳統(tǒng)活性污泥工藝的優(yōu)點。集成設計不僅具有SBR系統(tǒng)的主要特點，而且可以像傳統(tǒng)的活性污泥工藝一樣在恒定水位下連續(xù)運行。UNITANK池由三個池(即兩個側池和一個中間池)組成，它們是串聯(lián)排列的。兩個常見的水池壁通過液壓管道連接。每個水池大多是正方形或矩形。三個水池的形狀和體積可以相同也可以不同，但兩側的水池必須相同。三池均設置曝氣設備(鼓風曝氣或表面曝氣)和進水裝置，兩側池設置潛水攪拌器、出水堰和剩余污泥排出裝置。一般情況下，這三個池子都以“I”字形或“L”字形排列。UNITANK工藝主要有兩種運行模式，即單級好氧系統(tǒng)和脫氮除磷系統(tǒng)。第一種操作模式的目標是去除有機物。在第一種運行方式的基礎上，適當改變其運行方式，在一定時間和空間內創(chuàng)造厭氧、缺氧、好氧條件，形成第二種運行方式。圖2-13UNITANK工藝UNITANK工藝的特點是：無污泥回流和混合液內循環(huán)設施，節(jié)約了能源消耗。因為采用比較常見的池墻，集成度高，節(jié)省了土地占用，節(jié)省了土建工程成本。具有沉降條件的兩側池進、出口系統(tǒng)是否合適，將直接影響沉降效果。由于地表負荷過高，需要增加傾斜管道，增加了維護工作量。由于運行方式特殊，曝氣設備的選擇有限，間歇性曝氣增加了曝氣設施選擇的難度，增加了曝氣設施的維護管理強度。由于SBR工藝需要的設備和材料較多，設備閑置率較高，維護工作量較大。自動控制系統(tǒng)復雜，參與自動控制的設備多，對設備性能要求高，運行管理復雜，設備維護水平和能力高。③CASS工藝CASS工藝是澳大利亞1968年開發(fā)的間歇式循環(huán)活性污泥工藝，是SBR工藝的變體。1988年，在計算機技術的支持下，該工藝得到進一步發(fā)展和推廣，成為目前計算機控制系統(tǒng)中非常先進的生物脫氮除磷工藝。CASS過程分為生物選擇區(qū)(預反應區(qū))和主反應區(qū)。生物選擇區(qū)(預反應區(qū)):高負載生物選擇區(qū)平均水力停留時間1~1.5h組的前端卡斯過程反應槽,和大約20%的在主反應區(qū)回流活性污泥在厭氧選擇器和經(jīng)營方式。生物選擇區(qū),在主反應區(qū)污泥回流和支流的水混合,這不僅充分利用活性污泥的快速吸附,但也加速溶解有機物的去除,并扮演一個好的耐火有機物的水解,同時,厭氧條件下，污泥中的磷可以得到有效釋放。主要反應區(qū):去除有機物的主要場所。在運行過程中，通常控制主反應區(qū)溶解氧強度，使反應區(qū)處于好氧狀態(tài)，保證污泥絮體外有好氧環(huán)境進行硝化;活性污泥基本處于缺氧狀態(tài)，溶解氧向污泥絮體的轉移有限，而較高濃度的硝酸鹽可以滲透到絮體中，有效地進行反硝化，從而導致有機污染物在主反應區(qū)發(fā)生降解，同時發(fā)生硝化反硝化作用。圖2-14CASS工藝CASS工藝流程簡單，土建工程和投資低，自動化程度高，組合模塊化結構，布局緊湊，占地面積小，施工和分期擴建方便。但設備閑置率高，對自動控制要求高。根據(jù)本項目特點，采用A2/O工藝、氧化溝工藝、SBR工藝和BAF工藝進行經(jīng)濟、技術、經(jīng)濟比較，選擇最適合本項目的污水處理工藝。上述四種污水處理方案的主要技術經(jīng)濟比較見表2-5。表2-5三種污水處理工藝技術經(jīng)濟比較表一污水處理工藝優(yōu)點缺點A2/O1、由于厭氧、缺氧和好氧三個區(qū)嚴格分開，有利于不同微生物菌群的繁殖生長，因此除磷脫氮效果非常好。1、構筑物多，流程復雜，運行管理不便2、占地面積較大、一次性投資較高氧化溝1、無需鼓風機房，流程簡單，2、由于在氧化溝前增建了厭氧生物選擇器，既能高效去除有機污染物，又能高效去除氮磷營養(yǎng)鹽。3、耐沖擊負荷，檢修量小且檢修十分方便。1、由于采用轉碟曝氣，有效水深被限制，占地面積較大CASS1、曝氣、沉淀于同一池內進行，不需設置二沉池、污泥回流設備和調節(jié)池，占地面積和基建費用少2、污泥沉降性能好3、操作靈活，可采用多種運行方式1、由于無專門的厭氧區(qū)，因此生物除磷效果差2、總的容積利用率為67%3、對運行過程的自控技術要求較高4、由于其運行特點，沉淀和出水同時進行，出水水質不理想5、水頭損失大，增加了后續(xù)尾水泵房的運行頻率，日常運行費用高6、抗沖擊負荷能力不強，不適于工業(yè)廢水較多的污水處理廠預處理工藝選擇市政集水管網(wǎng)送出的污水首先進入污水廠前的粗格柵井，通過粗格柵除去較大的漂浮物和固體顆粒，進入提升泵房吸水井，并由潛水排污泵提起，然后進入細網(wǎng)格和砂室，進一步攔截和去除污水中的細沙顆粒。鋼絲繩格柵清洗機結構簡單，運行效果好，特別適合深水使用。旋轉固液分離器近年來在我國得到廣泛應用