（市政工程专业论文）城市污水生化处理工艺程序化综合比选研究及应用实例.pdf

1 c o m p u t e r i z e dc o m p a r i s i o no fm u n i c i p a lw a s t e w a t e r o m d d a l b i o c h e m i c a lt r e a t m e n t t e c h n i qu e sa n da p p l i c a t i o n i e c i i n i ou e sa n ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ： w a n g c h a o s u p e r v i s o r ：p r o f g a o j u n f a c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a l l ，c h i n a 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注 明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 论文知识产权权属声明 年月 日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人 离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单 位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 年月 e l j 列0 年占其7 日 摘要 据中国统计年鉴2 0 0 8 统计，我国年工业废水排放量为2 4 6 亿吨，生活 污水排放量为3 1 0 亿吨，总处理设施7 8 2 1 0 套，污水处理设施严重滞后。因此， 大力兴建污水处理设施刻不容缓，其中，污水生化处理工艺方案选择又是建设 污水处理厂的重要环节。在此背景下，开展污水生化处理工艺比选综合评价研 究具有重要理论意义和使用价值。 本文主要研究利用计算机软件实现污水生化处理工艺的比较和优化，建立 一套实用的生化处理工艺计算及比选系统，把工艺设计计算和方案比选过程用 计算机来实现。在输入同等进水与排水标准条件下，根据技术上先进，经济上 合理原则进行工艺计算和方案比选。避免复杂人工计算，提高了工作效率和推 荐方案的客观真实性与可靠性。 首先，基于对污水生化处理工艺方案比选综合评价问题的特点和分类研究， 以及当前关于方案比选综合评价的理论和知识状况，本文指出了指标权重的确 定方法：集客观和主观、定性和定量于一体的层次分析法( a h p ) 。在明确权 重的确定和赋值方法后，进而引入灰色理论和模糊数学的概念，建立了多层次 模糊灰色耦合模型。 其次，以室外排水设计规范( g b 5 0 0 1 4 2 0 0 6 ) 为指导，并参考水处理 设计手册及其他资料，确定污水生化处理单元构筑物计算方法，计算过程以程 序实现，快速科学的提供计算结果。 最后，为提高比选结果的科学性和准确性，用v b 和j a v a s c f i p t 程序语言编 写生化处理构筑物工艺计算和开放性灰色耦合比选模型，通过人机对话，实现 比选过程。为污水生化处理工艺的优选提供了先进的手段，提高了工作效率。 关键词：污水生化处理工艺，综合评价，程序化 a b s t r a c t a c c o r d i n gt o c h i n as t a t i s t i c a la n n u a l2 0 0 8 s t a t i s t i c s ，t h e r ea r e2 4 6m i l l i o n n so fi n d u s t r i a ls e w a g ea n d310m i l l i o nt o n so fd o m e s t i cs e w a g ed i s c h a r g e dt o t a l l y ay e a ri nc h i n a 1 1 1 et o t a lt r e a t m e n tf a c i l i t i e sa r e7 8 210u n i t s t h a tm e a n st h a tt h e s e w a g et r e a t m e n tf a c i l i t i e sh a ss e r i o u s l yl a g g e db e h i n d ，e v e nt h es o u t ho fc h i n a r e l a t i v e l yf i c h e di nw a t e rr e s o u r c e si sa l s os h o r ti nq u a l i t yw a t e rd u et ol a c ko fw a t e r p o l l u t i o nc o n t r 0 1 t h e r e f o r e ，i t si m p o r t a n tt ob u i l ds e w a g et r e a t m e n t f a c i l i t i e s c h o o s i n gc o n s t r u c t i o np r o j e c ti sam a j o rp a r to ft h es e w a g et r e a t m e n tp l a n t i nt h i s c o n t e x t ，t oc a r r yo u tc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no fw a t e rt r e a t m e n tc o m p a r i s o ns t u d y v a l u e si m p o r t a n tt h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c e t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e st h ec o m p a r i s o no fs e w a g eb i o c h e m i c a lt r e a t m e n t p r o c e s s e sb yu s i n gc o m p u t e rs o f t w a r e ，e s t a b l i s h e sa s e to fp r a c t i c a lc a l c u l a t i o na n d c o m p a r i s o ns y s t e mo fb i o c h e m i c a lt r e a t m e n tp r o c e s s ，w h i c hc a na u t o m a t i c a l l y p e r f o r m e d u n d e rt h es a m es t a n d a r dc o n d i t i o n s ，t h i ss o f t w a r ec a nw o r kt e c h n i c a l l y a d v a n c e da n de c o n o m i c a l l yr a t i o n a l ，t h i ss o f t w a r ea l s ow o r k sw e l lf o ra v o i d i n g c o m p l i c a t e d c a l c u l a t i o no fa r t i f i c i a la n dp r o v i d i n gt h er e s u l t so b j e c t i v ea n d s c i e n t i f i c f i r s t l y , b a s e do nc h a r a c t e r i s t i c sa n dc l a s s i f i c a t i o no fw a s t e w a t e rb i o c h e m i c a l t r e a t m e n tp r o c e s ss e l e c t i o np r o b l e m sa sw e l la st h et h e o r ya n dk n o w l e d g e ，t h i sp a p e r p o i n t so u tt h ei n d e xw e i g h tm e t h o d ：a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) w h i c ha r e o b j e c t i v ea n ds u b j e c t i v e ，q u a l i t a t i v e a n dq u a n t i t a t i v e b yu n d e r s t a n d i n gt h e d e t e r m i n a t i o na n da s s i g n m e n tm e t h o do fw e i g h t , g r e yt h e o r ya n df u z z ym a t h e m a t i c s c o n c e p t sh a sb e e ni n t r o d u c e da n dam u l t i - c l a s sf u = yg r e yc o u p l i n gm o d e lh a sb e e n b u i l t s e c o n d l y , p a p e rd e t e r m i n e st h ec a l c u l a t i o nm e t h o do fw a s t e w a t e rb i o c h e m i c a l t r e a t m e n tu n i tu n d e rt h ed e s i g no fd r a i n a g es t a n d a r d ( o u t d o o rg b 5 0 014 2 0 0 6 ) a n d o t h e rr e f e r e n c e ，t h ec o m p u t a t i o np r o c e s sr e a l i z e ds c i e n t i f i ca n df a s tb yc o m p u t e r s o f t w a r e n f i n a l l y , w eu s e di n d e xs y s t e ma n dt h em o d e lo ft h es o f t w a r et or e a l i z ea p r o j e c t ，t h er e s u l t sc o n f i r m e dt h em o d e lw h i c hi sp r a c t i c a la n ds c i e n t i f i c k e yw o r d s ：s e w a g eb i o c h e m i c a lt r e a t m e n tp r o c e s s ，c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ， c o m p u t e r i z e d h i 目录 第一章绪论l 1 1 中国水资源现状1 1 2 中国水污染现状1 1 2 1 工业废水污染。3 1 2 2 生活污水污染3 1 2 3 农业污染源污染。：3 1 3 中国城市污水处理规划目标和重点建设任务4 1 4 国内外污水处理技术发展趋势5 1 4 1 活性污泥处理工艺5 1 4 2a b 法处理工艺5 1 4 3a o 及a a o 处理工艺5 1 4 4 水解好氧工艺处理6 1 4 5 氧化沟工艺处理6 1 4 6s b r 及其改良工艺处理6 1 4 7 曝气生物滤池工艺处理6 1 4 8 生物接触氧化工艺处理7 1 4 9 稳定塘工艺处理7 1 4 1 0 其他艺处理8 1 5 城市污水处理技术决策核心8 1 6 研究课题的提出及意义8 1 6 1 研究课题的提出8 1 6 2 研究课题的意义1 0 1 7 本章小结1 0 第二章城市污水生化处理工艺比选研究。ll 2 1 城市污水生化处理工艺概述1 1 2 2 城市污水生化处理工艺优化选择2 2 i v 2 2 1 城市污水生化处理工艺选择的基本原则2 2 2 2 2 城市污水生化处理工艺选择考虑的因素。2 3 2 3 城市污水生化处理工艺比选研究现状及趋势2 5 2 3 1 城市污水处理工艺比选方法研究的现状2 5 2 3 2 城市污水处理工艺选择方法存在的问趔5 8 1 2 8 2 3 3 比选方法研究趋势。2 9 2 4 城市污水生化处理工艺比选评价指标体系3 0 2 4 1 移e j 苤3 0 2 4 2 污水处理工艺比选评价指标体系设计思想3 0 2 4 3 污水生化处理工艺比选评价指标的选择3 2 2 5 本章小结3 2 第三章污水生化处理工艺计算方法确定及比选模型建立3 3 3 1 污水生化处理工艺比选模型3 3 3 1 1 概j 苤。3 3 3 1 2 层次分析法的应用3 3 3 1 3 污水生化处理比选模型建立。3 6 3 2 污水生化处理工艺程序计算方法确定3 9 3 2 1 概j 盔3 9 3 2 2a a o 程序计算方法确定4 1 4 2 3 氧化沟程序计算方法确定4 5 3 2 4c a s s 程序计算方法确定4 8 3 3 本章小结51 第四章软件系统开发5 2 4 1 软件开发语言确定5 2 4 1 1v b 6 0 及其特点。5 2 4 1 2j a v a s c r i p t 语言及其使用5 3 4 2 软件主要功能及其实现5 4 4 2 1 程序的窗体界面设计5 4 v 5 4 ! ；9 攻读学位期间取得的研究成果。8 3 致谢8 4 v 1 0 0 o 1 2 o 1 1 1 2 7 甜 酡 加 刀 订 n 他 例 一 实 选 一 一 一 i 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 中国水资源现状 水，滋润万物，与人们的生产生活息息相关。水资源是自然环境重要的组成 部分，在经济和社会建设中起不可替代的重要地位。 我国是一个水资源短缺的国家，水资源分布在时间和空间上都极不均匀。目 前，全国6 0 0 多个城市中，4 0 0 多个缺水，1 0 0 多个严重缺水。北京、天津等大 城市供水已经到了最严峻的时刻。伴随着人口增长，到2 0 3 0 年，我国人均水资 源占有量从现在的2 2 0 0 立方米降至1 7 0 0 至1 8 0 0 立方米，需要的水资源量接近 开发量，缺水问题将更加突出。 截止目前，中国水源量为2 8 万亿立方米。地表水2 7 万亿m 3 ，地下水0 8 3 万亿m 3 ，由于地表水与地下水相互转换、互为补给，扣除两者重复计算量0 7 3 万亿立方米，与河川径流不重复的地下水资源量约为0 1 万亿m 3 。 国际标准给出认定，水资源人均占有量低于3 0 0 0m 3 为轻度缺水；水资源人 均占有量低于2 0 0 0m 3 为中度缺水；水资源人均占有量低于1 0 0 0m 3 为严重缺水； 水资源人均占有量低于5 0 0m 3 为极度缺水。中国目前有1 6 个省( 区、市) 人均水 资源量( 不包括过境水) 低于严重缺水线，有6 个省、区( 宁夏、河北、山东、河南、 山西、江苏) 人均水资源量低于5 0 0 立方米。中国水资源总量并不算多，排在世 界第6 位，而人均占有量更少，2 2 4 0 立方米，在世界银行统计的1 5 3 的国家中 排在第8 8 位。中国水资源地区分布也很不平衡，长江流域及其以南地区，国土 面积只占全国的3 6 5 ，其水资源量占全国的8 1 ；其以北地区，国土面积占全 国的6 3 5 ，其水资源量仅占全国的1 9 。 1 2 中国水污染现状 近年来，水污染已越来越成为人们关注的话题。这不仅仅是因为这些年发生 了一些重大的水污染事件，让人感到痛心和担忧。但更主要的还是因为我们面临 的饮水环境还在继续遭受水污染的侵割2 4 l 。 水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征 的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶 化的现象称为水污染。 据中华人民共和国环境保护部发布的( ( 2 0 0 8 年环境状况公报显示，目前 第一章绪论 我国水污染形势仍然严峻。江、河、湖泊水污染负荷早已超过其水环境容量。污 水排放量仍在增长，七大江河水质继续在恶化，v 类和劣于v 类水所占比例仍很 高。水污染严重河流，依次为：海河、辽河、淮河、黄河、松花江、长江、珠江。 其中海河劣于v 类水质河段高达5 6 7 ，辽河达3 7 ，黄河达3 6 1 。长江干流 超过i 类水的断面己达3 8 ，比8 年前上升了2 0 5 。现在工业水污染仍旧突出， 仍是江河水污染的主要来源。 最新数据统计，2 0 0 8 年，全国废水排放总量为5 7 2 0 亿吨，比上年增加2 7 ； 化学需氧量排放量为13 2 0 7 万吨，比上年下降4 4 ；氨氮排放量为1 2 7 0 万吨， 比上年下降4 0 。 全圜近年废水和主要污染扬排放该 项目 废水搏放曩( 亿吨)化学篙氧盛撑放最( 万吨)氨氮捧放麓( 万吨) 年 合计工业 生活合计 z 业生活合计工业生活 2 0 0 65 3 6 82 4 0 22 9 6 61 4 2 8 23 4 1 5 8 8 ( 5 71 - 1 1 34 2 59 8 8 2 0 0 75 5 6 82 4 6 63 1 0 21 3 8 1 85 王1 王8 7 0 81 3 2 33 4 19 8 3 2 0 0 85 7 2 02 4 王93 3 0 11 3 2 0 74 5 7 68 6 3 11 2 7 o2 9 79 7 3 湖泊、水库富营养化是导致水污染的重要因素。由于湖泊、水库的水体流动 性差，自净能力低，所以富营养化比较严重，即天然水体由于过量营养物质( 主 要是指氮、磷等) 的排入，藻类及其他浮游生物迅速繁殖，造成水质恶化。这些 营养物质主要来自农田施肥、城市生活污水和工业废水。2 0 0 7 年太湖、巢湖、 滇池等重要湖泊的“蓝藻事件 就是富营养化问题而引起的。 同时，地下水污染使饮用水安全存在隐患。地下水污染主要来自地表或土壤 水的下渗、农用氮肥及垃圾中的油、酚类物质。2 0 0 6 年，我国1 2 5 个受监控城 市中，浅层地下水水质呈恶化的有2 1 个，呈好转的只有9 个。全国有3 亿多农 村人口存在饮用水不安全问题。农村饮用水符合饮水卫生标准的比例约为6 2 ， 有3 8 的农村人口饮用水存在水质污染或者污染隐患。其中约有1 9 亿人饮用水 有害物质含量超标，有6 3 0 0 万人饮用高氟水，2 0 0 多万人饮用高砷水，3 8 0 0 多 万人饮用苦咸水。全国1 1 3 个环保重点城市的2 2 2 个地表饮用水水源地，平均水 质达标率只有7 2 。 尽管国家加大了水环境治理力度，但总体看，水环境恶化趋势尚未得到根本 2 长安大学硕士学位论文 扭转。其中，在我国有6 1 5 的城市没有建成污水处理厂，相当多的城市没有建 立污水处理收费制度，污水收采管网建设滞后，污水处理收费普遍过低。已建成 的城市污水处理厂中，能正常运行的只占1 3 ，其他开开停停，还有1 3 不运行。 因此除特大城市外，许多城镇污水没有得到有效地处理。因此，面对水污染的严 峻形势，确保人们安全饮水依然任重道远。 1 2 1 工业废水污染 工业废水为水域的重要污染源，具有量大、面广、成分复杂、毒性大、不易 净化、难处理等特点。 工业废水污染是指在在工矿企业生产活动中用过的水。工业废水可以分为生 产污水与生产废水两类。生产污水是指在生产过程中形成、并被生产原料、半成 品或成品等废料所污染，也包括热污染( 指生产过程中产生的、水温超过6 0 的水) ；成产废水是指在生产过程中形成、但未直接参与生产工艺、未被生产原 料、半成品或成品污染或只是温度稍有上升的水。生产污水需要进行净化处理； 生产废水不需要净化处理或仅需要做简单的处理，如冷却处理。 1 2 2 生活污水污染 生活污水是指人类在日常生活中使用过的，并被生活废料所污染的水。 生活污水总特点是有机物含量高，易造成腐败，主要污染物是b o d 5 ，污染 物浓度有明显的时空变化规律，中午和傍晚前后污染物浓度较高，早晨和半夜则 较低。污水中氮、磷主要以无机盐形式存在。 生活污水，一般p h 为7 卜7 8 ，酸碱性为弱碱性。所以，生活污水外观呈 现出浑浊、黄绿、致黑色，并带有腐臭气味的废水。此外，在易产生厌氧细菌条 件下，多产生如硫化氢、硫醇等恶臭物质。当生活污水含大量合成洗涤剂量时， 对人体危害性更大。 1 2 3 农业污染源污染 农业污染源包括牲畜粪便、农药、化肥等。农药污水中，一是有机质、植物 营养物及病原微生物含量高，二是农药、化肥含量高。我国目前没开展农业面上 的监测，据有关资料显示，在l 亿公顷耕地和2 2 0 万公顷草原上，每年使用农药 1 1 0 4 9 万吨。我国是世界上水土流失最严惩的国家之一，每年表土流失量约5 0 亿吨，致使大量农药、化肥随表土流入江、河、湖、库，随之流失的氮、磷、钾 第一章绪论 营养元素，使2 3 的湖泊受到不同程度富营养化污染的危害，造成藻类以及其他 生物异常繁殖，引起水体透明度和溶解氧的变化，从而致使水质恶化。 1 3 中国城市污水处理规划目标和重点建设任务 城市污水产生量大、排放集中，影响人口多、范围广，集中排放的城市污水 的治理对于全国污染物排放量的消减和水环境治理的改善具有十分重要的作用。 国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定( 国发 2 0 0 5 】3 9 号) ( 以 下简称决定) 中指出，到2 0 1 0 年，全国设城市污水处理率不低于7 0 。建设 部规定，2 0 1 0 年全国城市和县城及所在的建制镇，要规划、建设污水处理集中 设施，大中型城市、重点流域以及水资源保护区( 县) 的建制镇，应当规划建设 二级污水处理设施。对于非重点流域或非水源保护区的建制镇，决定也有提 出，应根据当地实际的经济状况和水体污染控制标准，可以先加强一级处理，分 阶段实现二级处理阶段能力。 根据全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划，截止2 0 1 0 年底，我国 城镇污水集中处理能力要达到1 0 1 5 0 万m 3 d ，年处理污水量2 9 6 亿m 3 ，普及城 市污水处理率到7 0 ( 其中，省会的及以上城市处理率平均达8 0 以上、地市 级的污水处理率平均达6 0 、县级市的污水处理率平均达到5 0 ) ，县城的污水 处理率达3 0 ；城市污水处理厂满负荷达7 0 ；缺水城市的再生水利用率应占 总污水处理量2 0 以上；污泥稳定化处理可以在省会先行推广，使污泥基本上得 到无害化处理，得以妥善处置或使用。预计规划实施后将新增c o s 年消减量3 0 0 万t 。 全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划确定的建设任务为： ( 1 ) 优先支持对管网建设：着重解决管道建设延迟行问题，本着建设基本原则 “厂网并进，管网先行”，并准确判定排水制度及处理规模。 ( 2 ) 坚持污水处理设施稳步、快速建设：升级2 0 0 0 万m 3 d 现有污水处理设施 为3 7 0 0 万m 3 d 处理设施；新建污水厂规模5 8 0 0 万m 3 d ，在“十一五 后期和 “十二五初中期间形成处理能力；其中1 5 0 0 万m 3 d 在2 0 1 0 年前完成。 ( 3 ) 完善剩余污泥无害化处置：考虑现有、在建及新建污水处理设施，到2 0 1 0 年，干污泥全年产量达7 3 3 万吨，如以含水率8 0 计算考虑，会使全年湿污泥量 达3 6 6 5 万吨。所以，今后污泥处置要以无害化作为处理原则，稳定化为途径，“十 4 长安大学硕士学位论文 一五”末期时，污泥综合无害化处理能力要达到2 万吨每天( 以干污泥计) ，防 止污泥对水体及环境的二次污染。 ( 4 ) 大力推广污水回用：截止2 0 1 0 年底，缺水城市对污水回用量要占污水总 处理量的2 0 ，污水回用设施处理规模达5 0 0 万l n 3 d ；其他地区可根据当地实际 情况，规划适当设施，南方沿海城市，回用规模应达1 8 0 万m 3 d ；全国新增回 用设施处理规模达6 8 0 万1 3 3 3 d 。 1 4 国内外污水处理技术发展趋势 1 4 1 活性污泥处理工艺 2 0 世纪8 0 年代及以前，世界各国生物处理工艺主要采用传统活性污泥工艺， 其主要功能是大幅度去除污水中呈胶体态和溶解态的有机污染物，使经处理的污 水b o d 达到排放标准。其不可忽视的缺点为氮磷的去除率很低，于此同时，工 业农业的兴起，也加重了日益严重的水体富营养化问题。因此，技术人员对传统 活性污泥法进行改良，使其具有脱氮除磷功效。 1 4 2a b 法处理工艺 2 0 世纪8 0 年代，我国相继开展了对a b 工艺的运行机理、特性及处理过程 稳定性的研究，并将其用于工程实际，且得到了一定规模的应用，如淄博污水处 理厂、青岛海泊河污水处理厂、深圳滨河污水处理厂等。a b 工艺具有抗冲击负 荷能力强、可分期建设，对p h 值变化和有毒物质有明显缓冲作用的特点。缺点 是工艺产污泥量大，对污染浓度不高的城市污水处理效果较低，对占地要求高的 地区就不可以进行推广。 1 4 3h 0 及a a 0 处理工艺 2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初，有较好除磷脱氮效果的a o 工艺、刖刖o 工 艺逐渐在污水处理技术中推广应用。a o 除磷工艺和a o 脱氮工艺对磷、氮的 去除率分别达到9 0 以上和8 0 左右。 2 0 世纪9 0 年代，研究指出，a a o 工艺技术有自身缺陷，即硝化菌、反硝 化茵和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在着矛盾和竞争，同一系统中， 不可以获得氮、磷同时高效去除的效果。为解决以上问题，设计工作者们进行大 量实验研究，开发设计出了倒置刖o 、u c t 、a + a a o 等工艺，弥补了a a o 第一章绪论 自身缺点，取得良好运行效果。 1 4 4 水解一好氧工艺处理 2 0 世纪8 0 年代初，研究人员开发研究出水解一好养生物工艺处理污水，解 决了传统活性污泥工艺运行费用高，电耗高及总投资基建费用高的问题。该工艺 的水解池是一种新型厌氧反应器，集生物降解、物理沉降和吸附为一体，在与初 沉池停留时间相近的情况下，有机物去除效果显著高于初沉池。并且能将污水中 的难降解的大分子有机物转化为小分子有机物，提高了污水的可生物降解性，使 得后续的好氧处理所需的停留时间缩短，能耗降低。 1 4 5 氧化沟工艺处理 2 0 世纪9 0 年代中期，具有良好脱氮效果且无需沉淀池的氧化沟工艺开始被 推广，当时普遍的大型污水厂都是采用氧化沟工艺。截止目前，设计人员对各类 型氧化沟的脱氮除磷的效果、设计、充氧设备及自控等方面进行了大量的研究。 如普通的第一代卡罗塞尔氧化沟由普通的卡罗塞尔氧化沟演变为具有脱氮除磷 的2 0 0 0 型氧化沟，继而发展到第三代3 0 0 0 型氧化沟。在中国的调查研究表明， 氧化沟工艺是一种工艺流程简单，占地小，管理方便，工艺稳定的污水处理技术， 国内采用多为o r b a l 氧化沟，卡罗塞尔氧化沟，d e 型氧化沟、一体化氧化沟、t 型氧化沟等。 1 4 6s b r 及其改良工艺处理 8 0 年代中期，我国开始对s b r 进行研究。随着工业和自控技术的迅猛发展， 使得s b r 这种要求自控技术高的污水处理工艺，得以在国内广泛推广。 近年来，随着工业和自动化控制技术的飞速发展，特别是监控技术的自动化 程度以及污水处理厂自动化管理要求的日益提高，为s b r 进一步的研究和应用， 提供了有利的条件。 s b r 的改良工艺主要针对s b r 为间歇进水这一缺点，使得污水的进入和排 可以连续进行，出水水质也达到排放标准。目前，改良工艺主要有由天津市市 工程设计研究院开发的d a t - i a t 工艺、同济大学开发的m s b r 等，应用最为 泛的为c a s s 、c a s t 工艺。 4 7 曝气生物滤池工艺处理 6 长安大学硕士学位论文 2 0 世纪9 0 年代以后，曝气生物滤池工艺才开始被我国广泛研究。其形式主 要有三种：b i o c a r b o n 、b i o f o r 和b i o s t y r 。b i o c a i 洒o n 工艺由于抗负 荷冲击能力低、易堵塞、运行周期短等自身缺陷，现在已逐渐退出主流设计舞台。 b i o s t y r 和b i o f o r 克服了其上述的缺点，成为曝气生物滤池研究的主要形式。 目前，中国曝气生物滤池工艺形式不断推陈出新，如厌氧曝气生物滤池、 b i o f l y 工艺等。曝气生物滤池有占地面积小，出水水质高，总投资小的特点，其 应用也较为广泛。 1 4 8 生物接触氧化工艺处理 生物接触氧化法是生物膜处理方法之一，利用淹没于反应槽内的填料上栖息 生长着的好氧微生物来氧化分解污水中的有机物的处理方法。微生物合成代谢与 分解代谢所需的氧量由反应槽内的曝气装置供给。 1 9 世纪末，德国开科学家发明并利用生物接触氧化法处理废水，没有适当的 填料，未能广泛应用。2 0 世纪7 0 年代，合成塑料工业迅速发展，轻质蜂窝状填料 问世，我国科研设计人员在7 0 年代中期开始研究生物接触氧化法，处理城市污水 和工业废水，并在生产中应用。 生物接触氧化法具有能耗低、剩余污泥量少、出水水质好等优点。近年来， 由于科技发展，性能优越、运行可靠的新型生物填料得以开发，使此工艺的应用 在国内更为迅速。如太原殷家堡污水净化厂，太原古交镇城底污水处理厂，太原 成古交中心污水处理厂等。 1 4 9 稳定塘工艺处理 2 0 世纪8 0 到9 0 年代是我国稳定塘处理技术迅速发展的时期。 近代的稳定塘已由直接利用天然坑塘挖地稍加修整发展为规范化的处理建 设；由传统塘型发展为各种节能、高效的新型塘及其组合系统；由单纯依靠自然 净化发展为自然净化与人工强化技术相结合的工艺形式；由仅有净化功能的污水 处理设施发展为具有多功能的、综合利用的良性生态系统。目前，全国大约共有 上百个城市污水和工业废水处理塘在城市和工业区运行。如齐齐哈尔污水生态塘 处理系统、东营生态塘处理系统等。 稳定塘系统能有效处理生活污水及一些有机工业废水、对有机物和病原体有 很好的去除效果，可作为一级处理、二级处理甚至三级处理方法。当然它也具有 7 第一章绪论 ，氮磷去除率不高，渗漏液会对地下水质有深度影响等。如 ，在设计中通过采取相应的有效措施。并与其它工艺相结合， 更好的处理效果。 经济国力的不断进步，我国污水处理工艺的研究也取得长足 改良工艺，在实践应用中都取得了良好的处理效果。 与氧化沟的结合工艺：如o o c 、o c o 、a o r 、a o e 等工艺， 生物膜法与活性污泥法的结合工艺，由北京市环科院自行研制开发的污水处理工 艺一交替式内循环活性污泥工艺( a l t e r n a t e di n t e m a lc y c l i cs y s t e m ，简称a i c s ) ， 在各地污水处理厂中得到成功的应用，并取得了满意的处理效果；同时，一级强 化处理工艺、折流淹没式生物膜法工艺在我国也有应用。 总体上讲，我国污水处理厂工艺的应用是处于一种百花齐放的状态，即各种 污水处理工艺在我国都得到了一定规模的应用，其中以a o 、a a o 及其变形工 艺、氧化沟、s b r 为主，其它工艺也正在不断发展壮大。 1 5 城市污水处理技术决策核心 城市污水处理技术决策的核心部分是工艺技术路线的选择。所有单位都希望 能找到适当环境条件、处理效果好、确实能解决污染问题、运行管理简单、投资 和运行费用低的技术路线和实施方案。遗憾的是，能够满足这种期望的工艺技术 路线与实施方案总是难以找到。实际上，要想达到预定的目标，付出相应的代价 是必然的，对于城市污水处理而言，目前所能得到的处理技术中，包括最便宜的 技术，其工程投资和运行费用也仍然是相当可观的。工艺计算选择的目的就是， 结合实际情况，从已有的经过验证的所有单元技术和组合技术中，优选组合达到 处理要求、费用尽可能低的最优技术路线及工程实施方案。 1 6 研究课题的提出及意义 1 6 1 研究课题的提出 近年来，国家和地方政府非常重视城市污水处理工程的建设和运行，“十一 五”期间，拟投资1 5 0 亿元于新增、续建城镇污水处理厂，城镇污水处理及再生 利用设施建设规划新增投资3 3 2 0 亿元、污水管网建设投资2 0 8 5 亿元、污泥处置 设施投资3 2 3 亿元、污水再生利用设施投资1 0 2 亿元。 长安大学硕士学位论文 面对如此巨大的发展需要，如何做到科学有效的工艺方案选择是城市污水处 理厂建设中最重要的环节之一，它对城市污水处理厂的投资建设，出水效果，操 作管理等起着决定性作用，也是确保处理厂运行稳定、降低费用的关键。 时间上，每种污水处理工艺及其设施都有其特定的实用性、适应性、灵活性、 经济性和可靠性特征。这就必须了解这些工艺技术的基本原理、单体结构及其实 施方式，对其利弊进行客观辩证的分析，本着因地制宜的原则，合理选择适合的 工艺技术与实施方式，避免规划设计和工程建设中可能出现的失误，识别假冒伪 劣技术与产品，剔除不合理的技术方案。 对于污水处理方案的优化选择，通常需要根据确定的标准和一般原则，从整 体优化的观念出发，结合设计规模。污水水质特性以及当地的实际条件和要求， 筛选切实可行、经济合理的技术方案，经综合技术经济比较后，优选出最佳技术 方案和实施方式。其一般原则为：处理效果稳定可靠，工艺控制灵活，工程实施 切实可行，运行维护管理方便，运行费用节省，整体工艺协调优化。 因此，对工艺方案的比选力求客观全面，在同等进水、出水条件下，根据技 术上合理，经济上合算，管理方便，运行可靠且有利于近、远期结合的原则，进 行工艺方案的优化抉择。 但目前为止，各种污水处理工艺的比选都是以工艺自身特点为基础，进行指 标选择和定性，不具有可量化的特点。方案的选择没有做到定性和定量的有机结 合，或者是只是强调定性指标，对定量指标一带而过。方案的选择中存在大量的 定性指标，如：工艺的成熟性，运行的稳定性，操作的难易程度，处理效果等等， 对这些指标的比较，设计人员主要是通过主观判断，缺乏科学性。这完全不满足 “技术上合理、经济上合理”的工艺比选目标。并且，长期以来，研究设计人员 主要采取大量人工计算，筛选确定出最终方案。这种传统的手动计算方法复杂， 工作量大，在工程初期重要的“定方案、定选址、定投资”的过程中，往往极不 科学。 本课题针对污水处理工艺的确定和比选问题，分模块实现工艺的计算和比 选，并新增污水生化处理单元的计算方法确定和计算程序设计，对各个候选处理 工艺，主要构筑物及相关设备和技术经济指标进行整理和分析，建立正确合理指 标体系，最后加入计算机人机对话方式，实现污水处理工艺计算，建立比选模型， 通过软件完成最终的工艺比选。 9 第一章绪论 水 机 程 计 的 坚 6 2 研究课题的意义 城市污水处理工程不仅仅有经济效益，更重要的是它带来的社会效益和环境 益，污水处理工艺方案优选，就是根据所建立的方案评价指标体系以及工程的 济效益、社会效益和环境效益综合最优原则，从所拥有的设计和管理方案中选 相对最优过程，它为寻找最优污水处理效果和管理运行提供了依据，在污水处 系统理论与实践中都具有重要的意义。 本课题结合现有的计算机计算模块，优化补充了生化处理单元的设计程序计 ，综合利用灰色耦合模型，确定最佳方案，建立城市污水生化处理工艺方案比 长安大学硕士学位论文 第二章城市污水生化处理工艺比选研究 2 1 城市污水生化处理工艺概述 污水处理技术可分为物理处理、化学处理、生物处理6 瑚】。物理处理主要是 通过物理作用分离和去除废水中不溶解的呈悬浮状态的污染物的方法。污水物理 处理法采用的处理方法大致有筛选、截留、重力分离( 包括自然沉淀、自然上浮 和气浮等) 和离心分离等。相应处理设备有格栅、筛网、滤池、微滤机、沉砂池、 沉淀池、除油池、气浮装置以及离心机及旋流分离设备等。 污水化学处理是通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体 状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。 生物处理分人工生物处理和自然生物处理。人工生物处理是采取一定的人 工技术措施，为微生物生长、繁殖创造较为适应的环境，得以加速微生物的增长 繁殖及其新陈代谢功能，氧化分解污水中的有机物，使之转化为稳定的无机物， 净化了污水中的污染物。自然生物处理主要有生物塘处理系统和土地处理系统。 通过水一水生生物系统使污水得到自然处理的为稳定塘系统，通过土壤一微生物 一植物系统，利用陆地生态系统，自行对污染物综合净化，进而得到对污水的处 理。 生物处理分好氧处理和厌氧处理，是以微生物代谢不同来区分的。好氧处理 中有活性污泥法和生物膜法。活性污泥法活性污泥法是向废水中连续通入空 气，经一定时间后好氧性微生物繁殖形成污泥状絮凝物，其上栖息着具有 很强吸附与氧化有机物能力的菌胶团为主的微生物群，利用活性污泥的生 物凝聚、吸附和氧化作用，分解去除污水中的有机污染物，净化污水。 生物膜法是使污水连续地经过固体填料，之后微生物在填料上生长，形成生 物膜，用来净化污水。生物处理法是现今国内外最广为推崇的污水处理法，它的 有机物去除率高，能耗和成本费较低。近年来，出现了更多的废水生物处理新工 艺，表2 1 介绍几种主要的污水处理工艺。 第二章城市污水生化处理比选研究 表2 1 污水处理与利用的基本方法 分类处理与利用的工艺去除对象作用 调节 使水质、水量均衡 预处理 沉淀 可沉物质 预处理 重力分离法隔油颗粒较大的油珠预处理 气浮乳状油密度近于水的悬浮物中间处理 水力旋流器密度大的悬浮物、砂等预处理 离心分离法 离心机乳状油、纤维、纸浆等 中间处理 物 格栅粗大杂物 预处理 理 筛网较小杂物预处理 处 砂滤悬浮物、乳状油中间或最终处理 理 过滤 布滤悬浮物、沉渣脱水中间或最终处理 微孔管极细小悬浮物最终处理 反渗透、超滤某些分子和离子 最终处理 蒸发高浓度酸碱废液 最终处理 热处理 结晶可结晶物质、盐最终处理 磁分离弱磁性极细颗粒最终处理 投药法混凝胶体、乳状油中间处理 中和酸、碱中间或最终处理 氧化还原 溶解性有害物质、s 、h g 等 最终处理 化 化学沉淀 学蒸馏溶解性挥发物质，如单元酚中间处理 处 吹脱溶解性气体，如h ：s 、c 0 2中间处理 理 萃取溶解性物质、如酚中间处理 传质法 吸附溶解性物质、如酚、汞最终处理