1、福建工程学院毕业设计（论文）开题报告环境与设备工程 系 环境工程 专业设计题目 福州市某 15万 t/d污水处理厂 A2O工艺设计学生姓名 xxx 学 号 xxxxxxxxx 起迄日期 3月 25日 6 月 23日 设计地点 福建工程学院 指导教师 xxx、xxx 2013 年 3 月 28 日1 毕业设计选题的依据及意义改革开放以来，我国的经济飞速发展，一座座工厂，一个个烟囱拔地而起，而生产生活中产生的三废也在不断增加。直接的感受就是河流不再清澈，造成的水污染现象。已经对我国国民经济发展和人民健康造成极大地危害，这主要表现在：水资源短缺的加剧制约了国民经济的可持续发展；饮用水的安全性降低直接
2、威胁着人民的身心健康；废水中的各种污染物严重危害着工业、农业和渔业等生产活动并对河流、湖泊和海洋等生态环境造成巨大损害。由此可见，严峻的水污染形势对我国今后的可持续发展构成了极大地威胁，因此，城市污水治理已成为我国当前迫切需要解决的问题之一。我国城市污水处理相对于国外发达国家、起步较晚。近 200 年来，城市污水处理已从原始的自然处理、简单的一级处理发展到利用各种先进技术、深度处理污水，并回用。处理工艺也从传统活性污泥法、氧化沟工艺发展到 A/O、A 2/O、AB、SBR （包括CCAS 工艺）等多种工艺，以达到不同的出水要求。虽然如此，我国的污水处理还是落后于许多国家。在我们大力引进国外先进
3、技术、设备和经验的同时，必须结合我国发展，尤其是当地实际情况，探索适合我国实际的城市污水处理系统。福州市地处闽江下游，市区位于东径 1191718”，北纬 260408”。东西宽约17km，南北长约 22km，平原高程为罗零 5-7m，地势由西北向东南倾斜，西北为中低山地，东南为福州盆地和沿海冲积、海积平原。闽江自淮安起被南台岛分为南北两港。新店新区则位于闽江北港。全市常住人口为 7115370 人，年平均增长率为 1.09%，占全省的人口比重 19.29 %，人口密度为 581 人/平方公里。福州市地处中低纬度，属亚热带季风气候，东临台湾海峡，温暖湿润，四季常青。据福州市气象站统计，年平均降
4、水量为 1394.0mm，降水主要集中在 4-10 月，约占全年的 80%。因为该市人口较多城市污水排放量大，如果不处理直接排放，将对水体造成污染，因为污水中含氮磷较多，也可使水体富营养化；所以为改善环境，提高生活水平与质量，治理污染问题，必须建设污水处理厂对该市排放的污水进行处理。所选择的污水处理工艺应具有一定的脱氮除磷功能以防水体的富营养化。据此，需确定污水处理厂的处理工艺流程和处理构筑物的类型与数量，进行处理构筑物及设备的工艺设计计算和污水厂各构筑物以及各种管渠等总体布置。2 城市污水生化处理工艺现状及发展趋势城市污水产生量大、排放集中，影响人口多、范围广，集中排放的城市污水的处理对于全
5、国污染物排放量的消减和水环境质量的改善具有十分重要的作用。目前，国内外城市污水处理厂厂采用的工艺有普通活性污泥法、A/O 法、A 2/O 法、AB 工艺、氧化沟法、SBR 间歇式活性污泥法等工艺。2.1 A/O 法A/O 工艺法，也叫厌氧好氧工艺法，A/O 工艺是 anoxic/oxic（兼氧/ 好氧）或anerabic/oxic（厌氧/好氧）工艺的缩写，是为污水生物除磷脱氮而开发的污水处理技术。主要用于水处理方面 A 就是厌氧段，主要用于脱氮除磷； O 就是好氧段,主要用于去除水中的有机物。它除了可去除废水中的有机污染物外，还可同时去除氮、磷，对于高浓度有机废水及难降解废水，在好氧段前设置水
6、解酸化段，可显著提高废水可生化性。2.2 A2/0 法2.2.1 传统 A2/0 工艺传统 A/O 法是目前普遍采用的同时脱氮除磷的工艺，它是在传统活性污泥法的基础上增加一个缺氧段和一个厌氧段。污水首先进入厌氧池与回流污泥混合，在兼性厌氧发酵菌的作用下，废水中易生物降解的大分子有机物转化为 vfas 这一类小分子有机物。聚磷菌可吸收这些小分子有机物，并以聚 羟基丁酸（ phb）的形式贮存在体内，其所需要的能量来自聚磷链的分解。随后，废水进入缺氧区，反硝化菌利用废水中的有机基质对随回流混合液而带来的 NO3-进行反硝化。 废水进入好氧池时，废水中有机物的浓度较低，聚磷菌主要是通过分解体内的聚 羟
7、基丁酸（ phb）而获得能量，供细菌增殖，同时将周围环境中的溶解性磷吸收到体内，并以聚磷链的形式贮存起来，经沉淀以剩余污泥的形式排出系统。好氧区的有机物浓度较低，这有利于好氧区中自养硝化菌的生长，从而达到较好的硝化效果。2.2.2 倒置 A2/0 工艺倒置 A/O 工艺即缺氧/厌氧/好氧的工艺流程，是对传统 A/O 工艺的改进，其脱氮除磷效果更好，其原因在于：缺氧区位于厌氧区之前，有利于微生物形成更强的吸磷动力，微生物厌氧释磷后直接进入好氧环境充分吸磷；所有参与回流的污泥都经历了完整的释磷、吸磷过程，故在除磷方面具有群体效应优势；缺氧池位于厌氧池前，允许反硝化菌优先获得碳源，因而加强了系统的脱
8、氮能力。2.3 序批式工艺2.3.1 传统的 SBR 法SBR 是序列间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。与传统污水处理工艺不同，SBR 技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR 技术的核心是 SBR 反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。SBR 工艺的特点是具有一定的调节均化功能，可
9、缓解进水水质、水量波动对系统带来的不稳定性。工艺处理简单，处理构筑物少，曝气反应池集曝气、沉淀、污泥回流于一体，可省去初沉池、二沉池及污泥回流系统，且污泥量少，容易脱水，控制一定的工艺条件可达到较好的除磷效果，但存在自动控制和连续在线分析仪器仪表要求高的特点。2.3.2 CASS 工艺CASS(Cyclic Activated Sludge System)是周期循环活性污泥法的简称，又称为循环活性污泥工艺 CAST(Cyclic Activated Sludge technology)，是在 SBR 的基础上发展起来的，即在 SBR 池内进水端增加了一个生物选择器，实现了连续进水(沉淀期、排水
10、期仍连续进水)，间歇排水。设置生物选择器的主要目的是使系统选择出絮凝性细菌，其容积约占整个池子的 10%。生物选择器的工艺过程遵循活性污泥的基质积累-再生理论，使活性污泥在选择器中经历一个高负荷的吸附阶段(基质积累)，随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解阶段，以完成整个基质降解的全过程和污泥再生。该工艺最早在国外应用，为了更好地将其引进，开发出适合我国国情的新型污水处理新工艺，有关科研机构在实验室进行了整套系统的模拟试验，分别探讨了 CASS 工艺处理常温生活污水、低温生活污水、制药和化工等工业废水的机理和特点以及水处理过程中脱氮除磷的效果，获得了宝贵的设计参数和对工艺运行的指导性经验。将
11、研究成果成功地应用于处理生活污水及不同种工业废水的工程实践中，取得了良好的经济、社会和环境效益。并开发的 CASS 工艺与 ICEAS 工艺相比，负荷可提高 1-2 倍，节省占地和工程投资近 30%。2.3.3 MSBR 法MSBR(Modified Sequencing Batch Reactor)是改良式序列间歇反应器，是 C.Q.Yang 等人根据 SBR 技术特点，结合传统活性污泥法技术，研究开发的一种更为理想的污水处理系统。MSBR 既不需要初沉池和二沉池，又能在反应器全充满并在恒定液位下连续进水运行。采用单池多格方式，结合了传统活性污泥法和 SBR 技术的优点。不但无需间断流量，还
12、省去了多池工艺所需要的更多的连接管、泵和阀门。通过中试研究及生产性应用，证明 MSBR 法是一种经济有效、运行可靠、易于实现计算机控制的污水处理工艺。序批式工艺对自动化控制要求很高，并需要大量的电控阀门和机械撇水器，稍有故障将不能运行，一般必须引进全套进口设备。 由于一池有多种功能，相关设备不得已才闲置，曝气头的数量和鼓风机的能力必须稍大。池子总体容积也不可减小。另外，由于撇水深度通常有 1.22 米，出水的水位必须按最低撇水水位设计，故总的水力高程较一般工艺要高 1 米左右，能耗将有所提高。序批式工艺一般适用于中小规模、土地紧张、具有引进设备条件的场合。2.4 AB 工艺AB 活性污泥法废水
13、生物处理技术，即吸附生物氧化法（adsorption-biooxidationprocess） ，是 20 世纪 70 年代由德国亚琛大学（Aachen University）B.Bohnke 教授开发的，是 80 年代推广应用的废水处理新工艺、新技术。该工艺将 曝气池分为高低负荷两段，各有独立的沉淀和污泥回流系统。高负荷段 A 段停留时间约2040 分钟，以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完全氧化反应，生物主要为短世代的细菌群落，去除 BOD 达 50以上。B 段与常规活性污泥相似，负荷较低，泥龄较长。AB 工艺中不设初沉池，从而使污水中的微生物在 A 段得到充分利用，并连续不断的更新，使
14、A 段形成一个开放性的、不断由原污水中生物补充的生物动态系统。 A 段内微生物活性强、世代期短、具有很强的吸附能力。当 A 段以兼氧的方式运行时，由于供氧较低，高活性微生物为了满足自身代谢能量的要求，被迫对在好氧条件下把不易分解的有机物进行初步分解，起到大分子断链的作用，使其转化为较小分子的易降解有机物，从而在后续的 B 段好氧曝气中易于被去除。B 段主要是世代期长的真核微生物，能够保证出水水质。AB 法工艺具有优良的污染物去除效果，较强的抗冲击负荷能力，良好的脱氮除磷效果和投资及运转费用较低等。AB 工艺中 A 段在运行中如果控制不好，很容易产生臭气，影响附近的环境卫生，这主要是由于 A 段
15、在超高有机负荷下工作，使 A 段曝气池运行于厌氧工况下，导致产生硫化氢、大粪素等恶臭气体。当对除磷脱氮要求很高时，A 段不宜按 AB 法的原来去处有机物的分配比去除 BOD55%60%，因为这样 B 段曝气池的进水含碳有机物含量的碳/氮比偏低，不能有效的脱氮。污泥产率高，A 段产生的污泥量较大，约占整个处理系统污泥产量的 80%左右，且剩余污泥中的有机物含量高，这给污泥的最终稳定化处置带来了较大压力。2.5 氧化沟工艺氧化沟是传统活性污泥法的变形工艺，其曝气呈封闭的沟渠形，由于污水和活性污泥混合在渠内呈循环流动，因此被称为“氧化沟” 。氧化沟一般采用演示曝气，具有去除BOD5 和脱氮的功能，采
16、用机械曝气。由于氧化沟负荷很低，耐冲击负荷强，出水水质较好，污泥产量少且稳定，构筑物少，氧化沟可以按脱氮设计，也可以略加改进实现脱氮除磷。20 世纪 90 年代中期，氧化沟工艺因其良好的脱氮效果并且无需沉淀池开始被推广，此时期建设的大型污水处理厂项目基本上采用氧化沟工艺。近几年来，国内对各种类型氧化沟工艺的除磷脱氮效果、设计、充氧设备及运行控制等方面进行了大量的研究。对多种氧化沟都进行了一定的革新，如 carrousel 氧化沟由第一代的普通的 carrousel 氧化沟发展为具有脱氮除磷功能的 carrousel2000 型氧化沟，后又发展为第三代的carrousel3000 型氧化沟。国内
17、许多污水处理厂使用的情况证明，氧化沟工艺是一种工艺流程简单、管理方便、投资省、运行费用低、工艺稳定性高的污水处理技术，目前国内较多采用的氧化沟主要有 orbal 氧化沟、carrousel 氧化沟、T 型氧化沟、DE 型氧化沟、一体化氧化沟等。2.5 氧化沟工艺氧化沟是传统活性污泥法的变形工艺，其曝气呈封闭的沟渠形，由于污水和活性污泥混合在渠内呈循环流动，因此被称为“氧化沟”。氧化沟一般采用演示曝气，具有去除BOD5和脱氮的功能，采用机械曝气。由于氧化沟负荷很低，耐冲击负荷强，出水水质较好，污泥产量少且稳定，构筑物少，氧化沟可以按脱氮设计，也可以略加改进实现脱氮除磷。20 世纪 90 年代中期
18、，氧化沟工艺因其良好的脱氮效果并且无需沉淀池开始被推广，此时期建设的大型污水处理厂项目基本上采用氧化沟工艺。近几年来，国内对各种类型氧化沟工艺的除磷脱氮效果、设计、充氧设备及运行控制等方面进行了大量的研究。对多种氧化沟都进行了一定的革新，如 carrousel 氧化沟由第一代的普通的 carrousel 氧化沟发展为具有脱氮除磷功能的 carrousel2000 型氧化沟，后又发展为第三代的carrousel3000 型氧化沟。国内许多污水处理厂使用的情况证明，氧化沟工艺是一种工艺流程简单、管理方便、投资省、运行费用低、工艺稳定性高的污水处理技术，目前国内较多采用的氧化沟主要有 orbal 氧
19、化沟、carrousel 氧化沟、T 型氧化沟、DE 型氧化沟、一体化氧化沟等。2.6 结论随着污水处理事业的发展，已有多种污水处理工艺在我国污水处理厂中得到了应用，其中以 A/O， A/O 及其变型工艺、SBR 及其变型工艺、氧化沟工艺为主。同时，随着我国城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）的实施，以及我国污水处理事业所面临的如下问题：如污水处理厂建设与运行费用高的问题、小城镇的水污染问题以及污泥处理问题。使我国的污水处理工艺向着具有脱氮除磷功能、高效低能、成熟可靠、适用于小城镇污水处理厂、污泥量少且能使污泥达到稳定的方向发展。本工程设计采用 A/O 活性污泥法。3 消毒
20、目前国内外的污水处理厂常用的消毒方法有：紫外线消毒法、漂白粉消毒、臭氧消毒法、次氯酸钠消毒法、氯片消毒法以及液氯消毒法等。3.1 紫外线优点：是紫外线照射与氯化共同作用的物理化学方法，消毒效率高。缺点：紫外线照射灯具货源不足，技术数据较少。适用条件：适用于小型污水处理厂。3.2 漂白粉优点：投加设备简单，价格便宜。缺点：同氯缺点外，尚有投量不准确，溶解调制不便，劳动强度大。适用条件：适用于消毒要求不高或间断投加的小型污水处理厂。3.3 臭氧优点：消毒效率高，并能有效地降解污水中残留的有机物、色、味等，污水 PH、温度对消毒效果影响很小，不产生难处理的或生物及类型残余物。缺点：投资大、成本高，设
21、备管理复杂。适用条件：适用于出水水质较好，排入水体卫生条件要求高的污水处理厂。3.4 次氯酸钠优点：用海水或一定浓度的盐水，由处理厂就地自制电解产生消毒剂，也可买商品次氯酸钠。缺点：需要有专用次氯酸钠电解设备和投配设备。适用条件：适用于边远地区，购液氯等消毒剂困难的小型污水处理厂。3.5 氯片优点：设备简单，管理方便，只需定时清理消毒器内残渣及补充氯片，基 建费用低。缺点：要用特制氯片及专用消毒器，消毒水量小。适用条件：适用于医院、生物制品所等小型污水处理站。3.6 液氯优点：效果可靠、投配设备简单、投量准确、价格便宜。缺点：氯化形成的余氯及某些含氯化合物低浓度时对水生物有毒害，当污水含工业废
22、水比例大时，氯化可能生成致癌物质。适用条件：适用于大、中规模的污水处理厂。3.7 结论由上述比较可知，并根据本设计污水处理厂实际情况，采用液氯消毒比较合适。4 污泥处理工艺方案4.1 污泥的处理要求污泥生物处理过程中将产生大量的生物污泥，有机物含量较高且不稳定，易腐化，并含有寄生虫卵，若不妥善处理和处置，将造成二次污染。因此，污泥的处理要达到一定的要求。污泥处理要求如下：减少有机物，使污泥稳定化；减少污泥体积，降低污泥后续处置费用；减少污泥中有毒物质；利用污泥中有用物质，化害为利；因选用生物脱氮除磷工艺，故应避免磷的二次污染。4.2 污泥处理工艺流程的选择 常用的污泥处理工艺流程如下：生污泥浓
23、缩消化机械脱水最终处置生污泥浓缩机械脱水最终处置生污泥浓缩消化机械脱水干燥焚烧最终处置生污泥浓缩自然干化堆肥农田由于污水量大，产生的污泥较多，不稳定，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第一种方案（生污泥浓缩消化机械脱水最终处置）较好。 其中污泥浓缩，脱水有两种方式选择，污泥含水率均能达到 80%以下。（1）方案一 :污泥机械浓缩、机械脱水；（2）方案二 :污泥重力浓缩、机械脱水。方案比较:项目 方案一 方案二主要构筑物1.污泥贮泥池2.浓缩、脱水机房3.污泥堆棚1.污泥浓缩池2.脱水机房3.污泥堆棚主要设备1.污泥浓缩设备2.加药设备1.浓缩池刮泥机2.脱水
24、机3.加药设备占地面积 小 大絮凝剂总用量 3.0-4.0kg/T Ds 4.0kg/T DS对环境的影响无大的污泥敞开式构筑物，对周围环境影响小污泥浓缩池露天布置，气味难闻，对周围环境影响大总土建费用 小 大总设备费用 一般 稍大剩余污泥中磷的释放 无 有由表可见方案一优于方案二，因此本工程污泥处理工艺选用污泥机械浓缩，机械脱水。5 毕业设计要研究的问题和拟采用的方法5.1 本课题研究内容该污水厂一期最大设计流量为 15 万 m3/d，一次征地和规划设计、建设。污水BOD5=150mg/L，SS=200mg/L，COD=300mg/L ，TP=5mg/L ，NH 3-N =30mg/L，要求
25、经过处理后水质达到BOD520mg/L，SS20mg/L，COD60mg/L ，TP1mg/L ，NH 3-N8mg/L。5.2 本课题研究方案各污水污染指标去除率计算：BOD5的去除率：活泩污泥处理系统处理水中的 BOD5值是由残存的溶解性 BOD5和非溶解性 BOD5二者组成，而后者主要是以生物污泥的残屑为主体。活性污泥的净化功能，是去除溶解性 BOD5。因此从活性污泥的净化功能来考虑，应将非溶解性的 BOD5从处理水的总 BOD5值中减去。 溶解性 BOD5的去除率为： %6.871052TP的去除率：进水中磷酸盐的浓度为 3mg/L计。如磷酸盐以最大可能成 Na3PO4计，则磷的含量为
26、 （注意：Na 3PO4中 P的含量在可能存在的磷酸盐0.189.4/mgL（溶解性）中是含量最大的，这样计算出来的进水水质中的磷含量偏大，对整个设计来说是偏安全的）因此可得TP的去除率为 : 510%8CODcr的去除率： 36S.S的去除率: 920NH3-N的去除率： 3.7138则要求对各污染物所要达到的去除率分别为： BOD5=87.6% TP=47% CODcr=80% SS=90% NH3-N=73.3% 。污水厂的分级处理：一级处理主要是用物理方法（如隔栅、沉淀池等）去除污染物，出水达到一级处理标准，对不溶性污染物有一定去除作用。目前国内一级厂都将逐步改造为二级厂。 二级处理在
27、一级处理的基础主要用生物处理方法（如活性污泥、厌氧好氧等）去除溶解性污染物，达到二期处理标准，是目前全世界处理市政污水的主要形式。 三级处理（深度处理）是在二期处理的基础上再用化学或物理方法（如强化混凝、超滤等）进一步提高出水水质。通过以上分析可见，本设计要求脱氮除磷所以要用三级处理才能够满足要求。针对以上特点，以及出水要求，现有城市污水处理技术的特点，以采用生化处理最为经济。由于氮磷超标，处理工艺尚用硝化除磷。根据处理规模（15 万吨/天）及出水标准，污水处理厂既要求有效地去除 BOD5，又要求对污水中的氮、磷进行适当处理，防止受纳水体的富营养化，以及该工程的造价与运行费用，当地的自然条件（包括地形、气候、水资源） ，污水水量及其变化动态，运行管理与施工，并参考典型的工艺流程和各种生物处理法的优缺点及使用条件。本课题选择典型的工艺流程，有两种可供选择的工艺：1）普通 A/A/O法处理工艺。2）厌氧池+氧化沟处理工艺。两种工艺经过比较A/O具有如下优点：（1）具有独特的水力流动特点，有利于活性污泥的生物凝聚作用，而且可以将其工作区分为好氧区，缺氧区，厌氧区，取得脱氮除磷效果。 （2）水力停留
