某污水處理廠二期工程污水處理工藝的選擇分析案例第一章緒論1.1城市概況1.1.1地理位置即墨市位于山東半島東南部，地理位置優(yōu)越，東鄰黃海，南依嶗山，與青島市接壤，西臨大沽河與平度。地勢由東南向西北傾斜，西部低洼，面積523平方公里，占29.4%，地面高程多在20米以下。1.1.2氣象資料氣候：即墨市屬于溫帶季風氣候，四季分明，常年盛行西南風。氣溫：歷年平均氣溫為12℃，極端高溫為38.7℃，極端低溫為-18.6℃；歷年平均動土深度0.3米，最大凍土深度0.62米。降水：降水分布東多西少，年最大降水量1400.3mm，最小420.3mm，最大降雪深度15cm。1.2設計目的及意義畢業(yè)設計以實際工程為背景，以實際生產處理為依據，通過模擬練習完整的設計過程切實掌握設計要點與工作流程，從長遠角度出發(fā)，總結概括在校期間的學習成果，綜合訓練工程基本技能，完成從理論型探索到科學型實踐的轉型升級，通過不斷自我迭代實現(xiàn)傳統(tǒng)污水處理與現(xiàn)代科技創(chuàng)新的有機結合。畢業(yè)設計致力于培養(yǎng)學生制定方案、設計計算、工程繪圖、數(shù)據處理、文字表達、文獻查閱、計算機應用、工具書使用等基本工作能力。掌握科學的實踐方法，獨立解決實際問題，發(fā)揚吃苦耐勞、刻苦鉆研、勇于創(chuàng)新的時代精神，樹立求真務實的工作作風，廣泛汲取他人意見，積極采取合作，使生產能力在設計過程中不斷提高。1.3設計任務本設計按照工程實際的具體要求完成一個設計規(guī)模為50000m3/d的城鎮(zhèn)污水處理廠的工藝設計，包括工藝計算和CAD圖紙繪制兩部分工作。工藝設計要能滿足現(xiàn)行國家規(guī)范和標準的相關要求，污水處理廠出水水質達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002的一級A標準，圖紙繪制根據相關繪圖規(guī)范進行。1.4設計依據及原則1.4.1設計依據1）《室外排水設計規(guī)范》GB50014-20062）《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB18918-20021.4.2設計原則污水處理工程設計過程中應遵循下列原則：1）全面布局，統(tǒng)籌兼顧，從長遠戰(zhàn)略角度出發(fā)，綜合考慮使用年限，工程規(guī)模，經濟成本，與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調；2）充分利用現(xiàn)有的地理位置，合理規(guī)劃處理方案；3）處理技術力求先進高效，成熟可靠；4）采用科學自動化管理模式，節(jié)省人力成本；5）嚴格貫徹國家制定的相關標準及規(guī)范。1.5設計規(guī)模與水質指標1.5.1設計用水量計算確定本工程設計規(guī)模為：5×104m3/d。平均日污水量Q=總變化系數(shù)為：Kz=2.7Q0.11設計水量為：Qmax=Q?Kz=578.704×1.341=776.0421.5.2設計水質出水水質達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002的一級A標準：表2設計出水水質表水質指標BOD5CODSSNH3－NTNTPpH預測數(shù)值(mg/L)1040102（3.5）150.46-9第二章污水處理工藝的選擇2.1污水處理工藝選擇原則本設計污水處理工藝初步按照一級處理、二級處理和深度處理三步走戰(zhàn)略處理模式，通過各級處理間協(xié)調合作、高效配合，力求達到污水一級處理標準，保護原水生態(tài)環(huán)境，保障用水健康。污水處理方法的選用，與進水水質特點及排放所要達到的處理程度密切相關。本設計參考《室外排水計劃規(guī)范》（GB50014-2006）中各種處理工藝的處理效率，按表2.1的取值規(guī)定。表2.1污水處理廠的處理效率處理級別處理方法主要工藝處理效率（%）SSBOD5一級沉淀沉淀40-5520-30二級生物膜法初次沉淀、生物膜反應、二次沉淀60-9065-90活性污泥法初次沉淀、活性污泥反應、二次沉淀70-9065-95不同的污水處理工藝所投資不同，選擇合適的處理方式，不僅能降低成本，而且方便污水廠的運用管理，保證出水水質。2.2進水水質分析進廠污水水質分析即墨市污水處理廠進出污水主要水質指標如下表所示：表格2-2進水水質項目CODBO5SSTNNTN設計進水水質((mg/L)500200350754516設計出水水質((mg/L)401010152（3.5）0.4處理效率（%）929597.18097.52.2.1可生化性分析污水生物處理利用微生物代謝將水中有機污染物為養(yǎng)料，通過在缺氧、厭氧、需氧環(huán)境下進行一系列生物呼吸作用，降低污水中污染物的濃度。一般以BOD5/COD的值來判斷污水的可生化性，本工程進水水質2.2.2污染物去除機理分析（1）SS的去除污水中的SS主要在重力作用下通過物理沉淀去除。污水中含有的無機物顆?？恐亓Τ恋碜饔萌コ×降挠袡C顆粒主要靠生物代謝作用去除，而小粒徑的無機顆粒在活性污泥法工藝中要靠活性污泥絮體的吸附作用同時沉淀被去除。（2）BOD5水中BOD5、COD的去除主要有物化沉淀和生物降解兩種方法：物理化學絮凝沉淀：該過程一般位于工藝中的預處理階段，通過投加混凝劑形成膠體，再通過沉降去除，但需要增加處理成本。生物降解：微生物通過呼吸作用將污水中的BOD5本工程進水COD含量較高，同時需要去除的比率也很高，處理難度較大。一般情況下，污水中COD的成份比例非常復雜，不能僅僅依靠單純的生物處理去除，沉淀、混凝以及曝氣氧化均能有一定的去處效果。（3）NH3－N及TN的去除本工程的污染物質滿足BOD5：N：P=200:75:16=100:37.5:8，TN去除率高達到80%以上，需要額外投加碳源。外加生物脫氮技術較為成熟，故采用生物脫氮。缺氧條件下，反硝化菌利用充足的碳源，將硝酸鹽氮還原成氮氣從污水中逸出，好氧條件下，硝化菌將氨氮轉化為硝酸鹽氮，回流到缺氧池內。在硝化與反硝化過程中，影響其脫氮效率的因素主要有堿度、溫度、溶解氧以及碳源等。生物脫氮系統(tǒng)中，硝化菌增長緩慢，需要足夠的污泥齡；反硝化菌主要在缺氧條件下代謝增殖，需要提供充足的碳源，保證反硝化作用順利進行。（4）TP的去除本工程采用生物和化學去磷相結合的方法。在二級處理過程中利用聚磷菌在厭氧環(huán)境下，受到壓抑而釋放出體內的磷酸鹽，產生能量用以吸收快速降解有機物，并轉化為PHB儲存起來。當聚磷菌進入好氧環(huán)境降解體內儲存的PHB產生能量，用于細胞增殖和吸收磷，并最終隨高磷污泥排出系統(tǒng)，從而達到除磷的目的。在三級處理過程中向污水中投加混凝劑以使磷酸鹽形成沉淀從而達到除磷的目的?；瘜W除磷去除效率較高，且易于控制，磷的去除率可以達到90％以上。2.4設計方案確定本項目設計規(guī)模為50000m3/d，進水BOD5/COD=0.400，可生化性良好。此外，在脫氮除磷方面要求較高。在確定污水處理工藝時，應重點考慮這兩方面的因素，且運行穩(wěn)定、管理方便。針對本設計任務書中進出水水質特點、要求及目前國內較為嫻熟的污水處理治理體系，既要有效去除污水中較高的BOD5，又要求對氮、磷等水中富營養(yǎng)物進行處理。初步確定可以采用氧化溝法、CASS、A2/O法進行設計。由于氧化溝對于脫氮除磷的處理效果并不能稱得上優(yōu)秀，且占地面積不可謂不小，故采用A2（1）方案一：CASS工藝CASS工藝如圖2-4-1所示：圖2-4-1關于方案一的說明：周期性循環(huán)活性污泥法簡稱為CASS，在SBR的工藝基礎上不斷迭代升級，在反應池內增設生物選擇器，實現(xiàn)連續(xù)進水、間歇出水，污水通過從高負荷到低負荷降解階段，完成整個污染物的處理過程及污泥再生。第一階段為中格柵、細格柵、曝氣沉砂池、初沉池四項預處理構筑物。通過過濾、重力沉降等物理手段去除污水中較大的顆粒物及砂粒，為后續(xù)處理工藝提供堅實保障。污水通過格柵作用截留后進入曝氣沉砂池，去除砂粒，經吸砂機將沉砂池中的砂吸走至砂水分離器，截留下砂，而水則自重力流向前方泵房的閘門井。從曝氣沉砂池出來的水流向初沉池，去除剩余污染物。第二階段從曝氣沉砂池出來的水直接進入CASS反應池。通過主反應區(qū)污泥的回流并與進水混合，不僅充分利用活性污泥的快速吸附作用加速對有機物的去除，同時可使污泥中的磷在厭氧條件下得到有效的釋放。此外,選擇器中還可發(fā)生比較顯著的反硝化作用，去除的氮可占總去除率的20%左右。主反應區(qū)的曝氣階段具有去除有機物、進行磷的釋放以及硝化作用。沉淀和閑置階段整個池可以保持缺氧或是厭氧狀態(tài)，進行反硝化。第三階段為深度處理階段。主要通過進一步的絮凝沉淀、過濾消毒以達到出水水質要求。CASS工藝主要具有以下優(yōu)點：1）工藝簡易、廠區(qū)面積較小、運行投資費用較低；2）周期性曝氣，氧濃度梯度低，傳遞效率高；3）沉淀效果好；4）坑沖擊能力強，可以根據實際水量、水質及時調整曝氣時長和運行周期；5）不易發(fā)生污泥膨脹，由于生物處理過程中，缺氧、好氧交替進行，抑制了絲狀菌的生長繁殖；6）在不曝氣的閑置間斷，可同步反硝化和除磷，且去除效率較高；7）污泥產量少，且泥齡較長。但與此同時，CASS也存在一些較為明顯的缺點：1）生物池內微生物種群構成較為復雜，理論去除與實際去除效率存在差距；2）同時脫氮除磷，聚磷菌受到硝酸鹽的抑制，影響TP的去除；3）對實際運行操作人員要求較高。（2）方案二：A2/O及倒置A2/O工藝A2/O工藝流程圖如圖2-4-2所示：圖2-4-2關于方案二的說明：A2/O工藝是目前國內應用最廣泛的脫氮除磷工藝。第一階段與CASS工藝相同；第二階段為生物池與二沉池所構成的二級處理系統(tǒng)。污水經過初步沉淀后進入生物反應池：分別經過反硝化區(qū)，厭氧區(qū)，硝化區(qū)，達到脫氮除磷的目的，設置混合液內回流、污泥回流以確保處理效果穩(wěn)定。磷的去除依靠厭氧池中聚磷菌一類微生物的充分釋磷以及在好氧池的過量吸磷來去除水體中的磷。氮的去除主要依靠曝氣池中硝化菌的將氮轉化為硝態(tài)以及亞硝態(tài)氮，然后通過內回流將曝氣池中的混合液回流至前方的反硝化區(qū)依靠反硝化菌將亞硝態(tài)氮轉化為氮氣從而去除氮。上清液進入二沉池進一步沉降，以得到澄清水質。第三階段為深度處理階段。主要通過進一步的絮凝沉淀、過濾消毒以達到出水水質要求。本工藝具有如下優(yōu)點：1）是目前國內應用最廣泛的污水脫氮除磷工藝；2）厭氧（缺氧）、好氧環(huán)境交替運行，不易產生污泥膨脹；3）污泥有較高的肥效價值。本法也存在以下缺點：1）處理效果目前難以進一步提高，污泥增長存在限制；2）好氧池內要保證一定的溶解氧濃度，不宜過高，縮短水力停留時間。倒置A2/O工藝在原有A2/O工藝之上加以改進，將缺氧池置于厭氧池之前，將回流污泥回流至缺氧池，采用分段進水，如圖所示：圖2-4-3倒置A2/O工藝與傳統(tǒng)A2/O相比，有如下優(yōu)點：1）脫氮效率提高：好氧池形成的硝態(tài)氮通過內回流進入缺氧池，在反硝化菌的作用下將硝態(tài)氮轉化為氮氣溢出；2）處磷效率提高：通過分段進水，為厭氧菌提供了充足碳源，不受其他因素的影響；3）通過污泥回流使缺氧段污泥濃度大幅高于好氧段，有較高的污泥產量和較長污泥齡，增加了處理能力；4）分段進水可以根據實際水質調節(jié)，保證處理效果。討論：通過以上兩個方案的比較，可以看出方案二可調控性靈活，操作方便，設備利用率較高，造價相對比較便宜，同時滿足脫氮除磷的要求；CASS的脫氮除磷的條件比較復雜，生物選擇區(qū)的生長條件不像倒置A2/O容易創(chuàng)造，實際運行結果可能存在較大誤差，再加上CASS的操作對于人員要求事非常高的，技術含量很大，部分設備維修也不方便，故采用倒置A2/O作為本工程設計的處理工藝。2.5污水深度處理工藝經過一級和二級處理后的城市污水，往往較難達到污染物排放的一級A標準，因此需要進行進一步的三級處理工藝，三級處理常用于處理水中的微量BOD、COD、有機污染物、SS、氮、磷等高級營養(yǎng)物及鹽類。常用的深度處理方法主要是物理化學處理，包括絮凝沉淀法，砂濾法，活性炭法，濕式氧化法，膜分離法，臭氧氧化法，離子交換法，電解處理，蒸發(fā)濃縮法等。本工程三級處理的主要功能為化學除磷，同時要進一步去除污水中的BOD5、COD及SS，達到出水水質要求。采用“混凝—過濾”工藝流程，具體如下圖混凝選擇常見的絮凝池主要有隔板絮凝池、折板絮凝池、機械絮凝池以及網格絮凝池等形式。（2）過濾選擇針對于本水廠水質水量，經過對比篩選各種過濾設備技術，采用普通快濾池作為深度處理工藝。（3）消毒選擇經過三級處理以后的污水，應經過消毒以后才能排放。消毒處理可以有效的滅活出水中可能含有的有害物質及病源微生物，防止二次污染。常用消毒的方式主要有液氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒以及紫外線消毒等技術方法。我國大部分污水處理廠出大部分水消毒還是液氯消毒為主，本設計選擇二氧化氯消毒。2.6污泥處理工藝2.6.1污泥處理要求城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)中產生的污泥稱為城鎮(zhèn)污水污泥，主要是在污水處理過程中產生的浮渣與沉淀物，統(tǒng)稱為污泥。污泥成分非常復雜，含有較多種類的病毒及微生物，如果污泥處置不當，會造成二次污染。因此，污泥需要及時處理，達到以下要求：（1）污泥中的有毒有害物質妥善處理，避免污染環(huán)境；（2）有機物能夠得到利用，變害為利。總之，污泥處理的目的是使污泥減量、穩(wěn)定、無害化及資源化。2.6.2污泥處理工藝本設計為中小型污水處理廠，污泥消化系統(tǒng)利用率低且投資成本較大，因此污泥經過濃縮后直接脫水，處理流程如下圖：本設計采用的具體工藝為：生污泥→濃縮→脫水→填埋→農業(yè)利用由于工程設計規(guī)模較小，污泥產量少，污泥消化所需的構筑物及設備投資較高；回收的沼氣較難有效利用，省