4000吨天生活污水处理工程初步设计方案Word文档格式.docx
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《混凝土结构设计规》GB50010-2002
《给水排水工程构筑物结构设计规》GB50069-2002
《构筑物抗震设计规》GB50191-1993
《工业与民用供电系统设计规》GB50052-1995
《10kV及以下变电所设计规》GB50053-1994
《低压配电设计规》GB50054-1995
《电动装置的继电保护和自动装置》GB50062-1992
《建筑物防雷设计规》（2000年版）GB50057-1994
《通用用电设备配电设计规》GB50055-1993
《建筑照明设计标准》GB50034-2004
《过程测量与控制仪表的功能标志及图形符号》HG/T20505-2000
《自动化仪表选型设计规定》HG/T20507-2000
《控制室设计规定》HG/T20508-2000
《仪表供电设计规定》HG/T20509-2000
《信号报警、联锁系统设计规定》HG/T20511-2000
《仪表配管配线设计规定》HG/T20512-2000
《仪表系统接地设计规定》HG/T20513-2000
《可编程控制器系统工程设计规定》HG/T20700-2000
《工业企业设计卫生标准》GBZ1-2002
1.2.2编制原则
⑴.选用运行安全可靠、经济合理的工艺流程；
⑵.采用先进的技术和设备，合理利用资金，提高污水处理站的自动化程度和管理水平；
⑶.操作管理方便，运行费用低，处理系统运行稳定，且有较长的使用寿命；
⑷.在设计中充分考虑二次污染的防治，设备耐腐蚀，噪声达标，以免影响周围环境；
⑸.污水处理厂的位置，应符合别墅区规划要求，位于别墅区下风向，与周边有一定的卫生防护带；
⑹.严格执行国家和地方现行有关标准、规和规定。
1.2.3编制围
本方案编制围为：
通过对类似生活污水水质情况的综合分析，提出可行性方案，最终推荐最优方案；
容主要包括污水处理工艺流程、设备选型、污水构筑物及附属工程、污水处理站管道工程（不含站外输送管道及设备）、电气自控工程、设备安装调试和运行管理等进行综合规划设计。
第二章拟建项目背景
2.1建设污水处理厂必要性
生活污水未经达标处理就直接排入外排，严重污染了水源，影响了别墅区周边卫生，因此为别墅区更好的发展及环境，现拟建一座污水处理厂，出水要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）一级A排放标准，处理量为4000吨/天。
污水处理厂的建设，正是保护自身环境，提高城市文明水平和市民健康水平，促进城市发展的必要措施。
因此，该污水处理厂的建设是必要的。
2.2污水处理厂处理程度
2.2.1污水进水水质
由于无污水进水水质参数，参考类似小区及城镇生活污水水质浓度，现暂定该别墅区的生活污水浓度为：
表2-1设计进水水质一览表
水质指标
BOD5
COD
SS
NH4+－N
TN
TP
pH
预测数值（mg/L）
175
350
220
30
40
3.0
6~9
2.2.2污水出水水质
污水处理厂对污水中主要污染物质的处理程度是确定处理工艺流程的基本依据。
根据业主要求，污水处理厂的设计出水水质应满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）中一级A标准要求，具体指标见下表：
表2-2设计出水水质一览表
粪大肠杆菌群数
一级A（mg/L）
10
50
5（8）
15
0.5
104个/L
2.2.3污泥出路
处理后污泥建议运往垃圾处理场集中处理，经有关部分检验确定安全无害后，也可用于农肥或供园林部门用于非娱乐场所的绿化和沙漠化的的土壤改良。
2.3污水处理厂厂址选择
根据别墅区总体规划，该污水处理站选址应综合考虑管网布置和现有地形分布特点。
2.4工程重点和难点分析
⑴、在满足排放标准的前提下降低工程投资，简化操作管理。
⑵、污水中氨氮的有效降解问题，本工艺方案的比选中必须考虑能够有效脱氮的工艺。
⑶、污水中磷的有效去除问题，本工艺方案的比选中必须考虑能够有效脱磷的生化和化学法。
⑷、采取稳妥可靠的消毒方式和消毒设备。
第三章处理工艺方案选择
3.1工艺方案选择原则
作为城市基础设施的重要组成部分和水污染控制的关键环节，小区污水处理工程的建设和运行意义重大。
由于城市污水处理厂的建设和运行不但耗资较大，而且受多种因素的制约和影响，其中处理工艺方案的优化选择对确保处理厂的运行性能和降低费用最为关键，因此有必要根据确定的标准和一般原则，从整体优化的观念出发，结合设计规模、污水水质特性以及当地的实际条件和要求，选择切实可行且经济合理的处理工艺方案，经全面技术经济比较后优选出最佳的总体工艺方案和实施方式。
在污水处理厂工艺方案确定中，将遵循以下原则：
1、技术成熟，处理效果稳定，保证出水水质达到国家规定的排放要求。
2、基建投资和运行费用低，以尽可能少的投入取得尽可能多的效益。
3、运行管理方便，运转灵活，并可根据不同的进水水质和出水水质要求调整运行方式和工艺参数，最大限度的发挥处理装置和处埋构筑物的处理能力。
4、选定工艺的技术及设备先进、可靠。
5、便于实现工艺过程的自动控制，提高管理水平，降低劳动强度和人工费用。
根据上述章节对污水水质的分析，本工程要求的污水处理程度较高，对COD、BOD、SS、NH4-N、P去除率要求分别达85.7%、95%、95.5%、83.3%和66.7%以上，对污水处理工艺选择应十分慎重。
本方案设计的污水处理工艺选择针对该小区污水量和污水水质以及经济条件考虑适应力强、调节灵活、低能耗、低投入、少占地和操作管理方便的成熟先进工艺。
下面将对各种工艺的特点进行论述，以便选择切实可行的方案。
3.1.1常规处理工艺
在常规二级活性污泥法中，不同的污染物是以不同的方式去除的。
1、SS的去除
污水中的SS的去除主要靠沉淀作用。
污水中的无机颗粒和大直径的有机颗粒靠自然沉淀作用就可去除，小直径的有机颗粒靠微生物的降解作用去除，而小直径的无机颗粒（包括尺度大小在胶体和亚胶体围的无机颗粒）则要靠活性污泥絮体的吸附、网络作用，与活性污泥絮体同时沉淀被去除。
污水厂出水中悬浮物浓度不仅涉及到出水SS指标，出水中的BOD5、COD等指标也与之有关。
这是因为组成出水悬浮物的主要是活性污泥絮体，其本身的有机成分就很高，因此较高的出水悬浮物含量会使得出水的BOD5、COD均增加。
因此，控制污水厂出水的SS指标是最基本的，也是很重要的。
为了降低出水中的悬浮物浓度，应在工程中采取适当的措施，例如采用适当的污泥负荷以保持活性污泥的凝聚及沉降性能，充分利用活性污泥悬浮层的吸附网络作用等。
在污水处理方案选用正确、工艺参数取值合理和优化单体构筑物设计的条件下，完全能使出水SS指标达到10mg／L以下。
2、BOD5去除
污水中BOD5的去除是靠微生物的吸附作用和代作用，然后对污泥与水进行分离来完成的。
活性污泥中的微生物在有氧的条件下将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞，将另一部分有机物进行分解代以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是CO2和H2O等稳定物质。
在这种合成代与分解代的过程中，溶解性有机物（如低分子有机酸等易降解有机物）直接进入细胞部被利用，而非溶解性有机物则首先被吸附在微生物表面，然后被酶水解后进入细胞部被利用。
由此可见，微生物的好氧代作用对污水中的溶解性有机物和非溶解性有机物都起作用，而且代产物是无害的稳定物质，因此，可以使处理后污水中的残余BOD5浓度很低。
根据国外有关设计资料，在污泥负荷为0.3kgBOD5/kgMLSS·
d以下时，就很容易使得出水BOD5保持在20mg/L以下。
3、COD的去除
污水中的COD去除的原理与BOD5基本相同。
污水厂出水中的剩余COD，即COD的去除率，取决于原污水的可生化性，它与城市污水的组成有关。
从理论上讲，BOD5/N>
2.86才能有效脱氮，实际运行资料表明BOD5/N>
3时才使反硝化正常运行，本工程BOD5/N≥4.0，生物脱氮是可行的。
同样BOD5/P≥26同样可以满足生物除磷要求。
3.1.2主要生物处理工艺概述
1、活性污泥法工艺
活性污泥法工艺是一种应用最广泛的污水好氧生化处理技术，其主要由曝气池、二沉池、曝气系统以及污泥回流系统等组成。
污水经过初次沉淀池后与二次沉淀池底回流的活性污泥同时进入曝气池，通过曝气，活性污泥呈悬浮状态，并与污水充分接触。
污水中的悬浮固体和胶状物质被活性污泥吸附，而污水中的可溶性有机物被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的营养物质，代转化为生物细胞，并氧化成为二氧化碳，非溶解性有机物需先转化成溶解性有机物，而后才被代和利用，污水由此得到净化。
净化后污水与活性污泥在二次沉淀池进行泥水分离，上层清液出水排放；
分离浓缩后的污泥一部分返回曝气池，以保证曝气池保持一定浓度的活性污泥，其剩余污泥由系统排出。
主要目的是降低污水中以BOD和COD等综合指标表示的好氧有机污染物质，随着水体富营养化问题的日益严重，氮、磷等无机污染物的危害引起了人们的足够重视使得脱氮除磷工艺应运而生，如A/O，A/A/O、CASS等工艺。
其中CASS工艺由于抗冲击负荷强、不易发生污泥膨胀和自动化管理程度高等优点而得到广泛应用，该工艺具有工艺成熟、脱氮除磷效果好等特点。
2、氧化沟工艺
因其构筑物呈封闭沟渠而得名，属于活性污泥法的一种改型，能够同时实现有机物氧化、氮硝化。
目前常用的几种商业性氧化沟有荷兰DHV公司60年代开发的Carrousel氧化沟，美国Envirex公司开发的Orbal氧化沟，丹麦Kruger公司发明的DE氧化沟等。
在我国，氧化沟工艺是使用较多的工艺。
与其它生物处理工艺相比，有以下技术、经济方面的特点：
a．工艺流程简单，构筑物省、运行管理方便；
b．曝气设备和构造形式多样化，运行灵活；
c．处理效果稳定，出水水质好，并可实现脱氮除磷；
d．基建投资省，运行费用低；
e．产泥量少、污泥性能好；
f．能承受水量、水质冲击，对高浓度工业废水有很大的稀释能力。
由于该工艺还需二次沉淀池，增加了投资费用，且该水量较小。
3、A-B法工艺
AB工艺是一种生物吸附―降解两段活性污泥工艺，A段负荷高，曝气时间短，0.5h左右，污泥负荷高2-6kgBOD/kgMLSS·
d，B段污泥负荷较低，为0.15－0.30kgBOD5/kgMLSS·
d，该段工艺有机物、氮和磷都有一定的去除率，适用于处理浓度较高，水质水量较大的污水，通常要求进水BOD≥250mg/L，AB工艺才有明显优势。
4、生物接触氧化法
生物接触氧化法在污水处理领域应用广泛，处理效果较好。
生物接触氧化法也称淹没式生物滤池，其在池设置填料，结实充氧的污水与长满生物膜的填料相接触，在生物膜的作用下，污水得到充分净化。
在运行初期，少量的细菌附着于填料表面，由于细菌的繁殖逐渐形成很薄生物膜。
曝气装置不断向池充氧，增加污水中的溶解氧。
在溶解氧和食物都充足的条件下，微生物的繁殖十分迅速，生物膜逐渐增厚。
溶解氧和污水中的有机物凭借扩散作用，为微生物所利用。
但当生物膜达到一定厚度时，氧已经无法向生物膜层扩散，好氧菌死亡，而兼性细菌、厌氧菌在层开始繁殖，形成厌氧层，利用死亡的好氧菌为基质，并在此基础上不断发展厌氧菌，数量上不断增加。
但厌氧菌经过一段时间后在数量上逐渐开始下降，加上代气体产物的逸出，使层生物膜大块脱落。
在生物膜已脱落的填料表面上，新的生物膜又重新发展起来。
在接触氧化池，由于填料表面积较大，所以生物膜发展的每一个阶段是同时存在的，使去除有机物的能力稳定在一定的水平上。
生物膜在池呈立体结构，对保持稳定的处理能力有利。
生物接触氧化法的缺点是不能有效去除污水中的氨氮和总磷。
5、CASS工艺
CASS工艺是于1968年由澳大利亚开发的一种间歇运行的循环式活性污泥法，是SBR工艺的一种变型。
1976年建成了世界上第一座CASS工艺的污水处理厂，随后在日本、加拿大、美国和澳大利亚等得到了广泛推广应用。
目前，在全世界已建成投产了300座CASS工艺污水处理厂。
1986年。
美国环保局正式将该工艺列为革新技术。
1988年，在计算机技术的支持下，使该工艺进一步得到发展和推广，成为目前计算机控制系统非常先进的生物脱氮除磷工艺。
每个CASS反应器由三个区域组成，即生物选择区、兼氧区和主反应区。
生物选择区是设置在CASS前端的小容积区（容积约为反应器总容积的10%），水力停留时间为0.5-1h，通常在厌氧或兼氧条件下运行。
生物选择器是根据活性污泥反应动力学原理而设置的。
通过主反应区污泥的回流并与进水混合，不仅充分利用了活性污泥的快速吸附作用而加速对溶解性底物的去除，并对难降解有机物起到良好的水解作用，同时可使污泥中的磷在厌氧条件下得到有效的释放。
在完全混合反应区之前设置选择器，还有利于改善污泥的沉降性能，防止污泥膨胀问题的发生。
此外，选择器中还可发生比较显著的反硝化作用（回流污泥混合液常含2mg/l左右的硝态氮），其所去除的氮可占总去除率的20%左右。
选择器可定容运行，亦可变容运行，多池系统中的进水配水池也可用作选择器。
由主反应区向选择区回流的污泥量一般以每天将主反应器中的污泥全部循环一次为依据而确定其回流比。
兼氧区不仅具有辅助生物选择区对进水水质水量的缓冲作用，同时还具有促进磷的进一步释放和强化氮以硝化的作用。
主反应区是最终去除有机底物的主场所。
运行中，通常将主反应区的曝气强度加以控制，以使反应区处于好氧状态，而活性污泥结构部则基本处于缺氧状态，溶解氧向污泥絮体的传递受到限制，而硝态氮从污泥向主体溶液的传递不受限制，从而使主反应区中同时发生有机污染物的降解以及同步硝化和反硝化作用。
污水连续不断进入选择区，微生物通过酶的快速转移机理，迅速吸附污水中约85%左右的可溶性有机物，经历一个高负荷的基质快速增长过程，对进水水质、水量、PH值和有毒有害物质起到较好的缓冲作用，污水再通过隔墙底部的连接口进入主反应池，经历一个较低负荷的基质降解过程，并完成泥水分离。
CASS工艺的运行模式与传统SBR法类似，由进水、反应、沉淀和出水及必要的闲置等五个阶段组成。
从进水到出水结束作为一个周期，每一过程均按所需的设定时间进行切换操作，其每一个周期的循环操作过程如下：
①充水/曝气
在曝气时同时充水，如要用6小时循环周期，则充水/曝气为4小时。
②沉淀
停止进水和曝气，沉淀时间一般采用一小时，形成凝絮层，上层为清液。
高水位时MLSS（混合液悬浮固体是指曝气池中废水和活性污泥的混合液体的悬浮固体浓度）约为3.0-4.0g/l，沉淀后可达10g/l。
③滗水
继续停止进水和曝气，用滗水器排出，滗水器为整个系统中的关键设备，滗水器根据事先设定的高低水位由限位开关控制，可用变频马达驱动，有防浮渣装置，使出水通过无渣区经堰板和管道排出。
④闲置
在实际运行中，滗水所需时间小于理论时间，在滗水器返回初始位置三分钟后即开始为闲置阶段，此阶段可充水。
在CASS系统中，一般至少设两个池子，以使整个系统能接纳连续的进水，因此在第一个池子进行沉淀和滗水时，第二个池子中进行充水/曝气过程，使两个池子交替运行。
为防止进水对沉淀的干扰和出水水质的影响，一般在沉淀和滗水时须停止进水和曝气。
与传统的污泥法相比，CASS工艺有下述特点：
①出水水质好
污水流入预反应区，活性污泥在高负荷条件下强化了生物吸附作用，并促使了微生物的增殖，有效地抑制了丝状菌的繁殖。
整个反应池微生物一直可保持较高浓度，低水位时其MLSS常控制在4-5g/l左右，低食料比使处理过程较为稳定彻底。
池污水的流速为0.03-0.05米/分。
即使有一个小部分水在滗水阶段后期进入主反应池。
也因经过污泥沉降层的阻挡而改变了运行的方向，不会形成短流。
反应池在沉淀时起沉淀作用。
由于此阶段已停止曝气，只有进水而无出水，沉淀过程处理半静止状态。
其水力负荷为0.3-0.5m3/m2.hr，固体表面负荷值为10-15kg/m2.hr。
因此污泥沉淀时间充分。
固液分离效率高。
通过控制合适的曝气、停气，为硝化细菌和反硝化细菌创造了适宜的反硝化脱氮条件。
此外还利用污泥在厌氧和好氧的不同环境中吸收和贮藏磷的能力达到除磷的目的。
②对冲击负荷的适应性强
CASS反应池可以通过调节池周期来适应进水量和水质的变化。
已有的运行资料表明，在流量冲击和有机负荷冲击超过设计值2-3倍时，处理效果仍然令人满意。
③活性污泥性能好
已有的运行资料表明，SBR工艺中活性污泥沉降指数SVI均小于150，已建成的处理厂中从未发生污泥膨胀的异常现象。
④投资和占地面积小
CASS工艺不设初沉池、二沉池、污泥消化池等构筑物。
污泥不需回流，减少了构筑物及管道。
其投资和占地面积大大减少。
⑤能耗低
CASS技术是一种改进的延时曝气系统，运行时，曝气时间短，氧利用率高，且无污水回流设备，故其能耗较低。
CASS池产生的剩余污泥定期排入污泥浓缩池，通过浓缩，同时投加脱磷剂固定其中的磷酸盐，避免污泥中的磷释放到污水中，上清液返回调节池处理，底泥定期吸出填埋或作堆肥。
3.1.3污水脱氮工艺
按照一级排放标准，所选工艺方案必须具有脱氮除磷功能，而常规二级处理达不到这要求。
因此，必须对污水脱氮除磷工艺进行分析。
1、氮的去除
污水脱氮方法主要有物理化学法和生物法两大类，目前生物脱氮是主体，也是城市污水处理中经济和常用的方法。
氮是蛋白质不可缺少的组成部分，因此广泛存在于城市污水之中。
在原污水中，氮以NH3-N及有机氮的形式存在，这两种形式的氮合在一起称之为凯氏氮，用TKN表示，而原污水中的NOx-N（包括亚硝酸盐NO2和硝酸盐NO3在）几乎为零，故通常进水总氮即近似等于凯氏氮。
氮也是构成微生物的元素之一，一部分进入细胞体的氮将随剩余污泥一起从水中去除。
这部分氮量占所去除的BOD5的5％。
在有机物被氧化的同时，污水中的有机氮也被氧化成氨氮，并且在溶解氧充足、泥龄足够长的情况下进一步氧化成硝酸盐。
因为氮在水体中是藻类生长所需的营养物质，容易引起水体的富营养化，因此氮是污水处理厂出水的控制指标之一。
反硝化菌在缺氧的情况下可以利用硝酸盐（NO3-N）中的氮作为电子受体，氧化有机物，将硝酸盐中的氮还原成氮气（N2），从而完成污水的脱氮过程，生物脱氮工艺是目前广泛采用的污水处理工艺。
由此可见，要达到生物脱氮的目的，完全硝化是先决条件。
因为硝化菌属于自养菌，其比生长率μn明显小于异养菌的生长率μh，生物脱氮系统维持硝化的必要条件是μn≥μh，也就是说系统必须维持在较低的污泥负荷条件下运行，使得系统泥龄大于维持硝化所需的最小泥龄。
根据大量的试验数据和运转实例，设计污泥负荷在0.18kgBOD5/MLSS·
d及以下时，就可以达到硝化及反硝化的目的。
3.1.4污水除磷工艺
污水除磷主要有生物除磷和化学除磷两大类。
对于城市污水一般采用生物除磷为主，必要时辅以化学除磷作为补充，以确保出水的磷浓度在标准以。
A.化学除磷
化学除磷主要是向污水中投加药剂，使药剂与水中溶解性磷酸盐形成不溶性磷酸盐沉淀物，然后通过固液分离将磷从污水中除去。
固液分离可单独进行，也可与初沉污泥和二沉污泥的排放相结合。
按工艺流程中化学药剂投加点的不同，磷酸盐沉淀工艺可分成前置沉淀、协同沉淀和后置沉淀三种类型。
前置沉淀的药剂投加点是原污水进水处，形成的沉淀物与初沉污泥一起排除；
协同沉淀的药剂投加点包括初沉出水、曝气池及二沉池之前的其它位置，形成的沉淀物与剩余污泥一起排除；
后置沉淀的药剂投加点是二级生物处理之后，形成的沉淀物通过另设的固液分离装置进行分离，所括澄清池或滤池。
化学除磷的药剂主要包括石灰、铁盐和铝盐。
☆投加石灰法
向污水中投加石灰，污水中磷酸盐与石灰的化学反应可用下式表示：
3HPO42-+5Ca2++4OH-→Ca5（OH）（PO4）3+3H2O
污水碱度所消耗的石灰量通常比形成磷酸钙类沉淀物所需的石灰量大
几个数量级，因此石灰法除磷所需的石灰投加量基本上取决于污水的碱度，
而不是污水的含磷量，满足除磷要求的石灰投加量大致为总碳酸钙碱度的1.5倍。
石灰法除磷的PH值通常控制在10以上，由于过高的PH会抑制和破坏微生物的增殖和活性，所以石灰法不能用于协同沉淀，只能用于前置沉淀和后置沉淀法除磷。
☆投加铁盐和铝盐
以硫酸铝和三氯化铁、硫酸亚铁混凝剂为例，金属盐与水中的磷酸盐碱度的反应可以表示如下：
硫酸亚铁混凝：
3Fe2++2PO43-=Fe3（PO4）2↓
主反应：
FeCl3+PO43-→FePO4↓+3Cl-
副反应：
2FeCl3+3Ca（HCO3）2→2Fe（OH）3↓+3CaCl2+6CO2
硫酸铝混凝：
Al2（SO4）3·
14H2O+2PO43-→2AlPO4↓+3SO42-+14H2O
14H2O+6HCO3-→2Al（OH）3↓+3SO42-+6CO2+14H2O
可见，铁盐和铝盐均能与磷酸根离子（PO43-）作用生成难溶性的沉淀物，通过去除这些难溶性沉淀物去除水中的磷。
按照德国规ATV-A131的规定，一般去除1kg磷需要投加2.7kg铁或1.3kg铝。
对特定的污水，金属盐投加量需通过试验确定，进水TP浓度和期望的除磷率不同，相应的投加量也不同。
化学除磷方法的产泥量将增加，仅由沉淀剂与磷酸根和氢氧根结合生成的干泥量为2.3kgTS/kgFe或3.6kgTS/kgAl，除此之外，还要考虑附带的其它沉淀物，因此，在实际应用中应按每kg用铁量产生2.5kg污泥或每kg用铝量产生4.0kg污泥来计算产泥量。
在初沉池投加化学药剂，初沉池产泥量将增加50-100%，如设后续生物处理，则全厂污泥量增加60～70％；
在二沉池投药，活性污泥量增加35～45%，全厂污泥量将增加10～25％。
化学除磷的优点是工艺简单，除加药设备外不需要增加其它设施，因此特
别适用于旧厂增加除磷设备，缺点是药剂消耗量大，剩余污泥量增加，浓度降低，体积增大，使污泥处理的难度增加，同时还要消耗水中碱度
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