【完美升级版】城市污水处理工艺设计_水污染控制工程毕业论文

沈阳化工学院《水污染控制工程》课程设计题

城市污水处理工艺设计

目：

院

环境与生物工程学院

系：

专

环境工程

业：

班

环境0801班

级：

学生姓

指导教

师：

2011年8 月31 日

前言

长期以来，城市污水处理均以去除有机物和悬浮物为目的，其工艺为普通活性污泥法．该法对氮、磷等无机营养物去除效果很差．一般来说*1，氮的去除率只有20％～30％，磷的去除率只有10％～20％．随着大量的化肥、农药、洗涤剂等高浓度氮、磷工业废水的排出，导致城市污水中N、P浓度急剧增加，从而引起水体中溶解氧降低及水体富营养化，同时影响了处理后污水的复用．所以，要求在城市污水处理过程中不仅要有效地去除BOD和SS，而且要有效地脱氮除磷．八十年代以来，生物脱氮除磷工艺已成为现代污水处理的重大课题，特别是以厌氧－缺氧－好氧*2*3（Anaerobic－Anoxic－aerobic，简称A2O工艺）系统的生物脱氮除磷工艺，因其特有的技术经济优势和环境效益，越来越受到人们的高度重视。

本设计中即采用厌氧－缺氧－好氧（Anaerobic－Anoxic－aerobic，即A2O工艺）对某城市生活污水进行处理，日处理能力163000方。出水达到城镇污水处理厂污染物排放国家二级标准。

目录

第一章设计总况 (1)

1设计任务及设计资料 (1)

1.1设计任务与内容 (1)

1.2设计原始资料 (1)

第二章工艺设计方案的确定 (3)

2、设计说明书 (3)

2.1课程设计任务 (3)

2.2设计原则 (3)

2.3城市污水处理工艺选择 (4)

2.4城市污水处理工艺比较 (6)

2.4处理工艺确定 (7)

第三章改良A2O工艺 (8)

1常规A2O工艺 (8)

1.1常规A2O工艺原理 (8)

1.2常规A2O工艺缺点 (8)

2改良型A2O工艺 (8)

2.1取消混合液回流的A2O 工艺 (8)

2.2倒置型A2O 工艺 (9)

2.3 A+A2O 工艺 (10)

2.4TRIZON 工艺 (10)

3设计应用 (11)

3.1A+A2O 工艺 (11)

3.2取消混合液回流的A2O 工艺 (11)

3.3倒置型A2O 工艺 (11)

4结语 (12)

第四章主要构筑介绍 (13)

1格栅 (13)

1.1格栅的概念和分类 (13)

1.2常用机械格栅除污机及功能特点 (14)

2沉砂池 (14)

2.1沉砂池概念与作用 (14)

2.2沉砂池分类 (15)

3初沉池 (16)

3.1初沉池（沉淀池）简介 (16)

3.2分类及简介 (16)

4A+A2O工艺反应池 (17)

4.1厌氧缺氧调节池 (17)

4.2厌氧池 (17)

4.3缺氧池 (17)

4.4好氧池 (17)

4.5二沉池 (18)

4.6污泥浓缩池 (18)

第五章 A+A2O反应池设计与计算 (20)

1 A+A2O生物反应池 (20)

1.1设计流量 (20)

1.2设计计算 (20)

1.3 BOD去除率 (21)

1.4反应池容积 (21)

2曝气系统设计计算 (23)

2.1设计需氧量 (23)

2.2标准需氧量 (24)

2.3所需空气动力（相对压力） (25)

3曝气器数量设计 (25)

4供风管道计算 (25)

第六章污泥中重金属去除方法研究展望 (26)

1 研究意义 (26)

2 国内外研究现状 (27)

2.1 物理稳定 (27)

2.2 化学淋滤 (28)

2.3 生物方法 (28)

2.4 电化学 (29)

3 存在问题 (29)

第七章参考书目 (30)

第一章设计总况

1设计任务及设计资料

1.1设计任务与内容

该城市污水处理厂的AAO工艺流程设计，对流程进行详细的工艺计算，水力计算，对工程进行概算，绘制总平面图、流程高程图，单体构筑物工艺图。工艺要求对污水进行生物脱氮除磷和大肠杆菌。

1.2设计原始资料

1.2.1城市气象资料

（1）平均气温：23错误！未找到引用源。

（2）夏季主导风：东南风

（3）历年平均降雨量：750—850mm。

1.2.2地质资料

厂区土层情况良好，地下2米深以内为粘土层，2错误！未找到引用源。

6.5米为砂粘土，6.5错误！未找到引用源。88米为砾石层。厂区为地震6级区。

1.2.3设计规模

污水厂的处理水量按最高日最高时流量，污水厂的日处理量为16.3万方。主要处理城市生活污水以及部分工业废水，按生活污水量来取其时变化系数为1.2。

1.2.4进出水水质

该水经处理以后，水质应符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918－2002

，由于进水不但含有BOD

5，还含有大量的N，P所以不仅要求去BOD

5

除还

应去除不中的N，P，大肠杆菌达到排放标准。

进水PH为7.5。其他见表1：

表2 污水厂设计进出水水质对照表

单位：mgL CODcr BOD5SS NH3－N TP 大肠杆菌进水350 200 250 50 6

出水错误！未找

到引用源。

100 错误！未找

到引用源。

30

错误！未找

到引用源。

30

错误！未找

到引用源。

25

错误！未找到引用源。 3

错误！未找到引用源。10

该污水处理厂地势为南方向北逐渐升高，厂区地势平坦，地面标高为60.34米（地面高程60.34米），地面坡度9错误！未找到引用源。。

第二章工艺设计方案的确定

2、设计说明书

2.1课程设计任务

1.根据污水水质情况、地形、水文等相关资料，确定污水处理工艺与污水处理流程；

2.对污水与污泥处理流程中主要处理构筑物进行工艺计算，确定其型号、数目与尺寸，以及主要设备型号和数量等；

3.进行各处理构筑物的总体布置和污水、污泥处理流程的高程设计；

4.绘制工艺流程图。

2.2设计原则

1.在废水处理工艺方案的选择上应满足以下原则：

（1）坚持科学可靠并借鉴同类废水处理的工程实践经验，技术上力求先进，管理方便，操作简单，无二次污染，维护量少，可靠程度高；

（2）废水经处理后达标排放，减轻对受纳水体污染，力求以最少的投入获得最大的社会效益、经济效益和环境效益；

（3）尽量减少污泥的产生量，力求在系统内消化污泥，以减少污泥处理的投资及运行费用；

（4）尽量采用先进可靠的自动化控制系统，提高污水厂管理水平，减少工人的劳动强度。

2.在废水与污泥处理工艺设计过程应依据以下原则：

（1）根据废水水质、水量及其变化规律来确定设计参数，并确保计算过程尽量准确、详细；

（2）在确定工艺设备时，力求做到质优可靠、管理方便、操作容易，并使投资、运行费用较低；

（3）图纸的绘制与计算书的撰写格式应满足各项要求。

2.3城市污水处理工艺选择

处理厂的工艺流程是指在达到所要求处理程度的前提下，污水处理各单元的有机组合；构筑物的选型是指处理构筑物形式的选择。两者是相互联系，互为影响的。

城市生活污水一般以BOD物质为主要去除对象。由于经过一级处理后的污水，BOD只去除30％左右，仍不能排放；二级处理BOD去除率可达90％以上，处理后的BOD含量可能降到20-30mgL，已具备排放水体的标准*4。

又要适当去除N，又该城市污水处理厂的方案，既要考虑有效去除BOD

5

P故本设计采用AAO法。污水处理工艺流程如图1所示。

该流程包括完整的二级处理系统和污泥处理系统。污水经由一级处理的隔栅、沉沙池和初沉池进入二级处理的厌氧池缺氧池和曝气池，然后在二次沉淀池中进行泥水分离，二沉池出水后直接排放。二沉池中一部分污泥作为回流污泥进入二级处理部分，剩余污泥与初沉池污泥进入污泥浓缩池，经浓缩之后的污泥进入脱水机房加药脱水，最后外运。

图1 污水处理厂设计工艺流程图

优点：

①该工艺为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间，总产占地面积少于其它的工艺。

②在厌氧的好氧交替运行条件下，丝状菌得不到大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100。

③污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。

④运行中无需投药，两个A段只用轻缓搅拌，以保证充足溶解氧浓度，运行费低。

缺点：

①除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当PBOD值高时更是如此。

②脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高，否则增加运行费用。

③对沉淀池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出现，但溶解浓度也不宜过高。以防止循环混合液对缺反应器的干扰。

2.4城市污水处理工艺比较

工艺流程：

氧化沟工艺流程图

2.4处理工艺确定

综合考虑污水水质及几种处理工艺的优缺点，A2O工艺比较突出，但A2O也存在缺点，查找资料及文献，决定选择改良A2O工艺。（改良后的工艺将在下章进行详细介绍。）

第三章改良A2O工艺

1常规A2O工艺

1.1常规A2O工艺原理

由图4可知，污水进入厌氧反应区，同时进入的还有从二沉池回流的活性污泥，聚磷菌在厌氧环境条件下释磷，同时转化易降解COD、VFA为PHB，部分含氮有机物进行氨化。

污水经过第一个厌氧反应器以后进入缺氧反应器，本反应器的首要功能是进行脱氮。硝态氮通过混合液内循环由好氧反应器传输过来，通常内回流量为原污水的2~4倍，部分有机物在反硝化细菌的作用下利用硝酸盐作为电子受体而得到降解去除。

混合液从缺氧反应区进入好氧反应区，混合液的COD浓度基本接近排放标准，好氧反应区除进一步降解有机物外，主要进行氨氮的硝化和磷的吸收，混合液中硝态氮回流至厌氧反应区，污泥中过量吸收的磷通过剩余污泥排除。

1.2常规A2O工艺缺点

进入沉淀池的混合液通常需要保持一定的溶解氧浓度，以防止沉淀池中反硝化和厌氧释磷，但这会导致回流污泥和回流混合液中有一定的溶解氧，回流污泥中存在的硝酸盐对厌氧释磷过程也有一定的影响，进入二沉池的污水，可能含有大量的硝酸盐，导致出水水质不达标。所排放的剩余污泥中，仅有一部分污泥是经历了完整的厌氧和好氧过程，影响了污泥充分吸磷。碳源不足导致氮的去除率不高。

2改良型A2O工艺

2.1取消混合液回流的A2O 工艺

同济大学的任洁、顾国维等对A2O 工艺进行了取消混合液回流的中试,结果表明,当污泥回流比为150 %时对有机物和氮的去除效果同传统A2O 工艺的相当,而除磷效果较优。取消混合液回流最初是基于这样的认识:曝气池在好氧状态下也可进行一定程度的反硝化,如同氧化沟中进行的同步反硝化作用。该工艺的脱氮作用既包括曝气池中微生物的内源反硝化,也包括回流污泥在厌氧区利用原水中的有机物为碳源进行的反硝化(前者所占比例很小,以后者为主) 。值得注意的是,该试验采用的污泥回流比较传统A2O 工艺的大,这应是脱氮效果好的主要原因:回流污泥中的硝酸盐浓度约为混合液中硝酸盐浓度的1倍左右,对脱氮来讲1倍的污泥回流相当于2倍的混合液回流。该工艺实际上是将污泥回流和混合液回流合二为一,在流程上有所减化,使得生产运行与管理也更直观、简单,但其经济性还值得探讨,因为混合液回流泵的扬程为9.8kPa ,而污泥回流泵的扬程≥49 kPa ,电耗差别显而易见。该工艺和倒置型A2O工艺异曲同工,原理和流程十分相

似:回流污泥首先同原水混合而自然形成一个缺氧区,污泥中的反硝化细

菌利用原水中的有机物为碳源进行反硝化,很快便将回流污泥中的硝酸盐消耗掉,后续区段将处于严格的厌氧状态。

2.2倒置型A2O 工艺

同济大学的张波、高廷耀等对倒置型A2O 工艺(见图2) 的原理与特点进行了试验研究与理论探索,在污泥回流比为200 %的条件下得到了更好的脱氮除磷效果,对有机物的去除效果则与传统A2O工艺相当。该工艺的特点是缺氧池位于厌氧池之前。脱氮效果好的原因是:污泥回流比大;缺氧段位于工艺的首端,使得反硝化可优先获得碳源。除磷效果好的原因是:污泥回流比大,且所有回流污泥均经历了完整的厌氧(释磷) —好氧(吸磷) 过程,使得排放的剩余污泥含磷量更高;缺氧池在前可消除硝酸盐的不利影响;

微生物经厌氧释磷后直接进入好氧环境,其在厌氧条件下形成的吸磷动力可以得到更充分利用。

图5：倒置型A2O工艺

2.3 A+A2O 工艺

该工艺在传统A2PO 法的厌氧池之前设置回流污泥反硝化池,来自二

沉池的回流污泥和10%左右的进水进入该池(另90 %左右的进水直接进入厌氧池) ,停留时间为20～30 min,微生物利用进水中的有机物作碳源进行反硝化(去除由回流污泥带入的硝酸盐),消除了硝态氮对厌氧释磷的不利影

响,保证了除磷效果。该工艺简便易行,也可在厌氧池中分出一格作回流污泥反硝化池即可。

图6：A+A2O工艺

2.4TRIZON 工艺

法国得利满公司提交的国内某工程的技术方案中推荐了TRIZON 工艺(见图4)。该工艺的显著特点是不在污水主流路上设缺氧区,而是在回流污泥流路上设污泥活化区,在该区内污泥交替经历缺氧和好氧两种状态;第

二个特点是污泥活化区、厌氧区、好氧区集中在一个池子内(称为TRIZON 生化池) ,因而占地面积较小;第三个特点是取消了混合液回流。它对生活污水中BOD5、TN、TP的去除效率分别为95%～ 98%、70%～90%、60 %～85%。

图7：TRIZON 工艺

3设计应用

3.1A+A2O 工艺

该工艺最早是由中国市政工程华北设计研究院在山东泰安污水处理

厂的设计中提出的,主要目的是通过在A2O 工艺的厌氧池前设一个回流污

泥反硝化池来去除回流污泥中富含的硝酸盐,以降低或消除硝酸盐对厌氧

释磷的影响,从而保证系统的除磷效果。该工艺简便易行(在厌氧池中分出一格,并对进水稍作改动即可) ,目前采用较多。

3.2取消混合液回流的A2O 工艺

-N及TP去除率明显上升,TN 去除率(为65 %)取消内回流后有机物、NH

3

略有下降,这与任洁等人的试验结论基本一致。该结果具有重要的工程意义,因为现行的《污水综合排放标准》(GB8978—1996) 对TN不作要求(只限制NH

-N) ,新的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)

3

的二、三级标准对TN也不作要求,而一级标准只要求出水TN<15 mgL (A标准)或20 mgL(B标准)。我国城市生活污水中的TN含量一般在40 mgL左右,若出水水质按A标准执行,则TN去除率只需63 %左右即可,取消内回流后TN 去除率约下降5% ,完全可满足要求。因此,该工艺可在现有污水厂和新建的污水厂中推广。不过该工艺有两个问题值得探讨:一是污泥回流比过大并不经济,如何确定一个较佳的回流比;二是好氧区的反硝化作用如何量化、TN 去除率怎么确定及反硝化效率怎么控制。

3.3倒置型A2O 工艺

该工艺的内回流是否取消取决于经济性和运行习惯,如取消内回流则污泥回流比需相应加大。由中国市政工程中南设计研究院设计的河南新乡骆驼湾污水处理厂(规模为15×104 m3d) 采用了该工艺,目前已进入施工安装阶段。在国内最近几个大型污水处理厂项目的投标中,一些设计院的设计方案也采用了该工艺。

4结语

取消混合液回流和倒置A2O工艺在国内大规模的工程应用和生产运行的实践尚不多见,并且加大污泥回流比的经济性还值得进一步考虑、比较,所以对这两种工艺的采用要谨慎。对于执行一级标准(要求脱氮) 的大型城市污水处理厂或出水排入封闭性水域(如滇池) 的城镇污水处理厂,如采用改良型A2O 工艺则应在设计时保留内回流,运行时则可根据水质情况再决定是否取消;对于中、小型城镇污水处理厂而言,如所排放水体的等级较低,则在采用改良型A2O工艺时应大胆取消内回流,出水水质同样可达到排放标准。

TRIZON 工艺系国外水处理公司开发的商业性工艺,国内还没有对其进行系统性试验研究,缺少设计和运行经验,目前还不具备工程应用的条件。但该工艺的思路较为新颖(有些类似于传统活性污泥法的回流污泥再生) ,建议有关科研、设计单位进行该工艺的系统试验研究,或者引进、消化、吸收,以使其完全国产化,促进脱氮除磷污水处理技术的发展。

在目前的条件下,如城市污水浓度较高(如北方城市) ,同时又有脱氮除磷要求,建议采用A+A2O工艺。该工艺成熟、可靠,解决了回流污泥中的硝酸盐对厌氧释磷的不利影响,不失为一种实用的改良型A2O工艺。如城市污水浓度较低且对氮的排放要求不高时采用A2O工艺要慎重,这时对进水水质的预测最好在实测资料的基础上结合城市发展来进行,以选择合适的工艺。在南方城市污水中的BOD5和TN浓度普遍偏低,用常规活性污泥法处理即可使出水TN达标,在这样的条件下如对磷的排放有要求则采用AO除磷活性污泥法是一种较好的选择(化学强化一级处理等工艺另当别论)。需要注意的是,该工艺也要采取措施来消除硝态氮对释磷的不利影响。

第四章主要构筑介绍

图8：污水处理流程图

1格栅

1.1格栅的概念和分类

格栅是由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属筛网、框架及相关装置组成，倾斜安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的前端，用来截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物。

格栅栅条间的空隙宽度可根据清除污物的方式和水泵的要求来设定，人工清除格栅间隙一般为16～25mm。沉砂池或沉淀池前的格栅一般采用15-30mm，最大为40mm。常用的机械清渣设备有三种，即链条式、移动式及钢丝绳牵引式格栅清污机。

按格栅栅条间距的大小不同,格栅分为粗格栅、中格栅和细格栅3类。按格栅的清渣方法，有人工格栅、机械格栅和水力清除格栅三种。按格栅构造特点不同可分为抓耙式、循环式、弧形、回转式、转鼓式、旋转式、齿耙式和阶梯式等多种形式。格栅设备一般用于污水处理的进水渠道上或提升泵站集水池的进口处，主要作用是去除污水中较大的悬浮或漂浮物，以减轻后续水处理工艺的处理负荷，并起到保护水泵、管道、仪表等作用。当拦截的栅渣量大于0.2m3d时，一般采用机械清渣方式；栅渣量小于0.2m3d时，可采用人工清渣方式，也可采用机械清渣方式。

1.2常用机械格栅除污机及功能特点

1.链条式格栅除泥机常用于较深的格栅井，去除水中的漂浮物。由栅条、耙斗、链条传功组成。传动的机械、电机在水面上，格栅两边的链条带动耙斗在栅条上上下下往复工作，可以去除在栅条上的拦截物。用链条传动较稳定可靠，维修保养较为方便，根据工艺要求设计栅条的间距，可作为粗格栅或细格栅。

2.一体式三索式格栅除泥机常用于城市污水厂中处理粗大的固体悬浮物。由栅条、耙斗、主动钢丝绳、主传动机构与差传动机构组成。在控制系统指令下，主差动机构驱动耙斗自动交替往复工作，去除水中的固体悬浮物。

3.回转式格栅除泥机它是耙齿配成一组回转格栅链，在电机减速器的驱动下，耙齿逆水流方向回转运动，当耙齿运动到设备的上部时，因槽轮和弯轨的导向作用，使每组耙齿间产生相对运动，大部分固体颗粒靠重力落下，另一部分靠清扫器的反向运动把粘在耙齿上的杂物清除干净。

该装置分离效率高、动力消耗少、噪音低，耙齿材料为ABS工程塑料，耐腐蚀，设备自身具有较强自净能力，不产生堵塞适宜做细格栅。

表格一：格栅的栅条间距与截留污物