5萬噸城市污水處理廠設計(本科畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 生活污水和工業廢水性質決定。生活污水主要特點是含有較高的有機物，如淀粉、蛋白質、油脂等，以及氮、磷等無機物，還含有病原微生物和較多的懸浮物，BOD 5/COD 值達到 ～，可生化性較好，各種營養物質齊全。工業生產污水主要特點是含有大量腐蝕性、有毒、有害、難于生物降解的污染物，一般情況下生物降解性能比生活污水中的有機污染物的生物降解性能差。通常城市污水中生活污水占 70%~80%，BOD 5/COD 比值較大，可生化性好，用 XX 大學本科畢業設計 第 3 頁生物二級處理效果好，處理費用低 [3]。典型的城市污水水質指標如表 11 所示：表 11 典型的城市污水水質項目 COD (mg/L) BOD5(mg/L) PH SS(mg/L) NH3N(mg/L)數值 200～500 100～300 ～ 100～250 15～59 城市污水處理工藝綜述污水處理是將污水中的污染物分離去除，使有害的物質轉化為無害的物質、有用的物質，水則得到凈化，并使資源得到充分利用。城市污水處理技術通常有物理處理技術、化學處理技術、物理化學處理技術、生物處理技術等。典型的物理處理技術在城市污水處理中應用的有沉淀技術、過濾技術、氣浮技術等。典型的化學處理技術和物理化學處理技術有中和、加藥混凝、離子交換等。典型的生物處理技術有好氧生物氧化分解和厭氧生物發酵技術。城市污水處理工藝，實際上是以上這些技術的應用與組合。目前，污水的生物處理方法有活性污泥法和生物膜法，城市污水處理主要采用活性污泥法。活性污泥法有多種處理工藝，城市二級污水處理廠常用的工藝方法有：傳統活性污泥法及其變形(如 A—B 法(二段曝氣法 )、A/O 脫氮工藝、A 2/O 除磷脫氮工藝) ，氧化溝工藝系列、SBR 工藝系列等。現在，傳統活性污泥法和氧化溝工藝結合的工藝出現，如 OOC 工藝、OCO 工藝、AOR 工藝、AOE 工藝等。 傳統活性污泥法及其變形最早的生物處理技術就是傳統活性污泥法，是在廢水的自凈作用原理下發展而來的。廢水在經過沉砂池、初沉池等一級處理工序，去除了大部分懸浮物和部分BOD 后即進入一個人工建造的池子，池子猶如河道的一段，池內有無數能氧化分解廢水中有機污染物的微生物。同天然河道相比，這一人工的凈化系統效率極高，大氣的天然復氧根本不能滿足這些微生物氧化分解有機物的耗氧需要，因此在池子內需設鼓風或機械翼輪曝氣的人工供氧系統，池子也因此被稱為曝氣池。廢水在曝氣池停留一段時間后，廢水中的有機物絕大多數被曝氣池中的微生物吸附、氧化分解成無機物，隨后即進入另一個池子——沉淀池。在沉淀池中，成絮狀的微生物絮體 XX 大學本科畢業設計 第 4 頁——活性污泥下沉，處理后的出水——上清液即可溢流而排放。為了使曝氣池保持高的反應速率，必須使曝氣池內保持足夠高的活性污泥微生物濃度。為此，沉淀后的活性污泥又回流至曝氣池前端，使之與進入曝氣池的廢水接觸，以重復吸附、氧化分解廢水中的有機物。在這一正常的連續生產(連續進水)條件下，活性污泥中微生物不斷利用廢水中的有機物進行新陳代謝，由于合成作用的結果，活性污泥數量不斷增長，因此曝氣池中活性污泥的量愈積愈多，當超過一定的濃度時，應適當排放一部分，這部分排出的活性污泥常稱作剩余污泥。傳統活性污泥工藝系統主要是由曝氣池、曝氣系統、二次沉淀池、回流系統和剩余污泥排放系統組成。 20 世紀 40 年代，美國人史密斯發現污水與活性污泥混合曝氣時，沉淀表層水中 BOD 在開始 5~15min 內急劇下降，接著又升起，然后在緩慢下降的現象，根據這個現象出現了吸附再生法。到了 20 世紀 80 年代，出現了 AB 法，AB 法是兩級活性污泥法，降低了工程造價和運行費用，經濟效益明顯，特別是濃度高的污水更為有利 [7]。 隨著水體富營養化這個嚴重的環境污染問題的出現，對污水處理提出了脫氮除磷這個新的要求，傳統的活性污泥法在這種情況下已經不能滿足需要，于是出現了A/O 脫氮工藝，但是除磷效果不好。A 2/O 工藝就是在 A/O 脫氮工藝的缺氧池前增設了一厭氧區，沉淀池的回流污泥和進水首先進入厭氧區進行磷的厭氧釋放，然后再進入缺氧區反硝化。好氧區具有消化功能，好氧區的混合液回流到缺氧區，使之反硝化脫氮。在好氧區，聚磷菌也過量吸磷，通過剩余污泥的排放，達到除磷的目的。在此基礎上又出現了各種 A2/O 的改進型，如 UCT 工藝，改良型 UCT 工藝，倒置A2/O 工藝，多點進出水倒置 A2/O 工藝。雖然新型工藝有了長足發展，但是就我國目前污水廠采用的工藝來看，傳統活性污泥法的比重還是很高，特別是八九十年代建立起來的一批大型污水處理廠。可以說，傳統活性污泥法及其變形工藝在其相關領域里的優勢還是別的工藝無法取代的。(1)天津紀莊子污水處理廠天津紀莊子污水處理廠是我國著名的采用傳統活性污泥法的城市污水處理廠。廠區占地面積 30 公頃，其中使用面積 20 公頃，其余留作污水深度處理用地。 XX 大學本科畢業設計 第 5 頁1986~1992 年間污水處理費用 元/t [2]。設計處理能力：平均日污水處理量 260000m3，最大日處理污水量 312022 m3。污水水質：進水 SS=250mg/L,BOD5=200mg/L；出水 SS≤25mg/L,BOD5≤20mg/L。處理工藝：污水采用普通曝氣活性污泥法二級生化處理。污泥采用中溫二級消化，部分污泥機械脫水。考慮能源的綜合利用，采用沼氣發電和余熱加熱消化污泥。工藝流程圖如圖 11曝氣池采用推流池型，按普通曝氣法設計，并考慮了階段曝氣和吸附再生的運行條件。共設 2 組 4 池，每池長 80m，寬向為 7 格迂回廊道，每格寬 ，有效水深 ，曝氣時間 8h，污泥負荷按 BOD5 計為 ()，池內平均污泥濃度2g/L，污泥回流比 50%，穿孔管鼓風曝氣，相對于單位質量 BOD5 的供氣量為65m3/kg。粗格柵 泵房 細格柵曝氣沉砂池初沉池 曝氣池 二沉池回流泵房污泥濃縮貯泥池污泥加熱一級消化池二級消化池鍋爐房余熱交換沼氣發電沼氣柜污泥脫水外運動力輸出出水圖 11 天津紀莊子污水處理廠工藝流程天津紀莊子污水處理廠 1984 年 4 月通水運行以后，取得了較好的處理效果。表12 為該污水廠 1986~1992 年污染物去除率。表 12 天津紀莊子污水處理廠 1986～1992 年污染物去除率污染物 BOD COD SS 總氮 氨氮 總磷 油類 揮發酚 XX 大學本科畢業設計 第 6 頁去除率/% 80 85 24 40 37 92 98污染物 硫化物 氰化物 苯胺 銅 鋅去除率/% 75 94 86 62 65污染物 鉛 汞 鉻 鎘 砷去除率/% 59 77 70 57 73(2)青島團島污水處理廠團島污水處理廠是一座設計處理規模 10 萬噸/天的二級 污水處理廠, 總投資 億元人民幣, 占地面積 9 公頃，于 1998 年 12 月 21 日通水試運行，2022 年 4 月投入正式運行。設計進出水水質如表 13[4]。表 13 團島污水處理廠設計進出水水質項目 COD BOD SS NH3N TP進水/ 1 900 450 650 80 10出水/ 1 100 30 30 25 3初沉池和二沉池均為平流式沉淀池，其中前者表面負荷為 2m3/()，后者為()。生物池采用改進 A/A/O 工藝，平行設四格，每格設回流污泥反硝化，生物除磷，反硝化，硝化/反硝化，硝化及除氣區等六個區。泥齡為 15 天，MLVSS為 ，污泥回流比為 100150%，混合液回流比為 400%，反硝化和硝化區的體積比為 1:。工藝流程圖如圖 12 所示。圖 12 團島污水處理廠工藝流程圖從上面的兩個工程實例結合工藝原理可以得出傳統活性污泥工藝及其變形工藝的特點如下：， (1) 去除有機物效果好：從天津紀莊子污水處理廠污染物去除率可以看出，BOD去除率比較高，可達到 90%左右，對于油類及一些重金屬污染物有一定的去除效率。 XX 大學本科畢業設計 第 7 頁(2) 技術成熟，十分安全可靠：傳統活性污泥法是最早應用于污水處理的生物處理方法，不管是研究或者實際工程運用都積累了相當豐富的經驗。(3) 用于大中型污水處理廠費用較低。從天津紀莊子污水處理廠處理費用來看1986~1992 年間污水處理費用 元/t。(4) 傳統活性污泥法脫氮除磷效果較差：如天津紀莊子污水處理廠氨氮的去除率僅為 40%，總磷的去除率僅為 37%。所以不適用于要求脫氮除磷的污水處理廠。但是傳統活性污泥法的一些變形工藝卻能達到很好的脫氮除磷效果如現在應用比較廣泛的 A2/O 工藝，從團島污水 處理廠的脫氮除磷效果可以看出，而且還保留了傳統活性污泥法的一些優點。(5) 剩余活性污泥穩定性差，需要進行消化后才能達到穩定，這是傳統活性污泥法及其變形工藝區別于 SBR 和氧化溝工藝一個很大的特點，消化產生的沼氣回收利用經濟效益差。(6) 占地面積廣：天津紀莊子污水處理廠占地 30 公頃，各種污水處理構筑物齊全，占地面積寬，因此只適用于大中型污水處理廠。(7) 傳統活性污泥法屬于完全混合曝氣，已產生污泥膨脹，A 2/O 工藝厭氧好氧環境的交替有利于抑制污泥膨脹。 氧化溝工藝及其變形氧化溝是活性污泥法的發展，一般不設初沉池，并且通常采用延時曝氣。在氧化溝中，通道轉刷(或轉盤和其他機械曝氣設備)，使污水和混合液在環狀的渠道內循環流動以及進行曝氣，典型氧化溝工藝的流程簡圖見圖 13，混合液通過轉刷后，溶解氧濃度提高，隨后在渠內流動過程中又逐漸降低。通過設置進水、出水位置及污泥回流位置、曝氣設備位置，可以使氧化溝內形成好氧、缺氧、厭氧的環境，完成硝化和反硝化功能。 XX 大學本科畢業設計 第 8 頁回流污泥曝氣轉刷二沉池進水出水圖 13 氧化溝工藝簡圖傳統的氧化溝工藝成熟，對水質適應性強、抗沖擊負荷性能好；處理構筑物少，基建投資少、管理簡單；剩余污泥產量小，但是脫氮除磷效果不是很理想。根據脫氮除磷理論，產生了具有脫氮除磷效果的氧化溝變形工藝，主要有卡魯塞爾氧化溝，交替式氧化溝（雙溝式氧化溝，三溝式氧化溝） ，奧貝爾氧化溝，一體化氧化溝。一體化氧化溝還省去了二沉池，節省了占地面積。奧貝爾氧化溝是使用比較廣泛的一種氧化溝工藝，現在以奧貝爾氧化溝為例來闡述氧化溝工藝的特點。大同市西郊污水處理廠 [9]采用的是奧貝爾氧化溝工藝。設計規模為 5104m3/d。因大同市嚴重缺水，同時也考慮了中水回用方案，待二級處理工程實施后,采用三級處理，處理后水主要用于工業冷卻及市政雜用等方面，中水回用工程設計規模為104m3/d。 XX 大學本科畢業設計 第 9 頁進水井 粗格柵 進水泵房 細格柵 曝氣沉砂池 厭氧池 奧貝爾氧化溝二沉池污泥濃縮池污泥泵房污泥脫水機房出水剩余污泥回流污泥泥餅外運圖 14 大同市西郊污水處理廠工藝流程 圖生物處理段的設計參數如下：厭氧選擇池兩座，有效容積 V=991 m3，停留時間40 min，有效水深 m，奧貝爾氧化溝 3 座，設計流量 Q=1250 m3/h，容積負荷 kg BOD5/（m ） ，污泥負荷 kg BOD5/（kgMLSSd） ，污泥濃度 g/L，剩余污泥產率 kgDs/kg BOD5，污泥齡 15 d，水力停留時間 h，設計水溫 12℃,單池需氧量為 (SOR)600 kgO2/h，單池容積 8 000 m3，溶解氧(DO)分配為外溝、中溝、內溝分別為 mg/L，1 mg/L，2 mg/L。二次沉淀池 3 座，設計流量Q= m3/h，水力停留時間 5 h，表面負荷 m3/（m ） ，有效水深 m，污泥回流比 100 %[7]。工藝流程如圖 14該污水處理廠運行以來，進出水水質如表 14 所示，可以看出，出水水質達到了我國《污水綜合排放標準》一級標準。標 14 大同市西郊污水處理廠進出水水質項目 進水水質 出水水質COD/ 400 ≤60BOD5/ 180 ≤20SS/ 150 ≤20NH3N/ 26 ≤15由以上工程實例和工藝原理分析得出氧化溝工藝的共同特點如下： XX 大學本科畢業設計