污水处理工程设计重点与难点.docx

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污水处理工程设计重点与难点

一、技术要求

污水处理方法的选择应满足现行的国家和地方有关的规定，根据污水的水质和水量，并结合受纳水体的稀释能力，污水利用条件、进行多方案的技术经济比选，选用出水达标排放，运行安全可靠、技术先进节能、运行成本低、投资省、占地少、操作管理方便的成熟处理工艺。

污水处理工艺的选择力求做到：

工艺合理，技术先进，水质变化适应能力强，出水达标且稳定，污泥易于处置；

经济合理，电耗省，造价低，占地省；

易于管理，操作方便，设备可靠；

重视环境、臭气的防护，噪声的控制；

厂区景观与环境相协调，文明生产。

选择合适的污水处理工艺，不仅可以降低工程投资，还有利于污水处理厂站的运行管理以及减少污水厂站的常年运行费用，保证出厂污水水质。

二、重点及难点

（一）处理重点解析

1）水质指标

污水处理厂站的工艺选择与设计除了应遵循一般基本要求外，还应能满足对各个重点处理项目以及难点项目的处理要求。

对工程处理重点项目及相关难点分析如下：

（1）BOD5

污水处理厂站要求的出水BOD5指标为≤10mg/L，从目前常采用的一些污水处理工艺来看，处理后BOD5浓度可消减90%以上，再加上本工程由于除磷脱氮对BOD5的进一步削减，能够保证BOD5出水浓度低于10mg/L，因此，BOD5不是本工程的重点处理项目。

（2）CODCr

CODCr与BOD5的去除基本同步，在本工程中，污水厂站出水CODCr达到要求值40mg/L，人工湿地出水COD年均值小于20mg/L,以下容易实现，因此，CODCr不是本工程的处理重点。

（3）SS

本工程要求出水SS浓度小于10mg/L，常规处理一般能使出水SS浓度低于20mg/L，但难以稳定达到10mg/L以下，高出水SS将导致TN、TP难以达标。

因此，SS是本工程的重点处理项目。

不过在增加深度处理后可使出水满足设计要求。

（4）NH3 N

本工程污水厂站和人工湿地出水NH3 N标准较严格，污水厂站出水小于4mg/L，人工湿地出水年均值小于1.5mg/L。

污水处理厂站进水氨氮的去除主要靠硝化过程来完成，由于氨氮的硝化过程远比碳的氧化过程缓慢，因此，NH3 N也是本工程的重点处理项目。

（5）TN

要求出水TN小于15mg/L，污水处理厂站进水TN的去除主要在硝化充分的基础上靠反硝化过程来完成，工程上通过缺氧阶段实现，反硝化成为缺氧池设计的控制因素。

根据大量的试验数据和运转实例，控制缺氧段停留时间及回流率可以较好的控制出水总氮，因此，TN也是本工程的重点处理项目。

（6）TP

本工程出水TP浓度要求小于0.4mg/L，一般而言，通过具有除磷脱氮功能的生物处理后，出厂水中磷含量可以达到1mg/L，但难以保证稳定在0.4mg/L以下，因此，TP是本工程的重点处理项目。

不过，在增加化学除磷的深度处理后就能比较容易地保证出水中TP指标达标。

综上所述，根据示例污水处理厂站进出水水质，本工程污水处理的重点指标为TP、SS、NH3 N、TN。

（二）处理难点解析

本工程污水处理的主要难点如下：

（1）由于项目初期进水水质及水量偏低，解决项目初期进水碳源可能偏低的问题，合理分配碳源是工程设计中的一个难点；

（2）雨季污水SS值和含砂量较高的问题；

（3）对于本次招标中出水排放标准较高的项目，由于SS、BOD5、CODcr、TP等污染物均可通过三级深度处理去除，而化学加药、过滤等三级处理手段对TN的去除是基本无效的，只有通过强化生物处理手段进行去除；

（4）污水量变化较大，因为本工程纳污范围为肥东及庐江市乡镇区域，主要为乡镇的居民生活污水，该部分收水水量具有水量波动较大，瞬时高峰较大，季节变化性大，可能出现断流等典型特征，如何根据污水厂站污水量变化确定污水处理工艺，是本工程设计的难点之一。

（5）支管网设计，设计范围为乡镇居民区，如何因地制宜结合相关规划进行支管网设计，即尽量减小对居民生活的影响，又切实能够完善支管网，确保收水率是本项目设计的又一难点。

以上问题是本工程技术路线重点考虑的技术问题。

针对本工程中的处理重点及难点，需采用合理适当的方法。

（三）采取的措施

1、主要指标的处理措施

（1）BOD5指标分析

本项目的最大进水BOD5指标为150mg/L，出水满足国标一级A排放标准（即：

BOD5≤10mg/L）。

污水中BOD5的去除是靠微生物的吸附作用和微生物的新陈代谢作用，然后对污泥与水进行分离完成的。

微生物在有氧的条件下将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞，将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是CO2产H2O等稳定物质。

这也就是污水中BOD5的降解过程。

在这种合成代谢与分解代谢过程中，溶解性有机物（例如分子有机酸等易降解有机物）直接进入细胞内部被利用。

而非溶解性有机物则首先被吸附在微生物表面，然后被酶水解后进入细胞内部被利用。

由此可见，微生物的好氧代谢作用对污水中溶解性有机物和非溶解性有机物都起作用，并且代谢产物是无害的稳定物质，因此可以使处理污水中残余BOD5的浓度很低。

从目前常采用的一些污水处理工艺来看，该项指标在采用生物脱氮除磷工艺的基础上再附加三级深度处理后较容易满足。

当要求对污水进行硝化及反硝化时，二级处理后出水BOD5浓度一般均低于20mg/L（处理效果好时，一般常低于10mg/L），其相应的去除率一般均大于90%。

这是因为自养型的亚硝酸菌具有很小的比增长速率μN，与去除碳源的异养型微生物相比要小一个数量级以上，因此需要硝化系统比单纯去除碳源BOD5的系统具有更长的泥龄或更低的污泥负荷，在此条件下，BOD5的去除率将有大幅度的提高。

（2）CODcr指标分析

本项目的最高进水CODcr指标为300mg/L，处理规模1000m3/d及以上污水厂站出水要求优于国标一级A排放标准（即：

CODcr≤40mg/L），处理规模1000m3/d以下执行一级A标准（即：

CODcr≤50mg/L）。

污水中CODCr去除的原理与BOD5基本相同。

CODCr的去除效率取决于原污水的可生化性，它与污水的组成有关。

对于那些主要以生活污水组成的城镇污水，其BOD5/CODCr的比值往往接近0.5或者大于0.5，其污水的可生化性较好，出水中CODCr值可以控制在较低的水平。

采用生物脱氮除磷工艺，因为硝化所需的泥龄较长，长泥龄可提高CODcr的去除率。

在进水CODcr=300mg/L时，出水CODcr≤40mg/L，对于可生化性较好的城市污水而言，在采用生物脱氮除磷工艺的基础上再附加三级深度处理后一般均能够较容易达到。

（3）SS指标分析

本项目最高的进水SS指标为150mg/L，出水满足国标一级A排放标准（即：

SS≤10mg/L）。

污水中悬浮物的去除主要靠沉淀作用。

污水中的无机颗粒和大尺度的有机颗粒靠自然沉淀作用就可以去除，小尺度的有机颗粒靠微生物的降解作用去除。

污水处理厂站出水中悬浮物浓度不单涉及到出水SS指标，还因为组成出水是浮物的主要是生物膜，其本身的有机成分就很高，因此对出水的BOD5、CODCr、TP等指标也有直接影响，所以控制污水处理厂站出水的SS指标是最基本的，也是很重要的。

根据国外现有资料，在仅采用生物除磷工艺时，出水SS将直接影响到出水的TP值。

经工艺计算，剩余污泥含磷比例为3.25%时，若当出水SS指标控制在20mg/L之内，使得随出水SS排放的磷含量为0.65mg/L。

（4）氨氮（以N计）指标分析

本项目的进水NH4+-N最高指标为30mg/L，处理规模1000m3/d及以上污水厂站出水要求优于国标一级A排放标准（即：

NH4+-N≤4mg/L），处理规模1000m3/d以下执行一级A标准（即：

NH4+-Nr≤5mg/L）。

现代污水处理技术中的生物脱氮通常是通过在好氧条件下进行的硝化过程和缺氧条件下的反硝化过程来实现的。

在好氧条件下，污水中的氨氮被硝化菌氧化为亚硝酸盐，亚硝酸盐再进一一步被氧化成硝酸盐；在缺氧（DO低于0.7mg、ORP≈0mv）的条件下，硝酸盐则作为兼性反硝化菌的电子受体。

通过生物的分解代谢还原成分子氮，最终通过气态分子氮从污水中逸脱，完成脱氮过程。

现代生物处理技术的研究和实践证明：

通过控制反应器中的溶解氧（DO）或氧化还原电位（ORP）及有关条件，可以使硝化和反硝化这两个不同的反应在相同的反应器内同时进行，由于同步硝化一反硝化不需要分别设置不同的反应器，因而会有效简化反应器的结构，省去内循环系统，降低工程投资和运行费用。

污水处理厂站进水氨氮的去除主要靠硝化过程来完成，氨氮的硝化过程将成为控制生化处理好氧单元设计的主要因素。

要满足4mg/L出水要求，必须进行完全硝化，并且还要通过完全反硝化辅助。

故本工程设计在完全硝化的基础上，适当进行充分供氧，并采用完全反硝化设计和三级深度处理，能够保证出水氨氮指标控制在4mg/L以内。

在进行完全硝化的同时，碳源也被氧化，将会提高的BOD5去除率，使出水的BOD5将低于10mg/L。

（5）总氮（以N计）指标分析

本项目最高的进水TN指标为40mg/L，出水应满足国标一级A排放标准（即：

TN≤15mg/L）。

TN是本工程重点处理指标，由于本工程总氮去除率要求较高，除了要做到氨氮的完全硝化，特别要重视反硝化的控制。

因此，本工程设计在完全硝化的基础上，需要充分保证反硝化的环境，合理分配和补充碳源、充分利用活性菌种的自养降解作为反硝化碳源，控制出水TN≤15mg/L。

（6）总磷（以P计）指标分析

本项目的进水TP指标为4mg/L，处理规模1000m3/d及以上污水厂站TP出水要求优于国标一级A排放标准（即：

TP≤0.4mg/L），处理规模1000m3/d以下执行一级A标准（即：

TP≤0.5mg/L）。

磷的去除主要分为生物除磷和化学除磷，在进、出水磷浓度不高的情况下，生物除磷可以满足规范要求；当进水磷含量较高，出水磷浓度要求较低时，设计上应考虑辅助化学除磷。

要满足出水磷浓度低于0.4mg/L的要求，必须采用具有生物除磷功能的污水处理工艺并附加化学除磷，并且要严格控制出水SS浓度。

化学除磷主要是向污水中投加药剂，使药剂与水中溶解性磷酸盐形成不溶性磷酸盐沉淀物，然后通过固液分离将磷从污水中除去。

按工艺流程中化学药剂投加点的不同，磷酸盐沉淀工艺可分成前置沉淀、协同沉淀和后置沉淀三种类型。

前置沉淀的药剂投加点是原污水进水处，形成的沉淀物与初沉污泥一起排除；协同沉淀的药剂投加点包括初沉出水、曝气池及二沉池之前的其它位置，形成的沉淀物与剩余污泥一起排除；后置沉淀的药剂投加点是二级生物处理之后，形成的沉淀物通过另设的固液分离装置进行分离，包括澄清池或滤池。

化学除磷的药剂主要包括石灰、铁盐和铝盐。

a.投加石灰法

向污水中投加石灰，污水中磷酸盐与石灰的化学反应可用下式表示：

污水碱度所消耗的石灰量通常比形成磷酸钙类沉淀物所需的石灰量大几个数量级，因此石灰法除磷所需的石灰投加量基本上取决于污水的碱度，而不是污水的含磷量，满足除磷要求的石灰投加量大致为总碳酸钙碱度的1.5倍。

石灰法除磷的PH值通常控制在10以上，由于过高的PH会抑制和破坏微生物的增殖和活性，所以石灰法不能用于协同沉淀，只能用于前置沉淀和后置沉淀法除磷。

b.投加铁盐和铝盐

以硫酸铝和三氯化铁、硫酸亚铁混凝剂为例，金属盐与水中的磷酸盐碱度的反应可以表示如下：

硫酸亚铁混凝：

三氯化铁混凝：

主反应：

副反应：

硫酸铝混凝：

主反应：

副反应：

可见，铁盐和铝盐均能与磷酸根离子（PO43-）作用生成难溶性的沉淀物，通过去除这些难溶性沉淀物去除水中的磷。

按照德国规范ATVA131的规定，一般去除1kg磷需要投加2.7kg铁或1.3kg铝。

对特定的污水，金属盐的投加量需通过试验确定，进水TP浓度和期望的除磷率不同，相应的投加量也不同。

化学除磷方法的产泥量将增加，仅由沉淀剂与磷酸根和氢氧根结合生成的干泥量为2.3kgTS/kgFe或3.6kgTS/kgAl，除此之外，还要考虑附带的其它沉淀物，因此，在实际应用中应按每kg用铁量产生2.5kg污泥或每kg用铝量产生4.0kg污泥来计算产泥量。

化学除磷的优点是工艺简单，除加药设备外不需增加其它设施，缺点是药剂消耗量大，剩余污泥量增加，浓度降低，体积增大，使污泥处理的难度增加，同时还要消耗水中碱度，影响氨氮硝化。

因此，在二级生物处理工艺中，仅当出水含磷要求较高时，才考虑化学法辅助除磷。

综上所述，本项目污水水质各项控制指标的重要性详见表1。

表1污水水质各项控制指标重要性

项目

控制优先次序

对策与措施

NH4+-N

①

完全硝化，完全反硝化，充分曝气

TN

①

充足碳源，完全反硝化，充分曝气

TP

②

生物除磷和化学除磷相结合

SS

②

沉淀、过滤截流

BOD5

③

生物降解为主

CODcr

③

完全硝化，充分曝气

粪大肠菌群数

③

消毒

2、其他处理措施

（1）污水量变化处理措施

在进入污水厂站内建设调节池，错峰调节污水厂站流量，保证后续工艺平稳有序进行，应根据污水厂站服务范围内的人口规模、产业布局、距离远近等综合因素合理确定调节时间，确定调节池容积；本工程规模大于1000m3/d污水处理厂站采用生物滤池工艺，该工艺本身具有较强的耐冲击负荷作用，在断流后重新启动也能较快满足处理要求，具有启动快、负荷高的典型特点，特别适合乡镇污水处理厂站，通过设计生物滤池减少污水量变化对系统的影响。

（2）支管网设计难点对策

为确保支管网设计满足要求，应充分与主干管设计单位对接，调研当地人口、村落布局、主要污染源，排水体制等外部因素，在满足当地规划的条件下，分区、分片实施支管网设计与施工，尽量减小对居民的影响，扩大收水范围，提高收水率。

在适宜的位置新建三格式化粪池初步分散处理生活污水的，形成“沉泥井+化粪池+末端污水处理实施”联动系统方案。