污水处理厂设计
摘要
根据资料及设计要求对出水水质的要求:即要求脱氮除磷,出水达到一级排放标准,确定A2/O和三沟式氧化沟等五种污水处理工艺进行工艺设计和经济技术比较。
该污水厂设计先是对目前常见的几种污水处理方法：普通活性污泥法，A1/O工艺法，A2/O生物除磷工艺法，AB发，SBR法，氧化沟法进行了分析与比较。根据该市自然环境，污水厂的进水量，出水水质的要求，经济条件等各方面因素的考虑，最终选择了A2/O法作为该厂的处理方法。经过隔栅，沉砂池，氧化沟，沉淀池，污泥处理等一系列流程，使污水得到有效的处理，出水水质达到排放标准。
关键词：污水处理 A2/O 隔栅 沉砂池 沉淀池 污泥处理
设计资料
1、根据原始资料与城市规划情况、并考虑环境效益与社会效益，合理地选择污水处理厂的位置。
2、根据水体自净能力以及要求的处理水质并结合当地的具体条件，如水资源情况、水体污染情况等来确定污水处理程度与处理工艺流程。
3、根据原始资料、当地具体情况以及污水性质与成分，选择合适的污泥处理工艺方法，进行各单体构筑物的设计计算。
4、污水处理厂的平面布置要紧凑合理节省占地面积，同时应保证运行管理方便。
5、在确定污水处理工艺流程时，同时选择适宜的各处理单体构筑物的类型。对所有构筑物都进行设计计算，如包括确定各有关设计参数、负荷、尺寸与所需的材料与规格等。
6、对需要绘制工艺施工图的构筑物还要进行更详细的施工图所必需的设计与计算，包括各部位构件的形式、构成与具体尺寸等。
7、污水与污泥处理系统要做出较准确的水力计算与高程计算。
原水指标及排放标准
根据该市环境保护监测站监测报告及省饮用水产品质量监督检验站检验报告对该市的截污干管的水质分析报告，原污水的主要水质数据及排放标准如下：
表1-1 原水指标及排放标准
| 项目 | COD | BOD | SS | TN | TP |
| 进水水质（mg/l） | ≤480 | ≤210 | ≤260 | ≤38 | ≤7 |
| 出水水质（mg/l） | ≤60 | ≤20 | ≤20 | ≤15 | ≤1 |
| 排放标准（mg/l） | 60 | 20 | 20 | 15 | 1 |
| 去除率（%） | 87.49 | 90.10 | 92.21 | 59.57 | 84.37 |
污水处理方案的选择
2.1污水处理方案的选择原则
污水处理工艺流程选择是根据原水水质、出水水质要求、污水处理厂规模、污泥处置方法及当地气温、工程地制定具体条件作慎重分析后决定。各种工艺有其使用条件，应该分析以上各种要素，确定使用的工艺流程。在确定处理工艺的过程中要遵照以下原则：
1、采用的工艺运行可靠、技术成熟、处理效果好、能保证出水水质达到排放标准，从而解决污水对地下水资源及城市环境影响；
2、采用的工艺投资省、污水处理厂占地面积小、能耗少、运行费用低；
3、安全稳妥的处理污泥，既节省投资又避免二次污染；
4、所采用的工艺应运转灵活，能适应一定的水质水量变化；
5、操作管理简便有效；
6、提高项目的社会效益、环境效益及综合经济效益。
2.2污水处理方案的初选
生活污水的处理对于保护城市环境、防治水体污染、保障人民身心健康、保证经济可持续发展都具有重要作用。处理系统工程浩大，涉及范围广，影响因素多，对于同一水质也可以提出许多可行的设计方案，这就要求设计人员综合考虑环境、经济、运行管理等诸多方面的因素，进行衡量、比选，在众多方案中选择一个理想的实施方案。由于城市污水氮与磷含量中等偏高，所以选择的备用工艺要以脱氮除磷为特色。
2.2.1SBR法
一般来说并不太适用于大规模的城市污水处理厂。
优点：
1、合建式，占地面积较少，处理成本低
2、有脱氮除磷功能，处理效果较好
3、对中小型污水处理厂投资较省，成本较低
4、工艺流程十分简单，管理方便
5、污泥同步稳定，不需厌氧消化，耐冲击负荷
缺点：
1、连续进水时，对于单一SBR反应器需要较大的调节池。
2、对于多个SBR反应器，其进水和排水的阀门自动切换频繁。
3、无法达到大型污水处理项目之连续进水、出水的要求。
4、设备的闲置率较高。
5、污水提升水头损失较大。
6、如果需要后处理，则需要较大容积的调节池
使用条件：
1、中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。
2、需要较高出水水质的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不但要去除有机物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。
3、水资源紧缺的地方。SBR系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。
4、用地紧张的地方。
5、对已建连续流污水处理厂的改造等。
6、非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。
工艺流程
图2-1 sbr法工艺流程
2.2.2氧化沟法
优点：
1、化沟结合推流和完全混合的特点，有力于克服短流和提高缓冲能力，通常在氧化沟曝气区上游安排入流，在入流点的再上游点安排出流。
2、氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度，特别适用于硝化－反硝化生物处理工艺。
3、氧化沟沟内功率密度的不均匀配备，有利于氧的传质，液体混合和污泥絮凝。
4、氧化沟的整体功率密度较低，可节约能源
5、处理流程简单，超作管理方便；出水水质好，工艺可靠性强；基建投资省，运行费用低
缺点：
1、单纯的氧化沟工艺的除磷效率很低，需要增设厌氧段才能达到一定的除磷效果；
2、虽然污泥产量少，耐冲击负荷，但是这是建立在该工艺很低的污泥负荷上的，且要求处理构筑物内水深要浅，而这又决定了在处理相同水质、水量污水的情况下，该工艺是最占土地的，即增加了基建费用
工艺流程图：
图2-2氧化沟法工艺流程
2.2.3厌氧（绝氧）/好氧活性污泥生物除磷工艺（A2/O)法
优点：
1、去除有机物的同时可生物除磷
2、沼气可回收利用
3、用于大型污水厂费用较低
4、污泥沉降性能好
5、污泥经厌氧消化达到稳定
缺点：
1、生物脱氮效果差
2、用于中小型污水厂费用偏高
3、污泥渗出液需化学除磷.
4、沼气回收利用经济效益差
2.2.4 AB法工艺
优点：
1、对有机底物去除效率高。
2、系统运行稳定。主要表现在：出水水质波动小，有极强的耐冲击负荷能力，有良好的污泥沉降性能。
3、有较好的脱氮除磷效果。
4、节能、运行费用低，耗电量低，可回收沼气能源。经试验证明，AB法工艺较传统的一段法工艺节省运行费用20%~25%。
5、生物滤池、转盘等生物膜法采用自然通风供氧,装置不会出现泡沫,管理简单,运行费用较低,操作稳定性较好。
缺点：
1、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。
2、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。
3、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。
工艺流程图：·
2.2.5生物膜法
优点：
1、微生物主要固着于填料的表面,微生物量比活性污泥法高的多,因此对污水水质水量的变化引起的冲击负荷适应能力较强.即使短时间中断进水或工艺遭到破坏,反应器的性能也不会受到致命的影响,恢复起来较快,因此适用于处理高浓度难降解的工业废水.另外,生物膜反应器还可以处理BOD5低于50～60mg/L的进水,使出水BOD5降低到5～10mg/L,这是活性污泥法无法做到的。
2、单位容积反应器内的微生物量可以高达活性污泥法的5～20倍,因此处理能力大,一般不建污泥回流系统;生物膜含水率比活性污泥低,不会出现活性污泥法经常发生的污泥膨胀现象,能保证出水悬浮物含量较低,因此运行管理也比较方便。
3、生物膜中存在较高营养水平的原生动物和后生动物,食物链较长,特别是生物膜较厚时,里侧深部厌氧菌能降解好氧过程中合成的污泥,因此剩余污泥产量低,一般比活性污泥处理系统少1/4左右,可减少污泥处理与处置的费用。
4、由于微生物固着于填料的表面,生物固体停留时间SRT与水力停留时间HRT无关,因此为增殖速度较慢的微生物提供了生长繁殖的可能性.因此,生物膜法中的生物相更为丰富,且沿水流方向膜中微生物种群分布具有一定规律性.生物膜反应器适合世代时间长的硝化细菌生长,而且其中固着生长的微生物使硝化菌和反硝化菌各有其适合生长的环境.因而,生物膜反应器内部,也会同时存在硝化和反硝化过程.如果将已经实现硝化的污水回流到低速转动的生物转盘和鼓风量较小的生物滤池等缺氧生物膜反应器内,可以取得更好的脱氮效果,而且不需要污泥回流。
5、生物滤池、转盘等生物膜法采用自然通风供氧,装置不会出现泡沫,管理简单,运行费用较低,操作稳定性较好。
缺点：
1、受气候条件影响较大,容易滋生蚊蝇和产生臭气,周围卫生状况不好。
2、和活性污泥法相比,除了镜检法以外,对生物膜中微生物的数量、指标的检测方式较少,而活性污泥法可以通过测定污泥沉降比、SVI、污泥浓度等多种方法对微生物的活性进行监测.因此,生物膜出现问题后,不容易被发现,即调整运行的灵活性较差。
3、和普通活性污泥法相比,CODcr(BOD5)去除率较低.有资料表明,50%的活性污泥法处理厂BOD5的去除率高于91%,50%的生物膜法处理厂的BOD5去除率为83%左右,相对应的出水BOD5分别为14mg/L和28mg/L。
工艺流程图：
图2-4生物膜法工艺流程
2.2.6普通活性污泥法
优点：
1、处理效果较好
2、废水处理程度灵活，可高可低
3、技术成熟，十分安全可靠
4、用于大型污水厂费用较低
5、沼气可回收利用
缺点：
1、水浓度不能高，不适应冲击负荷
2、需氧量前大后小，造成前段缺氧后段过剩；
3、为了避免前段缺氧，进入浓度不能高。
4、用于中小型污水厂费用偏高
使用条件：
1、入流水质水量：BOD5：N：P＝100：5：1
2、混合液悬浮固体浓度（MLSS）：包括活细胞、无活性又难降解的内源代谢残留物、有机物和无机物，前三类有机物约占固体的成分的75﹪～85﹪。用挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）指标不包括无机物，更准确反映活性物质量，但测定较麻烦。对给定的废水，MLVSS /MLSS介于0.75～0.85之间。
3、有机负荷：有进水负荷和去除负荷两种，前者指单位重量的活性污泥在单位时间内要保证一定的处理效果才能承受的有机物的量；后者指单位重量的活性污泥在单位时间内去除的有机物量。有时也用单位曝气池容积作为基准。
4、剩余污泥排放量和污泥龄：微生物代谢有机物同时增值，剩余污泥排放量等于新净增污泥量。用新增污泥替换原有污泥所需时间称为泥龄θc。
5、混合液溶解氧浓度
6、水温：在一定范围内，随着温度升高，生化反应速率加快，增值速率也快；另一方面细胞组织入蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升并超过一定的限度时，会产生不可逆的破坏。
7、pH值：一般好氧微生物的最适宜pH＝6.5～8.05；pH﹤4.5时，真菌占优势，引起污泥膨胀；另一方面，微生物的活动也会影响混合液的pH值。
8、曝气池和二沉池的水力停留时间
9、二沉池的水力表面负荷、固体表面负荷和出水溢流堰负荷。
工艺流程图：
2.3方案的技术比较
表2-1各种方法的技术对比
| 类 型 参 数 | 氧化沟工艺 | SBR工艺 | A2/O工艺 |
| 污泥负荷（kgBOD/kgMLSS.d） | 0.03～0.10 | 0.2～0.3 | ＜0.18 |
| 污泥龄 (天) | 20～30 | 16.5 | ＞10 |
| 污泥回流比 (%) | 50～200 | 30 | 50～100 |
| 水质要求总氮 (mg/L) | / | 30～40 | ＜30 |
| 占地面积 | 小 | 较小 | 小 |
| 稳定性 | 一般 | 一般 | 好 |
表2-2各种方法优缺点比较
| 工艺名称 | 氧化沟工艺 | AO工艺 | A2O工艺 | SBR工艺 |
|  优
点 |
1.处理流程简单，构筑物少，基建费用省；2.处理效果好，有稳定的除P脱N功能；3.对高浓度的工业废水有很大稀释作用；4.有较强的抗冲击负； 5.能处理不容易降解的有机物；6.污泥生    成量少，污泥不需要消化处理，不需要污泥回流系统；7.技术先进成熟，管理维护简单；8.国内工程实例多，容易获得工程设计和管理经验；9.对于中小型无水厂投资省，成本底；10.无须设初沉池，二沉池。
|
1．污泥沉降性能好；污泥经厌氧消化后达到稳定；3.用于大型水厂费用较低；4.沼气可回收利用。
|
1.具有较好的除P脱N功能；2. 具有改善污泥沉降性能的作用的能力，减少的污泥排放量；3.具有提高对难降解生物有机物去除效果，运行效果稳定；4.技术先进成熟，运行稳妥可靠；5.管理维护简单，运行费用低；6沼气可回收利用7.国内工程实例多，容易获得工程设计和管理经验。
|
1.流程十分简单；2.合建式，占地省，处理成本底；3. 处理效果好，有稳定的除P脱N功能；4.不需要污泥回流系统和回流液；不设专门的二沉池；5.除磷脱氮的厌氧，缺氧和好氧不是由空间划分的，而是由时间控制的。
|
| 缺 点 |
1.周期运行，对自动化控制能力要求高；2.污泥稳定性没有厌氧消化稳定；3.容积及设备利用率低；4.脱氮效果进一步提高需要在氧化沟前设厌氧池。
|
1.用于小型水厂费用偏高；2.沼气利用经济效益差；3，污泥回流量大，能耗高。
|
1.处理构筑物较多；2，污泥回流量大，能耗高。3. 用于小型水厂费用偏高；4.沼气利用经济效益差。
|
1.间歇运行，对自动化控制能力要求高；2.污泥稳定性没有厌氧消化稳定；3.容积及设备利用率低；4.变水位运行，电耗增大；5除磷脱氮效果一般。
|
2.4 方案的经济比较
表2-3 经济比较
| 项目 | SBR法 | 氧化沟工艺 | A2/O工艺 |
| 构筑物与设备总造价 | 587.576万元 | 914.4208万元 | 667.685万元 |
| 水厂运行管理费用 | 308.679万元 | 455.21万元 | 333.84万元 |
| 水厂附属设施设备 | 购置费 | 400元 | 400元 | 400万元 |
| 安装费 | 80万元 | 80万元 | 80万元 |
2.5 确定处理流程
从上表可以看出，SBR工艺经济比较最高，A2/O工艺经济比较一般，氧化沟工艺经济比较最高，但SBR控制要求高，自动化设备多，管理较复杂，由于间歇曝气，污泥浓度受到制约，不能太大，单纯的氧化沟工艺的除磷效率很低，需要增设厌氧段才能达到一定的除磷效果；虽然污泥产量少，耐冲击负荷，但是这是建立在该工艺很低的污泥负荷上的，且要求处理构筑物内水深要浅，而这又决定了在处理相同水质、水量污水的情况下，该工艺是最占土地的，即增加了基建费用
然而A2/O工艺，去除有机物的同时可生物除磷，沼气可回收利用，用于大型污水厂费用较低，污泥沉降性能好，占地面积小，污泥经厌氧消化达到稳定。所以我选用A2/O工艺作为该污水处理厂的首选工艺。
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