（环境工程专业论文）北苑污水处理厂可行性研究.pdf

摘要 随着人口不断增长和经济飞速发展，我国面对的环境污染问题越来越严重， 特别是水体的污染更加突出。为了防止污水排放对环境的污染，九十年代以后， 我国修建了大量的城市污水处理厂，各种新型的污水处理工艺这时也大量引入 我国，这促使我国的污水处理工艺理论水平得到迅速提高。本文介绍的北苑污 水处理厂就是引进国外的污水处理工艺- - a z e n i t - p ，虽然这种工艺目前在国外 并不是最新、最先进的，但是在国内尚无应用先例，在相同的情况下给了我们 一个更多的选择。 本文充分了解了国内外对城市污水处理的现状和技术水平。针对北京市北 苑地区的实际情况，通过对本污水处理厂服务区现状用水量、远期用水量和近 期用水量的预测，确定了本污水处理厂的处理规模。根据本地区污水综合水质 的实际调查和参考本区域附近污水处理厂的进水水质，确定本厂设计进水水质； 根据当地环保部门要求确定本厂的出水水质。本文详细分析了污水厂进水中污 染物构成，介绍了针对各种污染物的去除工艺，选定了2 种适合于本厂的水处 理工艺：c a s t 和a z e n i t 工艺，并从工程总投资、运行管理的方便性和经济 性、工艺运行的可靠性、占地面积等方面进行比较，最终确定a z e n i t 工艺为 该厂的污水处理工艺。 本文最终论证了北苑污水处理厂采用a z e n i t 污水处理工艺的技术路线， 适合该地区、该厂实际情况，技术先进、经济实用、安全可靠，具有可行性。 关键词：污水处理a z e n i t 除磷脱氮硝化反硝化 a bs t r a c t a l o n gw i t ht h ep o p u l a t i o ng r o w t ha n dd e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , t h ep r o b l e mo fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ni sm o r ea n dm o r eh a r d s p e c i a l l y , w a t e r p o l l u t i o ni st h ee m e r g e n tq u e s t i o n m a n ym u n i c i p a ls e w a g ep l a n t sh a db e e nb u i l t a f t e rt h en i n e t i e sl a s tc e n t u r y t h eq u a n t i t yo fs e w a g ep l a n tw a si n c r e a s e dr a p i d l y t h e t h e o r e t i c a ll e v e lo fs e w a g ed i s p o s a lt e c h n o l o g ya d v a n c e dt h r o u g hm u c hn e w t e c h n o l o g y i si n t r o d u c e di n t oc h i n a t h eb e i y u a nw a t e rt r e a t m e n tp l a n ti s a n e x a m p l ef o ru s ea z e n i t - pt e c h n o l o g yt h a ti n t r o d u c e df r o mo t h e rc o u n t r y i ti s n o t t h em o s ta d v a n c e dt e c h n o l o g yi nt h ew o r l d ，b u ti ti sn e wi nc h i n a ，i tg i v e su san e w c h o i c ei nt h es a m es i t u a t i o n t h et h e s i sh a ss t u d i e dc u r r e n ts i t u a t i o na n de n g i n e e r i n gl e v e lt h a tt h em u n i c i p a l s e w a g eh a n d l e sa th o m ea n da b r o a ds u f f i c i e n t l y p r o c e s ss c a l eb yh a v i n ga s c e r t a i n e d t h es e w a g et r e a t m e n tf a c t o r y st os e r v i c ea r e ac u r r e n ts i t u a t i o n , t h ef o r w a r da n dr e c e n t f o r e c a s tw i t ht h ew a t e ry i e l d t h er e a l i t ya c c o r d i n gt oo u rr e g i o nf o u lw a t e ri n q u i r e s i n t oa n dc o n s u l t sw a t e r - e n t e r i n ga r e av i c i n i t ys e w a g et r e a t m e n tf a c t o r yw a t e rq u a l i t y ； a s c e r t a i naf a c t o r yd e s i g n i n gw a t e r - e n t e r i n gw a t e rq u a l i t y b eb a s e do nt h el o c a l e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nb r a n c hd e m a n d i n gt oa s c e r t a i naf a c t o r y sp u t t i n gu pw a t e r w a t e rq u a l i t y p o l l u t i o nc o m p o s e sw a t e r - e n t e r i n gm i d d l eo ft h i sa n a l y t i c a ld e t a i l e d t h e s i sf o u lw a t e rf a c t o r y h a v ei n t r o d u c e dt h et a k e o f fh a n d i c r a f ts p e c i f i c a l l yf o r v a r i o u sp o l l u t i o n s e l e c t e d2k i n d sa p p o s i t e n e s s e sw a t e rt r e a t m e n th a n d i c r a f ti nt h e f a c t o r y ：c a s ta n da z e n i tt e c h n o l o g y s e c o n d a r yt o g e t h e rp r o j e c tt o t a li n v e s t m e n t ， w o r ka d m i n i s t r a t i v ee x p e d i e n c ea n de c o n o m y , r e l i a b i l i t y , l a n da r e aa n ds oo na s p e c t b ei np r o g r e s sc o m p a r a t i v e l y , u l t i m a t ef o rs u r ea z e n i tb et h a tf a c t o r ys e w a g e t r e a t m e n tt e c h n o l o g y t h em a i nb o d yo ft h ea r t i c l eh a sb e e ne x p o u n d e da n dp r o v e nu l t i m a t e l ya d o p t t h ea z e n i ts e w a g et r e a t m e n th a n d i c r a f tt e c h n o l o g yr o u t e ，i sf i tt oo w ea r e a ，t h a t f a c t o r yr e a l i t y , t h et e c h n o l o g yi sa d v a n c e d ，e c o n o m yi sp r a g m a t i c ，s a f e t yi sr e l i a b l e ， h a v ef e a s i b i l i t y k e yw o r d s ：s e w a g et r e a t m e n t ，a z e n i t ；pa n dnr e m o v a l ，b i o n i t r i f i c a t i o n ， b i o d e n i t r i f i c a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫盗盘堂或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位：受蒋黼飙卜月如日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名夏蚓， 签字日期：砷年月如日 签字日日 第一章前 言 第一章前言 1 1 我国目前城市污水处理现状 1 1 1 我国污染现状 我国城市化的快速推进使得水质恶化成为威胁城市可持续发展的另一重大 环境问题。一些城市把未经处理或简单处理后尚未达标的污水大量排放到天然 河道，导致流经城市的河道9 0 受到污染，7 5 的湖泊富营养化，严重影响了 水资源的有效性【l 】。地下水的状况同样不容乐观。对我国1 1 8 个大中城市地下水 监测资料的分析表明，目前全国地下水已普遍受到污染，部分地区超标严重， 且还在继续恶化 2 】o 特别是北方城市的地下水，不仅污染元素多，而且超标率 高，仅海河流域水质劣于国家地下水质量类标准的水体面积就多达7 万平方 公里左右，北京地区的地下水也普遍被污染，已形成较大范围的重污染区【3 。 水质问题已经严重影响到了城市居民的饮用水安全。在我国4 6 个重点城市 中，仅有2 8 3 的城市饮用水源地水质良好，2 6 1 的城市水质较好，4 5 6 的 城市水质较差。黄河流域水资源保护局抽查显示，目前黄河干流近7 0 的城市 集中饮用水水源地已不能满足水质标准，中上游的石嘴山市、包头市、三门峡 市饮水功能区更成为水质达标“零分区”，2 0 0 4 年全年无一天达标。水质差不但 增加了水处理的成本，而且一些有害污染物将直接危及人体健康。世界卫生组 织的调查表明，人类疾病8 0 与水污染有关。国内外由水中检出的有机污染物 已达2 0 0 0 余种，其中1 1 4 种具有或被疑有致癌、致畸、致突变的“三致物质”， 我国各地的水源中一般都能检出百余种有机污染物【4 】。 水质恶化还造成很多城市的水质性缺水。特别是在南方地区，资源性缺水 的城市不多，但是大面积存在水质性缺水，甚至一些著名的江南水乡地区也由 于水污染产生严重缺水。水质危机是世界上所有城市化快速发展的国家都会遇 到的重大问题，但在我国由于庞大的城市人口、较低的环境治理水平而表现得 第一章前言 尤为明显。根据中国环境保护远景目标纲要的要求，到2 0 1 0 年全国的污水平均 处理率为：建制镇不小于5 0 ，设市城市不小于6 0 ，重点城市不小于7 0 。 按照污水综合排放标准的要求，为了满足出水排放标准，绝大多数城镇污 水处理厂都必须采用二级生化处理或深度处理工艺技术。然而，我国城市平均 每1 0 0 万人才占有1 座污水处理厂，而美国等发达国家则为1 万人就占有1 剧5 1 。 所以，为了保护环境和充分利用水资源，污、废水的处理与再利用已迫在眉睫， 大力兴建城市污水处理厂势在必行。 1 1 2 污水处理工艺技术发展及我国现状 从1 9 1 4 年出现活性污泥法以来，污水处理工艺也随着世界经济的高速发展 得到不断进步与开发。 传统活性污泥工艺采用中等污泥负荷，曝气池为连续推流式。目前仍有大批 采用传统活性污泥工艺的处理厂在运行。若只要求去除有机污染物时，传统活性 污泥工艺仍是一种可行的选择【4 1 。对传统活性污泥工艺进行的各种改进，产生了 很多种不同的活性污泥工艺，一些工艺较传统工艺处理功能增强，一些工艺运 行更加稳定，而另外一些工艺的费用大大降低或运行更加方便。这些工艺上的 改进，充分满足了各种不同的处理要求。这些改进可以分为池形的改进、运行 方式的改进、曝气方式的改进、生物学方面的改进以及投加填料等几个方面。 池形的改进出现了完全混合式曝气池；运行方式的改变出现了s b r 工艺、t 型和 d e 型氧化沟工艺、u n i t a n k 等工艺：曝气方式的改变，有采用鼓风曝气、机械表 曝和纯氧曝气等：生物学方面的改进，出现了a b 工艺、a o - i - 艺、a 2 0 i 艺、 u c t 工艺、m u c t 工艺、u b c 等：投料和投加载体方面的改进有p a c t 工艺( 即 粉末活性炭活性污泥工艺) 、k m t i 艺、c a p t o r i 艺、b i o f o r i 艺、l i n p o r i 艺、 i f a n s i 艺、m b b r 、h y b a s ： ：艺等 6 】。这些众多污水处理工艺的出现，使活 性污泥法已经成为一种比较完善的污水处理工艺。活性污泥法目前仍有较大的 发展空间，有关专家认为该工艺未来两个大的方向是膜分离技术和分子生物学 技术的应用。 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 第一章前言 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 h 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 的城市污水处理厂阴。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 r 工艺在我国均有应用，如属第二代s b r 工艺的i c e a s 工艺，属第三 代的c a s t 工艺、u n i t a n k i 艺等 8 】。 随着我国对水环境质量要求的提高，修订后的国家污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 - - 1 9 9 6 ) 也越来越严，特别是对出水氮、磷的要求提高，使得新建城市 污水处理厂必须考虑氮磷的去除问题。由此开发了改良a 2 o i 艺和回流污泥反 硝化生物除磷工艺，并已开始在实际工程中应用。如泰安污水处理厂、青岛李 村河污水处理厂、天津北仓污水处理厂、北京清河污水处理厂等【9 1 。 我国污水处理工艺的应用已经同国际接轨，国际上各种新型的工艺在国内 几乎都能找到实例。各种新型工艺的不断引入，促进了我国污水处理技术理论 的不断进步，同时也要求我们在引进新技术的同时，要尽可能消化这些技术， 并进行改进优化，使其能真正适合我国的实际情况。 1 2 本论文的研究内容 本论文的研究内容主要包括： ( 1 ) 收集资料，了解北京市北苑地区的基本情况，包括：地理位置、经济 状况、城市规划、给排水及河网水系等。 ( 2 ) 通过调研，确定污水处理厂的进、出水水质标准，为污水处理厂的建 设提供实际可行的水质情况。 第一苹前言 l _ 一一一一 ( 3 ) 根据北苑地区现状，并对其发展趋势作出合理预测，确定污水处理厂 处理规模。 ( 4 ) 根据本厂进出水水质和水量，结合目前运行成熟的污水处理工艺综合 分析，推荐两个切实可行工艺方案并进行比选。 ( 5 ) 针对推荐的比选工艺方案进行工艺设计和效益分析并得出结论。 第二章项目背景 2 1 项目地点 北京市北苑地区 2 2 自然条件及现状 2 2 1 地形、地貌 第二章项目背景 北京地区西、北及东北面环山，东、南及东南面为广阔的平原区( 北京平原) 。 北京地区的主体构造是早第三纪前的断裂控制的断块构造，并控制形成了北京平原区 第三纪末期的谷地形。在此基础上，白第四纪以来由于受新构造运动影响，山区不断 抬升，平原强烈下降且接受了巨厚的第四纪河流沉积物。在北京平原区的不同地区， 由于受断裂活动影响和地理环境限制，第四纪沉积物的厚度有明显的差异。在北京市 区，第四纪沉积地层厚度由西向东逐渐增大，岩相分布自西向东也有明显过渡特征， 即市区西部第四纪古河流形成的冲洪积扇顶部地层，以厚层砂土和卵、砾石地层为主； 向东过渡为至冲洪扇的中部和中下部，第四纪地层为粘性土、粉土与砂土、卵砾石土 互层。 北苑污水处理厂规划建设场区地貌单元位于现代清河故道范围内。工程场区地形 基本平坦，区内现状多为藕地。 2 2 2 气象 ( 1 ) 气温 北京市平原地区属暖温带、半湿润、半干旱的大陆性季风气候区，年平均气温为 1 l 1 2 ，1 月份最低月平均气温为4 5 ，七月份最高月平均气温为2 5 2 6 ，年均无霜期1 8 0 1 9 0 天。北京平原区地基土标准冻结深度为o 8 0 m 。 ( 2 ) 降水量 第二章项目背景 北京地区的年降水量平均6 0 0 - - , 7 0 0 毫米，但降水时间及地区分布极不平均。北 京的1 2 月、1 月、2 月、3 月的降水总量，平均仅为1 0 9 毫米，不到全年总降水量的 百分之二，平均每月降雪天只有2 天左右，有时一二个月片雪无落，故冬季较旱，但 也有大雪纷飞时。夏季的降水量约有5 0 0 - 6 5 0 毫米，占全年降水量的7 0 - - 9 0 。雨 水大多集中在6 、7 、8 三个月内。山前迎风地区降水量较多。1 8 8 3 年7 月2 9 日，一 天内降水总量达2 2 4 7 毫米；1 9 5 0 年8 月3 日2 4 小时内降雨1 6 4 毫米；1 9 5 2 年7 月 2 1 日1 小时内降雨7 5 - 3 毫米。1 9 7 2 年7 月2 7 日，怀柔枣树林日降水量达4 7 9 2 毫米。 ( 3 ) 蒸发量 北京市多年平均水面蒸发量1 l o o m m ，冬季最小，只占全年的9 ，春季最大， 占全年的3 6 。5 月份最多，占全年的1 6 。 ( 4 ) 日照时数 全市年日照时数多年平均为2 6 0 0 - - - 2 7 0 0 小时，5 月份的日照百分率高达7 3 ， 为全年之冠。5 、6 月份日照时数最多，1 2 月份日照时数最少，夏季的7 、8 月份白昼 时间最长，但因云雨较多，日照时数反而较少。 ( 5 ) 风 北京地区由于地处中纬，又在东亚大陆的东岸，气候受蒙古高压的控制，因此具 有大陆性季风气候区的特征。冬季以西北风和北风为主，夏季多偏南风，春秋两季均 为南北风转换季节，年平均风速为2 - - 一3 m s ，最大风速可超过2 0 m s 。 2 3 区域排水现状 该系统规划总流域面积1 9 8 平方公里，规划服务人口3 2 万。但该地区现有配套 污水系统极为薄弱，现状只有少数单位自建的临时小型污水处理设施，大量未经处理 的污水通过内部雨污合流管、污水管和外部明沟沿途排入清河。目前清河上游的污水 管网及清河污水处理厂已经投入运行，上游水体环境已得到极大改善，但由于北苑污 水系统尚未开始建设，下游污染仍很严重，影响了投资环境和对外形象，影响了居民 的正常生活，制约了当地的经济发展。 第二章项目背景 2 4 建设规模 北京市北苑污水处理厂远期建设规模为7 x1 0 4 m 3 d ，近期建设规模为4x1 0 4 m 3 d 。 2 4 1 远期建设规模 根据北苑集团北区控制性详细规划和北苑集团南区控制性详细规划，北 苑集团用地1 9 8 平方公里，规划人口3 2 万人，总建筑面积1 3 3 1 4 万平方米。 根据流域内用地功能、建筑性质、人口结构及人口规模，经分析研究可采用如下 用水标准： 居住生活用水：1 4 0 v ( 人d ) 公共设施用水：7 l ( m 2 d ) 工业用水：8 0m 3 ( h m 2 d ) 仓储用水： 3 0m 3 ( h m 2 d ) 表2 1 远期污水量预测表 用水量污水排 预测污水量 项目控制数据用水指标 ( 1 0 4 m 3 d )出率( 1 0 4 m 3 d ) 居住生活用3 2 万人 1 4 0l ( 人d )4 4 8o 94 0 3 水 公共设施用 4 0 3 1 0 4 m 27l ( m 2 d )2 8 20 92 5 4 水 工业用水 9 7h m 28 0m 3 ( h m 2 d 10 7 8o 8 50 6 6 仓储用水 2 4h m 23 0m 3 ( h m 2 d 1o 0 7o 8 5o 0 6 小计 8 1 5 7 2 9 污水处理厂合理规模研究中进一步考虑到其他因素并经过综合分析将北苑污水处理 厂远期规模确定为7 x1 0 4m 3 d 。 第二章项目背景 2 4 2 近期建设规模 根据2 0 0 2 年对北苑污水处理厂流域内的污水入河情况进行的现场踏勘调查及连 续水量监测，北苑集团现状入河污水量为3 3 5 0 0 立方米日。 目前，北苑集团大规模开发工作己全面展开，大量住房已逐步投入使用，预计 2 0 0 5 年前后开发总面积将达到9 0 0 万平方米，其中居住面积约为6 3 0 万平方米左右， 配套公建面积约占2 7 0 万平方米左右，居住人口将达到1 8 万人，据此对2 0 0 5 年污水 量作出测算，采用如下用水指标： 居住生活用水： 1 2 0 1 ( 人d ) 公共设施用水： 7 收m 2 d ) 工业用水：6 0m 3 ( h m 2 d ) 仓储用水： 3 0 m 3 ( b m 2 d ) 表2 2 近期污水量预测表 用水量污水排预测污水量 项目控制数据用水指标 ( 1 0 4 m 3 d )出率( 1 0 4 m 3 d ) 居住生活用1 8 万人 1 2 0l ( 人d )2 1 60 91 9 4 水 公共设施用 2 7 0 1 0 4 m 2 7 m 2 d ) 1 8 90 91 7 0 水 工业用水 8 8h m 26 0m 3 ( h m 2 d )0 5 2 80 8 50 4 5 仓储用水1 7h n 23 0m 3 ( b m 2 d 10 0 5 l0 。8 50 0 4 小计 4 6 2 94 1 3 测算北苑系统污水量2 0 0 8 年将达到4 1 3 1 0 4m 3 d ，进一步分析测算奥运会之前 该地区还将增加约1 2 1 0 4m 3 d 舭3 水，污水总量奥运之前将达到5 3 3xl o m 3 d 。 目前北苑集团开发商己建成临时小型污水处理设施4 座，总处理能力1 4 4 0 0 立方 米日。因此，建议将北苑污水处理厂近期建设规模确定为4 1 0 4m 3 d 。 第二章项目背景 2 5 进出水水质 2 5 1 进水水质 在实际调查的基础上，参照附近污水处理厂的原水水质，确定污水处理厂进水水 质指标为： c o d e r ： 3 5 0 m g l b o d 5 ： 2 0 0 m g l s s ： 2 5 0 m g l t n ：4 0 m g l t p ： 5 m g l 2 5 2 出水水质 北苑污水处理厂出水向北排入清河，根据北京市环境保护局北京市环境保护局 关于对北苑等五座污水处理厂有关污水排放指标的函，北苑污水处理厂执行城镇 污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中的一级b 标准。 根据本污水处理厂排放水体情况，和北京市现行污水处理厂排放标准，确定本厂 出水水质如下： c o d ： 一 6 0 m g l b o d 5 ： 一2 0 m g l s s ： 一 0 3 可生化，b o d 5 c o d e r ；，4 - 5 才能进行有效脱氮。 本工程进水水质c n = 5 ，满足生物脱氮的要求。 ( 3 ) b o d 5 t p 该指标是鉴别能否生物除磷的主要指标。生物除磷是活性污泥中除磷菌在厌氧条 件下分解细胞内的聚磷酸盐同时产生a t p ，并利用反应产生的能量降解废水中的脂肪 酸等有机物摄入细胞，以p h b ( 聚b 羟基丁酸) 及糖原等有机颗粒的形式贮存于细 胞内，同时随着聚磷酸盐的分解而释放磷；一旦进入好氧环境，除磷菌又可利用聚 b 羟基丁酸氧化分解所释放的能量来超量摄取废水中的磷，并把所摄取的磷合成聚 磷酸盐而贮存于细胞内，经沉淀分离，把富含磷的剩余污泥排出系统，达到生物除磷 的目的【2 5 1 。进水中的b o d 5 是作为营养物供除磷菌利用的基质，故b o d 5 t p 是衡量能 否达到除磷的重要指标，一般认为该值要大于2 0 ，比值越大，生物除磷效果越明显。 1 r 第三章工艺选择 本工程b o d 5 t p = 4 0 ，完全可采用生物除磷工艺。 综上所述，北京市北苑污水处理厂进水水质不仅可以采用二级生化处理工艺，而 且可以采用生物脱氮除磷工艺。 3 3 2 常用生物脱氮除磷工艺论述 目前，用于城市污水处理、具有定脱氮除磷效果的污水处理工艺主要是改良型 活性污泥工艺，大致分为两大类： 第一类：按空间进行分割的连续流活性污泥法： 出水 第二类：按时间分割的间歇式活性污泥法。 ( 1 ) 按空间分割的连续流活性污泥法 按空间分割的连续流活性污泥法是指各种不同处理工序如曝气、脱氮、除磷、沉 淀等在不同的空间( 不同的池子) 完成。目前，较成熟的工艺有：a o 法、a 2 o 法等。 a a o 法 a o 法有a o 脱氮工艺和a o 除磷工艺。 a o 脱氮工艺即缺氧好氧活性污泥法。污水在好氧区降解有机物的同时，氨氮 在硝化菌作用下被硝化为硝酸盐，然后通过污泥回流和混合液内回流回到缺氧区，在 反硝化茵作用下硝酸盐被还原为氮气释放到大气，从污水中排除，从而达到生物脱氮 要求。其流程图见图3 1 。 出水 图3 1a o 脱氮工艺流程简图 a o 除磷工艺即厌氧一好氧活性污泥法。回流活性污泥被回流至厌氧区中，污泥 中的聚磷菌在厌氧条件下，受到压抑而释放出体内的磷酸盐，产生能量用以吸收快速 第三章工艺选择 降解的有机物，并转化为p h b ( 聚b 羟丁基酸) 储存起来。然后混合液进入好氧区， 聚磷菌在好氧条件下降解体内储存的p h b 产生能量，用于细胞的合成和吸磷，形成 高浓度的含磷污泥，随剩余污泥一起排出系统，从而达到生物除磷的目的。 其流程简图见图3 2 l 空气 上 出水 - - - 图3 2m o 除磷工艺流程简图 生物除磷工艺要求较短泥龄，特别不希望发生硝化反应，因为硝化产生的硝酸盐 回流到厌氧区将与聚磷菌争夺碳源，影响除磷效率。如果要求生物除磷的同时又要求 硝化或硝化反硝化，则应采用a 2 o i 艺。 b a 2 o 法 一般的a 2 o 法即厌氧缺氧好氧活性污泥法。污水在流经三个不同功能区的过程 中，在不同微生物菌群作用下，使污水中的有机物、氮和磷得到去除，达到同时进行 生物除磷和生物除氮的目的，其流程见图3 3 。 在系统上，普通a 2 o z 艺是最简单的除磷脱氮工艺，在厌氧、缺氧、好氧交替运 行的条件下，可抑制丝状菌的繁殖，克服污泥膨胀，使得s v i 值一般小于1 2 0 ，有利 于泥水分离。由于厌氧、缺氧和好氧三个区严格分开，有利于不同微生物菌群的繁殖 生长，脱氮除磷效果好。目前，该法在国内外广泛使用，运行良好。 第三章工艺选择 图3 3a 2 o t 艺流程框图 a 2 o 法同时脱氮除磷，都需要利用原污水中易生物降解的碳源( b o d ) ，存在争 夺碳源的矛盾。为了尽量减小相互的不利影响，又先后开发出了u c t 、改良u c t - i - 艺 等形式，对于c n 、c p e l 值较低的污水，可以取得较好的脱氮除磷效果。当c n 、c p 比值过低难以同时满足生物脱氮除磷要求时，原则上是优先脱氮，而磷则可采用化学 法去除。 c 氧化沟法 氧化沟工艺是五十年代初发展起来的一种污水处理工艺现已发展出多种形式，主 要有：o r b a l 同心圆型、c a r r o u s e l 循环折流型、d 型双沟式、t 型三沟式及一体氧化 沟等。 c a r r o u s e l 氧化沟系多沟串联系统，在点源曝气情况下，沟内交替存在缺氧区和 好氧区，但是缺氧区的缺氧条件不稳定，因此，脱氮效果不是很好。为此，荷兰d h v 公司在沟内增设了一个预反硝化区，从而开发出脱氮效果好的c a r r o u s e l 2 0 0 0 型氧化 沟工艺。 奥贝尔( o r b a l ) 简称同心圆式氧化沟，典型的o r b a l 氧化沟由三个同心渠道组成， 渠道呈圆形或椭圆型。其特点是外沟容积约占总容积的5 0 ，从外到内的三条沟的溶 解氧浓度由低到高递增，称之为“0 、l 、2 ”( 溶解氧外沟为零，中沟为1 m g 几，内沟 为2r a g l ) 工艺，以满足生物除磷脱氮的要求。污水及回流污泥由外沟进入，处理 后出水从内沟流入二沉池。该工艺脱氮效果较好，但除磷效果较差。 d 型氧化沟为双沟交替工作式氧化沟，由池容完全相同的两个氧化沟组成。两沟 串联运行，交替的作为曝气池或者沉淀池，不单独设置二沉池。为了达到脱氮目的， 在d 型氧化沟的基础上又发展了半交替工作的d e 型氧化沟。该沟设有独立的二沉池 和回流污泥系统，两沟交替进行硝化和反硝化。d 型氧化沟的缺点主要是曝气设备利 1 第三章工艺选择 用率低、池容积利用率低。 t 型三沟式氧化沟集缺氧、好氧和沉淀于一体，两条边沟交替进行反应和沉淀， 无需单独的二沉池和污泥回流，流程简洁，具有生物脱氮功能。由于无专门的厌氧区， 因此，生物除磷效果差。而且，由于交替运行，总的容积利用率低，约为5 5 ，设备 总数量多，利用率低。 一体化氧化沟将氧化沟与二次沉淀池合建，采用沟内固液分离器，将好氧处理与 泥水分离合二为一，同时，也可以将缺氧区与一体化氧化沟合建，将三个反应器合为 一体，占地较省。 一体化氧化沟从系统布置上无严格的厌氧区，因而除磷效果较差；同时以沟内固 液分离器取代单独设置的二沉池，设计表面负荷较大，一般大于2 0 m 3 ( m ：h ) 。 沉淀时间较短，对水量变化的适应能力较差，较难保证出水水质。另外，受固液分离 时间短的影响，排泥浓度较低，加大了污泥处理难度和处理成本。 氧化沟是一大类性能优良的污水处理工艺，但由于氧化沟一般采用机械式曝气设 备，池深受到限制，占地面积较大，能耗较高，不适合本工程，故不予采用。 ( 2 ) 按时间分割的间歇式活性污泥法 s b r 工艺也叫序批式活性污泥法，它最根本的特点是处理工序不是连续的，而 是间歇的、周期性的，污水一批一批地顺序经过进水、曝气、沉淀、排水，然后又周 而复始。最初的s b r 工艺进水、曝气、沉淀、排水、排泥都是间歇的，后来出现各 种改型，有的将进水改为连续，有的将部分进水改为连续。有的将出水改为连续，但 只要还保留序批处理周期运行特点，就应属于s b r 工艺的范围。 s b r 的特点是只需要一个反应池就能完成全部反应、沉淀工序，省去了连续工 艺中二沉池和回流污泥设施，使处理构筑物大大简化，从而节省占地，降低基建投资。 正是由于这一优点，s b r 工艺得以迅速推广。 a 传统s b r 工艺 传统的s b r 工艺是在一个池子中依时间顺序完成进水、曝气、沉淀、排水、排 泥全过程，所有的工序都是间歇的。在操作上，需对进水、曝气、沉淀、排水、排泥 进行时序控制。为了处理连续流入的污水，至少需要两个池子交替进水。如果要求脱 氮除磷，就必须在运行周期中增加缺氧、厌氧时段。 b i c e a s 工艺 第三章工艺选择 i c e a s 工艺的主要改进是在反应池中增加一道隔墙，将反应池分隔为小体积的 预反应区和大体积的主反应区，污水连续进入预反应区，然后通过隔墙下端的小孔以 层流速度进入主反应区，即使主反应区连续进水，也可以同时沉淀、排水，所以一个 池子就能解决问题。如果要脱氮除磷，也必须在运行周期中增加缺氧、厌氧时段。 c d a t - i a t 工艺 d a t - i a t 工艺是用隔墙将反应池分为大小相同的两个池，污水连续进入d a t 池， 在池中连续曝气，然后通过隔墙以层流速度进入i a t 池，在此池中按曝气、沉淀、排 水周期运作，整个反应池的容积利用率可达到6 6 7 ，减少了池容和建设费用。如果 要脱氮除磷，需增加缺氧、厌氧时段。 上述三种工艺对有机物的去除取得了较好的效果，但是脱氮除磷不够理想。这是 因为它们的缺氧、厌氧环境时间短，而且是从好氧条件逐渐转变过去的，反硝化和磷 的释放不充分，脱氮除磷效果有限。 d c a s t 工艺 ， 为了提高s b r 工艺的脱氮除磷功能，开发出了c a s t 工艺。这种工艺的最大改 进是在反应池前端加一个选择段，污水首先进入选择段，与来自主反应区的混合液( 2 0 3 0 ) 混合，在厌氧条件下，聚磷菌优势繁殖，为高效除磷创造条件。在主反应区， 混合液的溶解氧在大部分时间内控制低于o 5 1 0 m g l ，污泥絮体的表面和内部将形 成不同的溶解氧浓度，发生同步硝化反硝化这种环境延续时间较长，硝化反硝化进行 的比较充分，达到了很好的脱氮效果。实践证明。这是目前为止s b r 工艺中脱氮除 磷效果最好的一种。但因为它是间歇进水，至少需要两个池子才能正常运行。 e i 烈1 t a n k 工艺 u n i t a n k 池由三池( 即两个边池和一个中间池) 组成，相邻两池公用池壁。三 池均设置有曝气设备( 鼓风曝气或表曝) 和进水装置，两个边池设有潜水搅拌器、出 水堰和剩余污泥排出装置。其运行方式与t 型氧化沟相似，是t 型氧化沟的改进。 u n i t 啪 工艺的优缺点与t 型氧化沟相同，流程简洁，具有脱氮功能，但生物 除磷效果差，无需单独的二沉池和污泥回流，但容积利用率低，设备利用率低。其与 t 型氧化沟不同的是： 由于采用较多公用池壁，一体化程度高，加之采用鼓风曝气，池深可以大大增加， 因而占地特省，从而节约建设费用。 第三章工艺选择 边池常常由于表面负荷过高需要增加斜管，从而增大维护工作量。 f m s b r 法 m s b r 法是一种集成型序批式活性污泥法，其运行原理与a 2 o t 艺相同，也是通 过污水流经厌氧池、缺氧池和好氧池实现脱氮除磷，它的特点是将所有这些单元加上 污泥浓缩、回流和泥水分离集中在一个构筑物内，实现了高度的集成。 在工程实践上，通常将整个m s b r 设计成为一座矩形池，并分为不同单元，各单 元起着不同的作用。m s b r 系统实质上是a 2 o t 艺与s b r 系统串联而成，并集合t - - 者的优点，出水水质稳定高效，特别是对n 、p 去除效果较好，占地也较省，比较适 合中小规模的污水处理厂且出水水质要求较高的场合。其缺点是单组规模不宜过大， 污水厂规模较大时分组过多；自控系统复杂，运行管理麻烦：设备多，且多为进口、 专利设备、造价高。 3 4 比选工艺的确定 3 4 1 工艺选择原则及比选工艺 根据上面对目前常用的具有除磷脱氮功能的污水二级处理工艺所作的综述可以 看出，各种污水处理工艺都具有其适用性及优缺点。针对具体的进出水水质情况和当 地的具体情况，适用于北苑污水处理厂的工艺主要有以下要求： ( 1 ) e h 于本厂出水要求除磷脱氮，这就要求所选择的处理工艺脱氮除磷效率高， 且工程投资和运行费用较低。 ( 2 ) 管理简单、运行和控制稳定、维修方便。 ( 3 ) 尽量减少污水处理厂的占地面积。 根据上述要求，本工程推荐采用c a s t 工艺和由o t v 公司开发的a z e n i t - p 工 艺作为比选工艺。c a s t 工艺已如上述，下面对a z e n i t 工艺加以简单介绍。 3 4 2a z e nit 工艺介绍 a z e n i t 是用于污水处理的一种新工艺。由于曝气和缺氧的有机组合，此工艺能 在一个反应池内完成硝化和反硝化。a z e n i t - p 是a z e n i t 的发展，除了可以生物去 除碳和氮以外，通过在生物处理的前端设置的厌氧区还可以达到生物除磷的目的。 2 4 第三章工艺选择 ( 1 ) 工艺原理 a z e n i t - p 生物反应池平面示意图如下所示： 污泥 图3 4a z e n i t - p 生物反应池平面示意图 a a z e n i t - p 工艺氮的去除 生物处理是通过细菌和微生物的作用完成有机物的分解和生物体自身的合成，将 有机污染物转变成无害的气体产物( c 0 2 ) 、液体产物( 水) 以及富含有机物的固体产物 ( 微生物群体或称生物污泥) ；多余的生物污泥在沉淀池中经沉淀池固液分离，从净化 后的污水中除去。a z e n i t - p 是一种经济可靠的污水处理工艺，其基本的处理系统是 由反应池和沉淀池组合而成。沉淀池可以采用国内一般采用的辐流式沉淀池或平流式 沉淀池。 该工艺生物反应池采用圆形池体，混合液在池内呈环状循环流态。类似a o 工 艺原理，生物反应池内设置缺氧区和好氧区。曝气段( 好氧区) 不仅能使污水充分混 合，而且还能给细菌的生长提供必要的氧。进水中部分b o d 在缺氧区被氧化，因此， 第三章工艺选择 由于好氧区的有机负荷得以降低，相应所需氧的转移效率也降低。从工艺整体看，缺 氧稳定区可使曝气费用降低1 0 - 1 5 。 进水中的氨氮和有机物质使氨氮浓度在好氧区前端增加，通过曝气充氧发生硝化 作用使氨氮转化为硝酸盐氮。在缺氧区，活性污泥是在搅拌器的搅动下保持悬浮状态， 好氧区产生的硝酸盐可通过反硝化而降低。硝化和反硝化的容积是根据进水水质确定 的。好氧区泥龄应充分长，以确保较低污水温度下b o d 的去除和完全硝化。一般来 说，需要采用具有安全系数的相对保守的设计，以适应流量的日变化和季节的变化。 通过对运行模式和鼓风曝气区域的调节，好氧和缺氧区的容积可以轻易得到调 整，变化不同区域的停留时间和流量，其实是在变化硝化和反硝化相应的好氧区和缺 氧区的容积。好氧缺氧区的长度是基于好氧池的溶解氧监控器和氧化还原电位计的 基础上，通过曝气强度的调节来进行调整的。 b 磷的去除 当微生物到达好氧区，可利用氧将贮存的b o d 转化成二氧化碳、水及细胞物质。 此反应的一部分能量用于将溶液中的磷酸盐再生为细胞的聚磷酸盐。通过新细胞的生 长，溶液中磷酸盐的去除量大于先前溶解在厌氧区的磷酸盐的量，这样便可以达到磷 酸盐去除的目的。细胞内磷含量的变化也可以适应处理厂内不同的磷负荷。 为了维持稳态，磷作为剩余污泥中的固定生物物质而被去除。污泥中磷含量取决 于进水中b o d 和磷的含量以及产生的污泥量。 在a z e m t - p 工艺中，生物池内还设置了厌氧区。在厌氧区中，正磷酸盐在每个 完全混合阶段均是逐步增加的。最大的增加阶梯发生在第一阶段，b o d 浓度相应地 随着液体在厌氧区的流动而逐渐降低。生物体对b o d 的吸收量直接和正磷酸盐的释 放量有关，因为聚磷酸盐降解所释放的能量可以驱动正常状态下的好氧细菌吸收 b o d 。 ( 2 ) 主体工艺流程描述 预处理后的原水流经一接触区，使得进水和回流污泥混合在一起，这个第一阶段 能够选择非丝状菌种类。混合液将通过墙壁上的孔洞进入厌氧池，其中搅拌器可以避 免污泥的沉降。根据以上的原理，磷将释放在混合的水中。接着污水通过水下孔洞流 进可以同时硝化和反硝化的反应池中。在装有序批曝气控制系统的生物反应池中，含 碳物质被氧化，氮被去除。在有机负荷和充氧状态下，细菌得到生长，其中一些在好 第三章工艺选择 氧状态下发生硝化，另一些去除碳，在非充氧阶段发生反硝化。磷在好氧状态下被污 泥中的微生物物质所吸收，通过污泥循环池中的剩余污泥而排放。反应池中的生物浓 度通过澄清池中污泥的部分回流来维持。出水将进入脱气池，浮渣通过撇渣器流进渣 斗，经渣泵排出。接着处理水进入下一个阶段二沉池。 ( 3 ) a z e 】岍t 同a 2 o 工艺比较 a z e n i t - p i 艺是基于a 2 o i 艺的改进，它和传统的a 2 o 工艺的主要区别在于：