（环境工程专业论文）城市污水处理工艺方案的层次分析和工程设计实践.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 工艺方案选择是城市污水处理厂建设中最重要的步骤之一，它对城市污水处 理厂的投资费用、运行费用、出水效果、操作管理等起着决定性作用。但是，在 我国在当前城市污水处理厂可行性研究中，由于还没有形成一整套工艺选择的评 判方法，在方案比较和选择时主要凭概算得到的费用和方案设计人员对各工艺方 案的主观认识进行，因此存在较大的主观随意性。 本文引入了层次分析法( a h p ) 和模糊数学的灰色关联分析法，并对各评价 指标应用了权重的概念，建立了城市污水处理厂的工艺方案选择的优化模型。其 与现行的城市污水处理厂可行性分析中以经济数据为主的方案选择相比，更能客 观地反映系统要素的全面影响，使评价结果更为科学合理，为污染源控制方案的 优化选择提供了较好的科学依据。一般方案的评价指标有定量和定性两种指标， 灰色关联的多目标决策模型就是通过把定性指标量化，并与定量指标相结合，应 用特定的数学方法得到混合型的量化标度一综合关联度u ，由u 值的大小来评判 方案的优劣，因而具有一定的科学性与实用价值。 本文采用该优化模型应用子成都市第二污水处理厂的工艺方案优化选择中， 工艺成熟度、基建费用和处理费用的权重最大，操作管理和出水稳定性次之，占 地面积和除磷脱氮的权重最小；优化选择结果是缺氧，好氧法为最优方案，厌氧好 氧法为次优方案。 本文还对城市污水处理厂设计中一些问题进行了讨论。应充分重视实际运行 中进水量和进水浓度偏低对实际运行造成的影响，合理考虑水量和水质处理要求 的分期。城市污水处理厂的一级处理中，应充分认识到设置细格栅的重要性；旋 流式沉砂池越来越多地在城市污水处理厂中得到应用；普通活性污泥法处理系统 应考虑沉淀池是否需要设置；德国提出二沉池设计中的种新设计方法，克服了 目前常用的经验取值法所带来的人为因素的影响。 本文对于城市污水处理厂的工艺方案选择和设计仅供参考。 关键诃：层次分析法，优化模型，工艺方案选择，工艺设计，城市污水处理厂 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t c o m p a r a s i o na n ds e l e c t i o no fp r o c e s ss c h e m ei so n eo f m o s ti m p o r t a n ts t a g e si n t h ec o n s t r u c to fu r b a nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，w h i c hd e c i d e si n v e s t m e n t c o s t ， r u n n i n gc o s t ，e f f l u e n tq u a l i t y , o p e r a t i o ns u p e r v i s i o na n ds oo n i nt h ef a c t ，b e c a u s eo f n of o r m i n ga c o m p l e t es e to f e v a l u a t i o nm e t h o d ，c o s to f b u d g e te s t i m a t ea n ds u b j e c t i v e k n o wo fd e s i g n e ra r ec r u c i a lf a c t o r so fe l e c t i o no fp r o c e s ss c h e m ei nt h ef e a s i b i l i t y s t u d yo f o u rc o u n t r y b yi n d u c t i n ga n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a s p ) ，g r e yr e l a t i n a la n a l y t i c a lm e t h o d o f f u z z y m a t h m a t i c sa n dd e f i n i t i o no f w e i g h t ，a no p t i m i z e d e v a l u a t i o nm o d e l o f p l a n n i n go f u r b a nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n ti se s t a b l i s h e d c o m p a r i n gw i t hc u r r e n t s e l e c t i o no f p r o c e s ss c h e m ew h i c h i sd e c i d e db ye c o n o m i cd a t d ，t h em o d e lc a nr e f l e c t o b j e c t l yc o m p l e t e i n f l u e n c eo fs y s t e mf a c t o r sa n dm a k ee v a l u a t i o nr e s u l tm o r e r e a s o n a b l e ，w h i c ho f f e rb e a e rs c i e n t i f i cr e f e r e n c ef o rs e l e c t i o no fc o r t r o ls c h e m eo f p o l l u t i o ns o u r c e c o m m o n l y , e v a l u a t i n gi n d i c a t o r so f s c h e m ei n c l u d eq u a n t i t a t i v ea n d q u a l i t a t i v ei n d i c a t o r , t h em u l t i p l eo b j e c t i v e sd e c i s i o n - m a k i n gs c r e e n i n gm o d e la r r i v e da t t h eh y b r i d t y p eq u a n t i f i c a t i o ni n d i c a t o r - s y n t h e s i sr e l a t i o n a ll e v e lub y m a k i n gq u a l i t a t i v e i n d i c a t o rq u a n t i f i e da n di n t e g r a t i n gt w ok i n do fi n d i c a t o r st h es i z eo fbd e c i d e dt h a t t h es c h e m ew a sg o o do rb a d ，s os e l e c t i o no f p r o c e s ss c h e m ew a sm o r es c i e n t i f i ca n d p r a c t i c a l t h em o d e lw a sa p p l i e dt o c o m p a r a s i o n a n ds e l e c t i o no fp r o c e s ss c h e m eo f c h e n g d o u2 n du r b a nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t t h el e v e lo f a d u l td e g r e eo f p r o c e s s ， c a p i t a lc o s ta n d t r e a m e n tc o s tw a s b i g g e r t h a nt h a to f o p e r a t i o ns u p e r v i s i o na n de f f l u e n t s t a l l i t y , a n dt h el e v e lo f f l o o rs p a c ea n dr e m o v a lo f n a n dpw a st h es m a l l e s t t h er e s u l t o fo p t i m i z e ds e l e c t i o nw a sa sf o l l o w s ：a o p r o c e s s w a st h eb e s t s c h e m e ，a n d a n a e r o b i c o x i cp r o c e s sw a ss e c o n d s o m eq u e s t i o n si nt h e d e s i g n o fu r b a nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t p l a n t a l s ow e r e d i s c u s s e d t h ee f f e c to fl o wi n f l o wq u a n t i t ya n dc o n c e n t r a t i o no np r a c t i c a lr u n n i n g s h o u l db ee m p h a s i z e d i np r i m a r yt r e a t m e n to fu r b a nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，t h e s e t u po f t h i nb a rs c r e e nw a si m p o r t a n t , a n dv o r t e xd e s i l t i n gb a s i nw a s a p p l i e di nm o r eu r b a n w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tw h e t h e rp r e l i m i n a r ys e d i m e n t a t i o n st a n kw a ss e tn e e dt ob e c o n s i d e r e di nt r a d i t i o n a la c t i v a t e ds l u d g et r e a m e n ts y s t e m ；g e r m a np u tf o r w a r dan e w m e t h o da b o u td e s i g no fs e c o n ds e d i m e n t a t i o nt a n k ，w h i c ho v e r c o m es o m ee f f e c to f 重庆大学硕士学位论文英文摘要 s u b j e c t i v ef a c t o r t h ep a p e rw i l l p r o v i d er e f e r e n c et o s e l e c t i o na n dd e s i g no fp r o c e s ss c h e m eo f u r b a nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t k e y b o a r d ：址皿o p t i m i z e dm o d e l ，s e l e c t i o no fp r o c e s ss c h e m e ，p r o c e s sd e s i g n ，u r b a n w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t 重庆大学硕士学位论文1 概述 1概述 1 1 城市污水处理现状 我国从7 0 年代提出“环境保护是我国的基本国策”后，兴建了一批污水处理没 旌和城市污水处理厂，特别是在改革开放以来，在工业废水治理和城市污水处理 方面取得了一些进展。据1 9 9 5 年统计，在全国6 4 3 座城市中，已经投入数百亿元 资金建成了大中型城市污水处理厂1 6 7 座，其中包括像天津市纪庄子污水处理厂、 天津市东郊污水处理厂、北京市高碑店污水处理厂、上海市苏州河污水截流工程 等国内外知名的特大型城市污水治理项目。这些污水治理项目已经在水体污染、 改善水体环境方面发挥了突出的作用，并推动了我国城市污水处理技术的发展和 积累了大量的建设管理经验。但是这些进展与我国社会经济发展的速度相比还很 不适应，与环境治理发达国家相比还有很大差距。目前，在全国6 8 4 个城市中我 国仅有2 0 0 余座在建和建成的城市污水处理厂，并且集中在8 0 多个城市中，全国 大约还有6 0 0 个城市没有城市污水处理厂，全国城市污水处理率目前仅达到2 0 左右，这一状况与国家提出“至2 0 0 0 年使水环境污染不断恶化的趋势得到控制， 至2 0 1 0 年使总体环境质量得到改善”的发展目标是不相称的。根据建设部、国家 环境保护总局、科技部2 0 0 0 年5 月发布的城市污水处理及防治技术政策规定， 到2 0 1 0 年，全国设市城市和建制镇的污水处理率不低于5 0 ，设市城市污水处 理率不低于6 0 ，重点城市污水处理率不低于7 0 。而我国的污水处理现状与 这政策要求还有很大的距离。全国城市污水处理情况见表l 俐。 表1 1 全国城市污水处理情况表 年度变化 1 9 7 81 9 9 11 9 9 62 0 0 02 0 1 0 污水排放总量( 亿m 3 a ) 2 9 93 5 34 0 25 1 4 污水平均增长率( ) 3 33325 污水处理总量( 万m 3 a ) - 1 9 45 3 82 7 5 35 6 4 0 污水处理率( ) 245 62 54 0 污水厂投资( 亿元) 3 5 54 9 0 污水厂数量( 座) 3 51 3 41 8 7数百座 1 1 1 城市污水处理设施的建设与发展 2 j 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 重庆大学硕士学位论文l 概述 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 。其中生活污水量占半，其余包括石油、化t 、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 市污水处理设旖的兴建。我国第一座大型城市污水处理，一一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，城市污水处理设旌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l 1 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86 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、石家庄桥茜、广州大坦沙、无锡芦村、济南等大中型城市污水处理，一) ，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 95 8 亿元， 日处理规模3 7 1 7 万m3 ；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 20 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，二级处理率约为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15 0 亿元。但目前绝大多数小城镇尚未建污水处理设施。 1 1 2 城市污水处理工艺技术现状与发展趋势【2 j 工艺技术现状 我国现有城市污水处理厂8 0 以上采用的是活性污泥法，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。 “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 2 重庆大学硕士学位论文1 概述 处理新技术、污水再生利用新技术和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、新设备被引进到我国，a b 法、氧化沟法、a 0 工艺、a 0 工艺、s b r 法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能。国外一些先进、高效的 污水处理专用设备也进人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，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 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。应用较多的有舆 贝尔氧化沟工艺，由我国自行设计、全套设各国产化，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 氧化沟工艺处理城市污水也较多。 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 工艺等。 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 ) 及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 ) 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 o 、a a o 等工艺，并已开始在实际工程中应用。 如天津东郊污水处理厂、北京清河污水处理厂等。 从工程规模上看，一批大型污水处理厂的相继建成投产标志着我国污水处理 事业发展到一个崭新的阶段。如：我国2 0 世纪最大的污水处理厂高碑店污水处理 厂，处理规模1 0 0 万m 3 ，d ；目前全国最大的城市污水处理厂上海竹园污水处理厂 正在设计之中，其规模为1 7 0 万m 3 d 。 发展趋势 目前我国新建及在建的城市污水处理厂所采用的工艺中，各种类型的活性污 泥法仍为主流，占9 0 以上，其余则为一级处理、强化一级处理、生物膜法及与 重庆大学硕士学位论文l 概述 其他处理工艺相结合的自然生态净化法等污水处理工艺技术。 从国情出发，我国城市污水处理发展趋势： 1 ) 氮、磷营养物质的去除仍为重点也是难点； 2 ) 工业废水治理开始转向全过程控制： 3 ) 单独分散处理转为城市污水集中处理： 4 ) 水质控制指标越来越严： 5 ) 由单纯工艺技术研究转向工艺、设备、工程的综合集成与产业化及经济、 政策、标准的综合性研究： 6 ) 污水再生利用提上日程： 7 ) 中小城镇污永污染与治理问题开始受到重视。 1 2 研究课题的提出及研究内容 1 2 1 研究课题的提出 城市污水处理投资大，运行费用高。为了降低投资和运行成本，因地制宜地 进行工艺方案( 主要是生物处理方案) t l 较是必要的。长期以来，污水处理工艺系统 的设计方案均采用传统的单体设计方法来获得。工程设计人员通常是根据工程经 验或直觉判断，在设计规范指导下拟定有限的备选设计方案，然后在其中通过经 济指标核算并筛选出认为技术合理、经济可行的最终设计方案。但是，这种工艺 方案比较往往不够科学，有的对工艺已有倾向和爱好，先人为主，对倾向的工艺 只说优点，对不赞成的工艺强调缺点；有的把小型试验数据与别的已上工程的工 艺相比较；有的是将处理b o d 5 为主的工艺与处理b o d 5 同时进行脱氮除磷的工艺 相比较。实际已运行的不少污水处理厂，其出水水质较好与其进水水量和水质远 未达到设计指标有关，各厂情况不同，不可简单地比较出水指标；有的投资包括 厂外工程费用( 如道路、电负荷增容等) ；有的投资包括征地费用( 丽此费用在各地 出入很大) ；有的工程建设投资低，运行费用高；有的工程建设投资高，运行费用 低；有的工艺处理污水的投资低，而污泥量较多增加了污泥的处理成本。因此， 对工艺方案的比较力求客观全面，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 3 。 本课题采用成熟先进的层次分析法( m 诤) 和灰色理论建立城市污水处理厂 工艺方案选择的优化模型，减少了方案选择中个人主观作用的影响，对城市污水 处理厂工艺方案选择有一定的参考意义。 1 2 2 研究内容 本课题包括以下几个内容： 4 重庆大学硕士学位论文1 概述 城市污水处理厂工艺选择 1 ) 城市污水处理厂主要工艺及其适应性 2 ) 城市污水处理厂的工艺选择 3 ) 采用层次分析法( a i - i p ) 和灰色理论建立工艺选择的优化模型 城市污水处理厂的设计 1 ) 城市污水处理厂的设计的一些问题 2 ) 城市污水处理厂一级处理构筑物的选择和设计 实例分析：成都市第二污水处理厂工艺方案选择 霞庆大学硕士学位论文2 城市污水处理厂工艺选择 2 城市污水处理厂工艺选择 随着我国社会和经济的高速发展，环境问题日益突出，尤其是城市水环境的 恶化，加剧了水资源的短缺。已经成为城市可持续发展的严重制约因素。近年来， 国家和地方政府非常重视污水处理事业，正以前所未有的速度推进城市污水处理 工程的建没，有数百座污水处理厂正在工程设计和建设中，预计到2 0 l o 年，我国 要新建城市污水处理厂一千余座，污水厂的投资将达1 8 0 0 亿元。在这一进程中， 城市污水处理工艺的优化选择，将是工程界面临的首要问题。 2 1 城市污水处理厂工艺选择的原则【4 】 城市污水处理厂工艺选择的关键原则可概括为四个字“技术合理。主要内涵 包括： 指标先进 这里主要指具备高效的处理效果达到或优于国家标准规定的处理水质指标。 这是污水处理最重要的目标。也是污水处理厂产品的质量要求。在必要的场合， 应该充分考虑氮、磷等营养物的去除效率，这对保护水环境和污水的再生利用有 着重要意义。 经济节能 节省工程投资是城市污水处理厂建设的重要前提，合理确定处理标准。选择 简捷紧凑的处理工艺，尽可能地减少占地，力求降低地基处理和土建造价。同时， 必须充分考虑节省电耗和药耗，把运行费用减至最低。对于我国现有的经济承受 能力来说，这一点尤为重要。较低的经济指标同样是先进性的重要体现。 成熟可靠 合理把握工艺先进性和成熟性( 可靠性) 的辨证关系，一方面，应当重视技 术经济指标的先进性。同时必须充分考虑适合中国的国情和工程的性质。城市污 水处理工程不同于一般点源治理项目，它作为城市基础设旖工程，具有规模大、 投资高的特点，且是百年大计，应该确保百分之百的成功。工艺的选择必须注重 成熟性和可靠性。因此，强调技术的合理，而不是简单地提倡技术先进。必须把 技术的风险降到最小程度。在最近颁布的城市污水处理的技术政策中规定“对在 国内首次应用的新工艺，必须经过中试和生产性试验，提供可靠设计参数后再进 行应用。”也是强调了可靠性原则。 易于管理 城市污水处理是我国的新兴行业，专业人才相对缺乏。在工艺选择过程中， 6 重庆大学硕士学位论文2 城市污水处理厂工艺选择 必须充分考虑到我国现有的运行管理水平，尽可能做到设备简单，维护方便。适 当采用可靠实用的自动化技术。应特别注重工艺本身对永质变化的适应性及处理 出水的稳定性。某些工艺尽管技术经济指标先进，但对运行管理有过分精细的要 求，或完全依赖于全自动化运行，在现阶段可能并不适应国情，尤其难以适用于 中小城镇。 事实上，任何一种工艺总是有利有弊，关键在于适用性如何，在工程实践中， 应该具体情况具体分析，因地制宜，综合比较，取长补短，做出较为优化的选择。 2 2 城市污水处理厂主要工艺及其适用性1 4 】 城市污水的主要污染物是有机物，因此目前国内外大多采用生物法。也有采 用化学法的，但这种工艺的去除率不高，出水达不到国家规定的标准，只适用于某 些特定的对出水水质要求不高的地方。 在生物法中，有活性污泥法和生物滤池两大类，生物滤池的处理效率不高， 卫生条件较差，我国只有少数几座生物滤池城市污水处理厂，而活性污泥法占绝 大多数。活性污泥法有很多种型式，使用最广泛的主要有四类：传统活性污泥工 艺和其改进型# d o 、a a o 工艺，a b 工艺，s b r 及其改进工艺，氧化沟及 其改进工艺。下面简要介绍这四类工艺，对一些新的改进型工艺作比较详尽的介 绍。 2 2 1 传统活性污泥工艺和其改进型a o 、o 工艺 传统活性污泥法是应用最早的工艺，它去除有机物的效率很高，在处理过程 中产生的污泥采用厌氧消化方式进行稳定处理，对消除污水和污泥的污染很有效， 而且能耗和运行费用都比较低，因而得到广泛应用。但是它对氮磷的去除效果不 高。近2 0 年来，水体富营养化的危害越来越严重，去除氮、磷列入了污水处理的目 标，于是出现了活性污泥法的改进型a o 法和a m o 法。a o 法有两种，一种是用 于除磷的厌氧一好氧工艺，一种是用于脱氦的缺氧一好氧工艺；a a o 法则是既 脱氮又除磷的工艺【6 q 1 6 3 】。 a o 工艺 这种工艺对于大型活性污泥法污水厂来说，处理效果较稳定，且实现了脱氮 或除磷的耳标，能耗和运营费也较低，但处理单元多，管理较复杂，且不能同步 脱氮和除磷。用于除磷的a o 工艺的最主要特征是高负荷运行、泥龄短、水力停 留时间短。用于脱氯的a o 工艺的负荷很低，泥龄长、水力停留时间长。 m a o 工艺 对于有除磷脱氮要求的城市污水处理厂，传统上往往考虑首选a a o 工艺。 a a o 工艺根据活性污泥微生物在完成硝化、反硝化以及生物除磷过程对环境条 7 重庆大学硕士学位论文2 城市污水处理厂工艺选择 件要求的不同，在不同的池子区域分别设置厌氧区、缺氧区和好氧区。a a o 工 艺应用较为广泛，历史较长，已积累有定的设计和运行经验，通过精心的控制 和调节，一般可以获得较好的除磷脱氮效果，出水水质较稳定，在国内外大中型 城市污水处理厂常有采用。但a a o 工艺也有一定的缺点，主要表现为：需分别 设置污泥回流系统和内回流系统，尤其是内回流系统，根据脱氮的要求设计回流 比。而且内回流的控制较复杂，对管理的要求较高。 针对上述不足，改良的a a o 工艺、uc t 工艺、倒置的a a o 工艺及多点 进水的a m o 工艺等不断出现，在一定程度上或在某一方面使运行效果有所改善。 尽管这类工艺流程较长，控制较复杂，投资略高，但相对成熟可靠，处理效 果稳定，一般适用于较大规模，具有较高运行管理水平的城市污水处理厂。 2 2 2 a b 法工艺 a b 法工艺由德国b b o h n k e 教授首先开发。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2 0 4 0 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b o d 达5 0 以上。b 段与常规活性污泥法相似，负荷较低，泥龄较长。 a b 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，a b 法具有很好的适用性，并有较高的节能效 益。尤其在污泥处理采用消化和沼气利用工艺时。优势最为明显畔l 。 但是，a b 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 将增加一定的投资和费用。另外，由于a 段去除了较多的b o d ，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。a b 法工艺对运行管理有较高的要求，尤其是污泥厌氧消化和沼气利用部 分，目前国内成功运行的不多。 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。一般适用于排海和暂时对水质要求不高的场合。 总体而言，a b 法工艺较适合于污水浓度高、具有污泥消化等后续处理设施的 大中规模的城市污水处理厂，有明显的节能效果。对于有脱氮要求的城市污水处 理厂，一般不宜采用。 2 - 2 3s b r 及其改进工艺 s b r 工艺早在2 0 世纪初已有应用，由于人工管理的困难和烦琐未能推广应用。 此法集进水、曝气、沉淀、滗水、闲置功能在一个池子中完成。一般由多个池子 构成一组，各池工作状态轮流变换，单池由撇水器间歇出水，故又称为序批式活 性污泥法。 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 8 重庆大学硕士学位论文 2 城市污水处理厂上艺选择 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。s b r 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。四川巴中污水厂就是这种工艺。但是它的脱氮 除磷效果不够稳定，如要求脱氮除磷，需做一些改进。 s b r 经过不断演变和改良，又产生或同期发展为i c e a s 、c a s s 和c a s t 等 以及i a t d a t 工艺和u n i t a n k 工艺，进一步增强了除磷脱氮效果或降低r 设备 闲置率。随着自动化技术的发展和p l c 控制系统的普及化，s b r 类工艺的工程应 用又进人了一个新的时代。 但是，s b r 类工艺毕竟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，一般须引进部分关键设备。由于一池有多种功 能，相关设备在一段时间内不得己而闲置，曝气头的数量和鼓风机装机功率必须 增大。另外，由于撇水深度通常有1 2 2 m ，出水的水位必须按最低撇水位设计， 加之撇水器本身水头损失较高，故总的提升扬程较其他工艺要高，水力能耗略有 增加。 对于中小规模、可以引进部分关键设备、具有一定管理水平的城市污水厂， 改进的s b r 不失为一种优选工艺，可以发挥节省用地、提高出水后指标的优势。 i c e a s 工艺 i c e a s ( i n t e r m i t t e n tc y c l i ce x t e n d e da e r a t i o n s y s t e m ) i 艺的全称为间歇循环延 时曝气活性污泥工艺。它于2 0 世纪8 0 年代初在澳大利亚兴起，是s b r 的改良工 艺。 i c e a s 与传统的s b r 相比，最大的特点是：在反应器的进水端增加了个预 反应区，运行方式为连续进水( 沉淀期和排水期仍保持进水) ，间歇排水，没有明显 的反应阶段和闲置阶段。这种系统在处理市政污水和工业废水方面比传统的s b r 系统费用更省、管理更方便。但是由于进水贯穿于整个运行周期的每个阶段，沉 淀期进水在主反应区底部造成水力紊动而影响泥水分离时间，因而，进水量受到 了一定限制。通常水力停留时间较长。已用在昆明第三、第四污水厂。它可以脱 氮除磷，但效果不够理想。 c a s s ( c a s t ，c a s p ) 工艺 c a s s ( c y c l i ca c t i a v a t e ds l u d g es y a e m ) 或c a s t ( t e c h n o l o g y ) 或c a s p ( p r o c e s s ) 工艺是一种循环式活性污泥法。该工艺的前身为i c e a s 工艺，由g o r o n s z y 开发并 在美国和加拿大获得专利。 与i c e a s 工艺相比，预反应区容积较小，是设计更加优化合理的生物反应器。 该工艺将主反应区中部分剩余污泥回流至选择器中，在运作方式上沉淀阶段不进 水，使排水的稳定性得到保障。 9 重庆大学硕士学位论文2 城市污水处理厂工艺选择 c a s s 工艺适用于含有较多工业废水的城市污水及要求脱氮除磷的处理。它的 脱氮除磷效果好，防止污泥膨胀的性能好，目前深圳、天津和云南的一些污水处 理厂都采用此种工艺。 d a t 叫a t 工艺 d a t i a t 工艺是利用单一s b r 池实现连续运行的新型工艺，介于传统活性 污泥法与舆型的s b r 工艺之间，是连续曝气和间歇曝气相结合的工艺，既有传统 活性污泥法的连续性和高效性，又具有s b r 法的灵活性，适用于水质水量大的情 况。 d a t i a t 工艺主体构筑物由需氧池( d a t ) 春in 歇曝气池o a t ) 组成，一般情况 下d a t 连续进水，连续曝气，其出水进入i a t ，在此可完成曝气、沉淀、滗水和 排出剩余污泥工序，是s b r 的又一变型。已用于天津开发区污水处理厂。它的脱 氮除磷功能一般，需增加设施才能提高脱氮除磷效率。 u n i t a n k 工艺 u n i t a n k 工艺般由一矩形池子组成，内分三格，三格在水力上是连通的。 池子外侧二格即第一格和第三格交替作为曝气池和沉淀池，第二格始终作为曝气 池。在每一格池子中设置曝气装置，可以为表面曝气设备，也可以是鼓风曝气系 统。在第一格和第三格中另需设置周边出水堰( 所需堰长如同传统二沉池) 。由于受 池子沉淀功能( 即需要一定的池子表面积) 的制约，一般一组u n i t a n k 工艺的处理 能力在2 0 0 0 0 m d 左右。 u n i t a n k 工艺采用矩形池形式，不需另设沉淀池，故布置紧凑，节省占地。 在设备方面，省去了刮泥桥和污泥回流系统，采用固定堰槽出水，避免了撇水器 造成的水位损失和机械故障。采用微孔曝气时有一定的节能效果。因此，u n i t a n k 作为一种新工艺在国内开始推广应用。如，上海石洞口污水处理厂( 4 0 万m 3 d ) 、 石家庄开发区污水处理厂( 8 万m 3 d ) 等均采用这一工艺，目前正在建设之中。 按照一分为二的观点，该工艺可能存在有以下不足： 从工艺机理方面分析，该工艺实际上是一个无污泥回流的连续流活性污泥法 系统，污水从池子第一格朝第三格方向流动时，将把大量污泥带入到第三格中。 在污水处理的主体部分即第一格和第二格中的污泥量逐渐减少浓度的降低意味着 整个系统不能充分地利用池子中的活性污泥( 系统中至少约有1 ，3 以上污泥不能有 效利用) ，与此同时，大量活性污泥将被水流挟带至第三格中，将直接导致沉淀池 中污泥泥面的上升，有可能使出水水质变差。当出现峰值流量时，这种缺陷则更 为突出，大量污泥将迅速转移至作为沉淀池的池子中去。 由于u n i t a n k 工艺中，当第一格或第三格作为沉淀池功能时，其池子构造 并不专门为二沉池功能所设计，故系统并不在一个较佳的水力条件下进行泥水分 l o 重庆大学硕士学位论文2 城市污水处理厂工艺选择 离。而且污泥泥面在池子底部的分布是不均匀的，靠入流侧的污泥泥面将显著地 提高，污泥颗粒容易随出水流出系统。 在设备方面，i j l m t a n k 虽通过固定堰槽出水，但在曝气阶段堰槽内存有混合 液，排水前必须先进行冲洗，增加了相应设备，另外，该工艺管道系统布置较为 复杂，且需要大量的电动进水阀门、电动空气阀门( 当采用鼓风曝气时) 以及剩余污 泥阀门。该系统完全依赖于自动控制运行，对管理维护的要求较高，也存在着设 备闲置问题，一次性设备投资有所增加。 该工艺可以将生物处理和沉淀系统合为一体，布置紧凑，节省占地。在用地 十分紧缺或必须室内布置情况下，适宜采用该工艺。 m s b r 工艺【” m s b r 即改良型m s b r ( m o d i f i e d m s b r ) ，其工艺经过不断改进和发展已成为 s b r 的第三代技术。m s b r 系统实质是由a a d o 工艺与s b r 系统串联而成，不需 要初沉池和二沉池，又能在反应器全充满并在恒定液位下连续进水运行。采用单 池多格方式，结合了传统活性污泥法和s b r 技术的优点【4 。j ，还省去了多池工艺 所需要的更多的连接管、泵和阀门。 m s b r 是一种可连续进水、高效的污水处理工艺，且简单，容积小，单池。 易于实现计算机自动控制。在较低的投资和运行费用下，能有效地去除含高浓度 b o d 、t s s 、氮和磷的污水。系统在低h r t 、低m l s s 和低温情况下，具有优异 的处理能力。深圳市盐田污水处理厂采用了m s b r 工艺，其工艺设计方案及配套、搜 各均由美国a u q a 公司提供。深圳市盐田污水处理厂近期处理规模为1 2 万m 3 d ， 远期规模为2 0 万m 3 d ，污水性质为城市污水。 2 2 4 氧化沟及其改进工艺 氧化沟是活性污泥法的一种变型，在水力流态上不同于传统活性污泥法，是 一种首尾相接的循环流，通常采用延时曝气，在污水净化的同时污泥得到稳定。 它不设初沉池和污泥消化池，处理设施大大简化。氧化沟具有传统活性污泥法的 优点，去除有机物的效率很高，也具有脱氮的功能。如果在沟前增设厌氧池，还可 同时除磷。氧化沟这种高效、简单的特点，使它在中小型城市污水处理厂中得到广 泛应用。 氧化沟工艺大体上可以分为四类： 交替工作式氧化沟 交替工作式氧化沟是指在一沟或多沟中按时间顺序在空间上对氧化沟的曝气 操作和沉淀操作作出调整换位，以取得最佳的或要求的处理效果。其特点是，氧化 沟曝气、沉淀交替轮作，不设二沉池，不需污泥回流装置。基本类型有：a 、d 、 v r 和t 型四种。 重庆大学硕士学位论文2 城市污水处理厂工艺选择 a 型氧化沟是单沟交替工作式氧化沟，主要用于b o d 的去除和硝化，且限于 较小的处理场合应用，规模不超过2 0 0 0 人口当量，各个工作时段持续时间的长短， 取决于污水间歇排放的周期。 d 型氧化沟为双沟交替工作式氧化沟，一般由池容完全相同的两个氧化沟组 成，两沟串联交替地作为曝气池和沉淀池，主要也是用于b o d 的去除和硝化。d 型系统出水水质十分稳定，处理能力在1 5 0 0 2 0 0 0 0 人口当量之间，但曝气转刷 的实际利用率较低( 仅3 75 ) 是该系统的最大特点。 v r 型氧化沟也是单沟交替工作式氧化沟，主要也是用于b o d 的去除及硝化， 其特点是将氧化沟分成容积基本相等的两部分，利用定时改变曝气转刷的旋转方 向，来改变沟内水流方向，使两部分氧化沟交替地作为曝气区和沉淀区，不设二 沉池，不需设污泥回流装置。v r 型系统操作简便，机械设备少，出水水质稳定良 好，其转刷实际利用率可达到7 5 。 t 型氧化沟为三沟交替工作式氧化沟系统。该系统由3 个等容量的氧化沟组 建在一起作为一个单元运行，3 个氧化沟之间相互双双连通，两侧氧化沟起曝气和 沉淀双重作用，中间的氧化沟始终进行曝气，不设二沉池及污泥回流装置，具有 去除b o d 及硝化脱氮的功能。其转刷实际利用率可达到5 83 ，在此基础上加以 改进，可得到一种称之为动态顺序沉淀的d s s 型系统，其转刷的实际利用率可达 7 0 。这种氧化沟具有s b r 工艺的特点，也可算是s b r 的一种类型，它的脱氮除磷 效果不稳定，如果要求脱氮除磷，需增加一些设施。 我国河北省邯郸市利用丹麦政府赠款建成了一座三沟交替工作式氧化沟城市 污水处理厂，总设计规模为1 0 万o d ，工业废水和生活污水各占5 0 。一期处理 量为6 6 万m j d 。 卡鲁塞尔氧化沟工艺 卡鲁塞尔氧化沟是一种单沟式环形氧化沟，在氧化沟的顶端设有垂直表面曝 气机，兼有供氧和推流搅拌作用。污水在沟道内转折巡回流动，处于完全混合形 态，有机物不断氧化得以去除。该氧化沟一般设有独立的沉淀池和污泥回流系统。 卡鲁塞尔氧化沟具备一般氧化沟的共同优点，工艺流程简单，抗冲击负荷能 力较强，出水水质较稳定，其独特之处在于单台曝气设备功率大，数量较少，投 资较省，维护点相对较少，更易于维护。目前我国的中山、淮南、黄岩等城市及 北京顺义区均采用这一工艺，规模在8 万m 3 d 左右，其中，中山市的污水处理厂 已经投人运行。 对此工艺的不足之处作如下分析： 由于表曝机数量少，沟内混合液自由流程很长，由紊流导致的流速不均有可 能引起污泥沉淀，影响运行效果。难以避免供氧和搅拌的矛盾，尤其在进水水质 重庆大学硕士学位论文2 城市污水处理厂工艺选择 较淡的工况下，为节能须降低表曝机的转速，但会急剧减弱搅拌能力，无疑雪上 加霜，导致严重沉淀，淤积污泥。 对于大中容积的氧化沟，水深不宜超过35 米，否则应增设水下推进器，投资 和成本会有所增加。单沟氧化沟平均溶解氧宜维持在2 m g l 左右，加之单点供氧 强度