某小城镇生活污水厂工艺设计.docx

1、某小城镇生活污水厂工艺设计附图绪 论随着小城镇城镇化进程的加快，村镇人口不断集中，乡镇企业迅速发展，城镇污水排放量也不断增加，然而由于过去“重建设，轻环保”的旧观念，城镇基础设施建设远远落后于城镇建设的发展，缺乏必要的污水收集系统和污水处理设施，污水无序乱流，不仅直接污染了小城镇自身生态环境，而且造成了河湖水体的严重污染，已成为区域性水环境的重要污染源。同时，由于小城镇紧临农村，畜禽养殖，水产养殖、农药及化肥等面源污染也极为严重，均对小城镇饮用水安全和居民生存环境构成严重威胁，制约了经济发展及城镇可持续发展。小城镇在城镇总数中所占比例大，且呈分散型，是继大中城市污水治理后的一个新的战略目标。根

2、据有关报导1，预计今后我国70以上的生活污水将来自城镇及小区。由此可见小城镇的污染治理关系到我国环境状况和可持续发展的战略目标，是十分重要和必要的，也是非常有前途和极具生命力的。氧化沟技术是20世纪中叶发展起来的一项污水处理技术，由于其自身的优势，已逐渐成为污水处理厂的技术主流。经过几十年的发展和工艺改进，目前在我国污水处理工程中应用技术相对成熟、处理效果较好的氧化沟主要有卡鲁塞尔（Carrousel）型、奥贝尔（Orbal）型、一体化氧化沟、T型及DE型氧化沟五种。生物脱氮除磷技术的发展仍是Carrousel氧化沟系统发展的主要推动力。至今Carrousel氧化沟系统多为活性污泥法，而废水生

3、物处理的另一分支生物膜法，不仅可以提高单位反应器的微生物总量，提高有机负荷，而且生物膜本身具有内置A/O系统强化了脱氮效果，因此Carrousel氧化沟系统可以借鉴生物膜理论，但需着重解决水力设计问题。提高Carrousel氧化沟中微生物的活性是未来Carrousel氧化沟技术发展推动力之一。提高Carrousel-氧化沟设备性能和监控技术是Carrousel氧化沟技术进一步节能的研究方向。提高表曝机、水下推进器的性能，减少维修工作量。提高Carrousel-氧化沟的耐寒、耐毒性能，减少占地面积和工程造价仍是氧化沟技术的研究方向之一。膜理论的应用、深池水力条件和工艺性能的研究为降低工程造价、提

4、高耐寒耐毒性能等提供了可能的方向。现在国内采用的各种污水处理工艺技术基本都自国外引进，属于自主知识产权的技术是少之又少。小城镇污水处理规模小的这个特点，给我国水处理业界带来了一个科研攻关，开发有自主知识产权的污水处理工艺技术的机会。污水处理厂规模小，建设需要的投资就少，建设采用有自主知识产权的新技术的污水厂的投资风险就小。国家应该鼓励高新企业开发有自主知识产权的污水处理工艺技术。小城镇污水处理规模小，水质水量变化大的特征给小城镇污水处理工艺设计提出了更高的要求，因此对小城镇污水处理工艺的探索对推进我国水处理技术发展具有很大的积极意义。了解运行过程中的实际情况，及时解决出现的问题，总结经验，不断

5、创新。1 设计任务1.1 设计依据1.1.1设计基础资料：处理水量： Q=20000m3/d进水水质： BOD5=250mg/l COD=400mg/l TN=55 mg/l SS=280mg/l NH3-N=40mg/l TP=4 mg/l PH=69 接纳水体：GB3838 地表水类功能水域，处理水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）二级标准排放要求。1.1.2 设计内容和要求 1）根据以上水量水质条件和设计资料，完成某小城镇污水处理厂的工艺设计。 2）完成一套完整的设计计算说明书。说明书应包括：污水水量的计算；设计方案对比论证；污水、污泥处理工艺流程确定；污水、

6、污泥处理单元构筑物的详细设计计算；厂区总平面布置等。3）完成初步设计图纸5张（其中一张为手绘图A3）：污水处理厂总平面布置图，污水、污泥处理系统高程图；氧化沟图纸以及部分局部详图等。 4）完成与专业有关的英文翻译1篇。外文资料的选择在教师指导下进行，严禁抄袭有中文译本的外文资料。 1.1.3 设计目的 伴随着我国城乡经济的快速发展，不可避免的带来了各种各样的环境问题，环境污染，生态破坏。在“三废”污染问题中，水污染问题成为重中之重。水是生命之源，而我国又是一个严重缺水的国家，水资源分布不平衡，南多北少，东多西少，人均水资源占有量不到世界的平均水平。面对我国水资源紧缺的现状，面对我国各大河流、湖

7、泊均不同程度的受到了污染的现状，我国推行了一系列旨在节约用水，保护现有水资源的政策。大规模建设污水处理厂，从源头治理，无疑是保护河流、湖泊不被污染的最好的办法。同时，经过污水处理厂处理的污水，其中BOD5、COD等主要污染物指标都得到了大幅下降，排水符合国家规定，减小对生态环境造成污染，经过进一步处理的污水，还可作为中水，可用于灌溉、浇花等市政用水，也可用于洗车、冲厕所，可有效的缓解我国水资源紧缺的现状，也保护了环境2。 通过对城市污水处理厂处理工艺的选择、设计，可以培养环境工程专业学生利用所学到的水污染控制理论，系统的掌握污水处理方案比较、优化，各主要构筑物结构设计与参数计算的能力。1.2

8、出水水质和污水处理效率处理水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准3（GB18918-2002）二级标准。根据出水水质计算设计工艺的去除率如表 1-1。 表 1-1 出水水质及处理效率计算 单位mg/l序号 基本控制项目二级标准进水水质去除率1COD10040075.02BOD53025088.03SS3028089.34*NH3-N(以N计)254037.55总氮(以N计)205563.66总磷(以P计)3425.0*：取水水温12，氨氮的控制指标取25 mg/l,水温12的控制指标取30 mg/l2 工艺流程的确定2.1 城市污水处理的现状和发展 世界任何国家的经济发展，都会推进社会进步、促进

9、工农业生产能力得到提高，使人民生活得到进一步改善，但是也随之带来不同程度的环境污染。污水也是造成环境污染的来源之一。这个污染源的出现引起了世界各国政府的关注，治理水污染环境的课题被列入世界环保组织的工作日程。中国政府历来重视环保治理工作，敬爱的周恩来总理曾提出了“全面规划，合理布局，综合利用，化害为利，依靠群众，大家动手，保护环境，造福人民”32字方针，历届政府提出根治海河、三河三湖的治理的要求。由于各界政府的高度重视，我国的污水处理事业得到了长足的发展，但是我们要清醒的看到，我国工农业生产发展的步伐很快，特别是改革开放的20年乡镇企业的诞生使我国的企业结构发生了变化，有些企业在追求经济效益时

10、忽视了社会、环境效益，若长此下去将带来环境受到严重污染的后患。为此当今环境污染的治理不能停留在各级政府的重视，而要深化到全民族每位公民环保意识的提高。我们不仅要达到经济发展了，生活水平提高了，还要做到经济与环境保护协调发展，生活的质量不断提高。为此我们要唤起民众为21世纪可持续发展目标的实现，为人类健康的生存，为子孙后代留下优质的环境而努力完成自己的责任。 2.1.1 目前存在的主要问题 4（1） 污水处理厂建设资金的短缺 （2） 污水处理厂运行经费不能到位 （3） 进口设备的维修及设备备件的开发 （4） 污水处理工艺选择不能结合本地区的实际情况 （5） 污水处理后的再生水得不到充分的利用 （

11、6） 污泥没有真正达到无害化，没有最终处置的途径 （7） 污水处理厂没有除臭装置 2.1.2 今后的发展趋势 （1） 经济发展与污水处理事业协调发展 （2） 扶植国内环保产业（污水处理行业）的发展 （3） 多方筹资加速污水处理厂的建设，以最短的时间控制、治理已造成污染的水环境 （4） 改变污水处理行业的运营机制，由事业型向企业经营型转变 （5） 加强污水处理工艺选择机制，为各地区污水处理厂建设的工艺审查把关 （6） 政府应给予污水处理行业优惠的政策 （7） 再生水回用 （8） 加大宣传力度，提高全民水的忧患意识2.2 污水处理方法的选择 2.2.1污水处理方法的比较（1）污水的物理处理方法1）

12、格栅法：可分为人工清理的格栅(适用于中小型城市生活污水厂或所需截留的污染物较少时)和机械格栅(适用于大型城市生活污水厂或所需截留的污染物较多时)。2）筛网法：筛网的去除效果，可相当于初次沉淀池的作用。3）过滤：是以具有孔隙的粒状滤料层，如石英砂等，截留水中的杂质从而使水获得澄清的工艺过程。4）离心分离法：它的作用是基于存在于水中的悬浮物和水的密度不同而产生的。主要设备有：离心机、水力旋流器及旋流池等。5）沉淀池法：用于废水进入生物处理设备前的初次沉淀、生理处理后的二次沉淀及污泥处理阶段的污泥浓缩池。6）浮上法：适用于颗粒直径很小，很难用沉淀法加以去除时，主要有电解浮上法、分散空气浮上法和溶解空

13、气浮上法。由于物理处理方法具一定的局限性，所以往往与其他方法相互结合使用。在本次设计过程中将会采用格栅、沉砂池以及二沉池作为整体污水处理过程的一部分5。(2) 污水的化学处理方法1）中和法利用中和作用处理废水，使之净化的方法。其基本原理是，使酸性废水中的H+与外加OH-，或使碱性废水中的OH-与外加的H+相互作用，生成弱解离的水分子，同时生成可溶解或难溶解的其他盐类，从而消除它们的有害作用。反应服从当量定律。采用此法可以处理并回收利用酸性废水和碱性废水，可以调节酸性或碱性废水的pH值2）化学混凝法化学混凝所处理的对象，主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。大颗的悬浮物由于受重力的作用而下沉，可以用

14、沉淀等方法除去。但是，微小粒径的悬浮物和胶体，能在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十小时以上，也不会自然沉降。这是由于胶体微粒及细微悬浮颗粒具有“稳定性”。3）化学沉淀法化学沉淀法是指向废水中投加某些化学药剂，使之与废水中污染物发生直接的化学反应，形成难溶的固体生成物(沉淀物)，然后进行固液分离，从而除去水中的污染物的一种处理方法。废水中的重金属离子(如汞、镉、铅、锌、镍、铬、铜等)，碱土金属(如钙和镁)及某些非金属(砷、氟、硫、硼等)均可通过化学沉淀法去除。4）氧化还原法氧化还原法在废水处理中不多见。电镀废水处理中去除铬酸根和氰根可用氧化还原法。含汞废水亦可用氧化还原法回收汞。有机汞对人

15、体危害严重，知名的水俣病就是甲基汞中毒。有色废水也可用氧化法脱色，如加氯。常用的氧化还原法有加氯法、电解法、和置换法。5）吸附法。固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力，比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力，可用作吸附剂。吸附可分为物理吸附和化学吸附。如果吸附剂与被吸附物质之间是通过分子间引力(即范德华力)而产生吸附，称为物理吸附；如果吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起吸附，称为化学吸附。 物理吸附和化学吸附并非不相容的，而且随着条件的变化可以相伴发生，但在一个系统中，可能某一种吸附是主要的。在污水处理中，多数情况下，往往是几种吸附的综合结果。 考虑到污水的实际性质，并无酸

16、碱问题（进水的PH值为69无需处理已经符合二级标准）、重金属问题（主要为生活污水）以及难沉降的胶体等，所以得到结论在本次设计工程中将不涉及化学方法6。(3) 水的生物处理方法污水生物学处理具体来说是通过微生物所产生的酶，氧化分解有机物，从而使水得到净化。其中起主要作用的是微生物，污水中可溶性的有机物直接被微生物吸收；固体和胶体等不溶性有机物先附着在微生物外，由细胞分泌的胞外酶分解成可溶性物质，再被微生物吸收，通过微生物体内的氧化、还原、分解、合成等生化作用，把一部分有机物转化成微生物自身组成物质，另一部分有机物被氧化分解为CO2、H2O等简单的无机物，从而使污染物质得到降解。主要有以下几种方法

17、。1）氧化塘法氧化塘是一个大而浅的池塘，污水从一端流入，从另一端溢流出水。在氧化塘中，同时存在着三种生化作用：（1）有机物的好氧分解，主要由好气细菌进行；（2）有机物的厌氧分解，主要由厌氧细菌进行；（3）光合作用，由藻类和水生植物进行。好气细菌所需的氧气，除了来自大气以外，还有相当一部分是由藻类光合作用释放的。细菌代谢过程中除合成自身的物质以外，还产生CO2、H2O和无机盐类，这些产物被藻类所利用。藻类细胞既能被细菌所分解，又能被原生动物吞食，使藻类不至过多积累。氧化塘的底部处于厌氧环境，过多的无机氮通过细菌的反硝化作用以氮气的形式逸去，避免了水体的富营养化。由此，氧化塘实际上是一个藻菌共生的

18、生态系统，它常利用天然水域，具有设备简单、投资少、容易操作等优点。缺点是占地面积大。 2）活性污泥法污水进入曝气池后，用机械或人工的方法连续鼓入空气，经过一段时间，水中形成一些褐色絮状泥粒，即所谓活性污泥。其主体部分是一些好气性微生物，对污水中的有机物具有很强的吸附和氧化分解能力，并以有机物为养料不断增殖。活性污泥和污水的混合液离开曝气池以后，在沉淀池中沉淀，分离出来的水即为净化的水，排放出去。活性污泥除因增殖需排放出一部分多余的以外，其余的回流到曝气池，如此循环运行。活性污泥法的净化效率很高，它对生活污水中有机物和悬浮物的去除率均达95左右。3）生物滤池法生物滤池包括酒滴池、塔式生物滤池、生

19、物转盘、接触氧化、浸没法滤池等多种形式。它们处理污水的基本原理相同，池中装上碎石、炉渣、圆盘或塑料蜂窝等固体填料，当污水连续通过时，由于微生物的大量繁殖，在填料的表面形成一层滑腻的暗色薄膜，叫做生物膜。在生物膜这个小环境中，表层是好气性微生物，内层是厌气性微生物，中层则生长着大量的兼性厌气菌。生物膜中除细菌外，还有以原生动物为主的动物群落，各种生物间形成食物链，污水中的有机物通过食物链的每个环节，都有一部分通过呼吸作用而转变成CO2，最终能把有机物除去。生物滤池从理论上来讲无懈可击，但实际应用的确有很多问题，直接应用为生物处理的话，生物膜增长过快，滤池的污堵反冲洗很频繁，出水水质不能得到很好的

20、保证。 4）厌氧处理法厌氧处理法是在缺氧的条件下，利用厌气性微生物分解污水中有机物质的方法，又称厌氧消化。有机物质的厌氧分解，可分为两个阶段。在分解初期，一些微生物把有机物分解成有机酸、醇、CO2、NH3、H2S等，此阶段有机酸大量积累，pH值随即下降，故称为酸性发酵阶段。在分解后期，由于所产生的NH3与酸发生中和作用，pH值逐渐上升，甲烷细菌开始分解有机酸和醇，产物主要是甲烷和CO2。甲烷细菌的大量繁殖，加速了有机酸的分解，pH值迅速上升，此阶段称为碱性发酵阶段。污水生物处理的前三种方法各有优点，但还存在以下问题：（A）大量的活性污泥和脱落的生物膜形成废渣，如不进一步处理会形成二次污染；（B

21、）对一些BOD5超过10000毫克升的污水，如屠宰厂污水等处理效果较差；（C）消耗大量的动力。用厌氧处理法能有效的解决上述三个问题，同时还能产生生物能源沼气，因此受到各方面的重视。污水的生物学处理是目前世界各国在污水处理中应用最广的一种方法，从发展趋势上看，正由单纯的防治转向综合利用。例如利用污泥的厌氧消化获得沼气和肥料，利用光合细菌处理高浓度有机污水回收单细胞蛋白等，并进一步探索回收能源和解决含无机盐废水的处理方法，防止有机物经微生物分解成无机盐类而使水体富营养化，尽可能实现物质和能量的再循环。由于实际污水的进水水质中BOD5、COD、NH3-N等并未严重超标，且考虑到污水厂的实际建设费用、

22、建设面积。本次设计确定采用活性污泥法进行污水的主要处理方法7。2.2.2氧化沟与其他生物处理工艺的比较 氧化沟属于活性法，它的污泥负荷一般小于0.1Kg BOD5/(Kg MLSS.d)，其出水水质好，而且运行可靠性和稳定性高。表2-1 8列出了美国环保总署EPA对29个氧化沟处理厂运行的数据统计结果，以及对比其他生物处理法运行效果的统计数据。表2-1 氧化沟与其他生物处理工艺运行效果的比较二级生物处理工艺出水浓度/（mg/l）去除率TSSBOD5TSSBOD5氧化沟工艺活性污泥工艺生物滤池生物转盘10.53.1262312.32642259481827993847978比较表2-1中数据可见

23、，氧化沟工艺的出水水质确实比其他生物处理法更优。调查研究还表明，氧化沟工艺的可靠性也比其他生物处理法好。表2-28列出了采用不同工艺污水处理厂的保证率，从中可以对其运行可靠性做出评价。表2-2 各种生物处理工艺运行可靠性二级生物处理工艺达标率出水浓度10mg/l出水浓度20mg/l出水浓度30mg/lTSSBOD5TSSBOD5TSSBOD5氧化沟工艺活性污泥工艺生物滤池生物转盘6565859094961539336550802315223045607090显然，对比之下氧化沟工艺的出水水质最稳定可靠。一般氧化沟都能使污水中的氨氮达到9599的硝化程度，设计恰当、运行良好的氧化沟可以实现生物脱

24、氮，这是因为在氧化沟中存在好氧区和缺氧区。在好氧区，有机物分解稳定，氨氮则硝化为硝酸盐；在缺氧区，污水中有机物作为反硝化菌的碳源，硝酸盐被反硝化菌还原为氮气，脱氮效果可达到80。如果采用其他生物脱氮流程，不仅流程复杂，而且基建运行费用也较高。2.2.2氧化沟与其他生物处理工艺基建投资和运行费用比较美国环保总署EPA在对氧化沟和其生物处理法的运行效果进行比较的同时，也比较分析了基建投资和运行费用（见表2-38，以相对值表示）。表2-3 氧化沟和其他生物处理法基建投资和运行费用对比（以相对值比较）要求脱氮的污水处理流程基建投资运行费用3785m3/d18925m3/d3785m3/d18925m3

25、/d传统活性污泥法氧化沟SBR1008378100788110083831009393比较结果说明，当处理厂的规模分别为3785 m3/d和18925m3/d时，氧化沟法工艺的基建投资分别为传统活性污泥法基建投资的83和78。当处理厂的规模较小时，其运行费用也较省，如处理水量为3785 m3/d，其年度运行费用约为传统活性污泥发污水厂的83，当处理规模增大至18925m3/d时，起运行费用约为传统活性污泥法的93。当要求在生物处理中进行硝化时，氧化沟一般不需要增加很多投资和运行费用，而其他生物处理法则需要增加很多投资和运行费用。例如，处理水量分别为3785 m3/d和18925m3/d的氧化沟

26、法进行硝化使处理厂的基建投资仅为同等规模的以及活性污泥法基建投资的50和60，为二级活性污泥法基建投资的40和55，其运行费用则为一级活性污泥法的71和124，为二级活性污泥法的61和112可见，当处理厂规模较大时，氧化沟法所需的运行费用比一般活性污泥法略高，因此针对中、小型污水处理厂氧化沟工艺就清楚地显示出其优越性。但如果要求进行生物脱氮，则氧化沟法就要比其他工艺大大节省基建投资和运行费用。表2-49是清华大学钱易教授根据美国环保总署EPA提供的数据进行的统计结果。表2-4 不同脱氮流程的经济性比较（以相对值表示）要求脱氮的污水流程基建投资运行费用3785m3/d18925m3/d3785m

27、3/d18925m3/d氧化沟一级活性污泥法+混合反硝化池二级活性污泥发+混合反硝化池一级活性污泥法+固定膜反硝化池二级活性污泥发+固定膜反硝化池传统活性污泥发+折点加氯法传统活性污泥发+氨吹脱1002913313083472482151002212412212482041821002102322082281891471001371461231351231052.3 氧化沟的选择及工艺流程的确定2.3.1.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

28、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。 氧化沟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。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10。 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

29、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10。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。 由图2-5可见，Carrou

30、sel 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2.54.5，宽深比为2:1，亦有水深达7m的，沟中水流平均速度为0.3m/s10。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。 图 2-5 Carrousel 氧化沟示意图最初的普通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的浓度增加到大约23mg/L。在这种充分掺氧的条件下，微生物得到足够的溶解氧来去除BOD；同时，氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐，此时，混合液处于有氧状态。在曝气机下游，水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态，水流维持在最小流速，保证活性污泥处于悬浮状态（平均流速0.3m/s）。微生物的氧化过程消耗了水中溶解氧，直到DO值降为零，混合液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用，混合液进入有氧区，完成一次循环。该系统中，BOD降解是一个连续过程，硝化作用和反硝化作用发生在同一池中。 2.3.2 工艺流程的确定 工艺流程如图26所示：