毕业论文（设计）：SBR法小区中水处理设计.doc

中北大学 2011 届毕业设计说明书 第 I 页 共 页 目录 1 引言 .1 1.1 本课题研究背景 .1 1.2 中水的概念 .1 1.3 中水回用的意义 .1 1.3.1 开辟城市第二水源，缓解淡水资源的严峻形势.1 1.3.2 减轻对水环境的污染，保护水资源不受破坏.2 1.3.3 中水回用经济合算，同时减轻市政给排水管网的压力.2 1.3.4 中水回用是社会经济可持续发展的重要举措.2 1.4 中水回用国内外现状 .2 1.4.1 国内研究状况.3 1.4.2 国外研究状况.4 1.5 小区污水的来源以及特点 .6 2 设计题目 .7 2.1 设计水量及水质参数 .7 2.2 设计内容及要求 .7 2.3 设计成果 .7 2.4 设计原则 .7 3 工艺流程 .8 3.1 待研究解决问题 .8 3.2 小区污水处理工艺比较以及工艺流程确定 .8 3.2.1 传统活性污泥法.8 3.2.2 氧化沟工艺.8 3.2.3 AB 工艺.8 3.2.4 生物接触氧化法.9 3.2.5 普通生物滤池10 3.2.6 SBR 工艺.10 3.3 SBR 工艺流程及反应机理 .11 3.3.1 SBR 工艺流程简介.11 中北大学 2011 届毕业设计说明书 第 II 页 共 页 3.3.2 SBR 反应机理.12 3.3.3 SBR 工艺流程简图.12 3.3.4 设备构造13 4 构筑物设计计算 14 4.1 格栅设计与计算 14 4.2 沉砂池计算 17 4.3 沉淀时间（TS）.18 4.4 曝气时间（TA）.19 4.5 排水时间（TD）.19 4.6 周期数（N）20 4.7 进水时间（TF）.20 4.8 反应器容积（V） .20 4.9 需氧量（AOR） .22 4.10 供氧量（SOR） 22 4.11 供风量（GS） 23 4.12 滗水器 .23 4.13 进水管、出水管管径 .23 4.14 污泥的处理流程 .24 4.14.1 污泥浓缩池选型.24 4.14.2 重力浓缩池设计计算.25 4.15 剩余污泥量计算 .25 5 总结 28 参考文献 .29 致 谢 .31 1 1 引言引言 1.11.1 本课题研究背景本课题研究背景 水资源问题不仅影响、制约现代化社会的可持续发展，而且直接威胁到人类 的生存与发展，已成为全球环境的首要问题。中国水资源问题更加严峻：一方， 往过是世界上严重缺水的 12 个国家和地区之一，人均拥有淡水量居世界第 88 位， 全国近 80%的城市均有不同程度的缺水，年缺水量达 60 亿 m3，北方尤为严重； 另一方面，大量污水未经处理或部分处理排入个大小水体，造成水环境污染，形 成恶性循环。毫无疑问，水资源不足将成为制约我国国民经济和社会发展的重要 因素，水资源问题能否得到安全解决关系到中华民族的伟大复兴大计。因此，开 辟非传统的水资源，改善水环境成为倍受关注的热点1。实施中水回用，属于污 水再生利用，是“开源节流” ，一举多得的节水措施，从而成为世界节水方式的 一大趋势之一。对于中水这个术语的解释，在污水处理方面称为再生水，在工业 生产领域叫作循环水或回用水，一般以水质作为划分标志。中水，顾名思义，即 指水质界于上水与下水之间，经过一定深度处理后，可回用于冲洗喷洒、绿化、 冷却等范围内的非饮用水2。 因此，无论大、中、小城市，实施中水回用都有着深远意义。 1.21.2 中水的概念中水的概念 中水主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准，可在一定 范围内 重复使用的非饮用的杂水，其水质介于上水和下水水质之间，是水资源有效利用 中原*市污水处理工程设计说明书 II 的一种 形式。经过处理后的中水用途非常广泛，可用于冲厕系统、洒水、洗车、绿化用 水、消 防用水、水景、基建施工等不与人体直接接触的杂用水。 中水系统大致可以分三类：一是城市污水处理厂出水处理回用的城市中水系 统；二 是若干建筑群生活污水集中处理回用的小区中水系统；三是单栋建筑物生活污水 处理回 用的建筑中水系统3。 1.31.3 中水回用的意义中水回用的意义 1.3.1 开辟城市第二水源，缓解淡水资源的严峻形势 由于全球性水资源危机正威胁着人类的生存和发展，世界上许多国家和地区 都已对污水再生利用作了总体规划，把经处理后的再生污水作为一种新水源，以 弥补淡水资源的不足。城市污水就近可得，易于收集输送，水质水量稳定可靠， 处理较简单易行，作为第二水源比海水可靠得多。据有关资料统计，城市供水量 的 80%变为污水排入下水道，至少有 70%的污水可以通过再生处理后回用。因此， 实施中水回用，开辟非传统水源，实现污水资源化，对解决水资源危机具有重要 的战略意义4。 1.3.2 减轻对水环境的污染，保护水资源不受破坏 如果水体受到污染，势必降低水资源的使用价值。目前，一些国家和地区已 中原*市污水处理工程设计说明书 III 经出现因水源污染不能使用而引起的“水荒” ，即所谓的“水质性缺水” 。因为污 水即使经一定程度的处理后排入外界水体，还是存在着污染水环境的潜在可能。 但如果经处理后回用，不仅可以回收水资源以及污水中的其他有用物质，而且可 以大幅度地减少污水排放量，从而减轻对受纳水体的污染，经济效益与环境效益 都十分显著5。 1.3.3 中水回用经济合算，同时减轻市政给排水管网的压力 远距离跨流域调水不仅投资太大，而且在干旱年份可能无水可调，也可能调 来的水已受到一定程度的污染，而海水淡化基建投资和制水成本过高，无论是在 经济还是规模上近期内都不可能解决城市缺水问题。建筑小区污水就近可得，就 地收集就地回用，无需进入城市排水管网，因而可以减轻市政排水管网的压力， 用中水代替清洁水同时也减轻了市政给水管网的负担6。 1.3.4 中水回用是社会经济可持续发展的重要举措 根据我国水资源的状况和人口、经济增长速度，仅仅靠扩大水资源的开发很 难满足经济和社会发展用水的需要，这就必须将水资源的利用方式从过去的开源 为主向开源与节流并重、以提高用水效率为核心的转变。因此，在要求我们在寻 找新水源的同时，也要充分考虑到利用现有的水资源，提高水的重复利用率。在 这种情况下，实施污水处理后再利用，使其成为低质用水的第二水源，具有开发 节流、实现水资源可持续开发的重要意义。中水回用弥补了水资源的短缺，使自 来水的消耗量减少，也减少了污水的排放总量，也改善了天然水体的水质，创造 了可观的环境效益；同时，由于降低了污水处理费用、省却了水资源费、以及取 中原*市污水处理工程设计说明书 IV 水与远距离输送水的能耗与建设费用，减轻了投资压力，让实施者取得了经济效 益，做到了环境效益与经济效益的统一。 建设中水回用系统，可以缓解水资源的紧张形势，提高人们的生活质量，让 小区排放的生活污水全部达到中水回用标准，除回用于小区需要外，还可以向社 会供应中水，满足市政、绿化以及消防用水和补充地下水，可以逐步减少污水的 排放总量，对构建循环经济模式和保护水生态环境具有积极的意义。 1.41.4 中水回用国内外现状中水回用国内外现状 1.4.1 国内研究状况 我国也是缺水国家之一，全国接近 80%的城市存在着不同的缺水问题，缺水 总量达 1200 亿 m3/a，我国有 50%面积属于干旱和半干旱地区，即便雨量充沛的 一些沿海城市如大连、天津、青岛等城市，淡水资源也很紧张。我国水资源短缺 的严峻形势，已经引起国家各级领导人和各级政府的重视，也迫使人们不得不把 水资源开发的重点转向污水处理回用，并且这个问题的认识也由被动转为主动7。 几年来，国家有关部门相继对城市污水处理回用提出工作要求。如：1996 年 2 月 建设部发布了城市中水设施管理暂行办法 ，对中水设施的建设与管理提出了 明确的要求；1992 年中国工程建设标准化协会颁布了中水设施规范 ；1996 年 12 月建设部、经贸委、国家纪委印发的节水型城市目标导则 ，提出城市污水 会用率60%的目标要求。北京市人民政府（1987）60 批准了“北京市中水设施 建设管理试行办法” ，其中规定：新建的面积 20000m3以上的旅馆、饭店、公寓 等，新建的面积 30000m3以上的机关、科研单位、大专院校、大型文化体育建筑， 中原*市污水处理工程设计说明书 V 按规定应配套建设中水设施的住宅小区、集中建设区等都配套建设中水设施；现 有建筑属前两项的可根据条件逐步配建中水设施。这些标志着我国污水处理回用 工作，已经由自发变为有序、由自愿变成强制，进入了一个新的发展时期。同时， 随着优质供水价格的提高，污水处理回用工程的经济效益日益突出，这将有利的 调动人们建设污水回用工程的积极性8。 我国从 20 世纪 70 年代中期开始探索以回用为目的的城市污水深度处理技术， 北京市环保所于 1985 年在所内建成的 120m3/d 规模的中水设施是我国早期中水回 用工程之一。目前，北京市已建成北京市首都机场、万泉公寓、劲松宾馆、方庄 小区、中国国际贸易中心、清华浴池等几十项中水工程，总设计能力约 3000m3/d。1982 年，青岛市开展了城市污水回用于养殖和市政用水的试点工作。 天津这几年也在纪庄子污水处理厂开展污水再生回用的探索性研究，处理厂出水 已经广泛的用于养鱼。太原市北郊污水治理厂已经建成回用于工业冷却水的回用 设施，水量为 10000m3/d。长沙有 30 万 m3/d 的污水厂出水用于养鱼，鱼塘面积 达 1430 公顷9-10。我国在 20 世纪 80 年代以来开始对 SBR 工艺进行研究。1985 年，上海市政设计院为上海吴松肉联厂投产了第一座 SBR 污水处理站，设计处理 水量 2400t/d。1989 年湖南省湘潭大学完成了应用 SBR 工艺处理啤酒废水的试研 究。自 90 年代中期开始，国家建设部属市政设计院和上海、北京、天津等市政 设计研究院开始了 SBR 工艺技术的研究和应用。 我国城市污水年排放量已经打到 414 亿立方米，目前，已建污水处理设施 400 余座，城市污水处理率达到 30%，二级处理率达到 15%。根据“十五”计划 中原*市污水处理工程设计说明书 VI 纲要要求，2005 年城市污水集中处理率达到 45%。这就给污水回用创造了基本条 件，凡是污水处理厂都可以将污水再次适当处理后回用。全国污水回用率平均达 到 20%， “十五”末期年回用量可达 40 亿立方米，是正常年份缺水 60 亿立方米 的 67%。即通过污水回用，可解决全国城市缺水量的一半多，回用规模回用潜力 之大，足以缓解一大批缺水城市的供水紧张。经专家论证，只要搞好污水回用， 就可以缓上南水北调工程11。 作为城市污水回用技术的研究早在“七五”已经展开， “八五”在大连、太 原、天津和北京等地建立了 9 套实验基地。通过系统的盛行和实用性工程研究， 提供了城市污水回用于工业工艺、冷却、化工、石化和钢铁工业和市政景观等不 同用途的技术规范和相关水质标准。大连春柳河回用工程 1 万 m3/d，用于太原刚 厂直流高炉冷却水。北京高啤店和天津东郊污水厂分别将 1 和 0.4 万 m3/d 的回用 水站，经微滤膜处理后用于冲洗汽车。山东枣庄和泰安分别建成 3 和 2 万京高啤 店污水回用一期工程投产，将 20 万 m3/d 二级处理后的污水送到高啤店湖，作为 热电厂的冷却水源，10 万 m3/d 二级处理后的污水送到自来水六厂，利用原有设 施处理后，其中 5 万 m3/d 用于东郊工业区，另 5 万 m3/d 送至南护城河沿岸，用 于公园、道路两岸绿地、浇洒道路及河湖补水。总的来讲，我国城市污水回用刚 刚起步，目前运行的回用水项目规模除北京外均较小，在 1 万 m3/d 左右，回用的 范围也是局部的12。 目前正在建设的污水回用项目规模有所增大。国家计委在天津、大连、青岛、 西安和牡丹江五个北方缺水城市进行污水水回用示范工程情况。 中原*市污水处理工程设计说明书 VII 其他一些城市如鞍山西部回用水工程 8 万 m3/d 和石家庄桥西 10 万 m3/d 利用 国债建设。保定鲁岗回用水工程 4 万 m3/d 和西安纺织城 5 万 m3/d，正在做前期 准备。正在建设的回用水工程规模均在 510 万 m3/d 之间，处理工艺多采用传统 深度处理，应用范围也多集中在工业冷却、工业工艺、城市道路、绿化、景观水 体用水13。 1.4.2 国外研究状况 城市污水一般是由生活污水和工业废水两者混合组成的，其水量很大，约占 城市用水的 50%到 80%，水质污染较轻，污染物仅占 0.1%左右，其中绝大部分 是可以再利用的清水，同时水质相对稳定，不受气候等自然条件的影响，而且城 市污水就近可取，易于收集，不需长距离引水，其再生处理比海水淡化成本低廉 的多，处理技术也比较成熟，建设投资比远距离引水更为经济当今世界各国在解 决缺水问题时，不少城市把污水回用作为开发新水源的途径之一，有人称其为 “污水资源化”或“第二水源”14。污水净化后的主要用途有：一是作为城市自 来水的补充源；二是作为工业用水和城市杂用水；三是作为灌溉用水；四是作为 人工回灌的水源15。 作为缓解城市水资源危机的途径之一，日本早在 1962 年就开始了中水回用， 70 年代已初见规模。90 年代，日本在全国范围内进行了废水再生回用的调查研 究与工艺设计，对污水回用在日本的可行性进行了深入的研究和示范工程，在严 重缺水的地区广泛推广回用水技术，使日本今年来的取水量逐年减少，节水初见 成效。濑户内海地区污水回用已经达到该地区所用淡水总量的 2/3，新鲜取水量 中原*市污水处理工程设计说明书 VIII 仅为淡水量的 1/3，大大缓解了濑户内海地区水资源严重短缺的问题。经过大量 的示范工程后，在 1994 年日本的“造水计划”中明确将污水回用技术作为最主 要的开发研究内容加以资助，开发了很多污水处理厂生产的中水恢复了一条干涸 的小河，收到了良好的生态环境效益16。 美国也是世界上采用污水再生利用最早的国家之一。间歇式活性污法于 1914 年开创于英国曼彻斯特，试验证明处理效果优于连续式活性污泥法，但是当时由 于运行管理繁琐而逐渐被连续式所取代。20 世纪 70 年代，由于计算机与自动化 控制技术迅猛发展，SBR 法又逐步引起各国的重视17。与此同时，美国 Nature dame 大学的 Irvine 教授及其同事对 SBR 法重新进行了试验研究，试验证明该工 艺有较好的脱氮除磷效果，并于 1980 年在美国 EPA 的资助下，在印第安纳州的 Culver 城改建并投产了世界上第一个污水处理厂。继后，日本、德国、法国、澳 大利亚等国都对 SBR 工艺进行了研究18。澳大利亚是最为广泛利用 SBR 的国家 之一，BHP 公司声称拥有世界上最先进的 SBR 法脱氮除磷工艺。美国最大处理 厂的规模为 11dm10 34 。法国的 Degrement 公司还将 SBR 反应器最为定型产品 供小型污水处理站使用。 美国利用回收水始于 1926 年，70 年代初开始大规模建设污水处理厂，随后 开始回用污水。80 年代开始有近 30 家工厂连续使用处理后的城市污水，年用量 约为 3 亿 m3。加利福尼亚每年利用净化污水 2.7 亿 m3，相当于 100 万人口一年 的用水量，净化污水主要用于灌溉、浇灌公园花木。1992 年美国国家环保局制定 的水再生利用导则中列举了大量的示范工程，并制定了相应的政策、法规和标准， 中原*市污水处理工程设计说明书 IX 以便更好的推广此项节水措施。目前，有 357 个城市回用污水，再生用水、工艺 用水、工业冷却水、锅炉补充水以及回灌地下水和娱乐养鱼水等多种用途。尽管 20 世纪 70 年代以来 30 余年，总用水量增加了 1.4 倍，但总取水量反而减少了， 中水利用使美国这一工业和农业大国的水资源利用取得了骄傲人的成绩19-21。 以色列也是中水回用方面具有特色的国家。它地处干旱半干旱地区，是个水 资源极其贫乏的国家，人口 600 多万，水资源总量 19.69 亿 m3，人均水资源占有 仅 300m3左右。因此，中水回用也就成了解决水资源与用水需求间矛盾的重要措 施。以色列占全国污水处理量 46%的出水直接用于灌溉，其余 33.3%和约 20%分 别回灌于地下或排入河道用于补水，最终又被间接用于各个方面22。 除日本、美国和以色列外，俄罗斯、欧西各国、印度南非等国家的污水回用 事业也很普遍。莫斯科市东南区有 36 家工厂用污水总量达 5.5105m3/d；南非和 纳米比亚等国甚至建起了饮用再生水制造厂，南非的约翰内斯堡每天有 0.94105m3饮用水来自再生水工厂；纳米比亚于 1968 年建成了世界上第一个再 生水工厂，日产水量 6200m3，水质达到世界卫生组织和美国环保标准23。 1.51.5 小区污水的来源以及特点小区污水的来源以及特点 小区污水来自于居民生活用水，其中包括沐浴排水、盥洗排水、空调循环冷 却系统排水、洗衣排水、厨房排水、厕所排水。小区污水水质污染较轻，污染物 仅占 0.1%左右，其中绝大部分是可以再利用的清水，同时水质相对稳定。 中原*市污水处理工程设计说明书 X 2 2 设计题目设计题目 小区中水回用方案设计 2.12.1 设计水量及水质参数设计水量及水质参数 设计水量为 5000m3/d，水质参数如图表 2.1 所示。废水经处理后达我国中水 回用标准，即出水水质数据。再生水用于景观用水水体标准CJ/T95-2000 表 2.1 水质参数 进水水质出水水质 化学需氧量（COD）300mg/L60mg/L 五日生化需氧量（BOD5）220mg/L20 mg/L 中原*市污水处理工程设计说明书 XI 悬浮物（SS）200mg/L20 mg/L 总磷（P）8mg/L1.0mg/L 氮（N）46mg/L15mg/L 2.22.2 设计内容及要求设计内容及要求 （1） 设计内容：工艺流程确定；构筑物设计计算；附属构筑物设计。 （2） 设计要求：方案选择合理；参数选取和计算部分尽量准确、详细；图 纸清晰、明了，处理系统布置紧凑，合理；处理系统运行应有较大的 灵活性和调节余地，以适应水质、水量变化。 2.32.3 设计成果设计成果 设计计算说明书；外文翻译；图纸，包括工艺流程图和主要构筑物结构图。 2.42.4 设计原则设计原则 （1）本设计方案严格执行CJ/T90-2000的有关规定和要求，废水处理 后必须确保各项出水水质指标均达到该标准的要求。 （2）针对本工程的具体情况和特点，采用成熟可靠的处理工艺和设备，尽 量采用新技术、新材料、实用性和先进性兼顾，以实用可靠为主。 （3）处理系统运行应有较大的灵活性和调节余地，以适应水质、水量变化。 （4）管理、运行、维修方便，尽量考虑操作自动化，减少劳动强度。 中原*市污水处理工程设计说明书 XII 3 3 工艺流程工艺流程 3.13.1 待研究解决问题待研究解决问题 本课题主要研究小区中水回用技术设计，将小区生活污水处理达景观用水中 水标准后加以回用，以期达到缓解我国水资源紧张问题。 3.23.2 小区污水处理工艺比较以及工艺流程确定小区污水处理工艺比较以及工艺流程确定 3.2.1 传统活性污泥法 传统活性污泥是开发较早的最典型的污水处理技术，主体结构由曝气池和二 沉池组成，主要适用于大型污水处理系统，特别适用于处理要求高而水质较稳定 的污水。其运行方式有很多种，一般采用推流式延时曝气工艺。 它的主要优点是效率较高，处理效果好；缺点是进水浓度尤其是有抑制物质 的浓度较低，抗冲击能力较差，进水水质的变化对活性污泥的影响较大，另曝气 池的容积负荷率低，体积大，占地面积大，基建费用高，容易出现污泥膨胀，管 理技术要求高24。 3.2.2 氧化沟工艺 氧化沟又称循环曝气池，是于 20 世纪 50 年代由荷兰卫生工程研究所开发的 一种污水生物处理技术，并于 1954 年在荷兰的 Voorshoper 市投入适用。因其构 造简单、运行稳定、易于管理等特点，自 60 年代以来，氧化沟技术很快得到推 广并不断创新，常见的氧化沟系统有：卡罗赛（Carrousel）氧化沟、交替式氧化 沟、奥巴勒（Orbal）型氧化沟、曝气-沉淀一体化氧化沟等。 其主要优点是： 中原*市污水处理工程设计说明书 XIII （1） 运行灵活，能承受水量、水质冲击负荷，对高浓度工业废水有很大的 稀释能力； （2） 独特的水流特性有利于生物絮凝体得形成，出水水质好，处理效果稳 定，并可实现脱氮； （3） 污泥产量少，污泥性质稳定； （4） 工艺流程简单，便于管理。 其缺点是容易形成污泥膨胀，产生大量泡沫，发生污泥上浮等问题25。 3.2.3 AB 工艺 AB 污水处理工艺，系吸附生物降解（AdsorptionBiodegration）工艺 的简称，是德国亚琛工业大学宾克（Bohnke）教授于 70 年代中期开创的一种高 效而稳定的新型污水二段生物处理工艺。自 80 年代开始在实际工程处理中得到 应用以来，受到国内外研究者和技术人员的重视，并已成为近 10 年来在污水处 理领域中发展较快的城市污水处理工艺。由于该工艺具有一系列独特的特征，即 A、B 两段各自独立的污泥回流系统，互不相混，形成各自独立的生物种群，因 而其在处理效率、污染物去除种类、运行稳定性、工程投资及运行费用等方面均 比传统活性污泥法具有一定的优越性。 其主要优点是： （1（不设初沉池，使 A 段成为一个不断由外界补充具有高浓度活性微 生物的开放性系统； （2（A 段和 B 段分别在负荷极为悬殊的情况下运行，A 段负荷率高， 中原*市污水处理工程设计说明书 XIV 抗冲击负荷能力强，对污水有毒物质和 PH 有很大的缓冲作用， 从而保证真个系统的稳定性； （3（污泥沉降性能好，无污泥膨胀； （4（运行控制灵活，A 段可以以缺氧或者好氧的方式运行，并可根 据需要控制 A 段得 BOD5去除率以达到有利于 B 段得有效运行。 其主要缺点是污泥产量打，需要配套较强的污泥处理系统，这在某些程度 上也增加了污泥处理技术的难度和人力物力消耗；另外，AB 因其技术上的特点， 对氮磷的去除效果不佳26。 3.2.4 生物接触氧化法 生物接触氧化工艺又称为淹没式生物滤池，是于 70 年代初开创的高效能生物 处理技术。近几十年来，生物接触氧化技术在日本、美国得到了迅速发展，广泛 应用于生活污水处理和工业废水处理，而且还用与处理地表水的微污染。我国从 70 年代开始引进生物接触氧化处理技术，除用于生活污水外，还应用于石油化工、 农药、纺织印染、造纸、食品加工等行业的工业废水处理，并取得了良好的效果。 生物课接触氧化工艺将生物滤池和火星污泥法有机结合起来，继承了二者的 有点，常用语处理既含有溶解性有机物又含粒状有机物的污水，特别适合于小型 污水处理系统和工业废水处理。生物接触氧化技术的工艺流程，一般可分为三种： 一级处理流程、二级处理流程和多级处理流程。与传统活性污泥法、生物滤池相 中原*市污水处理工程设计说明书 XV 比，在处理效率、运行稳定性、工程投资等方面都有明显的优势27。 其只要有点是： （1） 处理效率高，对水中有机负荷变动适应性强； （2） 污泥产量小，不发生污泥膨胀，无需污泥回流； （3） 反应器中微生物浓度高，结构紧凑，生物膜适应性强，比较容易除去 难分解和分解速率慢的物质，运行稳定性好； （4） 设计和运行时锁需要的水力停留时间短，在处理相同水量的情况下， 反应器体积小，占地面积少； （5） 设备简单易操作，维修方便，运行费用较低，综合能耗低； （6） 具有污泥浓度较高，泥龄长的特点，对一些难降解有机物有较强的分 解能力。 其主要缺点是布水、布气不易均匀，填料可能赌赛；此外，造价略高。 3.2.5 普通生物滤池 生物滤池属于生物膜法的一种，它最初以土壤自净原理为依据，在污水灌溉 的实践基础上，经较原始的间歇砂滤池和接触滤池而发展起来的人工生物处理技 术。经过多年的发展，主要行程了三种类型：普通生物滤池、高负荷生物滤池和 曝气生物滤池。 普通生物滤池的主要优点是： （1） 处理效果良好，BOD5的去除率可达 95%以上； （2） 运行稳定，易于管理、节省能源。 中原*市污水处理工程设计说明书 XVI 其主要缺点是：占地面积大，不适于处理量大的污水；滤料易赌赛，散发臭 味，滋生滤池蝇，恶化环境卫生28。 3.2.6 SBR 工艺 该工艺是 20 世纪 80 年代开发的污水处理技术，又称序批式活性污泥处理法 （Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process） ，即在一个序批池中通过时 间序列实现活性污泥法的空间序列，时间上依次进行充水、沉淀、曝气、二次沉 淀、排水、静置(再生)等过程。SBR 是间歇反应，由于这项工艺在技术上具有某 些独特的优越性，在水处理领域得到较为广泛的应用，主要改进工艺有： ICEAS、CASS、CAST、UNTANK、MSBR 等。 其主要优点是： （1） 理想的推流过程使生化反应推力大、效率高，运行效果稳定，出水水 质好； （2） 耐冲击负荷，能有效抵制水量和有机污染物的冲击； （3） 运行灵活，工艺过程中的各工序根据水质、水量进行调整，并且可通 过适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的 脱氮除磷效果； （4） 处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理； （5） 反应池内存在 DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀； （6） 工艺流程简单，造价低，也利于扩建和改造。 其主要缺点是工艺复杂，自动化要求高，管理复杂29。 中原*市污水处理工程设计说明书 XVII 经研究对比，SBR 具有工艺简单、处理效率高、处理效果稳定、出水水质好、 耐冲击负荷力强、操作灵活、设备少构造简单、能有效控制活性污泥膨胀、造价 低廉、占地面积小等优点，本课题拟采用 SBR 法处理。 3.33.3 SBRSBR 工艺流程及反应机理工艺流程及反应机理 3.3.1 SBR 工艺流程简介 序批式活性污泥法（即 Sequeneing Bateh Aetivated Sludge Proeess） ，是近年来 在国内外被引起广泛重视和研究日趋增多的一种间歇运行的污水生物处理新技术， 是从充排式(fill一般情况下，不必设调节池，并可省去初沉池。在一个运行周期中， 各个阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化及运行状态等都可以根据具体 污水的性质、出水水质、及运行功能要求等灵活掌握。在单一池内，可通过创造 缺氧和好氧及厌氧交替的环境，即可完成脱氮除磷过程。工艺流程简单，管理方 便。可在社区、中小城镇推广使用。 SBR 工艺虽然是传统活性污泥法的发展，其反应机制以及污染物质的去除机 理和传统活性污泥法基本相同，但运行操作不一样。传统活性污泥法是在空间上 中原*市污水处理工程设计说明书 XVIII 设置不同设施进行固定地连续操作，但 SBR 是在单一的反应池内，在时间上进行 各种目的的不同操作。 SBR 的操作是将初沉池的出水引入曝气池，按照时间顺序进行进水期加 入基质、反应期基质降解、沉淀期泥水分离、排水（泥）期排出上 清液和待机闲置期污泥恢复活性等 5 个阶段的基本操作。从污水流入开始到 待机结束算做一个周期，上述过程完成后进入下一个工作周期。在一个周期内， 一切过程都在一个反应池内一次进行，这种操作周期周而复始反复进行，以达到 不断进行污水处理的目的。 在 SBR 运行过程中，各阶段的运行时间、反应器混合液体的变化以及运行状 态都可以根据具体的污水性质、出水水质、出水质量与运行刚能要求等灵活变化 30-33。 3.3.2 SBR 反应机理 SBR 工艺是以活性污泥为处理主体的生物化学污水处理技术。污水中有机污 染物的生物降解是其作为活性污泥中微生物的碳源和能源进行代谢的过程25l。 通过不断地给微生物补充食物(污水中存在的各种有机物，主要为胶体状、溶解 状的有机物)，可使微生物数量不断增加，而由各种未知组成和成分的易降解物 及难降解物混合形成的混合物质即污染物不断被降解消耗。 SBR 具有较好的脱氮功能。进水初期，池内残留的游离氧首先消耗，反硝化 菌以污水中的有机碳作为供体，把池内残留的 NON 还原成氮气或供自身合成反 应需要的有机氮。另一方面，由于进水期活性污泥对高浓度基质的吸附，并以聚 中原*市污水处理工程设计说明书 XIX 物形式贮存起来，当反应液中有机物质去除达到部分硝化后，减少或停止向系统 供氧，絮凝体形成菌胶团则可将进水期吸附贮存的碳源释放出来，使兼性反硝化 菌进行反硝化脱氮。在 SBR 静沉、排水期间，微生物处于内源呼吸状态，反硝化 菌以内源碳作为供体进行反硝化脱氮。 生物除磷的反应过程同样是在厌氧、好氧条件下进行的，积磷菌处于厌氧状 态，将好氧阶段积聚的磷，一部分转化为细菌自身的合成能量，一部分在产酸菌 的作用下转化为磷酸盐。在好氧阶段，积磷菌大量的吸收污水的磷，使污水中的 磷转化到污泥中，通过排泥达到除磷的目的34。 3.3.3 SBR 工艺流程简图 进 水 粗格栅间 进水泵房 细格栅间 沉砂池 SBR 池 滗水器 消毒池 浓缩池 污泥脱水 污泥外运 出水 3.3.4 设备构造 SBR 工艺的主要设备如下： （1） 鼓风设备 SBR 工艺多采用鼓风曝气系统提供微生物生长所需空气。 中原*市污水处理工程设计说明书 XX （2） 曝气装置 SBR 工艺常用的曝气设备为微孔曝气器，微孔曝气器可分为固定式和提升式 两大类。 （3） 滗水器 SBR 工艺最根本的特点是单个反应器的排水形式均采用静止沉淀、集中排水 的方式运行；为了保证排水时不会扰动池中各水层，使排出的上清液始终位于最 上层，这就要求使用一种能随水位变化可调节的出水堰，又叫滗水器。 滗水器有很多种类型，其组成为收水装置、排水装置及传动装置。 （4） 水下推进器 水下推进器的作用使搅拌和推流，一方面使混合液搅拌均匀；另一方面，在 曝气供氧停止，系统转至兼氧状态下运行时，能使池中活性污泥处于悬浮状态。 （5） 自动控制系统 SBR 采用自动控制技术，把用人工操作难于实现的控制通过计算机、软件、 仪器设备的有机结合自动完成，并创造满足微生物生存的最佳环境。 4 4 构筑物设计计算构筑物设计计算 4.14.1 格栅设计与计算格栅设计与计算 格栅的设计主要包括栅室，栅槽的设计与计算，格栅栅条断面，栅条间隙以 及栅渣清除方式的选择和过栅水头损失。 最大设计流量： 3 max 5000 0.058/ 24 60 60 Qms ；栅条宽度0.01Sm；栅条 间隙0.02bm；栅前水深0.3hm；过栅流速0.6/vm s；栅前渠道流速 中原*市污水处理工程设计说明书 XXI 0.9/ o vm s；格栅倾角60o；取栅渣量 1 W为 333 0.05/10mm 。设计两组格栅 （一用一备） ，计算草图如图 4.1 所示。 （1）格栅的间隙数n： max sinQ n hbv (式 4.1) 式中：n栅条间隙数目； max Q最大设计流量， 3 /ms； 格栅倾角，取 60； h栅前水深，取 0.3m； b栅条间隙，取 0.02m； v过栅流速，取 0.6m/s。 代入数据得： 0 0.058sin60 14 0.02 0.6 0.3 n 2 h h0 60 1 H 1 h h H B 1 B 1 B 中原*市污水处理工程设计说明书 XXII 图 4.1 格栅计算草图 （2）格栅建筑宽度B： 1BS nb n （式 4.2） 式中：B栅条的建筑宽度，m； S栅条宽度，取 0.01m； b栅条间隙，m； n栅条间隙数目。 代入数据得：0.0114 10.02 140.41Bm （3）进水渠道渐宽部分长度 1 l ： 若取进水渠道宽 1 0.3Bm，渐宽部分展开角 0 1 20，此时进水渠道内 的流速为0.75/m s。 1 1 1 2 BB l tg （式 4.3） 代入数据得： 1 0 0.41 0.3 0.137 220 lm tg （4）渠道与出水渠道连接处的渐窄部分长度 2 l 1 2 2 l l （式 4.4） 代入数据得： 2 0.137 0.0687 2 lm 中原*市污水处理工程设计说明书 XXIII （5）过栅水头损失 1 h ： 4 2 3 1 sin 2 Sv hk bg （式 4.5） 式中：形状系数； S栅条宽度，m； b栅条间隙，m； v过栅流速，m/s； g重力加速度，9.8m2/s； k考虑由于污物的堵塞，格栅阻力增大的系数，工程上一般取 3。 因栅条为圆形截面，取形状系数2.40，3k 。 代入数据得： 4 2 3 o 1 0.010.6 2.40sin6030.05 0.022 9.8 hm （6）取栅前渠道超高 2 0.3hm，则栅前槽总高为 1 H ： 12 Hhh （式 4.6） 代入数据得： 1 0.30.30.6Hm （7）则栅后槽总高度为H： 12 Hhhh （式 4.7） 代入数据得：0.30.050.30.65Hm 中原*市污水处理工程设计说明书 XXIV （8）栅槽总长度L： 1 12 0 1.00.5 60 H Lll tg （式 4.8） 代入数据得： 0 0.6 0.1370.06870.5 1.02.05 60 Lm tg （9）每日栅渣量W： max1 2 86400 1000 QW W K （式 4.9） 式中： max Q最大设计流量， 3 /ms； 1 W栅渣量，取 333 0.05/10mm ； 2 K 总变化系数，取 1.5。 代入数据得： 3 0.058 0.05 86400 0.167/ 1.5 1000 Wmd 由于每日栅渣量 33 0.167/0.2/mdmd，宜采用人工清渣。 4.24.2 沉砂池计算沉砂池计算 （1）长度 L=vt （式 4.10） 式中：v最大设计流量时的水平流速，取为 0.2m/s； t最大设计流量时的停留时间，取为 60s； L=0.230=0.6m 中原*市污水处理工程设计说明书 XXV （2）水流断面积 A= 2 . 0 058 . 0 v max Q 0.29m2 （式 4.11） （3）池总宽度 B=A/h （式 4.12） 式中：A水流断面积，m2 ； h设计有效水深，取为 0.07m； B=0.29/0.07=4.1m （4）沉砂斗所需容积 Z K XTQ V 1000 86400 max （式 4.13） 式中：V沉砂斗容积，m3； Qmax设计流量，m3/d； X城市污水沉砂量，m3/100m3（污水） ，采用 30； KZ变化系数，取 1.2； 2 . 11000 302058 . 0 86400 V=0.25m3 （5）贮砂斗各部分尺寸计算： 设贮砂斗底宽 b1=0.5，斗壁与水平面倾角 60，则砂斗上口宽 b2为： 中原*市污水处理工程设计说明书 XXVI mb h b19 . 1 5 . 0 60tan 6 . 02 60tan 2 1 3 2 （式 4.14） 贮砂斗的容积 V： )( 3 1 212131 SSSShV 式中：V1贮砂斗容积，m3； 3 h 贮砂斗高度，取 m； S1，S2分别为贮砂斗下口和上口的面积（设为正方形） ，m2； 计算得 V10.452m3。 假设采用重力排砂，池底设 0.06 坡度坡向砂斗，mb5 . 0，则贮砂室的高度 h3 为： 2 2 06 . 0 06 . 0 2 3233 bbL hlhh （式 4.15） m6936 . 0 2 5 . 019 . 1 26 06 . 0 6 . 0 池总宽度 H： H=h1+h2+h3=0.3+0.7+0.6936=1.0636m （式 4.16） 式中：H池总宽度，m； h1超高，m。 4.34.3 沉淀时间（沉淀时间（T TS S） 中原*市污水处理工程设计说明书 XXVII 活性污泥界面的沉降速度与 MLSS 浓度、水温的关系： vmax=7.4104tX-1.7（MLSS3000mg/L） vmax=4.6104X-1.26(MLSS3000mg/L) 式中 vmax活性污泥界面的初始沉降速度； t水温，0C； X0沉降开始时的 MLSS 浓度，mg/L。 代入数据： 水温 100C 时 vmax=7.4104102000-1.7=1.8（m/h） 水温 250C时 vmax=7.4104252000-1.7=4.5（m/h） 必要的沉淀时间（Ts）可用下式求得。 Ts= max )/1 ( v mH （式 4.17） 式中 H反应器水深，m； 1/m排水比； 活性污泥界面上的最小水深； vmax活性污泥界面的初始沉降速度，m/h。 代入数据 Ts（10）= 8 . 1 5 . 0)5 . 2/1 (5 =1.4(h) 中原*市污水处理工程设计说明书 XXVIII Ts（25）= 5 . 4 5 . 0)5 . 2/1 (5 =0.6(h) 取 1.4h 4.44.4 曝气时间（曝气时间（T TA A） TA= XL S m 24 s 0 （式 4.18） 式中 TA曝气时间，h； S0进水平均 BOD5，mg/L； LsBOD-SS 负荷 kgBOD/(kgSSd)； 1/m排水比； X反应器内混合液平均 MLSS 浓度，mg/L 带入数据： TA= 20005 . 225 . 0 22024 =4.2（h） 4.54.5 排水时间（排水时间（T TD D） 在排水期间，就单次必须排出的处理水量来说，每一周期的排水时间可 以通过增加排水装置的台数或扩大溢流负荷来缩短。另一方面，为了减少 排水装置的台数和加氯混合池或排放槽的容量，必须将排水时间尽可能延 长。沉淀时间在0.7-1.4h 之间变化，排出时间取2h 左右，则总的沉淀 时间取 3h。 4.64.6 周期数（周期数（n n） 中原*市污水处理工程设计说明书 XXIX 一个周期所需时间 TCTA+TS+TD=4.8+1.0+2.0=7.8(h) (式 4.19) 式中 TA曝气时间，h； TS沉淀时间，h； TD排水时间，h。 n= C T 24 =24 7.8=3.1,取 3 次，则一个周期为 8h。 4.74.7 进水时间（进水时间（T TF F） TF= N TC （式 4.120） 式中 TC一个周期所需时间，h； N反应器个数。 代入数据 TF= 2 8 =4(h) 4.84.8 反应器容积（反应器容积（V V） V= nN m Q （式 4.21） 式中 V各反应器容积，m3； 1/m排水比； 中原*市污水处理工程设计说明书 XXX n周期数； N每 1 系列的反应器数量； q每 1 系列的污水处理量（最大日污水量） 。 代入数据 V= 23 5 . 2 5000=2083（m3） 一个周期中最大流量的变化系数 r 值一般可取 1.2-1.5。一个周期内最大量进 水量变化比为 1.5。所以一天内进水量最大为 12000 3 md 。超过一周期污水进水 量 QV 与比值为 ：(1)(1.5 1) 2.50.2Q Vrm 如其他反应池尚未接纳容量，考虑流量之变动，各反应池的修正容量为： (1)VVQ V2083.32 . 01=2500m3 反应池池水深 5m,则反应池表面积 2 m为：52500= 500m2 在沉淀排出工艺中可能接受污水进水量 V 的 10%，则反应池的必要安全容量 为： 20831 . 02 . 0 QQV209（ 3 m ） 2092083 VVV2292（ 3 m ） 反应池水深 5 米，则反应池表面积 2 ()m为：52292 459（m2） 两相比较，取表面积为 500m2，设长宽比为 2，则长为：31.62m，宽为： 15.81m 根据实测资料知，高峰流量时的安全容积为时最大流量乘以 4h，即 Vmax=q4/24=120004/24=2000(m3) 中原*市污水处理工程设计说明书 XXXI 式中 q最大时流量，m3/d。 峰值水平为 Hmax= 24/4 max q V H m 1 +H(1- m 1 ) （式 4.22） 式中 Hmax池高，m； H反应器水深，m； Vmax反应器必要安全容积，m3； q最大日污水量，m3/d； 1/m排水比。 代入数据 Hmax= 5 . 2 1 -10 . 5 5 . 2 1 0 . 5 2445000 2000 8（m） 修正后反应器容积 2292m3/池， 667m26.0m(高)尺寸：10.0m25m6.0m 排水结束时水位： 1 12.5 1 52.5(2.73) 1.2(1.1)2.5 h 基准水位： 2 1 54.17(4.55) 1.2(1.1) h 高峰水位： 3 mh=5 中原*市污水处理工程设计说明书 XXXII 警报溢流水