（市政工程专业论文）平顶山污水处理二期工程工艺方案比选.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 湛河是淮河水系的支流之一，加大湛河治污力度，提高平顶山市城市污水的处 理率对国家治理淮河有着重要的意义。如何对该项目进行科学的论证分析，从而建 立一座经济、运行稳定、效果良好的污水处理厂，对该城市的水污染控制问题具有 重要意义。本文就平顶山市污水处理二期工程工艺方案的比选进行了研究和探讨。 本文用经验的评价方法对平顶山污水处理厂的两个备选工艺一改良氧化沟工 艺方案和改良 0 工艺进行了技术和经济上的评价，最终确定采用改良氧化沟作为 该污水处理厂的处理工艺 同时，本文还采用了多层次模糊灰色耦合模型对该污水处理厂的两个备选工艺 从经济效益、技术性能和管理效益三个大的方面进行了综合评价，其中评价指标体 系的评价指标涉及基建投资、运行费甩、占地面积、能耗、脱氮除磷效果、运行稳 定情况、污泥处理与利用、工艺成熟性、设备完好率、安全性、处理效率1 1 个方面。 经过综合分析和评价，改良氧化沟处理工艺的评价系数为0 6 9 3 ，改良刖0 处理 工艺的评价系数为0 4 8 4 ，所以选定改良氧化沟处理工艺为该污水处理厂的最终处理 工艺，与经验法所得结果是一致的。在改良氧化沟处理工艺里，经济效益、技术性 能和管理效益的评价系数分别为o 9 8 0 ，o 5 7 0 和o 7 _ 7 8 ，可以看出，该工艺的技术性 能优势不大，而经济效益和管理效益有比较大的优势。 通过来自不同部门部门的专家打分，进行层次分析，结果方案一的综合评分为 3 0 3 8 ，综合评价为“经济方案较好”，方案二的综合评分为2 9 7 7 ，综合评价为“经 济方案殷”，最终选用方案一一改良氧化沟工艺为最终处理工艺。 关键词：污水处理；脱氮除磷；工艺比选；多层次模糊灰色耦合模型 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t a so n eo f t h eb r a n c h e so f i - i u a i h er i v e r ，t h es e w a g et r e a t m e n to f z h a n h er i v e ri so f g r e a ti m p o r t a n c et ot h es e w a g et r e a t m e n to f h u a i h er i v e r a n di ti sq u i t es i g n i t i c a n tt os e t u paw a s t ew a t e rt r e a t m e n tp l a n tt oc o n t r o lt h ew a s t ew a t e ri nt h ec i t yb a s e do nt h e s c i e n t i f i ca r g u m e n ta n da n a l y s i so f t h ep r o j e c t t h i s p a p e ra i m sa tp r o b i n gt h eo p t i m i z i n g d e s i g no f t e c h n o l o g i c a lp l a no f t h es e c o n d s t a g es e w a g ed i s p o s a lp r o j e c to f p i n g d i n g s h a n c i 咄 i nt h i sp a p e r ，t h ee v a l u a t i o no ft h ee x p e r i e n c eo ft h et w oo p t i o n sf o rp i n g d i n g s h a n s e w a g et r e a t m e n tp l a n t 一i m p r o v e da oa n di m p r o v e do x i d a t i o nd i t c ht e c h n o l o g y p r o g r a m si nt e c h n i c a la n de c o n o m i ce v a l u a t i o n a st h ef i n a lc h o i c ei st h em o d i f i e d o x i d a t i o nd i t c hs e w a g et r e a t m e n t p l a n t m e a n w h i l e ，t h i sp a p e ra l s ou s e sm u l t i l a y o ri l l e g i b i l i t ya s h e nc o u p l i n gm o d a l e v a l u a t i o nt h et w oo p t i o n sf o rs e w a g et r e a t m e n tp l a n t st h a tp r o c e - 鼹f r o mt h ep e r s p e c t i v e o fe c o n o m i ce f f i c i e n c y , t e c h n i c a lp e r f o r m a n c ea n dm a n a g e m e n te f f e c t i v e n e s so ft h et h r e e m a j o ra s p e c t so fac o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n e v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo fe v a l u a t i o n w h i c hi n v o l v e sl la s p e c t sa sf o l l o w i n g ：i n v e s t m e n ti ni n f i a s t r u c t u r e 、o p e r a t i n gc o s t s 、 g r o u n do c c u p y 、e n e r g yc o n s u m e 、t h er e m o v a lo f n i t r o g e na n dp h o s p h o r u s 、o p e r a t i o n a l s t a b i l i t y 、t h es l u d g et r e a t m e n ta n du t i l i z a t i o n 、 m a t u r et e c h n o l o g y 、 e q u i p m e n t 、s a f e t y a n d e f f i c i e n c y a f t e rac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i sa n de v a l u a t i o no f i m p r o v e do x i d a t i o nd i t c ht r e a t m e n t e v a l u a t i o nc o e f f i c i e n to f0 6 9 3 e v a l u a t i o np r o c e s si m p r o v e m e n ta oc o e f f i c i e n to f 0 4 8 4 s os e l e c t e di m p r o v e do x i d a t i o nd i t c ht r e a t m e n tf o rt h ef i n a ld i s p o s a lo fs e w a g e t r e a t m e n tp l a n tt e c h n o l o g y t h er e s u l t sa r ec o n s i s t e n tw i t hl a we x p e r i e n c e i nt h ep r o c e s s o f t h ei m p r o v e do x i d a t i o nd i t c h ， c o s t - e f f e c t i v e ，p e r f o r m a n c em a n a g e m e n ta n de v a l u a t i o n c o e f f i c i e n ta r e0 9 8 哦5 7 0a n d0 7 7 8 ，w ec a ns e e l a tt h ep r o c e s si sn o tt h et e c l m i c a l p e r f o r m a n c ea d v a n t a g e s ，孙a r cm o r ec o s t - e f f e c t i v ea n de f f i c i e n tm a n a g e m e n to ft h e i r a d v a n t a g e s 1 1 华中科技大学硕士学位论文 e x p e r tp o i n t ss y s t e mf o rl e v e la n a l y s i s ，t h er e s u l t so fac o m p r e h e n s i v ep r o g r a mt o s c o r e3 0 3 8 c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no ft h e ”e c o n o n l l cp r o p o s a li sb e t t e r , ”t h eo v e r a l l s c o r eo f2 9 7 7s e c o n dp r o g r a m 名v a l u a t i o no f ”g e n e r a le c o n o m i cp r o g r a m ”t h ef i n a l s e l e c t i o np r o c e s sf o rt h ef i n a lc h o i c ei st h ei m p r o v e do x i d a t i o nd i t c ht r e a t m e n t k e y w o ld s ：w a s t e w a t e rd i s p o s i n g ， p r o g r a m m es e l e c t i o n ， n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e n a o v a l ， m u l t i l a y e ri l l e g i b i l i t ya s h e nc o u p l i n gm o d a l 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 、， 学位论文作者签名西够5 三 b 獭：笋| 其 d b 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于， 不保密c 五 ( 请在以上方框内打v ) 学位论文作者签名：a 移f 汐 日期：沙石年f f 月汐日 指导教师签名：1v “ 日期：j 。：厶年1 1 月l o 日 华中科技大学硕士学位论文 1 概述 1 1课题的来源及意义 改革开放二十多年来，平顶山市经济建设和社会发展各方面都发生了历史性重 大变化，城市经济飞跃发展，社会文明不断进步，人民生活水平显著改善，城市建 设日新月异。 我国的水资源十分宝贵，大力开发污水再生利用技术，节约水资源，是我国城 市供水方面的一个发展方向。平顶山市属于北方缺水工业性城市，城市的工业用水 比重在6 0 以上，大力发展污水再生利用显得尤为迫切和必要。同时，我国的水环 境呈现“水资源短缺、污染严重、浪费惊人”的现状。我国淡水资源量人均约2 3 0 0 m 3 相当于世界人均水平的1 4 ，居世界第1 1 0 位。 在我国的水环境问题中，其中又以污染严重尤为突出，据2 0 0 3 年中国环境状况 公报，2 0 0 3 年，全国工业和城镇生活废水排放总量为4 6 0 0 亿吨，其中工业废水排 放量2 1 2 4 亿吨，城镇生活污水排放量2 4 7 6 亿吨，排放总量均有不同程度的增加。 其中绝大部分污水未经有效处理而排入江河湖海，全国9 0 以上的城市水域受到不 同程度的污染，近5 0 的重点城镇的集中饮用水源不符合取水标准。2 0 0 4 年废水和 主要污染物排放量，全国工业和城镇生活废水排放总量为4 3 9 5 亿吨，比上年增加 1 5 。其中工业废水排放量2 0 7 2 亿吨，比上年增加2 3 ；城镇生活污水排放量2 3 2 3 亿吨，比上年增加o 9 “。 平顶山市位于河南省中部，是河南省乃至全国重要的能源基地，是河南省的工 业大市。近几年，城区人口和城市污水量迅速增加，大量未经处理的污水排入湛河， 对湛河水环境质量造成不利影响。湛河是淮河水系的支流之一，加大湛河治污力度， 提高平顶山市城市污水的处理率对国家治理淮河有着重要的意义。 为了改善湛河水质、改善城区环境，平顶山市污水处理厂一期工程已于2 0 0 0 年 1 2 月建成，一期设计处理能力1 5 万m 3 d 。该污水处理厂现已满负荷运行，但仍有 大量污水未经处理就排入湛河。为了扩大污水处理能力，削减污染负荷以改善湛河 华中科技大学硕士学位论文 水质、改善城区环境，尽快进行平顶山市污水处理二期工程建设是非常必要的2 卅。 1 2课题研究的内容及方法 1 2 1研究内容 ( 1 ) 先进行基础资料的收集和整理，根据城市规划、排水现状调查、水质监测分 析结果及有关标准规范等资料，确定污水工程服务范围、排水体制及截流倍数、工 程规模、污水收集方案以及污水水质及处理程度等基本内容和数据。 ( 2 ) 重点讨论生物脱氮除磷的原理及工艺，分析本工程采用生物脱氮除磷工艺的 可行性和必要性，初步确定两个备选方案。 ( 3 ) 在初步确定两个备选工艺方案的基础上，通过技术和经济两个方面分析比较， 和多层次模糊灰色耦合模型的应用，选定最终方案。 ( 4 ) 根据优化设计选出的工艺方案，进行主要处理构筑物的优化设计，确定主要 的设计参数。 1 2 2研究方法 根据工程所需基本内容和数据，讨论生物脱氮除磷工艺的可行性，并根据工艺 方案比较，确定采用工艺主要处理构筑物的主要设计参数。 1 3中国城市污水处理现状 1 3 1城市污水处理设施的建设与发展 我国解决城市污水的净化问题始于二十世纪7 0 年代。一些城市利用郊区的坑塘 洼地、废河道、沼泽地等稍加整修或围堤筑坝，建成稳定塘，对城市污水进行净化 处理。据调查，这个时期在全国已建成各种类型的稳定塘有3 8 座，日处理城市污水 约1 7 3 万m 3 。其中生活污水量占一半，其余包括石油、化工、造纸、印染等多种工 业废水。此阶段开始重视引进国外先进技术和设备，开展与国外的技术交流，逐步 探索适合我国国情的工程技术和设计，为以后的建设奠定了基础。 8 0 年代，随着城市化进程的加快和城市水污染问题日益受到重视，城市排水设 2 华中科技大学硕士学位论文 施建设有较快发展。国家适时调整政策，规定在城市政府担保还贷条件下，准许使 用国际金融组织、外国政府和设备供应商的优惠贷款，由此推动了一大批城市污水 处理设施的兴建。我国第一座大型城市污水处理厂天津市纪庄子污水处理厂于 1 9 8 2 年破土动工，1 9 8 4 年4 月2 8 日竣工投产运行，处理规模为2 6 万m 3 d 。在此成 功经验的带动下，北京、上海、广东、广西、陕西、山西、河北、江苏、浙江、湖 北、湖南等省市根据各自的具体情况分别建设了不同规模的污水处理厂几十座。 “八五”期间，随着城市环境综合治理的深化以及各流域水污染治理力度的加 大，城市污水处理设施的建设经历了一个发展高潮时期。到1 9 9 5 年，我国城市排水 系统排水管道长度约为l1 0 0 6 2 k m ，按服务面积计算，城市排水管网普及率为6 4 8 。 与1 9 9 0 年相比，城市排水管道增加5 4 3 7 3 k m ，平均每年增长1 0 8 7 4 k m ；城市污水处 理厂1 6 9 座( 其中二级生化处理厂1 1 6 座) ，年处理污水1 7 4 9 亿m 3 ，处理率8 6 9 。与1 9 9 0 年相比，城市污水处理厂增加8 9 座( 其中有北京高碑店、天津东郊、 石家庄桥西、广州大坦沙、无锡芦村、济南等大中型城市污水处理厂) ，平均每年 建污水处理厂1 7 座。 “九五”期间，我国正式启动对“三河”( 淮河、海河和辽河) 、“三湖”( 太 湖、巢湖、滇池) 流域和“环渤海”地区的水污染治理，国家给予相应资金和技术上 的支持。1 9 9 6 1 9 9 9 年竣工投入运行的城市污水处理项目有2 2 个，投资5 9 5 8 亿元， 日处理规模3 7 1 7 万m 3 ；在建项目1 0 9 个，计划投资1 6 1 8 3 亿元，日处理规模8 3 2 0 万m 3 。 据统计，到2 0 0 0 年底，全国已建设城市污水处理厂4 2 7 座，其中二级处理厂2 8 2 座，= 级处理率约为1 5 。2 0 0 0 年用于城市污水处理工程建设的总投资约为1 5 0 亿 元。但目前绝大多数小城镇尚未建污水处理设施。 1 3 2城市污水处理工艺技术现状与发展 1 3 2 1 t 艺技术现状 我国现有城市污水处理厂8 0 以上采用的是活性污泥法【 1 ，其余采用一级处 理、强化一级处理、稳定塘法及土地处理法等。 华中科技大学硕士学位论文 “七五”、“八五”、“九五”国家科技攻关课题的建立与完成，使我国在污 水处理新技术、污水再生利甩新技术、污泥处理新技术等方面都取得了可喜的科研 成果，某些研究成果达到国际先进水平。同时，借助于外贷城市污水处理工程项目 的建设，国外许多新技术、新工艺、新设备被引进至4 我国，a b 法、氧化沟法、m o 工艺、a 2 ，o 工艺、s b r 法、以及m s b r t l 2 - 1 4 1 等在我国城市污水处理厂中均得到应用。 污水处理工艺技术由过去只注重去除有机物发展为具有除磷脱氮功斛1 s - 2 1 1 国外一 些先进、高效的污水处理专用设备也进入了我国污水处理行业市场，如格栅机、潜 水泵、除砂装置、刮泥机、曝气器、鼓风机、污泥泵、脱水机、沼气发电机、沼气 锅炉、污泥消化搅拌系统等大型设备与装置。 我国8 0 年代以前建设的城市污水处理厂大部分采用普通曝气法活性污泥处理工 艺，由于该工艺主要以去除b o d 和s s 为主要目标，对氮磷的去除率非常低。为了 适应水环境及排放要求，一些污水处理厂正在进行改造，增加或强化脱氮和除磷功 能。 a b 法污水处理工艺于8 0 年代初开始在我国应用于工程实践。由于其具有抗冲 击负荷能力强、对p a 值变化和有毒物质具有明显缓冲作用的特点，故主要应用于污 水浓度高、水质水量变化较大，特别是工业污水所占比例较高的城市污水处理厂 目前，氧化沟工艺是我国采用较多的污水处理工艺技术之一。应用较多的有奥 贝尔氧化沟工艺，由我国自行设计、全套设备国产化，已有成功实例。d e 型氧化沟 和三沟式氧化沟在中高浓度的中小型城市污水处理中也有应用。采用卡罗塞尔氧化 沟工艺的城市污水处理厂大部分为外贷项目。 多种类型的s b ri 艺在我国均有应用，如属第二代s b r 工艺的i c e a si 艺， 属第三代的c a s t 工艺、i ，n r r a n k 工艺等。 随着我国对水环境质量要求的提高，修订后的国家 ； 4 ) 中华人民共和国环境保护法( 1 9 8 9 年1 2 月) ； 5 ) 中华人民共和国环境污染防治法( 2 0 0 0 年3 月) ； 6 )城市污水处理及污染防治技术政策( 2 0 0 0 年5 月) ； 7 ) 建设项目环境保护管理条例( 1 9 9 8 年4 月) ； 8 ) 饮用水水源保护区污染防治管理规定( 1 9 8 9 年7 月) ； 9 ) 城市排水许可管理办法( 1 9 9 4 年) i ； 1 0 ) 污水处理设施环境保护监督管理办法( 1 9 8 8 年5 月) ； 1 1 ) 城市供水价格管理办法( 1 9 9 8 年9 月) ； 1 2 ) 关于加大污水处理费征收力度建立城市污水排放和集中处理良性运行机制 的通知( 1 9 9 9 年9 月) 。 1 4城市污水处理规划与政策体制改革 1 4 1 规划 根据我国国民经济发展计划和水污染防治规划中城市污水处理规划要求：到 7 华中科技大学硕士学位论文 2 0 1 0 年，我国城市化率将达4 0 ，城镇人口总量将从现在的3 8 亿增加到6 7 亿， 城镇需水量将从目前的8 5 8 亿矗增加到1 2 9 0 亿m 3 污水处理率建铝n 镇不低于5 0 ，设市城市不低于6 0 ，重点城市不低于7 0 十五”期间，“三河三湖”流域 规划新建城市污水处理工程见下表。 表格1 - 1 三河三潮“十五”期问新建城市污水处理工程规划 城市污水处理系统的规划在我国正受到越来越多的重视。规划目标主要包括水 源保护目标、水环境质量控制目标和污水再生利用目标三个方面。 1 4 2政策体制改革 1 ) 管理体制：基于市场机制和政府宏观调控相结合的水工业管理与法律保障体 系正在建立和逐步完善；政府、企业的职能和作用正在重新定位，机构正在重组； 近几年还颁布了城市供水价格改革管理办法、关于加大污水处理费征收力度 的通知等一系列法规政策。 2 ) 运营机制：供水与排水开始走向一体化，逐步建立适应社会主义市场经济的 投资、建设、运营机制。 ， 3 ) 投资：采取多渠道、多层次、多元化的资金筹措体制。除中央及地方财政和 收取的污水处理费外，鼓励吸纳国际金融机构、外国政府、国际民间、国内民间等 外部资金，可采取如b o t 等方式投资建设城市污水处理厂。 4 ) 污水处理费：目前虽然各省市已全面征收污水处理费，但费用普遍偏低( 仅 为0 2 0 6f r _ , m 3 ) 。对一个二级处理厂而言，实现污水处理厂“保本微科”的经营 目标，污水处理费至少应0 6 0 8f r _ , m 3 ，加上管网至少应o 8 1 2f f , m 3 。 华中科技大学硕士学位论文 5 ) 水价政策：我国的水价改革工作已拉开帷幕，1 9 9 9 年9 月颁布了城市供水 价格管理办法，对城市供水价格的概念、组成、制定原则、制定程序及主管部门 等都做了明确规定。水价改革的目标是：逐步建立起供排水企业良性发展的机制， 按照现代企业错口度的要求，最终实现企业经营机制的根本转换，使企业能够自主经 营、自负盈亏、自我积累、自我发展、独立承担民事责任。水价改革的首要内容是 规范水价格的构成。 1 5污水处理工艺的新发展 我国是发展中国家，经济实力不雄厚，必须采取一种新的发展模式：( 1 ) 低消 耗资源的生产体系；( 2 ) 适度消费的生活体系；( 3 ) 使经济持续稳定增长、经济效 益不断提高的经济体系。( 4 ) 合理开发利用资源，防止污染，保护环境的良性生态 系统。这种发展模式是符合可持续论的。 现在，水环境必须治理，污水必须经过处理才能排放己成为人们的共识，因此 研究开发高效、经济的污水处理新技术成为环保工作者关心的热点。 1 5 1污水生物处理技术的新发展 传统的观点认为，生物处理的主要功能是分解、稳定有机物( 即降低b o d ) 。随 着工业生产的发展和对水环境的长期观察与研究表明，很多人工合成的有机物具有 致癌、致畸、致突变的严重危害，并且难以被微生物所降解，无机性的营养物如氮、 磷将引起水体的富营养化。生物处理技术对这种类型的污水处理是否有效，一些 b o d 、c o d 浓度很高，甚至高达数万m e , a , 的污水，生物处理技术能否有效，这些 新的问题和新的要求，推动了污水生物处理技术和工艺方法的发展。 传统的污水生物处理技术主要依赖两大类微生物，即异养型好氧微生物和异养 型厌氧微生物。近几十年来，科学家和工程师共同合作，对污水生物处理中的微生 物作了比较深入的研究，取得了很多成果。如： ( 1 ) 对活性污泥中细菌和原生动物的不同种类和特性及其协同作用的研究，推 进了a - b 法工艺的发展。 9 华中科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 对于硝化、反硝化细菌的研究，以及聚磷菌特性的研究，推进了具有脱氧 功能的a - o 法工艺以及具有脱氮除磷功能的a 2 o 法工艺的发展。 ( 3 ) 对于厌氧微生物种群和特性的研究，以及发现了厌氧微生物具有部分降解 大分子合成有机物的能力，推进了厌氧生物处理工艺以及用厌氧一好氧串联流程处理 含难降解有机物污水的工艺发展。 ( 4 ) 对于高效菌的筛选、培养和固定化的研究，为进一步提高污水生物处理的 效能，特别是难生物降解的有机物的处理提供了有效的途径。 1 5 2污水处理新工艺( 反应器) 1 5 2 1a - b 活性污泥法 a b 活性污泥法是两阶段活性污泥法的发展，特点是各阶段有不同微生物种群， 有各自的沉淀池和污泥回流系统。它的运行负荷高( 即曝气池的总容积可以减小) ， 对进水负荷的变化有较强的适应能力，缺点是剩余污泥量多。但污泥量多，也表明 污泥中的有机物多，储有的生物能多，如充分利用其生物能( 产生沼气) 可在很大 程度上满足污水厂的能耗。 1 5 2 2a 2 ，o 活性污泥法 a 2 o 活性污泥法不但能降低污水中的b o d 、c o d ，还能有效地去除污水的总氮 和总磷。缺点是工艺流程较复杂，投资和运行费用都较传统活性污泥法高2 0 - 。3 0 。 近年来，同济大学陆续开发出了时间顺序a 2 o 、倒置a 2 ，0 和低氧a 2 o 三种生物脱 氧除磷新工艺，特别适用于污水厂的改造，可在基本上不增加或少增加投资，运行 费用与传统活性污泥法相近的条件下，保持较高b o d 、c o d 去除率，同时获得良好 的脱氮除磷效果。 1 5 2 3氧化沟活性污泥法 氧化沟活性污泥法可在较低负荷和较长污泥龄条件下运行，得到优质的出水， 具有生物脱氮的功能，污泥产量低，运行稳定，特别适用子有较多土地和污水量不 太大的条件下使用。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 1 5 2 4s b r 法 s b r 法是间歇运行的生物反应器，具有脱氮除磷功能，可以采用悬浮生长型， 也可以采用附着生长型。反应器在不同时间处于不同的工况，可以适应不同的负荷， 运行比较稳定，缺点是必须采用自动控制设施，且要求污水量较小。 1 5 2 5好氧生物流化床 微生物生长在载体表面，载体则在反应器中流动，是悬浮生长型和附着生长型 的复合它可以保持高浓度的微生物量，传质效率高，体积负荷可以比传统活性污 泥法高6 - - 1 0 倍。过去，载体的均匀流化和载体的脱膜、防粘结一直是技术上难题。 近年来，一些比重比水略小，在曝气时可在反应器中均匀流化，不会磨损、腐蚀、 不结团、不会流失，而且表面积很大( 达2 0 0 3 0 0 m 2 m 3 ) 的新型载体的开发，为好 氧生物流化床的发展创造了良好的条件。 1 5 2 6升流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) 2 2 之5 u a s b 是应用最广泛的污水厌氧生物处理反应器，可以形成颗粒状的污泥， 生物固体的浓度和生物活性都很高，且于高浓度有机污水和城市生活污水的处理， 能达到很高的负荷和处理效率。 华中科技大学硕士学位论文 2平顶山污水处理项目背景及分析 2 1平顶山市概况 2 1 1平顶山市地理位置 平顶山市位于河南省中部，东与漯河市、驻马店地区相邻，西与洛阳市相连， 北与郑州市、许昌市毗邻( 距郑州市2 1 8 k m ) ，南与南阳地区接壤。 平顶山市是河南省乃至全国重要的能源基地，是河南省的工业大市。煤炭、电 力、化工、纺织等产业优势咀显，原煤、焦炭、化纤产量全省第一，钢材、乳制品 产量全省第二，发电量为全省发电总量的1 3 0 5 。 平顶山市城区位于市域东部，是平顶山市市委、市政府所在地，是全区政治经 济文化中心。城区西高东低，全长7 7 9 公里，湛河白西向东穿城而过。 随着经济体制改革的深入，城市化进程的加速，平顶山市城区经济发展迅速， 城市建设日新月异。2 0 0 0 年城区人口近6 5 万，城区建成面积达5 0 平方公里。 根据总体规划，平顶山市的城市性质为：以能源、化工为主的工业基地，豫中 地区中心城市。 人口规模：按照总体规划，到2 0 0 5 年( 近期) 城区人口为7 s 万，2 0 1 0 年( 中 期) 城区人口为9 0 万，2 0 2 0 年( 远期) 城区人口为1 1 0 万。 用地规模：按照总体规划，到2 0 0 5 年城区面积达到6 9 4 3 k m 2 ，到2 0 2 0 年城区 面积达到1 0 9 2 2 k i n 2 ，城区的建设按中等城市规模实施。城市布局以现有建成区为核 心东展西拓，形成东西两大片区。近期城市建设的重点是完善现有城区用地布局并 适当引导城市向西北及东南方向发展。 城区的主要职能和分工为： 东部片区：由老城区组团和东部组团组成。老城区组团通过适度向南扩展，置 换、更新区内部分功能形成全市的商业中心和经济中心：东部组团结合现己建成的 工厂和仓储用地，发展成为城市的工业园区。 1 2 华中科技大学硕士学位论文 西部片区：为城市的新城区，由东西两个组团组成。东组团将建设成为城市的 政治中心和文化中心；西组团为新型高技术工业区和居住区。 2 1 2平顶山市自然条件 2 1 2 1地形 平顶山市处于豫西山地和淮河平原的过渡地带。城区地势西高东低，北高南低。 2 1 2 2气象 平顶山市地处暖湿带，为大陆性季风气候。四季分明，阳光充足，雨量充沛。 受季风影响，冬季盛行偏北风，夏季多为偏南风。 历年年平均降雨量为8 0 0 毫米： 累年平均气温1 5 1 ； 最低气温1 2 ； 最高气温4 2 2 ； 无霜期2 2 0 天； 主导风向为东北风。 2 1 2 3地表水 城区主要河流为湛河( 属淮河水系) 。该河源市郊薛庄跑马泉，横贯市区经武湾 出市境，全长4 8 3 公里，流经市区3 2 5 公里，流域面积2 6 5 平方公里。 湛河水文特征值：设计洪水水位8 2 9 2 m ，5 0 年一遇洪水水位8 1 4 5 m ，1 0 0 年一 遇洪水水位8 1 5 9 m 。 市区白龟山水库控制流域面积2 7 3 0 平方公里，经除险加固后库容可达9 1 7 亿 m 3 。 2 2平顶山污水处理现状 平顶山市区现基本采用雨污分流的排水体制，排水管道总长1 4 0 2 k m ( 2 0 0 0 年) ， 现有污水处理厂和提升泵站各一座。 华中科技大学硕士学位论文 平顶山市污水处理厂位于市区东南湛河许南公路南侧，占地1 1 7 公顷该污水处 理厂设计总规模日处理能力2 5 万吨，现完成其一期工程实际处理能力1 5 万m 3 d 。 一期工程于2 0 0 0 年底建成并投入使用，现已满负荷运转。本期工程在现有设施的基 础上扩建，一期工程在现有污水处理厂西侧留有发展预留地。污水处理厂除可将市 区( 东部组团) 的全部生活污水和一般污染源废水处理外，还可接纳1 4 家重点工业 源废水进行二次处理，处理厂尾水排入湛河。因城区污水至污水处理厂距离较远， 在中途设有污水提升泵站一座，建于湛河南岸主干管上，主要提升现状建成区内的 污水泵站提升能力可扩建至2 5 万m 3 d ，现按1 5 万m 3 d 运行该泵站设有粗格栅 一道。 生活污水与部分工业污水经排污管网送至污水处理厂处理；雨水排放结合市区 南北高、中间低的地形，通过雨水管网直接排入湛河。 污水管渠根据市区道路，河流的走向布置，湛河南北沿岸白西向东铺设两条污 水主干管。沿路就近收集污水。老城区的污水过湛河经泵站提升后，由一条d n 2 0 0 0 的河南主干管输送至污水处理厂，规划开发区一片的污水由湛河以北干管送至许南 公路桥，再至污水处理厂。 雨水管结合地形、地势分散布置，为减少千管长度，分若干排出口就近排入湛 河。 ， 2 0 0 0 年，平顶山市区排水管道长度达1 4 0 2 0 公里，管网密度达3 0 5 公里平方 公里。污水年排放量7 7 9 2 万立方米，污水年处理量3 1 3 4 万立方米，污水处理率为 4 0 2 2 。掘估计，若能进一步加强雨污分流的排水体制，污水处理率也可逐步提升 2 3平顶山污水处理存在的问题 市区的主要干道下已建成了比较完整的雨污分流系统，但实际有些管道是雨污 合流的。原因是管道有交叉或维修工程的失误，一部分污水管接到雨水管里，一部 分雨水管又接到污水管里。这样同一管道里既有雨水，又有污水，成为雨污合流管， 造成部分污水直接排入湛河，被送至污水处理厂的污水中又有雨水进行处理的后果。 平顶山市污水处理厂两年的进水水质、水量变化较大且无规律，由此可知现有城区 1 4 华中科技大学硕士学位论文 污水管分流的并不彻底。 据统计，平顶山市2 0 0 2 年排放生活污水量占总排放量的4 4 以上。工业废水部 分经污水处理厂处理，部分经工厂自行处理后排入就近水体。部分单位存在着偷排 工业废水的现象。 根据平顶山市环境保护局2 0 0 1 年、2 0 0 2 年环境状况报告平顶山市( 城区) 湛河 所监控的三个断而均不符合相应水体功能要求，西斜桥断面为v 类水体标准( 水体 功能要求为i 类) ，新华桥断面( 水体功能要求为类) 和韩庄桥断面( 水体功能 要求为v 类 一直劣于v 类水体，尤其是下游污染严重。2 0 0 2 年湛河总平均综合污 染指数为1 1 6 4 ，高出全市平均综合污染指数的1 9 9 倍。其主要污染因子为：氨氮( 4 6 ) 、生化需氧量( 1 9 ) 、挥发酚( 1 7 ) 、高锰酸盐指数( 8 ) 。 2 4项目建设的必要性 改革开放以来，平顶山市人民同全国人民一样，生活水平逐渐提高，对生活的 要求逐渐从温饱向小康过渡，湛河水质和景观的现状与平顶山市人民的期望相差愈 来愈大。 平顶山市是河南省中部的工业中心、能源中心。近几年来，平顶山市的经济和 社会各方面都发生了巨大变化，城市建设也取得了令人瞩目的成就。随着经济建设 的高速发展和城镇人口的不断增加，城市污水量也相应增加，污染程度也日趋严重。 由于城市污水系统建设的不完善，仍有大部分污水未经处理直接排入湛河，造成水 体污染严重，并日趋恶化，影响了原有的水域功能。水体污染影响了工农业生产、 城市的环境卫生面貌和人民的身体健康。进一步改善水体环境质量状况，建设污水 处理二期工程己成为当务之急。因为： 水污染是平顶山市环境恶化的主要原因，城区湛河各断面水体水质均劣于规划 的水体水质要求： 加大城市污水治理力度，有利于改善整个社会的生存和发展的生态环境，保持 社会经济可持续发展： 建设平顶山市污水处理二期工程是完善平顶山市城区污水系统，解决城市污水 华中科技大学硕士学位论文 集中处理的迫切需要。 建设平顶山市污水处理二期工程可满足襄城坑口电厂( 待建) 、平东热电厂和神 马氯碱化工公司的用水需求，对缓解城市供水的紧张局势节约城市有限的水资源有 着重要的作用。 总之，兴建平顶山市污水处理二期工程将在改善城市生态环境，加强平顶山市 城区的污水治理力度，解决再生水用户的用水需求，减轻城市供水的压力，节约本 区有限的水资源等方面部有巨大的意义。它也有利于树立良好的城市整体形象，并 具有良好的环境效益和社会经济效益。因此，建设平顶山市污水处理二期工程是十 分必要的。 2 5污水处理工程规划 规划的排水体制为分流制，新区建设采用严格的雨污分流制，对现建成区的排 水管网进行全面整治逐步改造成为严格的分流制。 规划拟定城区污水量近期( 2 0 0 5 年) 为4 0 万m 3 d ，中期( 2 0 1 0 年) 5 2 万m 3 d ， 远期( 2 0 2 0 年) 为7 2 万m 3 d 。 规划扩建城区东部污水处厂，近期加紧建设其二期工程，远期至2 0 2 0 年形成5 0 万m 3 d 的处理能力规划在西部新城区和西部工业区建设远期处理能力为1 2 万m 3 d 和1 0 万m 3 d 的污水处理厂各一座。 2 6污水处理工程总体设计 2 6 1设计年限 根据平顶山市城市总体规葑j ，平顶山市总体规划之规划年限近期为2 0 0 5 年， 中期为2 0 1 0 年，远期为2 0 2 0 年，结合本工程的实际情况确定本工程设计年限为： 近期：2 0 1 0 年 远期：2 0 2 0 年 1 6 华中科技大学硕士学位论文 2 6 2排水体制及污水收集 2 6 2 1掉水体制 根据平顶山市城市总体规划，平顶山市城区的排水体制为分流制，新区建设采 用严格的雨污分流铝4 ，对现有建成区的排水管阿进行全面整治逐步改造成为严格的 分流制。本工程设计排水体制采甩分流制。 污水处理厂二期工程中建设了部分分流制排水管道，市区的主要干道下已建成 了比较完整的雨污分流系统，但实际有些管道是雨污合流的。原因是管道有交叉或 维修工程的失误，一部分污水管接到雨水管里，一部分雨水管又接到污水管里。这 样同一管道里既有雨水又有污水，成为雨污合流管。根据平顶山市污水处理厂近两 年的进水水质、水量情况，其主要参数变化较大且无规律性，由此可知现有城区污 水管网分流的并不彻底。 由此可见，目前平顶山市城区污水管道大部分为分流制管道，只是部分污水管 道和雨水管道存在混接现象。 2 6 2 2污水收集率 由于受地形、管网改造等条件的制约，将城市污水特别是老城区污全部接纳至 污水处理厂需要一个较长的过程。根据平顶山市污水管网改造建设的实际情况，预 测各年限污水收集率如下： 2 0 1 0 年：污水收集率为8 0 2 0 2 0 年：污水收集率为9 0 2 6 3 工程服务范围 2 6 3 1服务范围及用地规划 本工程的建设内容包括污水收集系统改造、再生水输配水系统和污水处理三部 分。工程服务范围为平顶山市规划城区的东部片区，有老城区组团和东部组团两个 分区。根据规划，老城区( 含湛南铁路以北) 组团通过适度向南扩展，逐步置换、 更新建成区内的部分功能，形成全市的商业和经济中心在南区( 湛南铁路以南) 1 7 华中科技大学硕士学位论文 新建居住区。东部组团湛河以北以现有的平顶山市高新技术开发区为基础建设成为 以化工、能源、纺织为主的工业区，湛河以南的东南部是以建材、食品、机械加工 主的轻工业区。本片区2 0 0 0 年建成区总面积5 0 5 6 k m 2 ，规划远期城市建设用地7 4 k m 2 。根据规划服务范田内共有5 个排水分区，分别为湛北区1 6 1 k m 2 、湛南区9 5k m 2 、 南区2 1 o k m 2 、东部高新技术开发区1 4 0k m 2 、东南工业区1 3 4 k i n 2 。本工程( 近期) 服务范围为老城区( 含湛北区和湛南区) 和南区( 湛南铁路以南) 。 2 6 3 2 服务人口 根据规划资料，工程服务范围内现状( 2 0 0 0 年) 建成区人口为：6 0 3 5 万人( 主 要集中在老城区) 。规划东部片区远期人口7 0 万人，其中，老城区( 含湛北区和湛 南铁路以北区) 服务人口2 8 万人，南区服务人口2 8 万人，东部高新技术开发区服 务人口9 万人、东南工业区服务人口5 万人。根据规划中的近期建设规划，结合规 划区内现状人口和远期规划人口确定近期至2 0 1 0 年的服务人口( 详见表2 3 ) 。 2 6 4 污水量预测 2 6 4 1污水量预测 ( 1 ) 预测方法 城市污水量预测与城市经济的发展、人口的数量、城区的开发建设规模、布置、 土地面积、人口密度、工业分布等密切相关。一般常用的污水量预测方法有定额法、 污水量增长率推算法及比流量增长法三种。由于缺乏统计资料，不宜采用污水量增 长率推算法及比流量增长法进行污水量预测，本工程采用定额法进行预测。 ( 2 ) 现状污水量 a 根据城区用水量推算 平顶山市自来水公司下设水厂二座和配水厂三座，设计生产能力4 0 6 0 万m 3 d ， 2 0 0 3 年实际总供水量约2 9 3 5 万m 3 d 。此外，市区还有自备水源4 0 余处，多分布在 城市郊区，用水单位自成供水体系，主要用于工业冷却水和部分生活用水。市区工 矿企业共有自备水源井1 2 6 眼，二矿、五矿、七矿等也有各自的供水系统，自备水 华中科技大学硕士学位论文 源均由各单位自行管理。市区2 0 0 1 2 0 0 3 年实际用水量( 平均日) 见表2 1 。 表格2 12 0 0 1 2 0 0 3 年实际用水量( 平均日) 统计表 年份 2 0 0 12 0 0 2 2 0 0 3 用 水 量 及 分 类 自来水公司供水量 ( 万m 3 d ) 企业、单位白各水 源供水量( 万m d ) 居民 企业 小计 白备井 矿井 水库 小计 1 1 7 3 1 7 5 9 2 9 3 2 5 o o 3 5 0 3 0 0 1 1 5 0 1 1 6 9 1 7 5 4 2 9 2 3 4 6 0 3 5 0 3 5 0 l l 6 0 1 1 7 4 1 7 6 l 2 9 3 5 4 0 0 4 0 0 4 0 0 1 2 0