城污水处理工艺方案卢嘉钦.docx

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城污水处理工艺方案卢嘉钦

2018届毕业论文

城市污水处理工艺设计

学生：

卢嘉钦

学号：

100723117

专业：

环境监测与治理技术

班级：

10级<1）班

指导教师：

陈健老师

安全技术与环境工程系

2018年6月

目录

摘要4

第1章课程设计任务5

1.1设计题目5

1.2原始资料5

1.3出水要求水质5

1.4设计内容5

第二章概述6

2.1城市污水概论6

2.2研究目的和意义6

2.3水质分析6

2.4设计数据7

第三章工艺流程8

3.1国内外治理现状8

3.2各工艺对比分析8

3.2.1氧化沟工艺8

3.2.2缺氧-好氧生物脱氮工艺

3.2.3厌氧-好氧生物除磷工艺

3.2.4厌氧-缺氧-好氧生物除磷工艺

3.2.5SBR工艺11

3.3工艺流程12

3.4工艺说明12

3.4.1格栅12

3.4.2进水泵房与集水井13

3.4.3沉砂池13

3.4.5接触消毒池14

第四章设计说明17

4.1格栅17

4.1.1格栅17

4.1.2设计草图18

4.2污水提升泵站18

4.3曝气沉砂池18

4.4SBR反应池20

4.4．1SBR池设计计算20

4.4．2SBR池空气管平面布置图21

4.5接触消毒池22

4.5.1接触消毒池与加氯间22

4.6污泥处理系统23

4.6.1污泥浓缩池23

4.6.3污泥脱水机房24

参考文献24

摘要

【摘要】本设计为城市污水处理工艺设计，污水处理的规模是50000m3/d，生活污水的主要污染物质是ph、BOD、COD、SS、总氮、重金属、总有机碳等。

SBR法的全称是间歇式活性污泥法。

这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。

该工艺不设二沉池和污泥回流设备，且曝气池容积也小于连续式，所以它的工艺流程简单，氧利用率高，基建费用和运行费用均较低，不易产生污泥膨胀。

同时通过对运行方式的调节，具有脱氮除磷的功能，且处理水水质优于连续式。

但该工艺要求程序控制，自动化水平较高。

【关键词】生活污水脱氮除磷SBR工艺生物处理

第1章课程设计任务

1.1设计题目

50000m³/d城市污水处理厂设计

1.2原始资料

1．处理流量Q=50000m3/d

2．水质情况：

BOD5=150mg/L；CODcr=200mg/L；SS=200mg/L；氨氮=30mg/L；磷酸盐=4.0mg/L

1.3出水要求水质

污水处理厂的排放指标为：

BOD5：

≤30mg/L；CODcr：

≤120mg/；SS：

≤30mg/L；氨氮：

≤30mg/L

1.4设计内容

1．方案确定

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，说明选择理由，进行工艺流程中各处理单元的处理原理说明，论述其优缺点，编写设计方案说明书。

2．设计计算

进行各处理单元的去除效率估；各构筑物的设计参数应根据同类型污水的实际运行参数或参考有关手册选用；各构筑物的尺寸计算；设备选型计算，效益分析及投资估算。

3．平面和高程布置

根据构筑物的尺寸合理进行平面布置；高程布置应在完成各构筑物计算及平面布置草图后进行，各处理构筑物的水头损失可直接查相关资料，但各构筑物之间的连接管渠的水头损失则需计算确定。

第二章概述

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。

2.2研究目的和意义

水是人类的生命之源，它孕育和滋养了地球上的一切生物。

与我们人类密切相关的是淡水。

但是，水环境中的淡水资源却很少，仅占总量的2.53%。

因此，保护和珍惜水资源，是整个社会的共同职责。

在我国，淡水资源人均不超过2545立方M，不到世界人均的1/4，因此我们更应该保护和珍惜水资源。

理论是用于实践的，将自己在课堂上所学的知识，尤其是专业知识用于本次毕业设计之中，以提高自己的工程设计能力，为自己走上工作岗位进行工程设计打下坚固的实践基础。

通过毕业设计，能够熟悉并掌握污水处理工程的设计内容、设计原理、方法和步骤，能根据原始设计资料正确地独立地选定设计方案，掌握污水厂设计的基本流程及各构筑物的设计方法，熟悉设计计算书和设计说明书的编写内容和编制方法，并绘制工程图纸。

2.3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

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

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实验改革。

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

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

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

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。

2.4设计数据

本设计是根据任务书给定的出水水质所设计的，详见下表：

表1-2出水指标

Q（m3/d>

指标

BOD

CODcr

SS

氨氮

50000

出水水质

≤30mg/L

≤3120mg/L

≤30mg/L

≤30mg/L

第三章工艺流程

3.1国内外治理现状

目前国内外比较流行的生物处理方法有活性污泥法和生物膜法。

活性污泥法：

以悬浮在水中的活性污泥为主体，在有利于生物生长的环境条件下和污水充分接触，使污水净化的一种方法。

其主要构筑物为曝气池和二沉池。

生物膜法：

微生物浓度高；微生物多样化、微生物分层各个层可以配有有力的微生物；微生物食物链长、世代长和微生物存活率高；对水质、水量变化的适应性强、对温度适应性强、可以处理低浓度废水；产生污泥少、容易固液分离、动力费用较低、有较好的脱氮除磷效果；但该方法同时存在着以下缺点：

生物膜法的微生物膜不宜刮起、用的时间比较长；生物膜法处理水量较小且布水不太均匀、容易产生池蝇和散发臭味；采用滤料作为生物膜的载体，这样滤料容易堵塞；管理和维修都不方便。

从上面的比较分析可知，采用活性污泥法处理城市生活废水较适宜。

随着经济的发展和时间的推移，传统的普通的活性污泥法也发展出了一系列新的处理效果更好，投资费用更低的工艺。

主要有：

氧化沟工艺、A—O工艺、A2/O工艺、SBR工艺等。

3.2各工艺对比分析

3.2.1氧化沟工艺

氧化沟是活性污泥法的一种变形，它把连续环式反应池作为生化反应器，混合液在其中连续循环流动。

随着氧化沟技术的不断发展，氧化沟技术已远远超出最初的实践范围，具有多种多样的工艺参数、功能选择、构筑物形式和操作方式。

如卡鲁塞尔氧化沟、三沟式

优点：

<1）适合设计流量较大时使用。

用转刷曝气时，设计污水流量可以达到数百立方M每日。

用叶轮曝气时，设计污水流量可达数万立方M每日。

<2）混合液可以在池内循环流动，循环流量一般为设计流量的30~60倍。

<3）氧化沟的流型为循环混合式，污水从环的一端进入，从另一端流出，具有完全混合曝气池的特点。

<4）可利用操作间歇时间使沟内混合液沉淀而省去二沉池，剩余污泥通过氧化沟内污泥收集器排除。

<5）工艺简单，管理方便，处理效果稳定。

缺点：

<1）处理构筑物较多；

<2）回流污泥溶解氧较高，对除磷有一定的影响；

<3）容积及设备利用率不高。

图2-1氧化沟工艺流程图

3.2.2缺氧-好氧生物脱氮工艺

A1/O法是缺氧—好氧生物脱氮工艺的简称。

开创于80年代初，因为它将缺氧反硝化反应池置于好氧硝化反应池之前，所以故该工艺又称为前置硝化生物脱氮工艺。

是目前实际工程中应用较多的简单生物脱氮工艺。

其基本原理是在传统的二级处理中将有机氮转化为氨氮的基础上，通过硝化和反硝化菌的作用，将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再经过反硝化作用将硝态氮转化为氮气，从而达到从废水中脱氮的目的。

传统活性污泥法中，污水中氮磷的去除量仅为微生物细胞合成而从污水中摄取的数量，其去除率低，氮为20%~40%，磷为5%~20%，而A1/O工艺的脱氮率可达70%～80%。

A1/O法工艺的优点：

<1）流程简单、构筑物少，只有一个污泥回流系统和混合液回流系统，基建费用可大大的节省；

<2）反硝化缺氧池以原污水为碳源，不需外加有机碳源，降低了运行费用并可获得较高C/N比，保证了充足的反硝化；

<3）此工艺的好氧池在缺氧池之后，可以使反硝化残留的有机物进一步去处，提高出水的水质；

<4）好氧池在缺氧池后，由于反硝化消耗了部分碳源有机物，可以减轻其后耗氧池的有机负荷。

而且反硝化产生的碱度可以补偿硝化所需的碱度；

A1/O法工艺的缺点：

<1）脱氮效率不高，一般在70%—80%之间；

<2）如果沉淀池运行不当，则在沉淀池内会发生反硝化反应，造成污泥上浮，使处理的水质恶化；

<3）如提高脱氮效率，必须加大内循环比，会使运行费用增高；

<4）内循环混合也来自曝气池<硝化池），含有一定的溶解氧，使反硝化难于维持理想的缺氧状态，一般脱氮率难于达到90%。

图2-2分建式A1／0系统工艺流程

3.2.3厌氧-好氧生物除磷工艺

A2/O工艺由前段厌氧池和后段好氧池串联组成。

污水和回流污泥进入该池，在水下搅拌器的帮助下，混合。

回流污泥中的聚磷菌在厌氧池吸收一部分有机物，并释放出大量的磷。

混合液从厌氧池流入好氧池后，污水中的有机物被氧化分解，聚磷菌吸收比在厌氧条件下所释放的更多的磷，排出剩余污泥使污水中的磷得到去除。

图2-3A2/O除磷工艺流程图

3.2.4厌氧-缺氧-好氧生物除磷工艺

由于对城市污水处理的出水有去除氮和磷的要求，最早由美国专家于20世纪70年代在厌氧-好氧除磷工艺

它利用生物处理法脱氮除磷，可获得优质出水，是一种深度二级处理工艺。

在首段厌氧池（DO<0.2mg/L>进行磷的释放使污水中P的浓度升高，被微生物细胞吸收溶解性有机物使污水中BOD浓度下降，另外NH3-N因细胞合成而被去除一部分浓度下降，但NO3－N浓度没有变化。

在缺氧池中

在好氧池中

为有效脱氮除磷，对一般的城市污水要求，COD/TKN为3.5～7.0（完全脱氮COD/TKN>12.5>，BOD/TKN为1.5～3.5，COD/TP为30～60，BOD/TP为16～40（一般应＞20>。

若降低污泥浓度、压缩污泥龄、控制硝化，以去除磷、BOD5和COD为主，则可用A/O工艺。

A2/O工艺优点：

<1）是最简单的同步脱氮除磷工艺，水力停留时间少于其他同类工艺；

<2）在厌氧<缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状细菌不能大量的繁殖，无污泥膨胀现象的发生，SVI的值一般小于100；

<3）污泥中含磷浓度较高，具有很高的肥效；

<4）处理效率高，一般能达到BOD5和SS为90%～95%，总氮为70%以上，磷为90%左右，一般适用于要求脱氮除磷的大中型城市污水厂。

A2/O工艺缺点：

<1）除磷效果难于再次提高，污泥增长有一定的限度不易提高，特别是P/BOD值高时更加如此；

<2）脱氮效果也难进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高；

<3）进入沉淀池的处理水要保持一定的浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象的出现。

但是溶解氧的浓度不能太高，要防止循环混合液对缺氧反应器的干扰，这一点难以控制。

图2-4A2/O工艺流程图

3.2.5SBR工艺

SBR法是在单一的反应池内进行活性污泥处理工艺，并使污水处理的单元操作以时间的形式连续地进行处理的方法。

工序组成有：

进水→曝气→沉淀→排水→闲置。

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，还进行着硝化和聚磷菌的好氧吸磷；阶段C为停止曝气、混合搅拌阶段，在该阶段内进行反硝化脱氮；阶段D为沉淀排泥阶段，在该阶段内既进行泥水分离，又排放剩余污泥；阶段E为排水阶段。

在阶段E后，有的根据水质要求还设有闲置阶段。

SBR的优点：

<1）其脱氮除磷的厌氧、缺氧和好氧不是由空间划分，而是用时间控制的；

<2）工艺简单，处理构筑物少，无二沉池和污泥回流系统，基建费用和运行费用较低；

<3）此工艺用于工业废水处理，不需要设置调节池；

<4）污泥的SVI较低，污泥易于沉淀，一般不会产生污泥膨胀现象；

<5）调节SBR的运行方式，可以具有去除BOD和脱氮除磷的功能；

<6）当运行管理得当时，出水的的水质优于连续式；

<7）其运行操作、参数控制可实现自动化控制，以使其最佳运行；

SBR的缺点：

<1）脱氮、除磷能力一般，出水水质不稳定；

<2）间歇曝气、间歇排水的自动化程度高，对工人素质要求较高；

<3）操作、管理、维护较复杂，不适合大型污水处理厂；

3.3工艺流程

综上所述，能够满足脱氮除磷的污水处理工艺很多，其基本原理都是相同的，每一种工艺均各有特点，分别适用于各种不同场合，应该具体问题具体分析后加以采用。

本设计采用SBR法。

图2-5工艺流程示意图

3.4工艺说明

3.4.1格栅

格栅是由一组相平行的金属栅条与框架组成，倾斜安装在进水的渠道，或者进水泵站集水井的进口处，拦截污水中粗大的悬浮物及杂质。

去除可能堵塞水泵机组及管道的较粗大悬浮物，设置筛网截留较细的悬浮物，保证后续处理设施能够顺利运行。

它本身的水流阻力并不大，水头损失只有几厘M，阻力主要产生于筛余物堵塞栅条。

格栅按格栅栅条间隙可分为粗格栅<50~100mm），中格栅<10~40mm），细格栅<3~10mm）三种。

考虑到整个污水处理系统的正常运行，污水处理厂一般都设置有粗细两道格栅。

根据清洗方法的不同，格栅设计成人工清渣和机械清渣两类，当污染物量大时，一般应采用机械清渣，以减少人工劳动量。

本设计栅渣量大于0.2m3/d,为节省劳力，选用机械清渣，由于设计流量小，悬浮物相对较少，采用一组细格栅即可满足要求。

3.4.2进水泵房与集水井

污水进厂后，必须通过泵站提升后，才能在以后的处理过程中，保证其以重力流流动。

在泵房前面设置一集水井，泵房与集水井合建。

两者一起对水量进行调解。

当后面构筑物发生故障或需要进行设备检修时，可以在集水井上设置一个闸阀，将污水排放，污水不能进入到处理系统中去，就可以进行维修检修。

本设计水量较小为5000m3/d，采用合建式圆形污水泵房，自灌式工作。

因为圆形结构受力条件好，便于施工，工程造价低。

当泵房直径为7～15m时，工程造价比矩形低。

此外，采用自灌式工作，水泵启动方便，易于根据集水井中水位实现自动操作，不仅可以保护泵，还可以降低工人的劳动强度。

3.4.3沉砂池

城市生活污水中含有无机悬浮颗粒，这些无机悬浮颗粒物质会对后序生物处理过程中，所使用的活性污泥的活性产生不良的影响。

当这些物质沉降下来后，还会对污泥的处理带来不便。

所以，在无机悬浮颗粒进入生物处理阶段前，必须设置沉砂池去除这些物质。

目前污水处理实例应用中，使用的沉砂池有4种：

平流式、曝气式和钟式。

通过比选和进出水水质的状况，本设计决定采用曝气沉砂池，对相对较小流量的城市污水进行处理。

普通平流沉砂池的主要缺点是沉砂中含有15%的有机物，使沉砂的后续处理难度增加。

采用曝气沉砂池可以克服这一缺点[4]。

3.4.3.1平流沉砂池

优点：

（1>平流沉砂池截留无机颗粒效果较好；

（2>其工作稳定，结构简单；

（3>排砂方便；

缺点：

（1>平流沉砂池的尘砂中含有约10%的有机物，这些有机物给砂的处理带来许多不便；

（2>保持0.3m/s，的水平流速比较困难，因进水流量变化幅度大；

（3>现有恒定水平流速的设施不是很理想，比例流量堰有时会在池底形成较高的流速而将沉淀的砂粒冲起；

（4>流量控制堰头水头损失过大，达设计水深的30—40%；

3.4.3.2曝气沉砂池

优点：

（1>在沉砂效果相同的条件下，适应变化流量能力最强；

（2>水头损失小；

（3>通过控制曝气强度，可使沉淀下来的砂粒的腐化有机物的含量降低；

（4>只要调节现场操作条件既可改变其除砂的性能，运行灵活度大；

（5>可以在一级处理前作为混合、絮凝、预曝气之作用。

可以改善进水的腐化状况从而提高后续的处理效果；

缺点：

（1>能耗比其它沉砂池都高；

（2>运转劳动力较多；

（3>如何获得良好的螺旋环流流态挡板的位置，良好的砂斗和排砂系统等在设计上还存在许多疑问；

（4>释放有害气体；

3.4.3.3钟式沉砂池

优点:

（1>适应流量变化的能力比较强；

（2>水头损失小，典型的损失仅为6mm，

（3>细砂粒去除率较高，140<0.104mm）目的细砂粒去除率可达73%左右；

（4>机械的传动部分在水面以上，便于维修；

（5>动能效率较高；

缺点：

（1>国外公司的专有产品和技术设计，技术成本比较高；

（2>搅拌浆会缠绕纤维状的物体；

（3>砂斗内的砂子因为被压实而抽排困难，往往需要高压水或空气去搅动。

空气提升泵房往往不能有效的抽排细砂；

（4>池子本身虽占地小，但由于要求切线方向进水并且进水渠道直线较长，池子数目多于两个时，配水比较困难，占地也大。

3.4.5接触消毒池

3.4.5.1消毒剂

常用的消毒方法有氯、二氧化氯、臭氧、紫外线等。

目前我国的城市给水排水普遍采用氯来消毒，可以投加液氯、漂白粉、漂白精、次氯酸钠等。

表2-2几种常见消毒剂的性能比较

工程

液氯

次氯酸钠

二氧化氯

臭氧

紫外线

杀菌有效性

较强

中

强

最强

强

效能：

对细菌

对病菌

对芽孢

有效

部分有效

无效

有效

部分有效

无效

有效

部分有效

无效

有效

有效

有效

有效

部分有效

无效

一般投加量（mg/l>

5~10

5~10

5~10

10

接触时间

10~30min

10~30min

10~30min

5~10min

10~100s

一般投资

低

较高

较高

高

高

运转成本

便宜

贵

贵

最贵

高

优点

技术成熟，

投资设备简

单，有后续

消毒作用

可用海水或

浓盐水作原

料，也可购买

上坪次氯酸

钠，使用方便

使用安全可

靠，有定型产

品

能有效的去除污水中残留有机物、色、臭味，受PH、温度影

响

杀菌迅速，无化学药剂

缺点

有臭味，残

毒，使用时

安全措施要

求高

现场制备设

备复杂，维护

管理要求高

需现场制备，

维护管理要

求较高

需现场制备，设备管理复杂，剩余臭氧徐做消毒处理

消毒效果受出水水质影响较大。

设备无定型产品，货源不足

适用条件

中、大型污

水处理厂，

最常用方法

中、小型污水

处理厂

中小型污水

处理厂

要求出水水质较好，排入水体的卫生条件高的污水厂

小型污水厂，随着设备逐渐成熟，正日益广泛应用

消毒剂的选择应考虑六个因素：

1.杀死病原体的效果，

2.剩余消毒剂及剩余消毒剂的稳定性；

3.对水质感官会造成什么影响；

4.消毒副产物的毒理学评价；

5.工程实践中控制和监测的难易程度；

本设计采用液氯作为消毒剂。

氯气是一种黄绿色气体，有刺激性，有毒，极容易被压缩成琥珀色的液氯。

在常温常压下，液氯易气化。

氯气能溶于水，与水发生水解作用，生成次氯酸，并进一步离解成离子。

3.4.5.2接触池

接触池的作用是保证消毒剂与水有充分的接触时间，是消毒剂发挥作用，达到预期的杀菌效果。

设计合理的接触池应是污水的每一个分子都有相同的停留时间，也就是说水流处于100%的推流。

采用的消毒方法不同，接触池停留时间、形式也不同。

本设计采用纵向折流反应池

3.4.6污泥浓缩方式

降低污泥中的含水率，可以采用污泥浓缩的方法来降低污泥中的含水率，减少污泥体积，能够减少池容积和处理所需的投药量，减小用于输送污泥的管道和泵类的尺寸。

具有一定规模的污水处理工程中常用的污泥