吕继飞 5万吨每天城市污水处理sbr工艺课程设计.docx
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吕继飞5万吨每天城市污水处理sbr工艺课程设计
《固体废物处理与处置》课程设计
2012/2013学年第二学期
系别：
环境与市政工程系
专业：
环境工程
姓名：
吕继飞
学号：
021410134
课程设计题目：
5万吨每天城市污水处理厂
指导教师:
朱新峰
第1章课程设计任务书
1.1.《水处理工程》的课程设计的目的与要求
1.依据《课程设计任务书》所提出的资料和要求，学生亲自动手设计一个污水处理厂，主要包括完成设计计算书和设计说明书的编写以及污水处理厂的平面、高程布置图、以巩固和深化《水处理工程》所学的理论知识，实现由理论与实践结合到技术技能提高的目的；
2.熟悉国家建设工程的基本设计程序以及与我专业相关的步骤的主要内容和要求；基本设计程序包括：
可行性研究（立项）----初步设计----技术设计----施工设计----施工----竣工验收（有时视工程规模和技术复杂程度将初步设计和技术设计合并为扩大初步设计）。
3.学习《给水排水工程设计手册》和相关《设计规范》等工具书的应用；
4.提高对工程设计重要性的认识，克服轻视工程设计的倾向。
1）基础理论研究中的许多创新课题是由应用的需要提出来的，而创新的价值也往往在应用中才能体现出来，在理论研究----应用研究-----实际应用这一过程中工程设计扮演着一个很重要的角色，也就是说在科研成果转化为生产力的过程中，一般是离不开工程设计的；
2）一个工程类理论研究的试验装置的设计质量直接影响理论研究工作的开展；
3）工程设计能力是工科大学毕业生综合素质能力的体现，在用人单位对应聘者工程设计能力的要求是较高。
1.2课程设计的内容和深度
污水处理课程设计的目的在于加深理解所学专业知识，培养运用所学专业知识的能力，在设计、计算、绘图方面得到锻炼。
针对一座二级处理的城市污水处理厂，要求对主要污水处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，确定活水厂的平面布置和高程布置。
最后完成设计计算说明书和设计图。
设计深度一般为初步设计的深度。
1.3水污染控制工程课程设计指导书
1．总体要求
①在设计过程中，要发挥独立思考独立工作的能力；
②本课程设计的重点训练，是污水处理主要构筑物的设计计算和总体布置。
③课程设计不要求对设计方案作比较，处理构筑物选型说明，按其技术特征加以说明。
④设计计算说明书，应内容完整（包括计算草图），简明扼要，文句通顺，字迹端正。
设计图纸应按标准绘制，内容完整，主次分明。
2．设计要点
（1）污水处理设施设计一般规定
①该市排水系统为合流制，污水流量总变化系统数取1.2，截流雨季污水经初沉可直接排入水体。
③处理构筑物流量：
曝气池之前，各种构筑物按最大日最大时流量设计；曝气池之后（包括层气池），构筑物按平均日平均时流量设计。
③处理设备设计流量：
各种设备选型计算时，按最大口最大时流量设计。
④管渠设计流量；按最大日、最大时流量设计。
⑤各处理构筑物不应小于2组（个或格），且按并开设计。
（2）格栅
①型式：
平面型，倾斜安装机械格栅。
②城市排水系统为暗管系统，且有中途泵站，仅在泵前格栅间设计中格栅。
③格栅过栅流速不宜小于0.6m／s，不宜大于1.5m／s。
④栅前水深应与入厂污水管规格相适应。
⑤格栅尺寸B、H参见设备说明书，宜选中间值。
（3）沉砂池
①型式：
平流式。
②水力停留时间宜选50s。
③沉砂量可选0.05～0.1L／m3，贮砂时间为2d，宜重力排砂。
④贮砂斗不宜太深，应与排砂方法要求、总体高程布置相适应。
（4）初沉池
①型式：
平流式。
②除原污水外，还有浓缩池、消化池及脱水机房上清液进入。
③表面负荷可选2.0～3.0m3／（m2·h），沉淀时间1.5～2.0h，SS去除率50％～60％。
④排泥方法：
机械刮泥，静压排泥。
⑤沉淀地贮泥时间应与排泥方式适应，静压排泥时贮泥时间为2d。
⑥对进出水整流措施作说明。
（5）曝气池
①型式：
传统活性污泥法采用推流式鼓风曝气。
②曝气地进水配水点除起端外，沿流长方向距池起点1/2～3／4池长以内可增加2～3个配水点。
③曝气池污泥负荷宜选0．3kgBOD5／（kgMLSS·d），再按计算法校核。
④污泥回流比R=30％～80％，在计算污泥回流设施及二沉地贮泥量时，R取大值。
⑤SVI值选120～150ml/g，污泥浓度可计算确定，但不宜大于3500mg／L。
⑥曝气地深度应结合总体高程、选用的曝气扩散器及鼓风机、地质条件确定。
多点进水时可稍长些，一般控制L＜5～8B。
⑦曝气地应布置并计算空气管，并确定所需供风的风量和风压。
（6）二沉池
①型式：
中心进水，周边出水，辐流式二沉池。
②二沉地面积按表面负荷法计算。
选用表面负荷时，注意活性污泥在二沉池中沉淀的特点，q应小于初沉地。
③计算中心进水管，应考虑回流污泥，且R取大值。
中心进水管水流速度可选0．2～0．5m／s，配水窗水流流速可选0.5～0.5m／s。
④贮泥所需容积按《排水工程》（下）相关公式计算。
⑤说明进出水配水设施。
（7）平面布置
①平面布置原则参考第五章第四节内容，课程设计时重点考虑厂区功能区划、处理构筑物布置、构筑物之间及构筑物与管渠之间的关系。
②厂区平面布置时，除处理工艺管道之外，还应有空气管，自来水管与超越管，管道之间及其与构筑物，道路之间应有适当间距。
③污水厂厂区主要车行道宽6～8m，次要车行道3～4m，一般人行道1～3m，道路两旁应留出绿化带及适当间距。
④污泥处理按污泥来源及性质确定，本课程设计选用浓缩一机械脱水工艺处理，但不做设计。
污泥处理部分场地面积预留，可相当于污水处理部分占地面积的20％～30％。
⑤污水厂厂区适当规划设计机房（水泵、风机、剩余污泥、回流污泥、变配电用房）。
办公（行政、技术、中控用房）、机修及仓库等辅助建筑。
⑥厂区总面积控制在（280X380）m2以内，比例1：
1000。
图面参考《给水排水制图标准》GBJ106-87，重点表达构（建）筑物外形及其连接管渠。
（8）高程布置
①高程布置原则。
②构筑物水头损失参考附表。
③水头损失计算及高程布置参见《排水工程》（下）。
④污水进入格栅间水面相对原地面标高为一2．7m，二沉地出水井出水水面相对原地面标高为一0．30m。
⑤污水泵、污泥泵应分别计算静扬程、水头损失（局部水头损失估算）和自由水头确定标程。
⑥高程布置图横向和纵向比例一般不相等，横向比例可选1：
1000左右，纵向1：
500左右。
3．对设计文件内容和质量的要求
设计计算说明书和设计图纸，是反映设计成果的技术文件，课程设计应满足初步设计深度对设计文件的要求。
（l）设计计算说明书
①要求
a．应说明污水厂污水处理的工艺过程，说明选择构筑物型式的理由。
b．应说明构筑物设计参数，并列出数值。
C．应计算污水处理构筑物或设施的主要工艺尺寸，应列出所采用全部计算公式和采用的计算数据。
应附相应计算草图。
d．应说明采用的污水泵、鼓风机、剩余污泥和回流污泥泵的型式和主要参数。
e．应说明主要处理构筑物的排泥方法。
f．应结合污水厂总体布置原则与污水处理实际过程需要，说明污水厂平面布置和高程布置的合理性，并附平面和高程布置草图。
g．设计计算说明书应有封页和目录。
h．说明书针对计算和说明，应内容完整、条理清楚、简明扼要、文句通顺、字迹端
1.4.课程设计步骤和参考资料
1．课程设计的一般步骤
①明确设计任务及基础资料，复习有关污水处理的知识和设计计算方法。
②分析污水处理工艺流程和污水处理构筑物的选型。
③确定各处理构筑物的流量。
④初步计算各处理构筑物的占地面积，并由此规划污水厂的平面布置和高程布置，以便考虑构筑物的形状、安设位置，相互关系以及某些主要尺寸。
⑤进行各处理构筑物的设计计算。
⑥确定辅助构（建）筑物、附属建筑物数量及面积。
⑦进行污水厂的平面布置和高程布置。
⑧设计图纸绘制。
⑨设计计算说明书校核整理。
2．课程设计的主要参考资料
①《排水工程》（下），中国建筑工业出版社，1996年6月（第3、4、7、8、9章）
②《排水工程》（上），中国建筑工业出版社，1996年6月
③《给水排水设计手册》中国建筑工业出版社，1986年12月（第5、11册）
④《室外排水设计规范》GBJ14－87
⑤《污水处理厂设计与运行》，化学工业出版社，2001.8
⑥《水污染治理新工艺与设计》，海洋出版社，1999.3
⑦《水处理新技术及工程设计》，化学工业出版社，2001.5
⑧《给水排水工程快速设计手册》（2，排水工程），中国建筑工业出版社，1996.2
⑨《三废处理工程技术手册》（废水卷），化学工业出版社，2000.4
⑩教材
1.5处理工艺方案的比选
污水处理的关键程序是二级处理。
二级处理有生化法和物化法由于污水中主要污染物是有机物，采用生化法处理是对症下药，而物化法需要使用化学药剂，运行费用高，不适合我国的国情，故采用生化法。
在生化法中又有传统活性污泥法、生物滤池、氧化塘、土地处理、AB、A/O、氧化沟等多种工艺。
根据该厂的特点，提出了两个方案供比选：
以传统活性污泥法曝气池为主体前段加厌氧除磷段的厌氧除磷曝气池的第一方案和以氧化沟为主体的第二方案。
1.6.污水处理工程的建设程序
污水处理工程是城市市政建设、工业企业建设或排污达标治理的一个重要部分，其建设须按国家基本建设程序进行，现行的基本建设程序一般分：
编制项目建议书、项目可行性研究、项目工程设计、工程和设备招投标、工程施工、竣工验收、运行调试和达标验收几个步骤。
这些建设步骤基本包括了项目建设的全过程，它们也可划分为三个阶段。
第一阶段项目立项阶段。
该阶段需根据城市市政规划或环境保护部门要求，分析项目建设的必要性和可行性。
本阶段以确定项目为中心，一般由建设单位或其委托的设计研究单位编制项目建议书和项目可行性研究报告，通过国家计划部门、投资银行或企业计划部门论证便可获得立项，对于某些小规模项目，只编制污水处理工程方案设计，并通过投资部门的论证便可立项。
第二阶段工程建设阶段。
包括工程设计、工程和设备招投标、工程施工、竣工验收等过程。
①工程设计，项目立项后，设计单位根据审批的可行性研究报告进行施工图设计，其任务是将可行性研究报告确定的设计方案的具体化，要将污水处理厂（站）区、各处理构（建）筑物。
辅助构（建）筑物等的平面和竖向布置，精确地表达在图纸上，其设计深度应能满足施工、安装、加工及施工预算编制要求。
在施工图设计之前，可能还需进行扩大初步设计，进一步论证技术的可靠性，经济合理性和投资的准确性。
②工程设备招投标，是经过比较投标方的能力、技术水平。
工程经验、报价等，来选定工程施工单位和设备供应单位的过程，该过程是保证工程质量和节省工程投资的基础。
③工程施工，是项目建设的实现阶段，包括土建施工、设备加工制造及安装的全过程。
本阶段设计人员应向施工单位和设备供应单位进行技术交底，施工单位要按设计图纸施工，施工人员发现问题或提出合理化建议，应经过一定手续才能变动，施工时，为了总结设计经验，应及时解决施工中出现的技术问题，或根据具体情况对设计作必要的修改和调整，设计人员要有计划地配合参加施工。
对一般设计项目，指派主要设计人员到施工现场，解释设计图纸，说明工程目的、设计原则、设计标准和依据，提出新技术的特殊要求和施工注意事项；对重大或新技术项目，必要时应派现场设计代表，随时解决施工中存在的设计问题。
④竣工验收，是全面检查设计和施工质量的过程，其核心是质量，不合格工程必须返工或加固。
第三阶段项目验收阶段，包括联动试车、运行调试、达标验收等过程。
联动试车由施工单位、设备供应单位、建设单位共同完成，检查设备及其安装的质量，以确保能正常投入使用。
试运行的目的是要确保处理系统达到设计的处理规模和处理效果，并确定最佳的运行条件，对于生物处理系统，往往要用较长时间来完成“培菌”任务。
达标验收是由环境保护部门检验处理系统出水是否达到排放标准。
1.7原始资料
按照原始资料数据进行处理方案的确定，拟定处理工艺流程，选择各处理构筑物，说明选择理
设计污水处理规模为4.3万吨/天，总变化系数K总为1.4。
在大量碘盐基础上确定污水处理设计进水水质如下：
单位：
mg/L
BOD5
CODcr
SS
NH3－N
进水
160
160
250
30
出水
<30
<100
<30
<3
结合污水的水质特点和出水要求以及国内外特大型城市污水厂的设计经验，兹确定以二级生物处理法为主的污水处理工艺。
该水经处理以后，水质应符合国家《污水综合排放标准》（GB8978－1996） 中的一级标准，由于进水不但含有BOD5，还含有大量的N所以不仅要求去除BOD5还应去除水中的N以达到排放标准。
第2章设计说明书
2.1城市污水概论
城市污水主要包括生活污水和工业污水，由城市排水管网汇集并输送到污水处理厂进行处理。
城市污水处理工艺一般根据城市污水的利用或排放去向并考虑水体的自然净化能力，确定污水的处理程度及相应的处理工艺。
处理后的污水，无论用于工业、农业或是回灌补充地下水，都必须符合国家颁发的有关水质标准。
现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理工艺。
污水一级处理应用物理方法，如筛滤、沉淀等去除污水中不溶解的悬浮固体和漂浮物质。
污水二级处理主要是应用生物处理方法，即通过微生物的代谢作用进行物质转化的过程，将污水中的各种复杂的有机物氧化降解为简单的物质。
生物处理对污水水质、水温、水中的溶氧量、pH值等有一定的要求。
污水三级处理是在一、二级处理的基础上，应用混凝、过滤、离子交换、反渗透等物理、化学方法去除污水中难溶解的有机物、磷、氮等营养性物质。
污水中的污染物组成非常复杂，常常需要以上几种方法组合，才能达到处理要求。
污水一级处理为预处理，二级处理为主体，处理后的污水一般能达到排放标准。
三级处理为深度处理，出水水质较好，甚至能达到饮用水质标准，但处理费用高，除在一些极度缺水的国家和地区外，应用较少。
目前我国许多城市正在筹建和扩建污水二级处理厂，以解决日益严重的水污染问题。
2.2废水特性与水质分析
2.2.1废水特性
城市污水是排入城市排水系统中各类废水的总称,主要由城市生活污水和生产污水以及其他排入城市排水管网的混合污水。
在合流制排水系统中还包括雨水，在半分流制的排水系统中还包括初期雨水。
城市污水中的污染物质，按化学性质来分，可分为无机性污染物质（如无机酸，碱、盐及重金属元素）和有机性污染物质（如腐殖质、脂肪等）；按物理形态来分，可分为悬浮固体、胶体和溶解物质，不同城市的污水中所含物质总类与形态不同，城市生活污水和工业废水的比例不同，其污水性质亦不同。
城市污水的性质主要是其物理性质，包括水温，颜色，气味，氧化还原电位等。
1.水温
由于城市下水道系统是敷设于地下的，因此城市污水的水温具有相对稳定的特征，一般在10~20℃之间，冬季比气温高，夏季比气温低。
城市污水水温突然变化很可能是工业废水造成的，而水温的明显降低可能是由于大量雨水排入造成的。
2.颜色
城市污水的正常颜色为灰褐色，但实际上其颜色通常变化不定，这取决于城市下水道的排水条件和排入的工业废水的影响，大的管网系统由于污水在下水道停留时间过长，可能会发生厌氧反应，输入到污水处理厂的污水的颜色会变暗或显黑色。
绿色、蓝色和橙色通常是由于电镀废水的排入造成的，白色则是洗衣废水造成的，而红色、蓝色和黄色等则多为印染废水所致。
3.气味
正常的城市污水具有发霉的臭位，在大管网系统或维护不好的下水道系统，城市污水将会有臭鸡蛋气味，这标志城市污水在下水道已经发酵，产生了硫化氢和其他产物。
由于硫化氢气体危及人身安全，在下井下池作业时应严格按照防毒气安全操作规程进行。
城市污水中有汽油、溶剂、香味等，可能是有工业废水排入。
4.氧化还原电位
正常的城市污水约+100mV的氧化还原电位，小于+40mV的氧化还原电位说明污水已经进入厌氧发酵或有工业还原剂的大量排入。
氧化还原电位超过+300mV，指示有工业氧化剂废水排入。
2.2.2水质分析
水质分析主要是城市污水的化学指标：
1.pH值
城市污水的pH值呈中性，一般为6.5~7.5。
pH值的微小降低可能是由于城市污水在下水道中发酵所致。
雨季较大时的pH值降低往往是城市酸雨造成的，这种情况在合流制排水系统中尤其突出。
PH值的突然大幅度变化通常是工业废水的大量排入造成的。
2.生化需氧量（BOD）
生化需氧量是反映污水中有机污染物浓度的综合指标，是通过测定在指定的温度和指定的时间段内，微生物分解，氧化水中有机物所需氧量的数量来确定的。
微生物的好氧分解速度很快，约至5天后其需氧量即达到完全分解需氧量的70%左右，因此，在实际操作中，用BOD5来衡量污水中有机物的浓度。
城市污水BOD5在100~3000mg/L之间。
3.化学需氧量（COD）
城市污水的COD一般大于BOD5，两者的差值可反映城市污水中存在难以被降解的有机物的多少。
BOD5/COD比值常用来分析污水的可生化性，可生化性好的废水BOD5/COD>0.3，小于此值的污水应考虑生化技术以外的污水处理技术，或对一般生化处理工艺进行试验改革。
COD是用化学方法测定的有机物浓度，它不像BOD5那样反映生化需氧量，另外，会有部分的无机物被氧化，使结果产生误差。
在城市污水分析时，二者同时使用。
4.总有机碳（TOC）
总有机碳的分析主要是为解决快速测定和自动控制而发展起来的。
总有机碳是用总有机碳仪在900℃高温下将水中有机物燃烧氧化计算出的总有机碳。
TOC与BOD5，COD有一定的关系，由TOC可推断出BOD5，COD值。
5.固体物质（SS，DS）
城市污水中的固体物质按其化学性质可分为有机物和无机物，按其物理组成可分为悬浮固体SS和溶解固体DS。
SS是污水的一项重要指标，包括漂于水面的漂浮物如油脂，果核等，悬于水中的悬游物如奶、乳化油等，还有沉于底部的沉淀物，悬浮固体是将污水过滤，把截流在过滤材料上的物质通过烘干，称重而测的。
6.总氮（TN），氨氮（NH3-N），总磷（TP）
氮、磷是污水中的营养物质，在城市污水生化过程中需要一定的氮、磷以满足微生物的新陈代谢，但这仅是污水中氮、磷的一小部分，大部分氮、磷仍将随水排到水体中，从而导致水体中藻类超量生长，造成富营养化问题。
因此，除磷脱氮也是污水处理的任务之一。
总氮是污水中有机氮和无机氮的综合，氨氮是无机氮的一种。
总磷是污水中各类有机磷和无机磷的总和。
7.重金属
城市污水中的重金属是指达到一定浓度时通常会对人体，生物造成危害的那些重金属，其中危害较大的有汞、镉、铬、铝、铜、锌等。
汞极易沉底，易被生物甲基化而加剧毒性，可通过食物链引起疾病；镉易被生物富集，可导致骨损伤病症；铬通过食物链被人摄取可导致慢性中毒，铜、锌是人体需要的微量元素，但大量的铜、锌将抑制微生物的新陈代谢作用，最终威胁人身安全。
以上的这些化学指标大部分可以在城市污水处理过程中得到降解，其中85%以上的SS，BOD5，TOC，NH3-N可以通过污水处理得到去除，但重金属等一些有毒物质往往需要在工业企业通过处理控制。
2.3工艺流程比选
2.3.1工艺流程选取原则
城市污水处理的目的是使之达标排放或污水回用于农田灌溉、城市景观和工业生产等，以保护环境不受污染，节约水资源。
污水处理工艺流程的选择应遵循以下原则：
（1）污水处理应达到的处理程度是选择工艺的主要依据。
（2）污水处理工艺的投资和运行费用合理，工程投资和运行费用也是工艺流程选择的重要因素之一。
根据处理的水质、水量，选择可行的几种工艺流程进行全面的技术经济比较，确定工艺先进合理、工程投资和运行费用较低的处理工艺。
（3）根据当地自然、地形条件及土地与资源利用情况，因地制宜、综合考虑选择适合当地情况的处理工艺。
尽量少占农田或不占农田，充分利用河滩沼泽地、洼地或旧河道。
（4）考虑分期处理与排放利用情况。
例如根据当地城市规划，先建一期工程，再建二期工程。
（5）施工与运行管理：
如地下水位较高、地质条件较差的地区，就不宜选用深度大、施工难度高的处理构筑物。
也应考虑所确定处理工艺运行简单、操作方便，便于实现自动控制等。
2.3.2工艺方案分析
一．在本项目污水处理的特点为：
1.污水以有机污染为主，BOD/COD=0.46，可生化性较好，重金属及其它难以降解的有毒有害污染物一般不超标；
2.污水中主要污染物指标BOD5、CODcr、SS值比一般城市污水高80%左右；
3.污水处理厂投产时，周围的多数重点污染源智力工程已投入运行。
二．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。
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：
1．A／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。
一般情况下，去除COD可达70％以上，BOD可达90%以上，SS可达85％以上，但氮的去除只有20%左右，二级处理出水中除含有少量合碳有机物偶尔还合有氮（氨氮和有机氮）和碘（溶解性和有规模）。
这才把处理后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殖，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出水处理，用于工业冷却水的补充九必须再经脱氮、除碘等三级处理，还要增加较多的基态物去运行答硼酸。
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.传统A2/O法
传统A2/O工艺即厌氧—缺氧—好氧法，其三个阶段是以空间来划分的，是在具有脱氮功能的缺氧—好氧法的基础上发展起来的具有同步脱N除P的工艺。
该工艺在系统上是最简单的同步脱N除P工艺，其总的水力停留时间一般要小于其它同类工艺（如Bardenpho工艺）。
在经过厌氧、缺氧、好氧运行的条件下，丝状菌不能大量繁殖，无污泥膨胀之外，SVI值一般小于100，处理后的泥水分离效果好。
该工艺在运行时厌氧和缺氧段需轻缓搅拌，以防止污泥沉积，由于生物处理池与二次沉淀池分开建设，占地面积也较大，该工艺在大型污水处理厂中采用较多，本次设计不予推荐。
3.传统的SBR工艺
传统的SBR工艺是完全间隙式运行，即周期进水、周期排水及周期曝气。
传统SBR工艺脱N除P大致可分为五个阶段：
阶段A为进水搅拌，在该阶段聚磷菌进行厌氧放磷；阶段B为曝气阶段，在该阶段除完成BOD5分解外，
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