水污染控制工程课程设计.docx

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水污染控制工程课程设计

摘要

随着城市化和工业化进程的加快，生活污水污染日趋严重，制约了社会经济的可持续发展。

本文主要对某小型城市生活污水中的COD、BOD、SS进行处理设计。

目前，其处理方法有很多，主要有物化处理、化学处理、生化处理以及多种方法的组合处理等，各种处理方法具有各自的优势及不足，本文较详细的介绍了常见的几种生化处理工艺，比较他们各自的优缺点，并根据该项目的实际情况选择合适的处理工艺。

最终选择CASS工艺来处理该城市生活污水，并对其工艺和主要设备进行了设计。

处理后，达到国家污水综合排放一级B标准。

关键词:

城市生活污水污水处理工艺CASS曝气沉砂池BOD

Abstract

Withtheaccelerationoftheprocessofurbanizationandindustrialization,sewagepollutionisworsening,theconstraintsofsustainablesocio-economicdevelopment.Inthispaper,asmallurbansewageofCOD,BOD,SSprocessingdesign.Atpresent,therearemanytreatmentmethods,themainphysico-chemicaltreatment,chemicaltreatment,biologicaltreatment,aswellasacombinationoftreatmentofavarietyofmethods,variousapproacheshavetheirrespectiveadvantagesandshortcomings,thispapermoredetaileddescriptionofseveralcommonbiochemicalprocessingprocesstocomparetheirrespectiveadvantagesanddisadvantages,andinaccordancewiththeactualsituationoftheprojecttoselecttheappropriatetreatmentprocess.FinalchoiceoftheCASSprocesstohandlethesewageofthecity,anditsprocessandequipmentdesign.TreatmenttoachieveaBstandardofthenationalwastewaterdischarge.

Keywords:

UrbansewageWastewatertreatmentprocessCASSAeratedGritBOD 

第一章绪论

1.1项目名称

Cass工艺处理小区污水工艺设计

1.2设计依据

《中华人民共和国环境保护法》

《中华人民共和国水污染防治法》

《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）

《地面水环境质量标准》（GB3838-88）

《污水综合排放标准》（GB8978-1996）

《给排水设计手册》（GBJ14-1996）

1.3设计原则

（1）要求处理工艺实用合理，基建投资少，处理效果好，便于运行管理。

（2）通过多方案的技术经济比较选择满足出水水质要求并且能适合当地的条件、节约能耗、降低成本的处理工艺，充分发挥项目的社会、经济和环境效益。

（3）污水处理厂的位置，应符合城市规划，位于流域下游，与周边有一定的卫生防护带，靠近受纳水体，少占农田。

（4）所采用设计工艺确保排放废水水质CODCr、BOD5、SS等指标达到国家及地方排放标准。

（5）能对废水水质、水量作出及时调节，避免人操作的随意性；所选工艺应能耐受短时间内冲击负荷，并适应季节的变化。

1.4工程概述

1.4.1进水水质水量

某城市新建一污水处理厂，为是出水水质能够达到GB18918-2002一级排放标准，要求设计这一污水处理厂。

1.4进水水质水量

水质指标

BOD5

/（mg/L）

COD

/（mg/L）

SS/（mg/L）

pH

设计处理水量

（万m3/d）

总变化系数

进水

≤350

≤250

≤220

6.5-8.5

7200

1.5

出水

≤50

≤15

≤30

6.5-8.5

7200

1.5

1.4.2自然资料

（1）气象资料。

汉水上游，汉中盆地中部，属亚热带湿润季风气候。

气候温和，雨量丰沛，四季分明。

年均气温14℃；年平均相对湿度78%，最大年相对湿度89%；多年平均降水量为700~1700mm之间；年均平均风速介于1-2.5米/秒之间。

（2）文资料。

本区域的河流均属长江流域，汉江东西横贯，嘉陵江南北纵穿，每平方公里平均河流长度为1.4~2公里。

（3）质资料。

地形特点南低北高，市内有平原、丘陵和山地等三种地貌，平原区为汉江冲积平原的一二阶梯，海拔500~600米之间，地势平坦，土壤肥沃，占全市面积的34.62%；丘陵为山前洪积扇形成的宽谷浅丘地带，海拔601~800米之间，地势起伏较大，约占全市面积的28.1%；山地区是秦岭南坡形成的浅山和中山地区，地势较为复杂，土壤贫瘠，海拔在701~2038米之间，约占全市总面积的37.2%。

1.4.3设计内容

（1）废水进入格栅至出水口之间构筑物及配套设施设计。

（2）总平面布置。

（3）主要构筑物外形尺寸工程样图。

第二章工艺流程选择

2.1.工艺方案初选

1.本项目污水处理的特点为：

污水以有机污染为主，BOD5/CODcr=150/250=0.6>0.3，可生化性好。

典型生活污水水质指标可生化性较好且污水的BOD5和CODcr都较低，处理水温20℃。

2.活性污泥法：

是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。

活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。

其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。

活性污泥法的基本组成：

①曝气池：

反应主体

②二沉池：

进行泥水分离，保证出水水质；保证回流污泥，维持曝气池内的污泥浓度。

③回流系统：

维持曝气池的污泥浓度；改变回流比，改变曝气池的运行工况。

④剩余污泥排放系统：

是去除有机物的途径之一；维持系统的稳定运行。

⑤供氧系统：

提供足够的溶解氧。

活性污泥系统有效运行的基本条件是：

①废水中含有足够的可容性易降解有机物；

②混合液含有足够的溶解氧；

③活性污泥在池内呈悬浮状态；

④活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；

⑤无有毒有害的物质流入。

活性污泥法的原理形象说法：

微生物“吃掉”了污水中的有机物，这样污水变成了干净的水。

它本质上与自然界水体自净过程相似，只是经过人工强化，污水净化的效果更好。

污水处理工艺的选择与污水的原污水水质、出水要求、污水厂规模、当地温度、用地面积、发展余

地、管理水平、工程投资、电价和环境影响等因素有关。

3.针对以上特点，以及出水要求，现有城市污水处理的特点，以下有几种处理方法供我选择：

2.2.工艺比选

2.2.1A／0系统

用以往的生物处理工艺进行城市污水三级处理，旨在降低污水中以BOD、COD综合指标表示的含泼有机物和悬浮固体购浓度。

一般情况7，去除串COD可达70％以上，BOD可达90，6以上SS可达85％以上，但氮的去除串只有2096左离嚼的去除串就更他因A，二级处理出水中除含有少量合碳有机物尔还合有氮（氨氮和有机氮）和碘（溶解性露和有规蘑）。

这掸的出水排到封闭水域的湖泊、河流及内海，仍会增匆水体中的营养成久从而引起水体中浮游生物和藻类的大量繁S，造成水体的富营养化对饮用水源、水产业、工业用水带来很大的危害。

在水泥缺乏的地区，欲将基级出水作为第二水6，用于工业冷却水的补充九必须冉经脱氮、除碘等三级处理，还要增加较多的基逮物乃运行答硼酸。

优点：

（1）流程简单，只有一个污泥回流系统和混合液回流系统，基建费用低；

（2）反硝化池不需要外加碳源，降低了运行费用；

（3）A/O工艺的好氧池在缺氧池之后，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；

（4）缺氧池在前，污水中的有机碳被反硝化菌利用，可降低其后好氧池的有机负荷。

同时缺氧池中进行的反硝化反应产生的碱度可以补偿好氧池中进行硝化反应对碱度的需求。

缺点：

（1）构筑物较多；

（2）污泥产生量较多。

2.2.2

／O

系统用以往的生物处理工艺进行城市污水三级处理，旨在降低污水中以BOD、COD综合指标表示的含泼有机物和悬浮固体购浓度。

一般情况去除COD可达70％以上，BOD可达90％，SS可达85％以上。

优点：

①流程简单，只有一个污泥回流系统和混合液回流系统，基建费用低；

②反硝化池不需要外加碳源，降低了运行费用；

③A2/O工艺的好氧池在缺氧池之后，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；

④缺氧池在前，污水中的有机碳被反硝化菌利用，可降低其后好氧池的有机负荷。

同时缺氧池中进行的反硝化反应产生的碱度可以补偿好氧池中进行硝化反应对碱度的需求。

缺点：

由于各个反应阶段没有设计独立的污泥回流系统，从而不能培养出各自独特的、适合本段水质特征的微生物种群，难降解物质的降解率较低。

若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而会加大运行费用。

此外，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％。

脱N效果受混合液回流比大小的影响，除P效果则受回流污泥中夹带DO和硝酸态氮的影响，因而脱N除P效率不可能很高。

2.2.3氧化沟工艺

氧化沟是活性污泥法的一种变形，它把连续环式反应池作为生化反应器，混合液在其中连续循环流动。

随着氧化沟技术的不断发展，氧化沟技术已远远超出最初的实践范围，具有多种多样的工艺参数、功能选择、构筑物形式和操作方式。

如卡鲁塞尔（Carrousel2000）氧化沟、三沟式（T型）氧化沟、奥贝尔（Orbal）氧化沟等。

优点：

①用转刷曝气时，设计污水流量多为每日数百立方米。

用叶轮曝气时，设计污水流量可达每日数万立方米。

②氧化沟由环形沟渠构成，转刷横跨其上旋转而曝气，并使混合液在池内循环流动，渠道中的循环流速为0.3~0.6m／s，循环流量一般为设计流量的30~60倍。

③氧化沟的流型为循环混合式，污水从环的一端进入，从另一端流出，具有完全混合曝气池的特点。

④间歇运行适用于处理少量污水。

可利用操作间歇时间使沟内混合液沉淀而省去二沉池，剩余污泥通过氧化沟内污泥收集器排除。

连续运行适用于处理流量较大的污水，需另没二沉池和污泥回流系统。

⑤工艺简单，管理方便，处理效果稳定，使用日益普通。

⑥氧化沟的设计可用延时曝气油的设计方法进行。

即从污泥产量W0＝0出发，导出曝气池的体积，而后按氧化沟的工艺条件布置成环状循环混合式。

缺点：

尽管氧化沟具有出水水质好、抗冲击负荷能力强、除磷脱氮效率高、污泥易稳定、能耗省、便于自动化控制等优点。

但是，在实际的运行过程中，仍存在一系列的问题。

①污泥膨胀问题。

当废水中的碳水化合物较多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化沟中污泥负荷过高，溶解氧浓度不足，排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀；非丝状菌性污泥膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷较高时。

微生物的负荷高，细菌吸取了大量营养物质，由于温度低，代谢速度较慢，积贮起大量高粘性的多糖类物质，使活性污泥的表面附着水大大增加，SVI值很高，形成污泥膨胀。

泡沫问题。

由于进水中带有大量油脂，处理系统不能完全有效地将其除去，部分油脂富集于污泥中，经转刷充氧搅拌，产生大量泡沫；泥龄偏长，污泥老化，也易产生泡沫。

污泥上浮问题。

当废水中含油量过大，整个系统泥质变轻，在操作过程中不能很好控制其在二沉池的停留时间，易造成缺氧，产生腐化污泥上浮；当曝气时间过长，在池中发生高度硝化作用，使硝酸盐浓度高，在二沉池易发生反硝化作用，产生氮气，使污泥上浮；另外，废水中含油量过大，污泥可能挟油上浮。

流速不均及污泥沉积问题。

在氧化沟中，为了获得其独特的混合和处理效果，混合液必须以一定的流速在沟内循环流动。

一般认为，最低流速应为0.15m/s，不发生沉积的平均流速应达到0.3-0.5m/s。

氧化沟的曝气设备一般为曝气转刷和曝气转盘，转刷的浸没深度为250-300mm，转盘的浸没深度为480-530mm。

与氧化沟水深（3.0-3.6m）相比，转刷只占了水深的1/10-1/12，转盘也只占了1/6-1/7，因此造成氧化沟上部流速较大（约为0.8-1.2m，甚至更大），而底部流速很小（特别是在水深的2/3或3/4以下，混合液几乎没有流速），致使沟底大量积泥（有时积泥厚度达1.0m），大大减少了氧化沟的有效容积，降低了处理效果，影响了出水水质。

2.2.4循环活性污泥（CASS）工艺特点

（1）操作周期四阶段。

a.曝气阶段。

由曝气装置向反应池内充氧，此时有机污染物被微生物氧化分解，同时污水中的NH3-N通过微生物的硝化作用转化为NO3--N。

b.沉淀阶段。

此时停止曝气，微生物利用水中剩余的DO进行氧化分解。

反应池逐渐由好氧状态向缺氧状态转化，开始进行反硝化反应，活性污泥逐渐沉到池底，上层水变清。

c.滗水阶段。

沉淀结束后，置于反应池末端的滗水器开始工作，自上而下逐渐排出上清液。

此时反应池逐渐过渡到厌氧状态继续反硝化。

d.闲置阶段.即滗水器上升到原始位置阶段。

（2）连续进水，间断排水。

传统SBR工艺为间断进水，间断排水，而实际污水排放大都是连续或半连续的，CASS工艺克服了SBR工艺的不足，比较适合实际排水的特点，拓宽了SBR工艺的应用领域。

（3）溶解氧周期性变化，浓度梯度高。

CASS在反应阶段是曝气的，微生物处于好氧状态，在沉淀和排水阶段不曝气，微生物处于缺氧甚至厌氧状态。

因此，反应池中溶解氧是周期性变化的，氧浓度梯度大、转移效率高，对于提高脱氮除磷效率、防止污泥膨胀及节约能耗都是有利的。

（4）沉淀效果好。

CASS工艺在沉淀阶段几乎整个反应池均起沉淀作用，沉淀阶段的表面负荷比普通二次沉淀池小得多，虽有进水的干扰，但其影响很小，沉淀效果较好。

实践证明，当冬季温度较低，污泥沉降性能差时，或在处理一些特种工业废水污泥凝聚性能差时，均不会影响CASS工艺的正常运行。

（5）运行灵活，抗冲击能力强。

CASS工艺在设计时已考虑流量变化的因素，能确保污水在系统内停留预定的处理时间后经沉淀排放，特别是CASS工艺可以通过调节运行周期来适应进水量和水质的变比。

多年运行资料表明，在流量冲击和有机负荷冲击超过设计值2－3信时，处理效果仍然令人满意。

而传统处理工艺虽然已设有辅助的流量平衡调节设施，但还很可能因水力负荷变化导致活性污泥流失，严重影响排水质量。

当强化脱氮除磷功能时，CASS工艺可通过调整工作周期及控制反应池的溶解氧水平，提高脱氮除磷的效果。

所以，通过运行方式的调整，可以达到不同的处理水质。

（6）不易发生污泥膨胀。

污泥膨胀是活性污泥法运行过程中常遇到的问题，由于污泥沉降性能差，污泥与水无法在二沉池进行有效分离，造成污泥流失，使出水水质变差，严重时使污水处理厂无法运行，而控制并消除污泥膨胀需要一定时间，具有滞后性。

CASS反应池中存在着较大的浓度梯度，而且处于缺氧、好氧交替变化之中，这样的环境条件可选择性地培养出菌胶团细菌，使其成为曝气池中的优势菌属，有效地抑制丝状菌的生长和繁殖，克服污泥膨胀，从而提高系统的运行稳定性。

（7）适用范围广，适合分期建设。

CASS工艺可应用于大型、中型及小型污水处理工程，比SBR工艺适用范围更广泛；连续进水的设计和运行方式，一方面便于与前处理构筑物相匹配，另一方面控制系统比SBR工艺更简单。

对大型污水处理厂而言，CASS反应池设计成多池模块组合式，单池可独立运行。

如果处理水量增加，超过设计水量不能满足处理要求时，可同样复制CASS反应池，CASS法污水处理厂的建设可随处理水量的增多而扩建，它的阶段建造和扩建较传统活性污泥法简单得多。

（8）剩余污泥量小，性质稳定。

传统活性污泥法的泥龄仅2－7天，而CASS法泥龄为25-30天，所以污泥稳定性好，脱水性能佳，产生的剩余污泥少。

去除1.0kgBOD产生0.2～0.3kg剩余污泥，仅为传统法的60%左右。

由于污泥在CASS反应池中已得到一定程度的消化，所以剩余污泥的耗氧速率只有10mgO2/gMLSS.h以下，一般不需要再经稳定化处理，可直接脱水。

而传统法剩余污泥不稳定，沉降性差，耗氧速率大于20mgO2/gMLSS.h，必须经稳定化后才能处置。

2.3工艺的选择和设计应满足的原则

1、结合污水处理站接纳污水水质水量的实际情况，选择处理构筑物形式和设计参数，确保污水处理系统在运行中具有较大的灵活性和调整余地，以适应水质水量的变化。

2、处理系统采用经工程实践证明是行之有效、技术经济效益明显、适应性强、管理简单、效果稳定的型式，充分保证处理后出水达标排放。

3、污水和污泥处理设备选用新材料、低能耗、高效率、易维护、性能价格比好的产品。

4、控制管理按处理工艺过程要求尽量考虑自控，降低运行操作的劳动强度，使污水处理站运行可靠、维护方便，提高污水处理站运行管理水平。

5、充分利用现有条件，因地制宜节约占地和减少工程投资。

该污水处理厂进水水质如下表：

表2—1：

进水水质参数

污水量

COD

BOD5

SS

7200m3/d

350mg/L

200mg/L

200mg/L

出水水质按照《GB18918—2002》一级B标排放如下表：

表2—2：

出水水质参数

COD

BOD5

SS

50mg/L

150mg/L

30mg/L

据进水水质和水量特点及处理要求，本设计选用CASS工艺。

池体内有生物选择性、兼性区和主反应区。

该工艺集反应、沉淀、排水功能于一体，污染物的降解在时间上是一个推流过程，而微生物则处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中，从而达到对污染物去除作用，同时还具有较好的脱氮、除磷功能。

没有二沉池及污泥回流设备，污水处理设施布置紧凑、占地省、投资低。

2.4工艺流程图

2.5污泥处理工艺方案

2.5.1污泥的处理要求

污泥处理要求如下：

（1）减少有机物，使污泥稳定化；

（2）减少污泥体积，降低污泥后续处置费用；

（3）减少污泥中有毒物质；

（4）利用污泥中有用物质，化害为利；

2.5.2常用污泥处理的工艺流程

（1）：

生污泥→浓缩→消化→机械脱水→最终处置；

（2）：

生污泥→浓缩→机械脱水→最终处置；

（3）：

生污泥→浓缩→消化→机械脱水→干燥焚烧→最终处置；

（4）：

生污泥→浓缩→自然干化→堆肥→农田；

污泥是污水处理过程中的产物，约占处理水量的0.3~0.5%。

组成：

水分（95~99%）、有机物、营养物质（氮、磷等）、病原微生物、寄生虫卵、重金属等，不易采用农田处置方式，干燥焚烧方式没有必要，因此综合比较各处理工艺选用（生污泥→重力浓缩→厌氧消化→机械脱水→最终处置）如下图。

其中污泥浓缩，机械脱水污泥含水率能达到80%以下。

2.6工艺流程说明

城市污水进入污水处理厂后首先经过中格栅的过滤，将较大的颗粒物去除以保护泵及后续处理构筑物；经污水泵房提升至地面一定高度，满足后续处理设施高程要求；经过细格栅将污水中较小的悬浮物去除；流至沉砂池，去除污水中易沉降的无机性颗粒物；流经调节池污水再流入CASS曝气池，通过好氧活性污泥的作用使污水得到净化，BOD、COD、SS被进一步去处，有机物含量下降，污水基本达到排放标准；流到接触池，经液氯消毒，杀死水中病菌，从而使水质完全达到排放要求。

曝气池产生的剩余污泥部分回流，剩余污泥则流入贮泥池，再经过污泥浓缩脱水机房使污泥脱水变为泥饼，最后外运出去进行处理。

第三章工艺说明

3.1格栅

一种截留废水中粗大污物的预处理设施，是由一组平行的金属栅条制成的金属框架，斜置在废水流经的渠道上，或泵站集水池的进口处，用以截阻大块的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物，以免堵塞水泵和沉淀池的排泥管。

截留效果取决于缝隙宽度和水的性质。

污水由进水泵房提升至细格栅沉砂池，细格栅用于进一步去除污水中较小的颗粒悬浮、漂浮物。

（1）水泵处理系统前格栅栅条间隙，应符合下列要求：

①机械清除16～25mm

②最大间隙40mm

（2）过栅流速一般采用0.6～1.0m/s.

（3）格栅倾角一般用450～750。

机械格栅倾角一般为600～700.

（4）格栅前渠道内的水流速度一般采用0.4～0.9m/s.

（5）栅渣量与地区的特点、格栅间隙的大小、污水量以及下水道系统的类型等因素有关。

在无当地运行资料时，可采用：

①格栅间隙16～25mm适用于0.10～0.05m3栅渣/103m3污水；

②格栅间隙30～50mm适用于0.03～0.01m3栅渣/103m3污水.

（6）通过格栅的水头损失一般采用0.08～0.15m。

3.2提升泵房

提升泵房的作用是提升污水以满足后续污水处理流程竖向衔接的要求，实现重力流动顺序处理污水。

3.3沉砂池

3.3.1沉砂池的选型

沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm，密度2.65t/m3的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。

沉砂池有平流式、竖流式、曝气式和旋流式四种形式。

由于旋流式沉砂池有占地小，能耗低，土建费用低的优点；竖流式沉砂池污水由中心管进入池后自下而上流动，无机物颗粒借重力沉于池底，处理效果一般较差；区旗沉砂池则是在池的一侧通入空气，使污水沿池旋转前进，从而产生与主流方向垂直的横向恒速环流。

砂粒之间产生摩擦作用，可使沙粒上悬浮性有机物得以有效分离，且不使细小悬浮物沉淀，便于沉砂和有机物的分别处理和处置。

平流式沉砂池具有构造简单、处理效果好的优点。

本设计采用旋流式沉砂池。

污水在迁移、流动和汇集过程中不可避免会混入泥砂。

污水中的砂如果不预先沉降分离去除，则会影响后续处理设备的运行。

最主要的是磨损机泵、堵塞管网，干扰甚至破坏生化处理工艺过程。

沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm，密度大于2.65t/立方米的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。

其工作原理是以重力分离为基础，故应将沉砂池的进水流速控制在只能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带起立。

3.3.2设计资料

1.沉砂池表面负荷200m3/（m2h）,水力停留时间50s；

2.进水渠道直段长度为渠道宽度的7倍，并不小于4.5米，以创造平稳的进水条件；

3.进水渠道流速，在最大流量的40%-80%的情况下为0.6-0.9m/s，在最小流量时大于0.15m/s；但最大流量时不大于1.2m/s；

4.出水渠道与进水渠道的夹角大于270度，以最大限度的延长水流在沉砂池中的停留时间，达到有效除砂的目的。

两种渠道均设在沉砂池的上部以防止扰动砂子；

5.出水渠道宽度为进水渠道的两倍。

出水渠道的直线段要相当于出水渠道的宽度；

6.沉砂池前应设格栅。

沉砂池下游设堰板，以便保持沉砂池内需要的水位