（环境工程专业论文）小规模污水处理工程的设计与实施.pdf

小规模污水处理工程的设计与实施 小规模污水处理工程的设计与实施 摘要 近几年，随着城市建设与发展的乡村化、生态化、小型化，建设中小规模的 污水处理设施对各种污、废水进行就地处理达标排放成为当前污水处理的发展趋 势，避免因大规模的集中排放而对受纳水体造成过大的生态负荷，同时亦有利于 废水的再生回用，便于基建投资的筹措，尤其是目前我国随城镇化发展不断涌现 的众多中小城镇，其污水的收集与排放具有明显的分散和小型化特点。 本论文在查阅和分析大量相关资料的基础上，以青岛港湾职业技术学院污 水、青岛港董家口港区矿石码头生活污水、青岛阜外心血管病医院污水处理工程 为例，对各工程的进水水质、出水要求、工艺选择、项目投资、运行效果等方面 进行了详细分析和比较论证，以期为类似的小规模污水处理工程方案选择提供参 考，研究结果具有较强的实用价值。 主要研究结论如下： l 、m b r 工艺整体所需费用较高，不适用于较落后和欠发达地区；但由于其 膜组件的高效截留作用，该工艺适用于对s s 和氨氮去除要求较高的场合。 2 、c a s s 工艺初期投资低，适用于资金较紧张的欠发达地区；同时由于其主 体反应在一个c a s s 池体中发生，该工艺适用于有远期规划的单位或地区；由于 其固定时序控制运行，因此对水质水量的大幅变化适应性较差，若水质、水量可 能有较大变化时，应根据实际水量设置足够容积的调节池或配备专职技术人员及 时对p l c 自控系统进行调整；固定的曝气时间和不同微生物之间的竞争导致硝化 细菌的生长受到影响，对氮的去除效果不甚理想，若在对脱氮要求较严格的场合 应用该工艺，则需要采取其他措施强化其脱氮效果。 3 、生物接触氧化法适用于对出水水质无特别要求的场合，但是该工艺的优 点就是投入运行后运行管控较简单，不需对运行管控人员进行专业培训。 4 、在港口等地下水位较高或地下水盐度较高的场合，不适合建设全地下构 筑物；所有污水处理工程设计中污水流向尽量实现重力自流。 关键词：小规模污水处理；c a s s 工艺：m b r 工艺；生物接触氧化工艺。 t h e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fs m a l l s c a l e s e w a g et r e a t m e n tw o r k s a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ev i l l a g eo fu r b a nc o n s t r u c t i o na n d d e v e l o p m e n t ，e c o l o g y , m i n i a t u r i z a t i o n ，a n dt h ec o n s t r u c t i o no fs m a l la n dm e d i u m s i z e ds e w a g et r e a t m e n t f a c i l i t i e so nav a r i e t yo fs e w a g ea n dw a s t e w a t e rs i t ut r e a t m e n td i s c h a r g es t a n d a r d s b e c o m et h ed e v e l o p m e n tt r e n do fs e w a g et r e a t m e n t ，t oa v o i dl a r g et h ec o n c e n t r a t i o n o fe m i s s i o n so ft h es c a l eo ft h ee c o l o g i c a ll o a do nt h er e c e i v i n gw a t e rb o d i e s ，a l s o h e l pt ow a s t e w a t e rr e c l a m a t i o na n dr e u s e ，t of a c i l i t a t et h ef i n a n c i n go fi n v e s t m e n ti n i n f r a s t r u c t u r e ，i np a r t i c u l a r , i se m e r g i n gi nc h i n aw i t ht h e d e v e l o p m e n t o f u r b a n i z a t i o n ，m a n ys m a l la n dm e d i u mt o w n s ，t h es e w a g ec o l l e c t i o na n de m i s s i o n d i s p e r s i o na n dm i n i a t u r i z a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s i nt h i st h e s i s ，a c c e s sa n da n a l y z el a r g ea m o u n t so fd a t ab a s e do nt h eq i n g d a o p o r tv o c a t i o n a la n dt e c h n i c a lc o l l e g es e w a g e ，t h e d o n g j i a k o uo r eh a r b o u rs e w a g eo f q i n g d a op o r t ，q i n g d a of u w a ih o s p i t a ls e w a g et r e a t m e n tw o r k sf o re x a m p l e ，t h e p r o g r e s so fe a c hp r o j e c tw a t e rq u a l i t y , w a t e rr e q u i r e m e n t s ，t e c h n o l o g ys e l e c t i o n ， p r o j e c ti n v e s t m e n t ，o p e r a t i n gr e s u l t sa n do t h e ra s p e c t so ft h ed e t a i l e da n a l y s i sa n d c o m p a r i s o no fa r g u m e n t a t i o n ，i no r d e rt oc h o o s et op r o v i d er e f e r e n c ef o rs i m i l a r s m a l l 。s c a l es e w a g et r e a t m e n tw o r k s p r o g r a m ，t h ef i n d i n g sh a v eb i gp r a c t i c a lv a l u e t h em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 、m b r p r o c e s so v e r a l lc o s ti sh i g h e r , d o e sn o ta p p l yt ot h em o r eb a c k w a r da n d l e s sd e v e l o p e dr e g i o n s ；h o w e v e r , d u et oi t se f f i c i e n tr e t e n t i o no ft h em e m b r a n e ，t h e p r o c e s sa p p l i e st ot h es sa n da m m o n i ar e m o v a lr e q u i r e m e n t so ft h eo c c a s i o n 2 、t h ei n i t i a li n v e s t m e n to fc a s sp r o c e s si s l o w , a p p l i e st i g h t e r c a p i t a l u n d e r d e v e l o p e da r e a s ；t h es a m et i m ea st h em a i nr e a c t i o no c c u r r e di nac a s sc e l l b o d y ，t h ep r o c e s si ss u i t a b l ef o rl o n g - t e r mp l a n n i n gu n i to rr e g i o n ；d u et oi t sf i x e d t i m i n gc o n t r o lo p e r a t i o n ，s op o o ra d a p t a b i l i t yo ft h es u b s t a n t i a lc h a n g e si nt h eq u a l i t y a n dq u a n t i t y , i fw a t e rq u a l i t y , q u a n t i t yh a dag r e a t e rc h a n g e ，i ts h o u l dm a k es o m e c h a n g ew h i c hb a s e d o nt h ea c t u a lq u a n t i t yo rw i t haf u l l - t i m et e c h n i c a ls t a f fa d j u s tt h e p l ca u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mt i m e l y ；f i x e da e r a t i o nt i m ea n dc o m p e t i t i o nb e t w e e n d i f f e r e n tm i c r o b i a lg r o w t ho fn i t r i f y i n gb a c t e r i aa r ea f f e c t e d ，t h er e m o v a lo f n i t r o g e n l l i sl e s st h a n i d e a l ，w h e r et h em o r es t r i n g e n t n i t r o g e nr e m o v a lr e q u i r e m e n t sf o r a p p l i c a t i o n sy o un e e dt ot a k eo t h e rm e a s u r e st os t r e n g t h e ni t sn i t r o g e nr e m o v a l 3 、b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o np r o c e s sc a nu s e df o rs o m e w h e r ew a t e rq u a l i t y d o e sn o th a v et h es p e c i a lr e q u i r e m e n t s ，b u tt h ea d v a n t a g e so ft h ep r o c e s si sw h e n i t p u ti n t oo p e r a t i o na f t e rt h er u ni sr e l a t i v e l ys i m p l et oc o n t r o lw i t h o u tp r o f e s s i o n a l t r a i n i n gr u n n i n gc o n t r o lp e r s o n n e l 4 、p o r t sa n do t h e rh i g hw a t e rt a b l eo rg r o u n d w a t e r s a l i n i t yh i g h e ro c c a s i o n s n o t s u i t a b l ef o rt h ec o n s t r u c t i o no ft h ew h o l e u n d e r g r o u n ds t r u c t u r e s ；i na l lt h es e w a g e t r e a t m e n te n g i n e e r i n gd e s i g n ，t h ef l o wo fs e w a g e s h o u l dm a k e e v e r ye f f o r tt oa c h i e v e g r a v i t yf l o w k e y w o r d s ：s m a l l - s c a l es e w a g et r e a t m e n t ；c a s sp r o c e s s ；t h em b r p r o c e s s ； b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o np r o c e s s 1 i i 小规模污水处理工程的设计与实施 1 1 课题背景 1 1 1 课题的目的及意义 第1 章绪论 近几年，随着我国经济的发展，城市化进程不断加快，2 0 1 2 年社会蓝皮书 ( 2 0 1 2 年中国社会形势分析与预测正式由中国社会科学院社会学研究所、社 会科学文献出版社联合发布，蓝皮书指出，2 0 1 1 年是中国城市化发展史上具有 里程碑意义的一年，城镇人口占总人口比重首次超过5 0 。随着城市建设与发展 的快速化、生态化和乡村化，建设中小规模的污水处理系统对各种污水、废水进 行就地处理最终达标排放或者中水回用，避免因各种污水的大规模集中排放而对 受纳水体造成过大的生态压力，同时也有利于废水的再生回用，分散建设，便于 基础建设资金的筹措，尤其是目前我国随城镇化发展不断涌现出众多中小城镇， 而且地区间发展存在一定的不平衡性，各地的污水的收集与排放具有明显的分散 和小型化特点，2 0 1 0 年，住建部就曾要求全国半数以上省( 区、市) 实现“县 县建成污水处理厂”，综上，中小规模的污水处理系统在相当长一个阶段内必 将不断迎来新的高峰。 有鉴于此，本课题拟结合青岛港集团港区内三座污水处理站建设、运行情况， 系统考虑施工难度、投资、不同出水要求和实际运行以来遇到的问题，就生物接 触氧化法、一体式m b r 法和c a s s 法进行分析比对，以期为类似小规模污水处理 工程的方案选择和建设提供参考。 1 1 2 青岛港集团污水处理现状 青岛港集团作为首批四家国家环境友好企业之一，环保工作始终作为全集团 的重要工作来抓，多年来，集团每年投入数千万元实施“蓝天、碧水、绿地”三 大环保工程，本着环境友好、资源节约的原则，污水处理方面，在集团各港区先 后建设了数座污水处理站对日常生产、生活废水及船舶油污水进行处理，并将处 理后的部分中水回用于码头堆场喷淋和路面冲洗等。目前黄岛新港区各单位生活 污水自行处理率均达到1 0 0 ，并大部分用于堆场码头的喷淋和路面清洗，青岛 小规模污水处理工程的设计与实施 老港区因码头建设年代久远，管网布设较复杂，且紧邻海泊河污水处理厂，故生 活污水直接排入市政管网，进入污水处理厂进行处理。 本论文拟引用的工程实例为：青岛港湾职业技术学院污水处理扩建工程( 处 理后污水直接排放，该扩建工程需要考虑到山东省半岛流域水污染物综合排放 标准的分段执行 最终因功能区调整等原因，执行标准按照环评报告执行污 水综合排放一级标准 ) 、青岛港董家口港区矿石码头生活污水处理工程( 处理 后出水用于矿石堆场的喷淋抑尘、路面冲洗等，出水水质参照执行城市污水再 生利用城市杂用水水质( g b t 1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) ) 、青岛阜外心血管病医院污水处理 改造工程( 处理后废水排入市政管网，出水水质需达到山东省地方标准医疗污 染物排放标准( d b 3 7 5 9 6 2 0 0 6 ) 三级排放标准) 。 1 2 工艺简介及国内外研究和应用现状 1 2 1 生物接触氧化法 1 2 1 1 工艺简介 生物接触氧化法是从生物膜法衍生出来的一种废水生物处理法，即将填料装 于生物接触氧化池内，利用在填料上附着的生物膜和由鼓风机供应充分的氧气， 通过活性微生物的氧化作用，将废水中的有机物氧化分解，最终达到净化废水的 目的，达标排放。在可生化条件下，不论应用于工业废水还是生活污水、养殖废 水的处理，都取得了良好的经济效益心1 。 生物接触氧化法就是用生物膜吸附废水中的有机物，在有氧的条件下( 鼓风 机曝气) ，有机物被微生物氧化分解，废水得到净化，其净化废水的基本原理与 普通生物膜法相同，基本流程图见图卜1 。 图卜l 生物接触氧化法工艺流程 生物接触氧化池中，生物膜主要由丝状菌、菌胶团、原生动物、真菌和后生 动物等组成。在活性污泥法中，丝状菌是影响正常生物净化作用的主要因素，而 2 小规模污水处理工程的设计与实施 在生物接触氧化池中，丝状菌在填料空隙间呈立体结构排布，大大增加了生物膜 与废水的接触表面积，同时由于丝状菌对多数有机物具有较强的氧化能力，对水 质负荷变化的适应性也较强，所以是改善净化能力的有力因素口1 。 活性污泥中微生物的培养是生物接触氧化法的核心，而填料是微生物生长的 有效载体，因此填料的选择会直接影响污水处理的效果和经济合理性。性能良好 的填料应当具备生物膜分布均匀、空隙率较大不易堵塞、较大的比表面积、水流 阻力小等优点。选用适当的填料以增加生物膜与废水的接触表面积是提高生物膜 净化废水能力的重要措施。一般采用蜂窝状填料，4 | 。 1 2 1 2 国内外研究和应用现状 1 9 世纪末，德国最早把生物接触氧化法用于废水处理工程，但是由于当时工 业水平发展较低，没有适当的填料，因此该法未能得到广泛应用陆1 。2 0 世纪7 0 年代初，由日本小岛贞男开发的“管式接触氧化 ，根据河流自净作用设计了蜂 窝管式接触填料，这种填料的比表面积大、孔隙率高，强度大，重量轻，脱膜比 较容易。但是，在实际使用中填料也经常会产生不同程度的堵塞，影响了最终的 处理效果。 8 0 年代日本政府将接触氧化法列入在小型污水处理中首先推荐采用的处理 工艺。1 9 8 8 年3 月，又在原有基础上提出了分离式接触氧化工艺( 见图卜2 ) 和 厌氧一接触氧化工艺( 见图卜3 ) ，使之能进一步适应除氮和减少污泥生成量的 要求。同时曝气方式也由在填料侧面曝气，逐步发展到填料下的全面曝气( 目前 的主流曝气方式) ，进一步提高了氧的利用率，促进了生物膜表面的传质效率， 以及生物膜脱落后的更新速度，减少了生物膜管式蜂窝内的堵塞现象瞄，6 1 。 图1 - 2 分离式接触氧化工艺 3 出水 小规模污水处理工程的设计与实施 出扣 图1 - 3 厌氧一接触氧化工艺 随着此工艺传入国内，8 0 年代初，上海石油化工总厂环保研究所等单位先 后研制了维纶纤维填料( 或称软性填料) ，实践表明阳3 ，软性填料质轻、比表面 积大、易于加工与安装，但是软性填料的纤维易与生物膜粘结在一起产生结球现 象，使其比表面积大为减少，同时软性填料中的水流流态并不理想，影响了氧气 的利用效率。因此，又陆续出现了半软性填料、组合填料( 中间为半软性，边缘 为软性纤维丝) 、聚丙烯丝立体弹性填料等，该工艺的发展就是调整软性填料与 刚性填料的最优组合，其处理效果最终取决于生物膜量与膜的活性。 目前，具有代表性的几种填料有软性填料、半软性填料、组合式填料和弹性 立体填料四种( 大多采用悬挂式) 。其中软性填料的理论比表面积大阳1 ，挂膜容 易，且具有造价低、组装方便的优点，出水c o d 和b o d 去除率达8 0 以上，但当 废水浓度过高或水中悬浮物较大时，填料丝会发生结团现象，从而大大减少了实 际利用的比表面积，或因发生断丝、中心绳断裂等情况而影响填料的使用寿命， 削弱其优势；半软性填料，具有较强的再行布水布气能力，挂膜脱膜效果较好， 不堵塞，c o d 和b o d 去除率在7 0 - 8 0 ，但其理论比表面积较小，且造价偏高；组 合式填料是将软性、半软性填料总结设计而成的，填料外部是软性纤维束，中央 是半软性材料，主要起支撑作用，因此，组合式填料综合了软性填料比表面积大、 挂膜容易和半软性填料不易结团、气泡切割性能好的优点，其处理能力比软性填 料和半软性填料都要好，在正常水力负荷条件下，c o d 去除率为7 0 一8 5 ，b o d 去除率为8 0 一9 0 ；弹性立体填料，其丝条呈交叉辐射立体状态，具有一定的柔 性和刚性，回弹复位性好，使用寿命长，布水布气性能良好，氧传递系数高，挂 膜脱膜容易，比表面积大，不堵塞，可满足大型工程的需要。 生物膜法的处理效果取决于填料上的生物膜量和生物活性。卢保中等田3 从充 氧特性、挂膜性能方面对上述4 种填料进行了比较研究，结果表明，由于填料本 身的性能，尤其是材质和结构方面的差异，不同类型的填料对充氧性能的影响有 4 小规模污水处理工程的设计与实施 明显的差异。与无填料的空白试验比较，半软性填料的总传递系数提高了8 2 、 弹性立体填料提高了8 5 、组合填料提高2 2 ，而软性填料则较之下降了4 。从 充氧效果考虑，具有一定硬度的细条状直通型结构填料比较理想，它能提高充氧 效率，从而降低能耗。从接种阶段挂膜速度来看，软性填料和组合填料因能有效 附着接种污泥而挂膜速度快，挂膜量取决于填料的有效比表面积的大小，组合填 料挂膜量大，弹性立体填料和软性纤维填料次之。 1 2 2c a s s 工艺 1 2 2 1 工艺简介 循环式活性污泥法( c a s s 工艺) 的整个工艺为一间歇式反应器，在此反应 器中交替进行曝气、非曝气过程并不断重复，该法是将变容积活性污泥法与生物 选择器原理的有机结合，具有同步脱氮除磷功能，因此，它是s b r 及i c e a s 工艺 的一种更新变型。c a s s 工艺的平均出水水质为：b o d 。 l o m g l ，s s l o m g l ，t n 5 m g l ，t p l m g l 吐 c a s s 基本结构是：在序批式活性污泥法( s b r ) 的基础上，反应池沿水流流 向( 池长) 方向设计为两大部分，包括前部分的生物选择区( 也称为预反应区) 和后部分的主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自动滗水装置。整个工艺 的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法 的二沉池和污泥回流系统，同时可实现连续进水，间断排水。 c a s s 工作原理：以一定时间序列完成各阶段的运行，其中由进水一曝气、 进水一泥水分离( 沉淀过程) 、上清液排出和进水一闲置等四个阶段并组成一个 运行周期。各运行阶段的运行方式可根据进水水质和处理要求进行调整，如无反 应充水( 即进水时既不反应也不曝气) 、无曝气充水混合、充水曝气及进水沉淀 等，一个周期结束后，重复上一个周期的运行并由此循环。循环过程中，反应器 内的水位随进水而由设计的初始最低水位逐渐上升到最高设计水位，因而运行过 程中其实际运行容积式逐渐增加的n 1 1 4 1 ( 即变容积运行) ，c a s s 工艺循环操作过 程见图4 一l 。 5 不 沉淀结束，挂拯珏始 d j 开启h 关闭 图卜4c a s s 工艺的循环操作过程 ( 1 ) 进水一曝气阶段。边进水边曝气，同时将主反应器区的污泥回流至生 物选择器，污泥回流比约为2 0 。 ( 2 ) 进水一沉淀阶段。停止曝气，静置沉淀使泥水分离。当混合液的污泥 浓度为3 5 0 0 m g l - - 5 0 0 0 m g l ，沉淀后污泥可达1 5 0 0 0 m g l 左右。c a s s 工艺在沉淀 阶段不仅不停止进水，而且污泥回流也不停止。 6 小规模污水处理工程的设计与实施 ( 3 ) 上清液排出。此阶段反应器停止进水。滗水时由浮球式水位监测仪自 动控制滗水器的升降，排水结束后滗水器自动复位。 ( 4 ) 进水一闲置阶段。实际滗水时间往往比设计时间短，其剩余时间闲置 时间用以恢复污泥的吸附能力。滗水和闲置期间，污泥回流正常进水。c a s s 工 艺的运行就是上述4 个阶段依次进行并不断循环重复的过程。 1 2 2 2 国内外研究和应用现状 国际上，1 9 6 9 年g o r o n s z y 教授以连续进水间歇运行的氧化沟工艺为基础对 可变容积活性污泥法进行新的研究和开发工作，并于1 9 7 5 年将“连续进水间歇 运行”的工艺方法在矩形鼓风曝气池中进行应用，1 9 7 8 年又结合“活性污泥基 质积累再生理论”，根据污泥负荷与基质去除的相关实验结果以及污泥呼吸速率 与其组成之间的关系n2 | ，将生物选择器与s b r 工艺进行结合，成功地开发出了 c a s s 工艺，1 9 8 4 年和1 9 8 9 年分别在美国和加拿大取得循环式活性污泥法工艺 ( c a s s ) 的专利。 该工艺自动化程度要求较高，其关键部位在于滗水器和自动控制器( p l c ) 等设备的选择和调节，国内虽已有此类定型产品，但是其质量和可靠程度与国外 同类产品相比具有较大的差距。与其他s b r 工艺一样，c a s s 工艺更多地依靠设 备、仪表、仪器来实现其功能，我国曾将滗水器的开发列为科技攻关项目。p l c 技术在国内应用的技术关键主要是进一步完善工艺设计方法及研究其设计的有 关参数，同时提高自动控制装置的可靠性及运行和操作管理人员的素质n 引。 为减少投资风险，起初大部分为中小型规模水厂，随着曼谷市污水处理厂二 期工程的建设，标志着c a s s 工艺的应用取得了重要的进展。泰国曼谷市处理规模 为2 0 1 0 4 m 3 d 的y a n n a w a 污水处理厂一期工程建于1 9 9 9 年，其服务人口当量为 5 0 1 0 4 ( 一期) - 1 0 0 1 0 4 ( 二期) ，最终设计处理规模为2 0 0 1 0 4 3 m d ( 2 0 2 0 年) 。 一期工程总投资1 8 亿美元，占地约2 3 h m 2 ，为世界上规模最大、多层结构( 四 层) 的c a s s 污水处理厂。该厂的处理出水水质为：b o d 。2 0 m g l ，s s 3 0 m g l ， t k n i o m g l ，n h 。一n l o m g l ，p 一 2 m g l 。表卜1 所列为国外主要的c a s s 工艺 在城市污水处理中的应用及工艺情况n 。 7 小规模污水处理工程的设计与实施 表1 - 1国外主要的c a s s 工艺处理城市污水的应用情况 1 2 3 一体式m b r 工艺 1 2 3 1 工艺简介 m b r 又称膜生物反应器( m e m b r a n eb io r e a c t o r ) ，它是膜分离技术和生物 反应过程的有机结合，因其以膜技术的高效分离作用取代传统活性污泥法中的二 沉池，所以可以实现传统工艺所无法比拟的泥水分离和污泥浓缩效果，通过膜对 废水中s s 、有机物、病原菌和病毒的高效截留作用，大大提高了出水水质，通 常情况下，其处理出水无需进行消毒即可达到相关的卫生标准n 1 1 6 1 。 一体式m b r 工艺亦称之为浸没式m b r 、s m b r ，该运行方式是将膜放置于生物 反应器内部，曝气装置设置在膜组件的正下方，其具体构成见图1 - 5 。原水进入 生物反应器后，在曝气装置的充分供氧和气流的搅拌混合作用下，废水中的有机 底物在高浓度的混合活性污泥的作用下得到氧化分解，处理后的废水经抽水泵的 负压提升，通过膜的高效分离作用，而使混合液中的非溶解性物质截留在混合液 中，净化水则通过膜而成为最终处理出水n 5 ，1 7 1 。 8 小规模污水处理工程的设计与实拖 曝气 生水 刁 水位线 膜 组 觚件 生物反应器 出水 抽水泵 图卜5 一体式m b r 反应器组成 该工艺作为城市污水深度处理从而实现城市污水的再生回用具有十分广阔 的应用前景，但也存在一定的制约因素： ( 1 ) 膜组件造价高，从而导致其基建投资高于传统的工艺； ( 2 ) 一般膜的通量相对较低，容易发生膜污染且污染后不易清洗； ( 3 ) 因 i b r 泥水分离过程必须保证一定的驱动压力且其混合液污泥浓度高， 要保证足够的传氧速率，均需加大曝气强度，因此该工艺运行能耗要比传统工艺 高。 1 2 3 2 国内外研究和应用现状 m b r 废水生物处理技术由美国于2 0 世纪6 0 年代研究开发。1 9 6 6 年，美国的 d o r r - o li v e r 公司首先将m b r 用于废水处理的研究，1 9 6 9 年b u d d 等开发和应用 的分离式m b r 技术获得了美国专利，但由于当时膜生产技术的限制，膜的使用寿 命短、通水能力低，价格昂贵，而难以投入实际应用。进入2 0 世纪7 0 年代后， 鉴于水和土地资源的日益紧张，日本开始重视膜分离技术在废水处理和中水回用 中的应用，并组织大学、研究院和企业等开始了全面的研究，使m b r 技术开始进 入实用阶段。于此同时，美国开发的好氧分离式m b r 处理城市污水的试验取得了 较满意的结果。进入2 0 世纪8 0 年代后期，随着膜制造技术的发展以及膜分离工 艺的不断完善，m b r 技术开始在废水处理领域受到广泛重视，并得到快速推广应 用1 8 邝1 。 我国有关m b r 工艺的研究开始于2 0 世纪9 0 年代初期，虽然起步较晚，但发 9 小规模污水处理工程的设计与实施 展十分迅速。1 9 9 1 年开始对日本等国家的m b r 工艺研究和应用情况进行引进， 1 9 9 3 年前后许多高校和科研机构相继开展了该工艺的研究。1 9 9 5 年，国家科技 部资助天津大学进行了对该工艺的研究，并成功开发了厌氧一好氧m b r 工艺，取 得了一系列研究成果，并为该工艺的进一步研究和生产性实用化打下了良好的基 础。于此同时，各科研单位、高校对不同类型的膜、不同的m b r 运行方式及其处 理不同废水的效能和运行控制进行了研究，m b r 的处理对象由城市污水生活污 水的处理扩展到石化废水、高浓度有机废水、食品废水、啤酒废水、印染废水等， 其工艺形式由活性污泥法拓展到接触氧化法，由好氧工艺发展至厌氧工艺，有力 地促进了该工艺的产业化n9 | 。 目前，全世界已有超过6 0 0 套m b r 系统投入实际运行，正在设计建设之中的 亦为数众多。日本是世界上应用m b r 工艺发展最快的国家之一，其应用m b r 工艺 的污水处理厂占全球的7 0 以上，其余主要分布在欧洲和北美等发达国家，所应 用的m b r 工艺中，9 8 以上以好氧方式运行，而其中5 5 以上为一体化型式。大 部分应用m b r 工艺的城市污水处理厂的处理能力小于4 0 0 m 3 d ，但近几年来，处 理能力为5 0 0 0 2 0 0 0 0 m 3 d 的m b r 污水处理厂的数量已在逐年增加。表1 - 2 所列 为部分欧洲国家的s m b r 研究数据n h 批2 1 | 。 表1 - 2 部分欧洲国家的s m b r 研究数据n 木截留分子量；木：i c 以t k n 计。 1 0 小规模污水处理工程的设计与实施 第2 章青岛港湾职业技术学院污水处理扩建工程分析 2 1 工程项目简介 青岛港湾职业技术学院是隶属于青岛港集团的一所全日制高等院校，校区排 放出一定量生活污水，学院从黄岛区迁至胶南市现址，配套建设污水处理设施处 理能力为5 0 0 m 3 d ，随着学院规模的迅速扩大，污水排放量已远超出现有设施的 处理能力。该污水如不加处理直接排放将会对周边水体造成污染，恶化环境，危 害人体健康。 2 0 0 8 年7 月份，青岛港集团对该工程进行原址扩建，建设成处理能力为 l0 0 0 m 3 d 的污水处理站，以满足学院污水处理需求。 2 2 工程项目实施 2 2 1 进水水质 根据胶南市环境监测站对该项目的验收监测报告，本工程进水水质见表2 1 。 表2 - 1 进水水质特征 2 2 2 出水要求 现阶段，该校区周边尚无城市管网，处理后污水直接排放，因此执行直排标 准。山东省半岛流域水污染物综合排放标准( d b 3 7 6 7 6 2 0 0 7 ) 要求：第二类 污染物最高允许排放浓度标准分为二个时段。流域内除城镇污水处理厂外所有向 该区域直接排放污水的单位，于2 0 0 7 年1 0 月1 日起执行表2 时段的标准，2 0 1 0 年1 月1 日起执行表3 时段标准。 该项目原有污水处理设施建成于2 0 0 7 年初，执行标准为表2 时段的标准， 改造工程规划于2 0 0 8 年，建成验收后即要求达到表3 时段标准( 具体指标见表 2 2 ) ，因此考虑以新带老的原则，要求扩建工程综合考虑整体排水水质达到表3 一级排放标准。 小规模污水处理工程的设计与实施 表2 - 2 山东省半岛流域水污染物综合排放标准不同时段标准 2 2 3 处理工艺 污水处理工艺的选择直接关系到污水处理厂建设投资、运行成本的高低，污 水处理厂出水水质、运行管理是否方便可靠。根据现场实际情况和使用单位的意 见，本项目工艺的选择宗旨是：采用占地少，投资省( 不需对原有构筑物进行大 面积破坏) ，有利于长期运行管理。考虑现有构筑物，综合分析已有资料和新标 准的实施，为减少运行费用，便于维护管理，对该项目核心部分采用“c a s s + 过 滤”的处理工艺，生化系统采用c a s s 工艺具备脱氮除磷功能，在生化系统后增 加过滤系统，确保达标排放。 l 网j 污水 图2 1 处理工艺示意图 工艺简介：生活污水中大量的悬浮物需在处理前截留，故进入污水站的废水 需经格栅截留较大悬浮物后方能进入调节池，废水在此进行均和水质、调节水量。 废水在c a s s 池通过微生物的共同作用使难生化的有机物得到分解，c a s s 工艺对 污染物质降解是一个时间上的推流过程，集反应、沉淀、排水于一体，是一个好 氧一缺氧一厌氧交替运行的过程，具有一定脱氮除磷功能，最后达标排放。c a s s 池产生的污泥一部分回流进入调节池，进入回流的目的主要有提高生化处置单元 的泥龄，同时对污泥进行稳定化。剩余污泥排入污泥浓缩池，定期与化粪池污泥 外运处置。 1 2 小规模污水处理工程的设计与实施 2 2 4 构筑物和设备简介 本工程为改造工程，工艺设计实施过程中均需充分考虑利用到现有构筑物， 实际实施内容如下： ( 1 ) 格栅池( 原有) 建于化粪池与调节池之间，截留杂物，纤维等固体杂物，防止进入后续工段， 堵塞水泵和确保其他设施正常运行。 格栅井尺寸：4 x 0 6 x 4 5 m 配套设备： 格栅：人工格栅栅宽5 0 0 m m ，栅间距l o m m1 个，渠深4 5 m 。 格栅：机械格栅x g s 5 0 0 、栅间距3 m m 各1 个，渠深4 5 m ，1 1 k w 。 新增提升水泵一台，提升泵：型号w q l 0 0 8 5 5 ，流量l o o m 3 h ，扬程8 米， 功率5 5 k w ，数量1 台，配耦合装置、液位自控。 ( 2 ) 预曝气调节池( 原有改造) 结构尺寸：1 5 8 5 m 总容积：6 0 0 m 3 配套设备： 搅拌系统：1 套 提升泵：型号w q l 0 0 8 5 5 ，流量l o o m 3 h ，扬程8 米，功率5 5 k s ，数量2 台，1 用1 备，配耦合装置、液位自控。新增1 台提升泵，总共3 台，2 用1 备。 ( 3 ) c a s s 池( 扩建：原有8 0 0m 3 ，新增总容积1 0 0 0 m 3 ) 新增配套设备： 曝气装置：5 0 0 套；组合填料：2 0 0m 3 罗茨鼓风机：型号g r b - 1 2 5 a ，风量：1 3 m 3 m i n 、风压：0 5 5 k g 、1 8 5 k w 。原 有2 台，1 用1 备。新增1 台鼓风机，总共3 台，2 用1 备。 ( 4 ) 中间水池( 新增) 收集生化处理出水，以利于后续过滤的处理。 结构尺寸：2 0 5 3 5 m 有效容积：3 0 0 m 3 配套设备：过滤提升泵两台( 一用一备) ，型号w q 4 5 3 0 7 5 。 1 3 小规模污水处理工程的设计与实旅 ( 5 ) 过滤系统( 新增) 采用活性炭及石英砂滤料，降低c o d 和悬浮物浓度。 结构尺寸：由1 8 2 2 m 滤速：l o m s ( 6 ) 污泥池( 原有) 储存剩余污泥，上清液回流进入调节池，防止二次污染。 结构尺寸：4 3 5 m 配套设备： 排泥泵：型号w q i o - i o - o 7 5 ，数量l 台。 ( 7 ) 机房( 新增) 提供操作，安置设备、配电等设备的场所。 房内设备：鼓风机、电控柜等。 2 2 5 项目投资 ( 1 ) 占地面积 经核算，本工程建成后( 处理规模达到l0 0 0 m 3 d ) 一、二期各主体构筑物主 要是格栅井、预曝气调节池、污泥池、c a s s 池、集水池以及设备机房等，占地 面积约为5 5 0 m 2 。其中设备机房及配电系统设于池体顶面。 ( 2 ) 设备材料 该工程设备配备情况见表2 3 ( 为方便比较，设备配备按照一、二期整体设 备配备情况计算) 。 表2 - 3 港湾学院污水处理工程设备配备情况 1 4 小规模污水处理工程的设计与实施 ( 3 ) 运行成本 本工程运行成本分析包括电费、设备维修和保养、人工费等，设备维修和保 养为常规运行费用，该污水处理站管理人员由校工兼职，故仅对运行电费进行核 算，该项目运行电费见表2 4 。 表2 4 港湾学院污水处理站耗电情况 本工程装机总功率8 9 8 5 k w ，实际运行功率5 7 6 5 k w ，每天实际运行电量 8 9 1 4 k w h ，电费按0 8 元k w h 计，则吨水电费0 7 2 元。 2 3 运行现状 该工程建设完成后经系统调试，胶南市环境监测站于2 0 1 0 年8 月份对本工 程进行验收监测，监测数据见表2 - 5 。 表2 5 港湾学院污水处理工程进出水水质特征 由上表数据可知，排污口排水n h 。一n ( 1 0 8 m g 1 ) 超山东省半岛流域水污 染物综合排放标准( d b 3 7 6 7 6 2 0 0 7 ) 表3 一级标准( 1 0 m g 1 ) ，b o d 监测数据 ( 1 9 m g 1 ) 也与标准限值( 2 0 m g 1 ) 非常接近，经多次调试效果仍不理想。 随着周边地区的发展，港湾学院周边整体规划建设大学城，配套建设城市管 网，因此，经与环保部门沟通，将学院生活污水处理后排入市政管网，执行标准 参照该学院环境影响评价报告调整至污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 一级 标准，指标见表2 6 。 表2 - 6 污水综合排放标准主要污染物一级指标 1 5 小规模污水处理工程的设计与实施 该工程交付青岛港湾职业技术学院使用，经一年多的运行，出水水质达标排 放，2 0 1 1 年日常运行数据见表2 7 。 表2 72 0 11 年港院污水处理运行记录 2 0 1 1 0 1 0 3 2 0 1 1 0 2 2 1 2 0 1 1 0 3 0 7 2 0 11 0 4 0 4 2 0 1 1 0 5 0 9 2 0 1 1 0 6 0 6 2 0 1 1 0 9 0 5 2 0 1 1 1 0 1 0 2 0 1 1 1 1 0 7 2 0 1 1 1 2 0 5 2 l7 1 82 7 1 2 2 1 97 2 32 39 2 2 17 2 5 2 51 2 6 2 17 0 92 4 1 2 9 1 7 7 2 02 17 7 1 57 1 92 0 8 4 1 87 2 22 29 2 1 77 2 42 39 9 1 97 3 52 61 1 2 1 97 0 82 91 2 6 1 6 8 5 7 7 5 1 4 3 5 4 4 5 4 4 5 5 5 5 5 5 小规模污水处理工程的设计与实施 第3 章青岛港董家口港区矿石码头生活污水处理工程分析 3 1 工程项目简介 青岛港董家口港区是青岛港集团除青岛老港区、前湾新港区、黄岛油港区之 外开发建设的第四大港区。为贯彻执行环境保护“三同时”制度，落实青岛港董 家口港区4 0 万吨矿石码头环境影响评价报告书中的环境保护措施，保护海域环 境，在董家口4 0 万吨矿石码头配套建设生活污水污水处理系统。 该系统位于生活辅建区，用于辅建区及变电所等工作人员的生活污水处理， 本项目为全地下式生活污水处理系统。污水处理能力为2 0 0 m 3 d 。 3 2 工程项目实施 3 2 1 进水水质 该污水处理工程建设之时，董家口矿石码头正在建设中，管网配套尚不完善， 因此该污水处理工程尚无实际进水，根据相关设计手册及设计规范，进水水质主 要特征近似值见表3 1 。 表3 1 进水水质特征 3 2 2 出水要求 该污水处理站为青岛港董家口4 0 万吨矿石码头配套工程，处理后水用于矿 石堆场的喷淋抑尘、路面冲洗等，因此执行标准参照城市污水再生利用城市 杂用水水质( g b t1 8 9 2 0 - 2 0 0 2 ) 中城市绿化水质的要求，具体指标要求见表 3 2 。 表3 2 该工程出水水质要求 1 7 小规模污水处理工程的设计与实施 3 2 3 处理工艺