ao法生物除磷设计.doc

16届给排水科学与工程专业毕业设计（论文）重庆三峡学院毕业设计（论文）论文题目 A/O生物除磷工艺的设计专 业 化学与环境工程学院 年 级 2012 级 学生学号 201208054153 学生姓名 叶立新 指导教师 程聪 职 称 讲师 完成毕业设计（论文）时间 2016 年 5 月第I页共48页目录摘要I1 前言11.1 A/O工艺的提出11.2 A/O工艺技术特点22 概述32.1 工程概况32.1.1 水质分析32.1.2 厂址及地形资料32.1.3 气象及水文资料32.2 设计任务32.3 设计依据42.4 设计原则42.5 污水处理厂设计规模43 设计水量与水质53.1 设计水量53.2 设计水质53.3 去除率54 可行性方案的确定74.1 城市污水处理概况74.2 方案确定原则74.3 常用城市污水生物处理技术74.4 综合分析104.5 工艺流程105 主要构筑物的选择115.1 中格栅115.2 泵房115.3 细格栅125.4 平流式沉砂池125.5 调节池135.6 水解酸化池145.7 好氧池145.8 二沉池145.9 接触消毒池145.10 污泥浓缩池165.11 消化池165.12 污泥脱水166 污水一级处理构筑物设计计算176.1 泵前中格栅176.2 污水提升泵房196.3 泵后细格栅196.4 平流式沉砂池226.5 初沉池247 污水二级处理构筑物设计计算277.1 A/O工艺计算277.1.1 设计参数277.1.2 设计计算277.2 二沉池计算368 污泥处理构筑物设计计算398.1 污泥浓缩池398.2 贮泥池与浓缩污泥提升泵房419 平面布置和高程布置429.1 平面布置429.2 高程布置4210 结论43致谢词44参考文献45附 录46A/O生物除磷工艺设计叶立新重庆三峡学院环境与化学工程学院给排水科学与工程专业2012级 重庆万州 404100摘要： 本设计的污水日处理量为50000吨，结合城市污水的水质特征，通过对不同污水处理工艺的比较，最终选择了A/O工艺，污水处理工艺流程为：污水中格栅提升泵房细格栅沉砂池调节池水解酸化池好氧池二沉池接触池处理水。设计出水水质满足城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002）中的一级B标准。并对主要构筑物的进行设计计算，确定其尺寸。并利用AutoCAD绘制了构筑物的工艺图、平面及高程图。关键词： 城市污水 污水处理 A/O法 第I页共48页1 前言随着工农业的发展和人口的增加，污水的排放量迅速增加。目前我国每年排放的污水量已超过400亿立方米，且处理率低，大量污水直接排入天然水体，造成了严重的水体污染，据统计已有超过80%的河流受到不同程度的污染。因此，加快污水处理工程的建设，提高污水处理率，保护有限的水资源，已经成为我国环境保护工作的紧迫任务。1996年的全国第四次环境保护会议强调保护环境是实施我国可持续发展的关键，并将防治水污染作为全国性重点。根据预测，从2000年至2020年，我国每年新建的污水处理厂的处理能力将达300400万m3/d，而中小型污水处理厂则是城市污水处理事业的主力军。我国现有668个城市中，仅有123个城市有307座不同处理等级的城市污水处理厂，其中城市污水二级处理率10%左右，全国17000个建制镇，绝大多数没有排水和污水处理设施。因此探索适合中小城市的经济实用的污水处理工艺，以较少的投资建成污水处理厂，以较好的管理运转污水处理厂，达到消除污染、保护环境的目的，从而实现城市可持续发展。1.1 A/O工艺的提出通过大量试验研究与机理分析，针对污水生物除磷反应机制问题，张波等人提出并验证了如下理论观点13：（1）聚磷菌有效释磷水平的充分与否，并不是决定系统除磷能力的必要条件。（2）推进聚磷菌过度吸磷的本质动力与厌氧历时和厌氧环境的程度有关。在一定范围内，厌氧历时越长，厌氧的程度越充分，该动力越大。（3）聚磷菌以氧作为电子受体的聚磷生成效率显著大于以NO3-N作为电子受体的生成效率。以此为理论基础，张波等人首次提出了A/O工艺，该技术利用不同水质条件的城市污水进行了现场试验研究。与UCT、VIP等工艺相比，A/O工艺的创新点在于将缺氧环境，形成了缺氧-好氧的流程形式，从根本上解决了生物脱氮除磷系统存在的一系列问题 4。工艺内循环的存在使得部分剩余污泥实际上位经历完整的释磷、吸磷过程，影响除磷效果；缺氧区位于系统中部，反硝化在碳源分配上居于不利地位，因而影响了系统的脱氮效果。而实际运行经验表明，按照缺氧/好氧两段设计的脱氮工艺系统也常常表现出良好的除磷能力。对常规脱氮除磷工艺来说，在所有参与内外循环的污泥中，通常只有占总数不到一半的回流污泥经历了完整的释磷、吸磷过程，而大部分污泥实际上没有经过厌氧阶段而之直接进入缺氧和好氧环境。相应地，其所排放的剩余污泥中富磷污泥的含量实际上也只占一少部分，因而影响了系统的除磷效果。与此不同，A/O工艺允许参与回流的所有污泥全部经历完整的释磷、吸磷过程，故其排放的剩余污泥含磷更高，系统的除磷效果也更好，具有一种“群体效应”优势5,6。在A/O工艺中，缺氧段优先得到碳源，故其脱氮能力得到明显增强。而且由于污泥回流至缺氧段，缺氧段污泥浓度可较好氧段高出50%左右，单位池容的反硝化速率明显提高，反硝化作用能够得到有效保证。1.2 A/O工艺技术特点（1）系统优先满足微生物脱氮的碳源要求，反硝化容量充分，系统脱氮能力得到显著加强，同时也避免了回流污泥中携带的硝酸盐对厌氧池的不利影响；（2）聚磷微生物经历厌氧环境之后直接进入生化效率较高的好氧段，其在厌氧环境下形成的吸磷动力得到了更有效的利用；（3）参与循环的微生物全部经历了完整的厌氧-好氧过程，具有“群体效应”，因而显著提高了系统的氮磷脱除能力；（4）通过取消或缩短初沉池的时间，改善了活性污泥的沉降性能，提高了活性污泥浓度，为硝化和反硝化同步进行提供了有利条件，系统的脱氮效率进一步提高；（5）A/O工艺延长了非曝气历时，将常规A/O工艺的污泥回流系统与混合液内循环系统合二为一，流程简捷，便于管理，节省了基建投资于运行费用。第51页 共48页2 概述2.1 工程概况随着经济发展和环保意识的加强，城市污水处理事业不断发展，水污染控制已经引起了全世界人民的关注，目前一些城市社区没有污水处理和垃圾收集措施，直接把污水排入天然水体，而且很多中小型企业，如一些养殖场、食品加工厂，由于距工业园区远，排出的污水往往没有经过处理就直接把污水排放到天然水体，然后通过天然水体的自净把污水还原成干净的水7，随着万州城区的发展污水越来越多，长江水体已经无法通过自净能力还原污水。针对这一情况，依据城市总体规划，在万州城区某城镇兴建一座城市污水处理厂，以完善该地区的市政工程配套，控制日益加剧的河道水污染，改善环境质量。通过物理法和二级生物法对水进行处理，然后排入长江，以减轻水体的自净负担。至2003年三峡水库蓄水以来，要求库区水质总体达到类水质标准，为此库区城市现有的生活污水必须进行深度的处理，这是确保三峡库区水体与库区生态环境安全的重要措施。万州新城区将建设成完备的各种市政设施。规划人口，近期20万人，2010年发展为25万人，生活污水标准为160L/capd，由于万州污水处理厂处理污水能力已经达到饱和，在未来的几年里将无法负荷，建设新的城市污水处理厂已迫在眉睫。该污水处理厂主要解决万州某区域的生活污水问题，通过A/O工艺的生化处理，达到国家水质排放标准，减少对长江（万州段）和苎溪河水质的影响，从而使万州某城区水污染状况的到有效的改善。2.1.1 水质分析该城镇污水由市政废水、生活废水及工业废水组成，其中生活污水约占总污水量的45%-65%，实际工业废水的占有量相当小，污水中主要是可溶性有机物、氮、磷等，而且有机物的浓度不是特别高，可生化性较好，在处理时需要考虑常规的脱氮除磷8。2.1.2 厂址及地形资料该污水处理厂厂址位于万州某城镇东南部（长江下游），厂址所在地区地势比较平坦。污水处理厂所在地区地面平均标高为48.2米。地震基本烈度6.5度。2.1.3 气象及水文资料某城镇位于万州境内属亚热带季风湿润带，气候四季分明，冬暖、多雾；夏热，多伏旱；春早，气温回升快而不稳定，秋长，阴雨绵绵，以及日照充足，雨量充沛，天气温和，无霜期长，霜雪稀少。境内多年平均气温17.7 ，最高年平均气温19.0，最低平均气温17.6；多年极端最高气温为41，极端最低气温零下3.7，多年平均年日照时数1484.4小时，最高年日照时数1713小时，最小年日照时数924小时，据境内水文站资料统计，多年平均降水1243毫米，最多年降水量为1549.6 毫米。最低年降水量为981.9毫米，多年平均年水面蒸发为620毫米，年蒸发总量达10.85亿立方米。2.2 设计任务5万吨城市污水处理厂初步设计，建成后主要用于处理高氮污水，具体任务如下：（1）收集相关资料，确定废水水量水质及其变化特征和处理要求；（2）对废水处理工艺方案进行分析比较，提出适宜的处理工艺方案和工艺流程；（3）确定为满足废水排放要求而所需达到的处理程度；（4）结合水质水量特征，通过经济技术分析比较，确定各处理构筑物的型式；（5）进行全面的处理工艺设计计算，确定各构筑物尺寸和设备选型；（6）进行废水处理站平面布置及主要管道的布置和高程布置。2.3 设计依据地表水环境质量标准（GB 3838-2002）污水综合排放标准（GB 8978-1996）城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002）室外排水设计规范（GB 50101）给水排水设计手册第5册城镇排水污水排入城市下水道水质标准（CJ 18-16）2.4 设计原则（1）执行国家关于环境保护的政策，符合国家地方的有关法规、规范和标准；（2）采用先进可靠的处理工艺，确保经过处理后的污水能达到排放标准；（3）采用成熟、高效、优质的设备，并设计较好的自控水平，以方便运行管理； （4）全面规划、合理布局、整体协调，使污水处理工程与周围环境协调一致；（5）妥善处理污水净化过程中产生的污泥固体物，以免造成二次污染；（6）综合考虑环境、经济和社会效益，在保证出水达标的前提下，尽量减少工程投资运行费用9。2.5 污水处理厂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：该厂按远期2011年一期5万吨/天建设完成。这样既可满足近期处理水量要求，有留有空地以三期扩建之用。远期5万吨，一期建设，计算主要按远期计算，由于没有工业废水的变化系数，所以按生活污水量来取其时变化系数。3 设计水量与水质3.1 设计水量污水的平均处理量为；污水的最大处理量为；污水的最小处理量为；总变化系数为1.2。3.2 设计水质设计水质如表3-1所示：表3-1 设计水质情况单位mg/LCODBOD5SSNH3NTNTP进 水45030020050555出 水3020205150.53.3 去除率处理水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002）中的一级B标准10，各项指标见表3-2所示：表3-2 排放标准污染物CODBOD5SSTNNH3-NTP色度pH大肠菌群数排放浓度60mg/L20mg/L20mg/L20mg/L8mg/L1mg/L30倍691104个/L根据给排水手册5，结合排放水要求和出水水质，计算去除率，如表3-3 所示： 式中：进水物质浓度； 出水物质浓度；表3-3 水质去除率计算序号基本控制项目进水水质出水水质去除率1COD450 mg/L30 mg/L93.3%2BOD300 mg/L20 mg/L93.3%3SS200 mg/L20 mg/L90%4NH3-N50 mg/L5 mg/L90%5TN55mg/L15 mg/L73%6TP5 mg/L0.5 mg/L90%7PH7-86.5-7.54 可行性方案的确定4.1 城市污水处理概况城市污水是目前江河湖泊水域污染的重要原因，是制约许多城市可持续发展的主要原因之一。目前，我国正处于城市污水处理事业的大发展时期，尤其随着国家西部大开发战略的实施，中国中西部环境与生态保护已被提上首要议事日程。 城市生活污水处理自200年前工业革命以来，越来越受到人们的重视。城市污水处理率已成为一个地区文明与否的一个重要标志。近200年来，城市污水处理已从原始的自然处理、简单的一级处理发展到利用各种先进技术、深度处理污水，并回用。处理工艺也从传统活性污泥法、氧化沟工艺发展到A/O、A/O、A/O、AB、SBR（包括CCAS工艺）等多种工艺，以达到不同的出水要求。我国城市污水处理相对于国外发达国家、起步较晚，目前城市污水处理率只有6.7%。在我们大力引起国外先进技术、设备和经验的同时，必须结合我国发展，尤其是当地实际情况，探索适合我国实际的城市污水处理系统。结合我国实际情况，参考国外先进技术和经验，建设城市污水处理厂应符合以下几个发展方向： （1）总投资省。我国是一个发展中国家，经济发展所需资金非常庞大，因此严格控制总投资对国民经济大有益处。（2）运行费用低。运行费用是污水处理厂能否正常运行的重要因素，是评判一套工艺优劣的主要指标之一。（3）占地省。我国人口众多，人均土地资源极其紧缺。土地资源是我国许多城市发展和规划的一个重要因素。（4）脱氮除磷效果好。随着我国大面积水体环境的富营养化，污水的脱氮除磷已经成为一个迫切的问题。我国最新实施的国家污水综合排放标准也明确规定了适用于所有排污单位，非常严格地规定了磷酸盐排放标准和氨氮排放标准。这就意味着今后绝大多数城市污水处理厂都要考虑脱氮除磷的问题。4.2 方案确定原则（1）依据水体的水质标准确定成熟可靠的处理工艺，经济合理，安全可靠；（2）合理布局，基建投资费用少，运行管理简便；（3）综合利用，无二次污染，尽量减少工程占地；（4）降低运行能耗和处理成本，以使污水处理厂尽快完全发挥效益；（5）综合国情，提高自动化管理水平。4.3 常用城市污水生物处理技术（1）AB法工艺AB法工艺由德国BOHUKE教授首先开发，是吸附生物降解（AdsorptionBiodegradation）工艺的简称。该工艺将曝气池分为高低负荷两段，各有独立的沉淀和污泥回流系统。高负荷段（A段）停留时间约20-40分钟，以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完全氧化反应，生物主要为短世代的细菌群落，去除BOD达50%以上。B段与常规活性污泥法相似，负荷较低，泥龄较长。AB法A段效率很高，并有较强的缓冲能力。B段起到出水把关作用，处理稳定性较好。对于高浓度的污水处理，AB法具有很好适 用性的，并有较高的节能效益。尤其在采用污泥消化和沼气利用工艺时，优势最为明显。但是，AB法污泥产量较大，A段污泥有机物含量极高，污泥后续稳定化处理是必须的，将增加一定的投资和费用。另外，由于A段去除了较多的BOD，可能造成碳源不足，难以实现脱氮工艺。对于污水浓度较低的场合，B段运行较为困难，也难以发挥优势。目前有仅采用A段的做法，效果要好于一级处理，作为一种过渡型工艺，在性能价格比上有较好的优势，但脱氮除磷效果一般，难以达标，不能达到本设计的出水要求。一般适用于水体自净能力较强的排江、排海场合。（2）SBR工艺SBR是序批式间歇活性污泥法（又称序批式反应器，Sequencing Batch Reactor）的简称。此法集进水、曝气、沉淀在一个池子中完成。一般由多个池子构成一组，各池工作状态轮流变换运行，单池由撇水器间歇出水。该工艺将传统的曝气池、沉淀池由空间上的分布改为时间上的分布，形成一体化的集约构筑物，并利于实现紧凑的模块布置，最大的优点是节省占地。另外，可以减少污泥回流量，有节能效果。典型的SBR工艺沉淀时停止进水，静止沉淀可以获得较高的沉淀效率和较好的水质。由SBR发展演变的又有CASS和CAST等工艺，在除磷脱氮及自动控制等方面有新的特点。但是，SBR工艺对自动化控制要求很高，并需要大量的电控阀门和机械撇水器，稍有故障将不能运行，一般必须引进全套进口设备。由于一池有多种功能，相关设备不得已而闲置，曝气头的数量和鼓风机的能力必须稍大。池子总体容积也不减小。另外，由于撇水深度通常有1.22米，出水的水位必须按最低撇水水位设计，故总的水力高程较一般工艺要高1米左右，能耗将有所提高。SBR工艺一般适用于占地省、自动化程度高、规模小的污水处理厂，而本设计为中等水量的污水处理厂，不宜采用此工艺。（3）氧化沟氧化沟又称连续循环式反应池或“循环曝气池”引起构筑物呈封闭的沟渠型而得名。故有人称其为“无终端的曝气系统”。氧化沟是活性污泥法的一种改型，它把连续式反应池用作生物反应池。污水和活性污泥混合液在该反应池中以一条闭合式曝气渠道进行连续循环。氧化沟通常在延时曝气条件下使用，这时水和固体的停留时间长，有机物质的负荷低。它使用一种带方向控制的曝气和搅拌装置，向反应池中的物质传递水平速度，从而使被搅拌的液体在闭合式曝气渠道中循环。氧化沟池底水平速度，污泥负荷和污泥龄的选取需考虑污泥稳定化和污水硝化两个因素。一般污泥龄为1030d，污泥负荷在0.050.10kgBOD5/(kgMLVSSd)之间，水力停留时间为1224h，污泥浓度（MLSS）一般在40005000mg/L。氧化沟曝气池占地表面积比一般的生物处理要大，但是由于其不设初沉池，一般也不建污泥厌氧消化系统，因此，节省了构筑物之间的空间，使污水厂总占地面积并未增大，在经济上具有竞争力。氧化沟的技术特点，主要表现在以下几个方面：1）处理效果稳定，出水水质好，并且具有较强的脱氮功能，有一定的抗冲击负荷能力； 2）工程费用相当于或低于其他污水生物处理技术；3）处理厂只需要最低限度的机械设备，增加的污水处理厂正常运转的安全性；4）管理简化，运行简单；5）剩余污泥较少，污泥不经消化也容易脱水，污泥处理费用较低；6）处理厂与其他工艺相比，臭味较小；7）构造形式和曝气设备多样化；8）曝气强度可以调节；9）具有推流式流态的某些特征。氧化沟适于脱氮除磷、中水量的污水处理。设置缺氧段的Carrousel氧化沟(文中简称：A/O氧化沟)具有生物脱氮除磷功能，是目前城市生活污水处理的主流工艺之一。但是在实施过程中由于所需的处理构筑物多、污泥回流量大，从而造成投资大、能耗多、运行管理复杂。（4）曝气生物滤池曝气生物滤池实质上是常说的生物接触氧化池，相当于在曝气池中添加供微生物栖附的填（滤）料，在填料下鼓气，是具有活性污泥特点的生物膜法。曝气生物滤池（BAF）70年代末起 源于欧洲大陆，已发展为法、英等国设备制造公司的技术和设备产品。由于选用的填料 不同，以及是否有脱氮要求，设计的工艺参数是不同的,如要求处理出水BOD5、SS20mg/L，去除BOD5达90%以上的工艺，其容积负荷为0.73.0 kgBOD5/(m3d)，水力停留时间12h；以硝化（90%以上）为主的工艺，其容积负荷为0.52.0kgBOD5/(m3d)，水力停留时间23h。一般认为，生物膜法处理城市污水，在国内尚需积累经验，处理规模不宜过大，约5104m3/d左右为宜。国外(主要在欧洲)处理水量有达到36104m3/d的，这与其填料材质、自控手段和先进的反冲洗装置有关，也与其有长期积累的运行管理经验有关。从实践上来说，曝气生物滤池属新工艺，国内尚缺少经验，因此不建议采用。（5）A/O工艺A/O脱氮除磷工艺（即缺氧-好氧活性污泥法，亦称A-O工艺），将好氧池流出的混合液回流至水解酸化池，具有同步脱氮除磷功能。A/O法的可同步除磷脱氮机制由两部分组成：一是除磷，污水中的磷在厌氧状态下（DO0.3mg/L），释放出聚磷菌，在好氧状况下又将其更多吸收，以剩余污泥的形式排出系统。 二是脱氮，缺氧段要控制DO0.6m： （14）4）有效水深： （介于0.251m之间） （15）5）贮砂斗所需容积： （16）（每格沉砂池设两个沉砂斗，每格共有四个沉砂斗）式中：X城镇污水的沉砂量，一般采用0.03L/m3（污水）; T排砂时间的间隔，取T=2d。6）贮砂池各部分尺寸计算：设贮砂斗底宽；斗壁与水平面的倾角为60；贮砂斗高度；则贮砂斗的上口宽为： （17）贮砂斗的容积： （18）式中：,分别为贮砂斗下口和上口的面积，m2。7）贮砂池的高度：假设采用重力排砂，池底设6%坡度坡向砂斗，则： （19）式中：两贮砂斗之间的距离，m；L2沉砂池向贮砂斗过度长度，。8）池总高度：沉砂池的超高： （20）9）进水渐宽部分长度： （21）10）核算最小流速： ，符合要求。 （22）式中：最小流量（m3/s），一般采用0.75； 沉砂池数目，最小流量时取1；最小流量时的过水断面面积（m2）。11）平流式