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太原理工大学硕士研究生学位论文 c a s t 工艺污水厂调试运行技术研究 摘要 随着我国经济的不断发展和人民环境意识的进一步增强，治理水 污染，改善水体环境势在必行，根据山西省海河流域水污染防治规 划的要求，迫切需要制定污染源控制及水源水质保护计划，因此， 建立朔州市污水处理厂，接纳朔州市生活污水，处理达标后排入七里 河，以达到治理水污染、改善水体环境，保护人民赖以生存地水源。 根据朔州市实际情况，确定污水处理厂工程规模4 万m 3 d ，选择 c a s t 工艺作为本工程处理工艺。c a s t 工艺是一种较为新颖的具有 同步脱氮除磷功能的污水处理工艺，由于其占地面积小、无需初沉池 和二沉池、基建及运行费用低、不易发生污泥膨胀、操作管理方便等 诸多优点，近年来在我国己得到越来越多的应用，具有广阔的应用前 旦 泵。 本研究是在朔州市污水厂进行的，根据工艺设计参数，针对朔州 市污水厂进水水质，进行调试运行的试验研究工作，选择合理运行参 数，使污水厂科学合理运行，达到治理环境改善生存质量的目的。 朔州市污水处理厂调试运行初期活性污泥培养过程中，由于开始 活性污泥活性不好，各项指标如s v 、s 、m l v s s 较低，说明污泥 活性比较差，出水指标c o d 、b o d 、s s 等的去除效果较好，但是氨 氮去除率低，经过对c a s t 工艺运行周期进行调整的同时注意污泥龄 太原理工大学硕士研究生学位论文 及d o 的控制，根据试验数据及时对工艺做出调整，使得污水处理厂 出水氨氮达标，其它出水指标也符合设计标准。 经过朔州污水厂调试运行实验，确定c a s t 工艺比较适宜的运行 周期及参数为：进水9 0 分钟、曝气1 2 0 分钟、沉淀6 0 分钟，滗水 4 0 分钟，闲置2 0 分钟；m l s s 控制在3 0 0 0 - - 5 0 0 0 m g l ；曝气结束时 曝气池溶解氧控制在2 3 m g l ，污泥龄控制在2 0 天左右。在此周期 运行下污水厂b o d 5 、c o d 、s s 、氨氮等出水指标达到污水综合排 放标准l 级标准，达到设计要求。 关键词：c a s t ，污水处理厂，调试运行，设计参数，排放标准 太原理工大学硕士研究生学位论文 c a s tp r o c e s sd e b u g g i n ga n d r u n n i n gt e c h n o l o g ys t u d yi n 、a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t a bs t r a c t a l o n gw i t ht h e c o n s t a n td e v e l o p m e n to fc h i n a se c o n o m ya n d e n v i r o n m e n t a la w a r e n e s se n h a n c e ，t h e p r o b l e mo fw a t e rp o l l u t i o n ， i m p r o v ew a t e re n v i r o n m e n ti si m p e r a t i v e a c c o r d i n gt o ( ( h a i h er i v e r b a s i nw a t e rp o l l u t i o nc o n t r o lp r o g r a mi ns h a n x ip r o v i n c e ) ) r e q u i r e m e n t s ， t h eu r g e n tn e e dt od e v e l o ps o u r c e so fp o l l u t i o nc o n t r o la n dw a t e rq u a l i t y p r o t e c t i o np l a ne s t a b l i s h e dw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t si ns h u o z h o u c i t y , w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t sa c c e p tc i t ys e w a g ei ns h u o z h o uc i t y , c o n t r o lw a t e rp o l l u t i o na n di m p r o v et h ew a t e re n v i r o n m e n t , p r o t e c tt h e p e o p l e ss u r v i v a la n dw a t e r a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o no fs h u o z h o uc i t y , d e t e r m i n e dt h e s i z eo ft h ep r o j e c t4 0 ，0 0 0m 3 da b o u tw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n ta n d e l e c t e dc a s ta st h ep r o c e s sw o r k s ，c a s ti sa r e l a t i v e l yn e wt e c h n o l o g y 、i m n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s r e m o v a l c a p a b i l i t i e s o ft h es e w a g e t r e a t m e n tp r o c e s s b e c a u s eo fi t ss m a l lf o o t p r i n t ，n op r i m a r ys e t t l i n gt a n k a n dt w os h e nc h i ，l o w o p e r a t i n gc o s t s ，c o n v e n i e n to p e r a t i o na n d m a n a g e m e n ta n dm a n y o t h e ra d v a n t a g e s t h ec a s tp r o c e s sh a sb e e na l l i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 l b e ro ft o p l i c a t i o n s 。 r e c e n t 。 c h i n , ，i th a sb roadincreasing n u m b e ro ta p p l c a t m n si nr e c e n ty e a r si nc h i n a i tn a so r o a a ， m a r k e tp r o s p e c t s s h u o z h o uc i t ys e w a g et r e a t m e n tp l a n tc o m m i s s i o n i n gt r a i n i n gr u n e a r l ya c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ，t h e s l u d g es i n c e t h eb e g i n n i n go ft h e a c t i v i t yi sn o th i g h ，i n d i c a t o r s ，s v ，s v i ，m l v s sl o wt h a tr e l a t i v e l yp o o r a c t i v i t yo fs l u d g e ，w a t e ri n d i c a t o r sc o d ，b o d ，s s ，s u c h a st h er e m o v a l b e t t e r ，b u tt h ea m m o n i an i t r o g e nr e m o v a lr a t el o w ，a f t e rt h eo p e r m i o n c y c l eo fc a s ta d j u s tt h es l u d g ea tt h es a m et i m ep a ya t t e n t i o n t ot h ea g e a n dd oc o n t r o l ，a c c o r d i n gt ot e s td a t at om a k et i m e l ya d j u s t m e n t st ot h e p r o c e s s ，m a k i n gs e w a g e a m m o n i aw a t e rt r e a t m e n tp l a n te f f l u e n t s t a n d a r d s ，o t h e ri n d i c a t o r so fw a t e rw i t ht h ed e s i g ns t a n d a r d t h i ss t u d yi si ns h u o z h o uc i t y ss e w a g et r e a t m e n tp l a n t ，a c c o r d i n g t ot h ed e s i g np a r a m e t e r sa n di n f l u e n tw a t e rq u a l i t y , t h es t u d yc a r r i e do n t h ed e b u g g i n gm o v e m e n tr e s e a r c hw o r ka n d s e l e c t e dar e a s o n a b l e o p e r a t i n gp a r a m e t e r s t h es t u d y a c h i e v e de n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t a n di m p r o v e dt h el i v i n gq u a l i t yo fp u r p o s e a f t e rs e v e nm o n t h so f d e b u g g i n gr u n n i n ge x p e r i m e n t s ，t h ea u t h o rd e t e r m i n e da p p r o p r i a t ef o r t h eo p e r a t i n gp a r a m e t e r s ：e n t e r i n gt h ew a t e r9 0m i n u t e s ，a e r a t i o n12 0 m i n u t e s ，p r e c i p i t a t i o n6 0m i n u t e s ，d e c a n t e r4 0m i n u t e s ，i d l e2 0m i n u t e s ； m l s sc o n t r o li nt h e3 0 0 0t o5 0 0 0r e e f l ；a tt h ee n do ft h ea e r a t i o n c o n t r o lo f d i s s o l v e do x y g e ni nt h ea e r a t i o nt a n k2t o3m # l ，c o n t r o l l e d s l u d g ea g ei n2 0d a y s i nt h i sc y c l eo fo p e r a t i o nb o d 5 ，c o d ，s s ， i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 a m m o n i a , a n do t h e r i n d i c a t o r so fw a t e ra c h i e v e d ( ( s e w a g ed i s c h a r g e s t a n d a r d s ) ) i ns t a n d a r d t h er e s u l t sc o m p l i e dw i t hd e s i g nr e q u i r e m e n t s k e y w o r d s ：c a s lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t , d e b u g g i n ga n d r u n n i n g ，d e s i g n i n gp a r a m e t e r , e m i s s i o ns t a n d a r d s 、 太原理工大学硕士研究生学位论文 符号说明 论文中出现的主要符号及其对应中文含义列于下表中，以供参阅。其它符号 在论文中的出现处均有说明。 符号对应表 t h ec o r r e s p o n d i n gm e a n i n g so ft h es i g n s x i 声明尸明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：型笔墨邀日期： 乙价p j ，) 。 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名： 导师签名： 雀娩设 日期： zm 扩，j 一，力 日期：一皇二翌! 乡主 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 研究课题的提出 水是生命之源，是地球上不可替代的自然资源之一，我国人均水资源占有 量仅为世界人均占有量的1 4 ( 约2 5 0 0 m 3 ) ，时空分布极不均匀。全国6 0 0 多个 城市中就有3 0 0 多个城市缺水，日缺水量为1 6 0 0 万m 3 ，影响国民产值达2 0 0 亿 元以上。而这及其有限的水资源正日益受到污染，水的生态平衡受到严重破坏， 每年有3 0 0 亿m 3 的废水排入自然水域，使全国5 3 2 条主要河流有8 2 受到不同 程度的污染，水资源缺乏和水域污染已成为中国经济和社会发展的制约因素 2 3 。为了加强城市污水治理，保护水环境，国家加大了投资力度。1 9 9 8 年分两 批下达的城市污水治理项目达1 1 7 项，投资约3 0 0 亿元。1 9 9 9 年又下达近百亿 国家债券基金，支持城市污水处理厂建设b 3 。为使污水处理厂建成后正常运行， 使投资取得充分的效益，应及时对已经建成的污水处理厂进行调试运行，使污水 处理厂达到设计要求出水指标达到设计要求、运行经济合理、管理科学合理，使 污水厂快速高效地投入到生产中去。 改革开放以来，朔州市经济迅速发展，人民生活水平日益提高，朔州市以崭 新的姿态阔步迈入山西省现代化开放城市的行列。伴随着经济的发展和城市的建 设的同时，城市的市政设施建设相对滞后，危害严重。 朔州市水资源匮乏，若能建设污水处理厂，对城市生活污水及排入下水道的 工业废水进行深度处理，废水部分回用于市政用水及朔州市工矿企业的生产用 水，一方面可减轻地面水体和整个环境的污染，改善环境质量；另一方面也可缓 解工矿企业用水紧张的问题，使工矿企业得到长足的发展。 综上所述，全方位、多角度的审视朔州市污水处理工程的建设都是十分迫切 和必要的。该工程的建设对完善城市基础设施，改善本地区和下游地区人民生活 环境，治理海河流域的污染，都是十分有益的。为保护朔州市整体环境，满足自 身的生存和发展要求，必须立即着手于污染防治工作，而建设城市污水处理厂及 城市排水系统是污染防治的重要组成部分，这不仅是环境保护当务之急，也是城 太原理工大学硕士研究生学位论文 市发展必须解决的重要问题。2 0 0 8 年奥运会举行之际，保证北京人民用水水源 地官厅水库的水质，沿途修建污水处理厂，开展海河流域污染防治工作，治理水 污染，改善水体环境更具有现实意义，是振兴经济，造福子孙的大事。 污水厂建成后，要发挥改善环境的效益，就要使污水厂及时正常生产运行， 对污水厂进行调试运行，使设备正常运行，出水指标达到设计出水标准，发挥污 水处理厂改善水质、净化水环境的作用。 1 2 研究课题的主要内容 c s a t 工艺是是一个比较复杂的生物系统，在调试运行过程中系统的工艺参 数很多，包括曝气池的活性污泥浓度、活性污泥有机负荷、曝气量、回流污泥量、 污泥回流比、剩余污泥排放量、泥龄等h 1 工艺参数相互之间紧密联系，任一参 数变化都会影响到其他参数。本文是在朔州市污水处理厂进行调试运行试验的， 主要包括内容如下： ( 1 ) 根据进水水质水量，在污水厂投产运行期进行活性污泥的培养与驯化。 ( 2 ) 寻求c a s t 工艺运行控制因子的最优值，包括：d o 、f m 、m l s s 、污泥 龄等参数数据进行对比分析，根据实际运行状况采取相应的措施调整运行参数。 ( 3 ) 通过污水厂调试运行，研究影响c a s t 工艺出水指标的各种的影响因素。 ( 4 ) 在调试运过程中通过不断改变c a s t 工艺运行周期改变泥龄、曝气量、曝 气非曝气比例得到科学的运行参数合理的运行方式。 ( 5 ) 对污水厂处理过程中出现设备损坏、停电、冬季低温等特殊情况提出调整 工艺措施的对策，保证系统正常运行生产。 1 3 研究课题的目的及意义 随着我国社会经济的发展，可持续发展战略思想的深化，环境污染问题，尤 其是水环境的污染问题日益突出。基于我国的现实国情，如何在经济上可承受的 前提下改善污水处理厂的出水水质，己成为我国环保部门有待解决的问题。 我国水质氮磷的富营养化污染十分严重，而国家对氮磷的排放标准也日益 严格。一个设计及运行合理的c a s t 工艺不仅对有机污染物有着很好的去处效 果，其对氮磷的脱除效果也是十分显著的。朔州市污水厂刚刚建成不久，不但要 解决c o d 口，b o d 5 ，s s 去除的问题，而且还要考虑氮磷去除效果的问题，因此， 本课题的目的就在于： 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 1 ) 为朔州市污水厂正常运行进行调试运行，使污水厂正常工作。 ( 2 ) 通过调整运行参数和运行周期，找出科学合理的运行方式使污水厂 c o d 口、b o d 5 、s s 、氮磷等指标达标。 ( 3 ) 得到合适的运行参数在使污水厂脱氮除磷效果提高达到设计出水要求的 过程中。 ( 4 ) 在污水厂出水水质达标的前提下，降低污水厂的处理成本。 ( 5 ) 通过实验数据及时做出反应对c a s t 工艺运行方式进行调整，对污水厂 实行科学管理。 ( 6 ) 实现碧水蓝天工程，治理环境污染、改变生存环境、美化生活环境。 当前，c a s t 工艺在我国的应用尚处摸索阶段，另一方面，国外水质与我 国水质有较大差别，因此难以借鉴国外的成熟经验。针对上述问题，朔州市污水 厂结合实际状况，开展了大量的现场试验研究，根据不同的进水负荷来优化工艺 控制参数，为今后长期运行摸索和积累一套较为成功的经验，即在出水水质达标 的基础上降低生产能耗，进一步强化处理效果，提高氨氮去除率，从而为c a s t 工艺朔州市污水处理厂运行提供科学的参考依据和理论基础。 本调试运行试验的意义就在于： ( 1 ) 朔州市污水处理厂于2 0 0 7 年5 月投产，所采用的主体工艺为c a s t 工艺。 本调试运行试验将为污水处理厂的生产运行提供科学合理的技术参数，使其出水 水质达到污水综合排放标准1 级标准，同时使运行费用比较低。 ( 2 ) 本试验的研究成果还将为朔州市乃至周边地区同类污水处理厂的生产运 行提供可靠的参考数据，具有一定的借鉴意义。 ( 3 ) 本试验在改善污水处理厂出水水质的同时也必将对朔州市周边水体的水 质保护具有较为长远的意义。 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章综述 2 1 地球上水的现状 在地球的所有物质中，对人类以及一切生物来说最基本的物质就是水和空 气。现在人类居住的地球表面有3 4 是水，因而也有入将地球称为“水球”。地球 上水的总储量约1 4 0 0 0 亿立方米，然而在这个水球上大约9 7 5 的水是海水，而 适合人类使用的淡水只占2 5 ；在这些淡水中，南极、北极等的积雪约占7 0 ， 因而人类能够直接利用的淡水只有0 8 ，便于人们取用的淡水只有河水、淡水 湖和浅层地下水，其量估计约2 0 亿立方米。虽然自然界以地下水、地表水、降 水、降雪及循环等形式补充和再生人们所需要的水，但自然界补充和再生是有限 的；加之人类社会进入工业化以来，由于坏境污染，很多淡水水体也随之遭到污 染，水质恶化，清洁的越来越少。随着工业生产的进一步发展以及人们生活水平 的进一步提高，水资源不足的问题越来越严重【5 6 】。 2 2 我国水资源与水环境现状 2 2 1 我国水资源现状 我国是一个水资源相当贫乏的国家r 7 1 ，是1 3 个贫水国之一，水资源总量为 2 8 x 1 0 1 2 m 3 ，人均水资源量为2 3 4 0 m 3 ，仅为世界平均水平的1 4 ，居世界第8 8 位。按照1 9 9 7 联合国可持续发展委员会全面评估世界淡水资源报告提出的 标准，我国有1 4 地区属于严重缺水地区，1 1 0 地区人均水量低于基本生存线。 近二十年来，由于经济的持续快速发展和城市化进程的加快，城市缺水问题尤为 突出，缺水范围不断扩大，缺水程度日益严重。例如，部分沿海城市，华北、西 北地区大部分城市水资源短缺，其中部分城市严重短缺，我国6 1 7 个城市中，有 3 0 0 个缺水，5 0 多个城市严重缺水，有1 8 0 个城市平均日缺水1 2 0 0 x 1 0 4r n 3 。有 些城市严重缺水，不仅工农生产用水得不到保证，连居民生活用水也不得不采取 限时、限量的供应。水资源的短缺己严重制约了我国某些城市的工业发展，制约 了我国国民经济的持续发展，例如大连市每年因缺水而减少的工业产值就在1 0 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 亿元以上。我国国民生产总值因缺水每年减少1 2 0 0 亿元i s 。 据统计我国目前水资源缺口为4 0 0 x l o s m 3 ，仅四川一个省就缺水8 1 x 1 0 8 m 3 。 在今后的5 0 年中，随着人口的进一步增加、人民生活水平的提高和生产的发展， 我国对水资源的需求仍将持续的增长【9 】。据水利部门预测，到2 0 3 0 年我国人口 增至1 6 亿时，人均水资源量将降到1 7 6 0 m 3 ，已接近国际公认的水资源紧张标准： 全国实际可能合理利用的水资源量约为( 8 0 0 0 - - - 9 5 0 0 ) x 1 0 8m 3 。而到2 0 5 0 年，全 国需水量将达( 7 0 0 0 - - - - 8 0 0 0 ) x 1 0 8m 3 ，已接近可合理利用水量的极限，未来我国 水资源的形式十分严峻。 我国水资源的主要特点是地区分布不均匀，水资源的分布与人口、耕地的分 布不相适应。我国北方人口占全国总人口的2 1 5 ，但水资源占有量不足全国水资 源总量的1 5 ，南方人口占全国的3 1 5 ，而水资源总量为全国的4 5 。北方人均水 资源拥有量为1 1 2 7 立方米，仅为南方人均的1 3 。在全国人均水量不足1 0 0 0 m 3 的1 0 个省区中，北方即占了8 个，而且主要集中在华北地区。华北地区人口稠 密，其人口占全国的2 6 ，但水资源量仅占全国的6 ，人均水量仅为5 5 6 m 3 ， 不足全国人均的1 4 。另一方面，北方耕地面积占全国耕地面积的3 5 ，而水资源 量仅占全国的1 5 。相反，南方耕地面积占全国2 5 ，而水资源量却占全的4 5 。 南方每公顷耕地水量2 8 6 9 5 m 3 ，而北方只有9 6 4 5m 3 ，前者是后者的三倍。我国 水资源总量的8 1 集中分布于长江及其以南地区，其中4 0 以上又集中于西南 五省区，就人均占有淡水资源而言，南方最高地区和北方最低地区相差数十倍， 西部比东部甚至高达五、六百倍，这些地区水资源短缺的现状将在一个相当长的 时间成为难以解决的问题。而南方地区水资源尽管比较丰富，但由于水体污染加 剧了一些地区的缺水程度。水质型缺水也相当严峻。如长江三角洲和珠江三角洲， 由于水体受到污染，成为污染型( 水质型) 缺水区。 我国水资源的另一特点是：降雨量和河流径流量的季节变化和年度变化都很 大，丰水年和枯水年交替出现，造成旱涝灾害频繁出现的恶果，严重地影响了农 业生产。随着人口的进一步增加、人民生活水平的提高和生产的发展，我国对水 资源的需求仍将持续地增长。水资源的短缺和水污染的加剧己成为我国社会和经 济发展的主要制约因素。 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 2 2 我国水环境现状 根据统计，我国的江河湖泊和水库中【瑚，已经受污染的约占8 2 3 ，全国有 监测系统的1 2 0 0 条河流中，己有8 5 0 条受到污染。据全国2 2 2 2 监测站的监测结 果显示，我国七大水系符合地面水环境质量标准i 、l i 类仅占3 3 2 ，符合 类标准的占2 8 9 ，属于、v 类标准的占3 8 9 。在统计的1 3 8 个城市河段 有1 3 3 个河段受到不同程度的污染，占统计总数的9 6 4 ，属于超v 类水质的有 5 3 个河段占3 8 ，属v 类水的2 7 个河段占2 0 ，属类水的2 6 个河段占2 0 ， i i 、类水仅占2 3 。 ( 1 ) 主要河流污染状况 。 辽河、海河水系污染严重，劣v 类水体占6 0 以上；淮河干流为v 类水 体，支流及省界河段水质仍然较差；黄河水系总体水质较差，干流水质以i 类水体为主，支流污染普遍严重；松花江水系以i 类水体为主；珠江水系水 质总体良好，以1 i 类水体为主；长江干流及主要一级支流水质良好，以i i 类水体 为主。七大水系污染程度由重到轻依次为：海河、辽河、黄河、淮河、松花江、 珠江、长江。2 0 0 2 年，七大水系7 4 1 个重点监测断面中，2 9 1 的断面满足i 类水质要求，3 0 0 的断面属i 、，、v 类水质，4 0 9 的断面属于劣v 类水质。 其中七大水系干流及主要一级支流的1 9 9 个监控断面中，i 类水质断面占 4 6 3 ，i v 、v 类水质断面占2 6 1 ，劣v 类水质断面占2 7 6 。河流污染情况 严峻，其发展趋势也令人担忧。从全国情况看，污染正从支流向干流延伸，从城 市向农村蔓延，从地表向地下渗透，从区域向流域扩展。 ( 2 ) 主要湖泊污染状况 由于排入湖库的氮、磷等营养物质的不断增长，主要湖泊氮、磷污染较重， 导致富营养化问题突出。我国1 3 1 个主要湖泊中，已达富营养化程度的湖泊有 6 7 个，占5 1 2 。在3 9 个代表性水库中，达富营养化程度的有1 2 座，占3 0 。 在五大淡水湖中，太湖、洪泽湖和巢湖己达富营养化程度，都阳湖、洞庭湖正处 于向富营养化过度阶段。城市近郊的湖泊水库富营养化程度普遍偏高，如杭州西 湖、南京玄武湖以及北京的官厅水库等均达到富营养化程度，滇池草海为重度富 营养状态。太湖中营养化面积占全湖7 0 以上，富营养及重营养化面积占l 钇 ( 3 ) 地下水污染状况 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 全国大部分城市和地区地下水水质总体较好，局部受到一定程度的点状或面 状污染，部分指标超标。污染区主要分布在人口密集和工业化程度较高的城市中 心区，主要超标指标有矿化度、总硬度、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、铁、锰、氯 化物、硫酸盐、氟化物和p h 值等。三氮污染在全国各地区均较突出，矿化度和 总硬度超标主要分布在东北、华北、西北和西南地区，铁和锰超标主要分布在东 北和南方地区。与上年相比，大部分城市和地区地下水水质基本稳定或污染略有 减轻，部分城市局部地段水质有恶化趋势。 ( 4 ) 近岸海域污染状况 根据3 6 8 个站位监测结果：类和劣于类海水分别占15 和2 8 5 。东海 区劣v 类水质达5 3 ，上海、浙江、广东等省市近岸海域污染较严重，其中主 要以富营养化污染为主。例如，1 9 9 8 年我国近海发生赤潮2 2 起，其中南海l o 起，东海5 起，渤海和黄海7 起；主要发生在渤海湾、辽东湾和莱州湾。1 9 9 9 年 中国海域共记录到l5 起赤潮，7 月中旬在辽东湾发生的夜光藻赤潮面积最大达 6 3 0 0 平方公里，持续9 天。可见我国水污染主要为有机污染，而湖泊、水库、 近岸海域等缓流水体由氮、磷引起的富营养化污染也十分严重，因此削减污水中 的有机物及脱氮除磷也是今后水处理的重中之重。 我国现有的淡水资源3 4 5 5 0 亿吨【1 0 l ，其中地表水2 6 0 0 0 亿吨，按每立方米 水资源价o 2 元，仅地表水污染造成的损失4 2 7 8 亿元，而要治理这些水按1 吨 1 0 0 0 元，共需投资2 1 3 9 8 0 0 0 亿元，可见由于水污染造成的损失是何等巨大，而 要治理费用就更大了。 2 2 3 我国水环境保护面临的问题 目前，我国面临的重大水问题主要是：由水资源短缺和水污染加剧构成的水 危机制约了我国水资源的可持续发展；因资金与技术等方面的原因使我国的水处 理技术发展滞后，水污染难以得到有效的控制。我国是在经济还欠发达，人均 g d p 不到8 0 0 美元的情况下开始投资进行环境保护建设，而国外一般是在人均 g d p 在10 0 0 0 美元的情况下开始进行环境治理。由于建设大型城市污水处理厂 的投资很大，我国的建设资金有限，再加上投资渠道不畅，运营管理没有进入市 场化，建成运行后还需要大笔运转费用，这些均制约了我国的污水处理厂建设的 进度。 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 近年来，在各级政府的有力推动下，我国城市污水处理厂的建设正以前所未 有的速度发展。据统计，到2 0 0 0 年底，我国己建成城市污水处理厂4 2 7 座，其 中二级生化处理厂2 8 2 座，污水生化处理总规模已达到1 4 7 5 x 1 0 4 m 3 d 。目前在建 的污水处理厂还有3 0 0 余座。根据国民经济和社会发展第十个五年计划纲要， “十五”期间，所有设市城市都必须建设污水处理设施。到2 0 0 5 年，城市污水集 中处理率要达到4 5 ，2 0 15 年达到7 0 。今后数年内，污水处理厂建设将进入 高峰期。预计到2 0 0 5 年，全国污水处理规模将超过3 0 0 0 x 10 4 m 3 d 。这样大规模 地建设城市污水处理设施，表明了国家和各级政府治理城市污水的决心。但是要 实现这个计划，不但需要大量的资金投入，还需要正确的技术指导，使城市污水 处理工程在质量上达到要求。 长期以来，我国污水处理沿袭了欧美国家近百年来的污水处理路线和处理技 术，在吸收、消化国外技术的同时也发展了自己的技术，a 2 0 法、氧化沟法、 a b 法，以及近几年出现的m s b r 法、生物膜法、水解一好氧工艺等污水处理新 技术都得以在实际工程中实施。污水处理工艺技术由过去只具有去除有机物功能 发展为具有同时除磷脱氮功能，而国外一些先进的、高效的污水处理专用设备也 同时进入我国污水处理的行业市场。大批的进口设备，经过几年的运转后，将出 现不同程度的损坏，其维修管理困难，也与我国现阶段的经济水平和实力不相称。 而我国自身的污水处理设备落后、效率低、返修率高、自动化程度低，从而影响 了在大型污水处理厂投标中的竞争力。据清华大学紫光顾问公司调查，我国污水 处理设备运行状况是1 3 运行正常、1 3 不正常、1 3 处于停止状态，这使污水处 理厂的运转率只能达到5 0 。事实上，全国目前己建成投产运行的污水处理厂中， 满负荷运行的不到1 3 。综合考虑我国现有技术和经济的承受能力，应首先建设 一批投资省、占地小、效能高、运行管理便捷和运行成本低的城市污水处理设旅， 以推动我国城市污水处理工程建设健康发展。 2 3c a s t 工艺简介 2 3 1c a s t 工艺概述 c a s t i 艺( c y c l i ca c f f x ；a t e ds l u d g es y s t e m ) 是s b r 工艺的一种，其全称为 循环式活性污泥法。s b r ( s e q u e n c i n g b a t c hr e a c t o r ) ，即间歇式活性污泥法， 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 是近年来国内外被引起广泛重视和日趋增多的一种水处理工艺。 传统的s i m 工艺运行方式包括进水、反应、沉淀、排水、闲置五个阶段，反 应器在一定充水时间内进水，污水按序列进入每个反应期，处理后经沉淀后排出 上清液，污泥留于反应器内，经闲置期后再度进水，如此循环反复运行。 s b r 工艺的很多变型都是在传统s b r 工艺的基础上在反应器设计和运行方 式上进行改进而成。 s b r 法是活性污泥法的先驱。早在1 9 1 4 年a r d e n 和l e c k e t 首次提出的活性污泥 法的操作方式就是间歇式的，当时称为充水一排水处理法( f i l la n dd r a wp r o c e s s ) 。 但由于受到当时的自动控制技术水平和监测水平的限制，这种间歇式操作方式只 适用于小规模的污水处理。使其未能得到发展和应用。 近年来，随着监控与测试技术的飞速发展，大量新设备被研制出来，如电动 阀、气动阀、水位计、泥位记、流量计、自动计时器，特别是计算机自动控制系 统的应用，使监控手段趋于自动化，序批式活性污泥法由于本工艺具有许多优点， 重新引起人们的关注，2 0 世纪7 0 年代初，美国的n a 仃e d a m e 大学i r v i n e 教授对s b r 法进行了较为系统的研究。继i r v i n e 之后，奥大利亚、日本等国也都进行了研究， 随着s b r 工艺在工程中的应用，其技术也得到长足的进步和发展，目前已在普通 s b r i 艺技术的基础上，并发出多种s b r 变形工艺，如i c e a s 、c a s t 、c a s s 、 d a t i a t 、m s b r 、切m t a n k 等工艺。 至u 1 9 9 1 年，美国已有1 5 0 座污水厂采用s b r i 艺，其中2 5 按脱氮除磷设计， 处理能力最大为5 7 万m 3 d 。澳大利亚近1 0 多年来建成采用s b r t 艺的污水厂近 6 0 0 座，中、大型的s b r _ i 艺的污水处理厂也日益增多。日本采用s b r 工艺主要 来处理中小规模的污水。我国目前在云南省昆明市已有两座采用s b r 工艺的大、 中型城市污水处理厂已投产运行1 2 0 ，天津经济技术开发x elo 万m 3 d 采用s b r _ i 艺 的污水处理厂，运行情况也良好。1 9 8 5 年上海吴淞肉联加工厂设计流量为 2 4 0 0 m 3 d 的s b r 的工艺废水处理站建成投产，运行结果表明，b o d 5 去除率在9 7 以上，n h 4 - n 去除率为5 0 7 0 。继肉联加工废水之后，我国陆续在渔业和家 禽类加工废水、味精废水制药废水、游乐场污水处理工程【2 1 2 2 】中采用了s b r 工 艺。 “ ，二jj s i m 比传统的活性污泥工艺的优点是工艺简单，可以完全自动运行，造价低， 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 占地少，耐冲击负荷，出水水质好，能耗低。但又有明显的缺点：单池运行时需 要间歇运行，设备利用率低；水位不恒定，水头损失大；出水需要滗水器。i c e a s 工艺和d a t n t 工艺采取连续进水，但主反应区前缺少厌氧段，除磷效果不理想； d a t - i a t i 艺的污泥回流比较大，运行费用较高；u n i t a n k 同三沟式氧化沟一 样，较大的池容用于沉淀，容积利用效率不高，池子间水力连通难以形成独立的 厌氧、缺氧和好氧区域，除磷脱氮效果较差，进水浓度较高时单级处理难以达到 应有的处理效果。 c a s t 工艺在s b r 工艺的基础上，增加了选择器及污泥回流设施，并对时 序做了调整，从而提高了s b r 工艺的可靠性及效率。c a s t 工艺每一操作循环 由进水曝气、进水沉淀、撇水、闲置四个阶段组成，每个阶段组成一个循环， 并不断重复。循环开始时，由于充水，池中的水位由一最低水位开始上升，经过 一定时间的曝气和混合后，停止曝气，以使活性污泥进行絮凝并在一个静止的环 境中沉淀。在完成沉淀后，由移动式撇水堰排出已处理的上清液，使水位下降至 淀子所设定的最低水位，然后再重复上述过程，为保持池子中有一个合适的污泥 浓度，需根据产生的污泥量排除相应的剩余污泥，排除剩余污泥一般在沉淀阶段 结束后进行叫。 2 3 2c a s t 工艺原理 2 3 2 1c a s t 工艺原理 c a s t 工艺原理是通过可变容积的曝气和非曝气、充水和停止顺序，结合池 首端选择器中的v f a 的吸收储存和磷的释放，循环上述运行周期，从而提高生 物除磷脱氮效果。 ( 1 ) 同时硝化反硝化 在好氧条件下，有机物被降解的同时，污水中有机氮被异养菌氧化为氨氮， 在供养充足的条件下，氨氮再被硝化菌氧化成硝态氮，产生的能量用于合成新的 硝化菌细胞。在好氧条件下产生的大量n 0 3 ，通过混合液回流到缺氧段，在缺 氧条件下，反硝化菌利用n 0 3 作为最终氧化电子受体，氧化水中有机物，用于 产能和增值。与此同时，硝酸盐被还原成氮气，从水中逸出，从而达到除氮的目 的。 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 通过同时硝化反硝化实现脱氮必须连续测定池子主曝气区的溶解氧数值， 并加以控制调节，在曝气阶段需要不断调节溶解氧水平，在曝气开始时，溶解氧 控制在较低水平( 约0 2 0 5 m 9 0 2 l ) ，直到在曝气阶段结束前，才使溶解氧达到 最高水平( 约2 - 3 m 9 0 2 l ) 。这种运行方式无需如前置反硝化系统那样需要将硝 酸盐氮从硝化区回流至反硝化区。因此可节省内循环系统，而且在c a s t 系统中， 也不需要单独设置一个缺氧运行阶段进行反硝化。 ( 2 ) 生物除磷 用潜水泵将部分混合液从主反应区送至池首端厌氧选择器，选择器使曝气混 合液与进水接触。混合液回流功能主要利用活性污泥中的微生物快速吸附v f a ， 进行磷的释放。在主反应区曝气阶段进行磷的吸收，在排泥过程中随剩余污泥排 到污水处理系统外。 上述反应机理在c a s t 系统的曝气阶段和非曝气阶段不断重复进行，在一般 循环周期的c a s t 系统中，其生物除磷在8 0 - 一9 5 左右，如需再进一步提高 除磷的效果，可通过调整非曝气时间占整个循环时间的比例实现。必要时可投加 化学药品作为辅助措施。 2 3 2 2c a s t 工艺组成部分及其工作原理 c a s t 为间歇式反应器，特指设有一个分建或合建式生物选择器的可变容 积，以序批的曝气非曝气方式运行的充一放式间歇式活性污泥处理工艺，并在 一个反应器中完成有机污染物的生物降解和泥水分离的处理功能。它由一个或几 个c a s t 反应池组成，c a s t 反应池见图2 1 。 进水 污泥回流 图2 - 1c a s t 工艺反应池示意图 f i g 2 1t h es c h e m a t i co f t h er e a c t o rf o rc a s tp r o c e s s 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 1 ) 在c a s t 工艺中设有生物选择器，在此选择器中，废水的溶解性有机物质 能通过酶反应机理而迅速去除，选择器可以恒定容积也可变容积运行，多池系统 的进水配水池也可以作选择器。污泥回流液中所含有的硝酸盐可在此选择器中得 以反硝化，选择器的最基本功能是调节活性污泥絮体负荷，防止产生污泥膨胀和 除磷。生物选择区是位于反应池前端的一个小区域，是一个容积较小的污水污泥 接触区( 容积约为反应器总容积的1 0 哟，通常在缺氧厌氧的条件下运行，进入 反应池的污水首先在此与来自主反应区的回流污泥( 约2 0 哟充分混合接触。生物 选择器是按照活性污泥种群组成动力学的规律而设置的，创造出合适的微生物生 长条件并选择出絮凝性细菌。在生物选择器内主反应区的回流与进水混合，通过 酶反应机理以及活性污泥的快速吸附作用，加速去除其中的溶解性易降解有机物 质，从而抑制丝状细菌的生长，防止污泥膨胀，提高系统的稳定性。生物选择器 对难降解有机物起到良好的水解作用。在生物选择器中，回流污泥中的部分硝酸 盐氮得以反硝化，当污泥回流液中存在的少量硝酸盐氮( 约为2 m g l ) 可得到反硝 化，反硝化量可达整个系统反硝化量的2 0 左右。活性污泥中的磷在厌氧条件下 得到有效的释放。生物选择器可定容运行，也可以变容运行，多池系统中的进水 配水池也可用作选择器。 ( 2 ) 预反应区是一个水力缓冲区，如果在非曝气期间停止进水，则可以省去预 反应区【1 2 】。预反应区也是个兼氧区，具有辅助厌氧或兼氧条件下运行的生物选择 器对进水水质水量变化的缓冲作用，同时还具有促进磷的进一步释放和强化氮的 反硝化作用。 ( 3 ) 主曝气区在c a s t 工艺的主曝气区进行曝气供氧，主要完成降解有机物和 同时硝化反硝化过程。在曝气过程中完成有机物的降解，同步硝化和反硝化以 及生物除磷功能，最后泥水分离的上清液通过主反应区末端的尾水装置排出池 外。运行过程