为有效脱氮除磷，对一般的城市污水，COD/TKN为至，BOD/TKN为至，COD/TP为30至60，BOD/TP为16至40.若降低污泥浓度、压缩污泥龄、控制硝化，以去除磷、BOD和COD为主，则可以用A/O工艺。
有的城市污水处理的出水不排入湖泊，利用大水体深水排放或者灌溉农田，可以将脱氮除磷放在下一步扩建时考虑，以节省近期投资。
D、普通曝气法及其变法
本工艺出现最早，至今仍有较强的生命力。
普通曝气法处理效果好，经验多，可适应大的污水量，对于大厂可集中建造污泥消化池，所产生的沼气可作为能源利用。
传统普通曝气法的不足之处是只能作为常规的二级处理，不具备脱氮除磷功能。
近几年的工程实践中，通过降低普通曝气池容积负荷，可以达到脱氮除磷的目的；在普通曝气池前设置厌氧区，可以除磷，也可以用化学法除磷。
采用普通曝气法去除BOD，在池型上有多种形式（如下文所述的氧化沟），工程上称为普通曝气法的变法，也可以称为普通曝气法。
E、氧化沟法
氧化沟是活性污泥法的一种变形，其池体狭长，故称为氧化沟。
氧化沟有多种构造型式，典型的有：
卡罗塞式、奥巴尔型、交替工作式氧化沟、曝气——沉淀一体化氧化沟。
氧化沟技术已广泛应用于大中型城市污水处理厂，其规模从每日击败立方米至几万立方米，工艺日趋完善，其构造型式也越来越多。
氧化沟曝气效果较好，处理效果也好，不但可以达到95%以上的BOD去除率，还可以同时达到部分脱氮除磷的目的。
3、生物处理法的新进展
A、活性污泥法的新进展
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，但在曝气方式上取得了较大的成果，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效率，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超多功能方向发展，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；把活性污泥与其他处理方法结合起来，如活性炭——活性污泥法，它实际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的附着的表面，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；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、除磷等，最典型的工艺是A-O流程；活性污泥法还可以和化学法结合，提高净化多氯联苯、有机磷的去除效率。
B、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。
近二三十年来，又出现了一些新型的生物膜法处理技术，如生物流化床，它是以砂、焦炭、活性炭等颗粒材料作为载体，其载体表面附着生长着生物膜，充氧后的污水以一定流速自下而上流动使载体处于流化状态，载体上的生物膜可以充分地和污水接触，使净化效率提高，它的工艺有空气流化床、纯氧流化床、三相流化床和厌氧兼型流化床工艺等。
。
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合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容积负荷高、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和活性污泥法的不同，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。
C、厌氧生物处理法的新进展
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、厌氧挡板反应器、厌氧流化床法，以及向上流式厌氧污泥床反应器依靠微生物之间凝聚造粒而形成的自己固定的方法。
还有人为地固定微生物包埋固定化法，它是人为地把增值速度缓慢的厌氧微生物高浓度地保存在处理系统中，提高处理速率、缩小处理设备并可用于处理低浓度的有机污水。
在厌氧处理中，甲烷的增殖速率成为产气的决定步骤，为了保持甲烷发酵中高浓度的微生物，出现了利用膜的固液分离法，提高了反应器内甲烷的浓度。
厌氧生物处理法目前的发展趋势是和其它生物处理法联用，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，能够除磷脱氮且运行经济等方面发展。
三、原始设计资料
河南省南阳市河新区拥有国家级高新技术产业开发区。
现状常住人口万人，现状建设用地。
随着改革开放事业的发展，城区发展十分迅速，城区面貌日益改观，经济发展势头强劲。
根据新的城市规划，新建城区位于老城区的东、西、北三大片。
近期2015年人口万人，工业总产值12亿元；远期2020年人口4万人，工业总产值20亿元。
1、自然条件
A、气象条件：
南阳地处北纬32°17′-33°48′，东经110°58′-113°49′，处于亚热带向暖温带的过渡地带，属典型的季风大陆半湿润气候，年平均气温，夏季最高气温，冬季最低气温－。
常年主导风为西北风，东南风次之。
年平均风速s。
多年平均降雨量。
B、地形条件：
南阳市属盆地，河新区地势平坦，高程在94m左右（黄海高程系统），靠近唐河地势略低。
地势北高南低。
C、工程地质与地震资料
该市沿长江一带为冲积层，系砂质土壤，土基承载力一般为10-12吨/m2，该市地震烈度为5度。
D、水文资料
唐河：
历年平均：
米
历年最高（1%）：
米
历年最低（97%）：
米
D、水文地质资料
该市地下水位平均在地面以下左右。
2、城区排水现状
开发区工矿企业主要分布在市区，它们既是城区的经济支柱，又是主要污染来源。
据南阳市环境监测站采样分析，本城区以上水质符合二类水质功能区标准，以下则未达三类水体标准，污染物质严重超标。
3、工业废水情况
该区有一些零星餐饮企业。
其总水量占日水量的12%，kz=。
根据实地调查得出污水厂进水水质为
BOD5=170mg/LCOD=220mg/LSS=180mg/LTN=40mg/L
NH3-N=30mg/L
由国家规范与城市发展规划得污水厂出水水质为
BOD5≤20mg/LCOD≤60mg/LSS≤20mg/LTN≤25mg/L
NH3-N≤15mg/L
4、水环境保护规划
A、地表水域分类保护目标划分
主城区段地表水环境质量达《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水域功能标准。
四、本课题研究方案
1、排水体制的选择
A、分流制的优缺点
其缺点是初降雨水径流对水体的污染相当严重，优点是方式比较灵活，比较容易适应社会发展的需要，一般又能符合城市卫生的要求。
从总造价来看完全分流制比合流制可能要高。
即在降雨量与总污水量的比例较小的情况下，采用分流制，造价要高与合流制。
从维护管理方面来看，分流制系统可以保持管内的流速，不致发生沉淀，同时，流入污水厂的水量和水质比合流制变化小得多，污水厂的运行易于控制。
B、合流制的优缺点
从造价方面来看，据国外有的经验认为合流制排水管道的造价比完全分流制一般要低20%~40%。
从维护管理方面来看，晴天时污水在合流制管道中只是部分流，雨天时才接近满管流，因而晴天时合流制管内流速较低，易于产生沉淀。
因此，考虑到降水量，结合远期发展和环境的需要，采用分流制比较好。
2、工艺的选择
按《城市污水处理和污染防治技术政策》要求推荐，20万t/d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺，10-20万t/d污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR、AB法等工艺，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。
对脱磷脱氮有要求的城市，应采用二级强化处理，如A2/O工艺，A/O工艺，SBR及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。
由于该设计对脱氮除磷有要求故选取二级强化处理。
可供选取的工艺：
A/O工艺，A2/O工艺，SBR及其改良工艺，氧化沟工艺。
A/O工艺、A2/O工艺、各种氧化沟工艺、SBR工艺这些从活性污泥法派生出来的工艺都可以实现除碳、除氮、除磷三种流程的组合，都是比较实用的除磷脱氮工艺。
在上述各种除磷脱氮工艺中，对中小污水厂来讲，比较有发展前途的工艺是SBR工艺、氧化沟工艺。
因为这两种工艺一般都不设初沉地，SBR工艺和合建式氧化沟工艺也不需要二沉地、污泥回流设施，因此，水、泥处理流程大为简化，可以达到占地少、能耗低、投资省。
运行管理方便的目的，符合当前污水处理工艺合建、简化发展的总趋势。
采用延时曝气的SBR工艺和氧化沟工艺产生的剩余污泥已经基本达到好氧稳定，剩余污泥经过浓缩脱水后就可以直接应用于农田、填埋或者焚烧，不需要搞污泥消化，因此建设、运转的费用大为减少，这一点对中小城镇污水厂来说，是非常有吸引力的。
SBR工艺和氧化沟工艺的比较：
如前所述，SBR工艺和氧化沟工艺都比较适合于中小型污水厂，如果设计管理的好，都可以取得比较好的除磷脱氮效果。
但是这两种工艺又各有优缺点，分别适用于不同的情况。
A、SBR工艺的特点
SBR工艺由于采用合建式，不需要设置二沉地，同时由于采用微孔曝气，可以采用的水深一般为4～6m，比一般氧化沟的水深（3～4m）要深，因此在同样的负荷条件下，SBR工艺的占地面积小，如果污水处理厂所在地的征地费用比较高，对SBR工艺有利。
SBR工艺中一个周期的沉淀时间是由活性污泥界面的沉速、MLSS浓度、水温等因素确定的，浑水时间是由滗水器的长度、上清液的滗除速率等因素决定的，对于一个固定的反应系统，沉淀时间和滗水时间的和基本上是固定的，一般都不应小于2小时，因此，每个周期的时间短，反应时间所占的比例就低，反应池的体积利用系数降低。
对于对污泥稳定要求不高的污水厂，选择SBR工艺不利。
（合建式氧化沟工艺也有这个缺点）。
SBR工艺和交替式氧化沟需要频繁地开停进水阀门，曝气设备，滗水器等，因此，对自控设备的要求比较高，目前，某些国产设备的质量尚不过关，如果考虑进口，自控系统所占的投资比例将增加，而且将增大维修费用。
B、氧化沟工艺的特点、各种形式和适用情况
严格地说，氧化沟不属于专门的生物除磷脱氮工艺。
但是随着氧化沟技术的发展，它早已超出原先的实践范围，出现了一系列除磷脱氮技术与氧化沟技术相结合的污水处理工艺流程。
按照运行方式，氧化沟可以分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式。
连续工作式氧化沟，如帕斯韦尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟。
奥贝尔氧化沟在我国应用比较多，这些氧化沟通过设置适当的缺氧段、厌氧段、好氧段都能取得较好的除磷脱氮效果。
连续工作式氧化沟又可分为合建式和分建式。
交替工作式氧化沟一般采用合建式，多采用转刷曝气，不设二沉池和污泥回流设施。
交替工作式氧化沟又可分为单沟式、双沟式和三沟式，交替式氧化沟兼有连续式氧化沟和SBR工艺的一些特点，可以根据水量水质的变化调节转刷的开停，既可以节约能源，又可以实现最佳的除磷脱氮效果。
氧化沟具有以下特点：
工艺流程简单，运行管理方便。
氧化沟工艺不需要初沉池和污泥消化池。
有些类型氧化沟还可以和二沉池合建，省去污泥回流系统；运行稳定，处理效果好。
氧化沟的BOD平均处理水平可达到95%左右；能承受水量、水质的冲击负荷，对浓度较高的工业废水有较强的适应能力。
这主要是由于氧化沟水力停留时间长、泥龄长和循环稀释水量大；污泥量少、性质稳定。
由于氧化沟泥龄长。
一般为20～30d，污泥在沟内已好氧稳定，所以污泥产量少从而管理简单，运行费用低；可以除磷脱氮。
可以通过氧化沟中曝气机的开关，创造好氧、缺氧环境达到除磷脱氮目的，脱氮效率一般＞80%。
但要达到较高的除磷效果则需要采取另外措施；基建投资省、运行费用低。
和传统活性污泥法工艺相比，在去除BOD、去除BOD和NH3-N及去除BOD和脱氮三种情况下，基建费用和运行费用都有较大降低，特别是在去除BOD和脱氮情况下更省。
同时统计表明在规模较小的情况下，氧化沟的基建投资比传统活性污泥法节省更多。
综上所述，选择氧化沟工艺。
3、氧化沟的选择
目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：
帕斯韦尔（Pasveer）氧化沟、卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟、奥尔伯（Orbal）氧化沟、T型氧化沟（三沟式氧化沟）、DE型氧化沟和一体化氧化沟。
这些氧化沟由于在结构和运行上存在差异，因此各具特点。
在污水脱氮除磷的工艺设计中必须具备厌氧、缺氧、好氧3个基本条件，但是在实施过程中由于所需的处理构筑物多、污泥回流量大，从而造成投资大、能耗多、运行管理复杂。
而卡鲁塞尔氧化沟将厌氧、缺氧、好氧过程集中在一个池内完成，各部分用隔墙分开自成体系，但彼此又有联系。
该工艺充分利用污水在氧化沟内循环流动的特性，把好氧区和缺氧区有机结合起来，实现无动力回流，节省了去除硝酸盐氮所需混合液回流的能量消耗。
Carrousel氧化沟由于具有良好的出磷脱氮能力、抗冲击负荷能力和运行管理方便等优点，已经得到了广泛的应用。
所以这里我们也将选择卡鲁塞尔氧化沟作为生物处理工艺。
A、比较
Orbal氧化沟，即“0、1、2”工艺，由内到外分别形成厌氧、缺氧、和好氧三个区域，采用转碟曝气。
由于从内沟（好氧区）到中沟（缺氧区）之间没有回流设施，所以总的脱氮效率较差。
在厌氧区采用表面搅拌设备，不可避免的带入相当数量的溶解氧，使得除磷效率较差。
三沟式氧化沟属于交替运行式氧化沟，由丹麦Kruger公司创建。
由三条同容积的沟槽串联组成，两侧的池子交替作为曝气池和沉淀池，中间的池子一直作为曝气池。
原污水交替地进入两侧的池子，处理出水则相应地从作为沉淀池的池中流出，这样提高了曝气转刷的利用率（达59%左右），另外也有利于生物脱氮。
三沟式氧化沟流程简洁，具有生物脱氮功能，由于无专门的厌氧区，因此，生物除磷效果差，而且由于交替运行，总的容积利用率低，约为55%，设备总数量多，利用率低。
B、Carrousel氧化沟的结构
由图可见，Carrousel氧化沟使用定向控制的曝气和搅动装置，向混合液传递水平速度，从而使被搅动的混合液在氧化沟闭合渠道内循环流动。
因此氧化沟具有特殊的水力学流态，既有完全混合式反应器的特点，又有推流式反应器的特点，沟内存在明显的溶解氧浓度梯度。
氧化沟断面为矩形或梯形，平面形状多为椭圆形，沟内水深一般为～ｍ，宽深比为2:
1，亦有水深达7m的，沟中水流平均速度为s。
氧化沟曝气混合设备有表面曝气机、曝气转刷或转盘、射流曝气器、导管式曝气器和提升管式曝气机等，近年来配合使用的还有水下推动器。
C、Carrousel氧化沟处理污水的原理
最初的普通Carrousel氧化沟的工艺中污水直接与回流污泥一起进入氧化沟系统。
表面曝气机使混合液中溶解氧DO
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