（环境工程专业论文）钱塘江流域城市污水处理厂工程费用分析和方案优化.pdf

摘要 本文对钱塘江流域各城镇的排水现状和规划进行了调查和分析。同时根据 城市污水各种处理工艺在国内的最新应用，结合该流域的具体情况，通过参照 国内有关研究和文献而建立的灰色关联多目标决策模型，对选择的三沟式氧化 沟、s b r 法、a 2 o 法和a b 法四种城市污水处理工艺进行方案间优化，并以最 优工艺方案估算整个钱塘江流域规划至2 0 1 0 年建成的城市污水处理厂工程的费 用。最后对整个流域的城市污水处理厂工程进行了费用效益分析。 研究结果表明： 1 流域县级以上城市排水体制老城区现状基本为合流制，规划期内大多建 成截流式合流制；新建城区全部建成分流制。重要工业集镇的排水系统建设相 对较为落后。流域城镇污水处理厂的建设严重滞后，重要工业集镇都未对城镇 污水处理厂进行规划。 2 至2 0 1 0 年，流域县级以上城市污水年排放量可达2 0 9 2 亿m 3 ；城市污 水处理厂将达到4 3 座，处理能力达4 9 4 1 6 万m 3 d ，占排放污水量的8 6 3 。 3 在流域城市污水处理厂工艺选择中，工艺技术、总费用、占地面积、操 作管理、出水稳定性和除磷脱氮6 项评价指标的权重分别为：0 3 2 6 9 、o 3 2 6 9 、 0 0 6 3 9 、0 1 1 6 5 、0 1 0 1 9 、0 0 6 3 9 。方案优化结果，中、高浓度四种工艺的优先 顺序为： s b r 法 a b 法 三沟式氧化沟 a 2 o 法 4 1 9 9 8 - 2 0 1 0 年，整个流域城市污水厂工程建设共需投资9 8 6 8 亿元。污 水处理厂工程建成后，年经营费为9 4 7 亿元，其年净效益为3 7 7 7 亿元。流域 城市污水处理厂工程的效益费用比为2 9 6 ：1 。1 一 、7 关键词：城市污水处理厂，费用效益分析，方案优化，多目标决策模型：灰色 关联y 钱塘江流域q a b s t r a c t p r e s e n ts t a t ea n dp l a n n i n go fc i t y a n dt o w n s d r a i n a g ei nt h eq i a n t a n g i i a n g b a s i nh a sb e e ni n v e s t i g a t e da n da n a l y s e d i nt h em e a n t i m e ，a c c o r d i n g t ol a t e s t a p p l i c a t i o no fv a r i o u sm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g i e s a n dc o m b i n e d w i t l lt h e p r a c t i c a l c o n d i t i o ni nt h eb a s i n ，f o u rm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t t e c h n o l o g i e sw h i c h a l et r i p l ed i t c h ，s b r ( s e q u e n c eb a t c hr e a c t e r ) ，a z l o ( a n a e r o b i c a n o x i c o x i c ) a n da b ( a d s o r p t i o nb i o - d e g r a d a t i o n ) a r es e l e c t e d t h e n ，t h e f o u r t e c h n o l o g i e sa r eo p t i m i z e dw i t hm u l t i - o b j e c td e c i s i o n - m a k i n gm o d e lg r o u n d e do n g r e ya l i g n m e n tt e c h n o l o g y a f t e rt h a t ，b yt h eo p t i m i z e dt e c h n o l o g y , e n g i n e e r i n gc o s t o fa l lm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t sb u i l tf r o m1 9 9 8t o2 0 1 0i nt h eb a s i ni s c a l c u l a t e da n dc o s t - b e n e f i ta n a l y s i si sc o n d u c t e d t h e s t u d ys h o w s ： 1 i nt h eq i a n t a n g j i a n gb a s i n ，d r a i n a g es y s t e m si nt h eo l dd i s t r i c to ft h ec i t i e s a r er e c o m b i n i n gp r i m a r i l y , a n dw i l lb ei m p r o v e dt oi n t e r c e p tr e c o m b i n i n gs y s t e m d u r i n gt h ep l a n n i n g ；a n di nt h en e w d i s t r i c ta l la r ed i s t r i b u t a r y o n l yt w oo ft h ec i t i e s h a v eh a daf e w m u n i c i p a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t s c o n s t r u c t i o na n dd e v e l o p m e n t o f t h ed r a i n a g es y s t e mi nt h ei m p o r t a n ti n d u s t r i a lm a r k e tt o w n sh a sf e l lb e h i n d g r e a t l y a n dn om u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t p l a n t sh a v eb e e np r o g r a m e d 2 i n2 0 1 0 ，y e a r d i s p l a c e m e n to f w a s t e w a t e r i nt h ec i t i e so f t h eb a s i nm a yb eu p t o2 0 9 2 1 0 9 m 3 ：t h e r ew i l jh a v e4 3p l a n tw h i c ht r e a t m e n ta b i l i t yr e a c ht o4 9 4 1 6 1 泸m 3 d t a k i n gu p 8 6 3 o f g r o s sd i s p l a c e m e m 3 t h es i xa s s e s s m e n ti n d e xo nm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yi s g r a do fm a t u r i t yo ft e c h n o l o g y , g r o s sc o s t ，o c c u p i e dl a n dm o r e o rl i t t l e ，o p e r a t i o na n d m a n a g e m e n t ，s t a b i l i t yo fo u t - f l o w , a n dt h er e m o v i n gr a t eo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r t h e i rw e i g h ta r ea sf o l l o w s ： w = 【o 3 2 6 9 0 3 2 6 90 0 6 3 90 i 1 6 5o 1 0 1 9 0 0 6 3 9 】 a st h er e s u l to f o p t i m i z a t i o n ，t h e p r i o r i t yo f t h ef o u rt e c h n o l o g i e si s ： s b r a b t r i p l e d i t c h a 2 o 4 f r o m1 9 9 8t o2 0 1 0 ，9 8 6 8b i l l i o ny u a ni na l ln e e dt ob ei n v e s t e di nd e v e l o p i n gp r o j e c to fm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t si nt h eb a s i n w h e nc o m p l e t e d ， i t sy e a rm r m i n gc o s ti s0 9 4 7b i l l i o ny u a na n dp v n bi s3 7 7 7b i l l i o ny u a n t h e r a t i o o fb e n e f i ta n dc o s ta b o u tt h ep r o j e c ti s2 9 6 ：1 k e y w o r d s ：c o s t b e n e f i ta n a l y s i s ，p l a no p t i m i z a t i o n ，m u l t i o b j e c t d e c i s i o n - m a k i n g m o d e l ，g r e ya l i g n m e n t , m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，q i a n t a n g j i a n gb a s i n 浙江人学坝i 学位论史钱塘江流域城市污水处理jt 程费用分析和方案优化 第1 章前言 钱塘江是浙江省的母亲河，保护好母亲河，是钱塘江流域乃至浙江省可持 续发展的重要基础。 随着流域工业经济的快速发展，水环境污染问题已r 益突出。在浙江省科 委的领导下，由浙江省环科院主持丌展了钱塘江流域水污染综合防治对策研究。 该课题的目的是：通过研究钱塘江各主要城市和地区社会经济发展对钱塘江水 系水环境质量的影响，制定保证该地区社会经济可持续发展的水污染综合防治 对策，为环境立法、环境管理和污染控制提供依据，为政府和主管部门领导决 策提供依据，以改善钱塘江的水环境质量，保护钱塘江水资源，协调该地区环 境保护和社会经济发展的关系。 城市污水处理厂工程费用分析和方案优化是钱塘江流域综合防治对策研究 的一个重要组成部分。城市是工业集中和人口稠密的地区，污水排放量大，污 染物浓度高，成分复杂，对流域水体的影响很大。目前，由于流域城市排水系 统和城市污水厂的建设较为落后，大量污水直排城市周围水体，已造成城市周 围水体的严重污染，有的城市周围水体的水质已经是超v 类水体，逐渐成为当 地经济进一步发展的制约因素。 本课题研究的对象主要为钱塘江流域县级以上城市。通过对这些城市排水 现状和规划的调查，确定至2 0 1 0 年流域城市污水排放量和污水处理量；选择四 种城市污水二级处理工艺方案，确定方案的评价指标和指标权重，建立方案优 化决策模型，对四种工艺方案进行优化选择；以最优方案的费用分析数据为基 础，根据2 0 1 0 年钱塘江流域污水处理量，编制城市污水处理厂工程费用估算表， 并对其进行费用一效益分析。 浙江人学坝l 学位论文钱塘江流域城市污童丝些j 。! 塑垫旦坌堑竺塑墨些些 2 1 引言 第2 章文献综述 水是城市生存和发展的命脉。防治水污染，保护水资源，是当今世界性的 问题，更是我国城镇普遍面临的当务之急。城市污水是城市附近水环境的主要 污染源，是城市内生活污水与工业废水的混合物，其性质因城市规模、气候条 件、排水体制，特别是城市中工业的多少和性质、工业废水预处理程度等因素 而各异。城市污水量大，因而城市污水处理厂工程有投资大、运行费用高等特 点。随着城镇居民生活水平的提高，对生活环境质量的要求也越来越高，如何 根据当地的水质水量特点，在众多城市污水处理工艺中选择既能满足较高的排 放标准，又能降低投资和运行费用的工艺方案，是一个重要的应用性课题。 2 2 城市污水处理工艺概述 综合国内外资料，根据对处理出水的要求不同，城市污水处理工艺流程1 分为一级、二级处理和三级处理。三级处理也称为深度处理1 3 l ”，主要为实现污 水的回用而设置的。 2 - 2 - 1 一级处理 城市污水一级处理工艺主要去除漂浮物、砂粒和大部分悬浮物1 6 i ，处理出 水直接排江、排海或进入城市污水二级处理。一级处理的主要特点i s l l 6 1 是投资少、 动力消耗低、操作简单、运行管理费用低，且能去除一部分有机物。城市污水 一级处理又可分为普通一级处理和一级强化处理两种1 ”。普通一级处理的b o d ， 和s s 典型去除率分别为2 5 和5 0 。普通一级处理工艺流程如图2 1 。 城市污水1 噩匝驴医垂互 叫吐亘噩西匠】_ + 题委酉亘 1 岖亘垂p 山水 审审丫丫 栅渣栅渣沉砂污泥 图2 1 普通一级处理工艺流程 浙江人学坝i j 学位论义 钱塘江流域城市污水处理j 丁程费用分析和方案优化 采j j 生物絮凝或化学絮凝的一级强化处理工艺流程与普通一级处理工艺流 程在沉砂池及沉砂池以前部分是一样的，唯一不同的是一级强化处理后加一絮 凝吸附池。级强化处理的b o d ，去除率可达4 5 - 7 5 。采用生物絮凝的一级 强化处理工艺流程如图2 2 j 5 1 。 沉砂池山 剩余污泥 图2 2 采用生物絮凝的一级强化处理工艺流程 2 2 2 二级处理 山水 城市污水二级处理目前仍以生物化学方法为主。主要去除城市污水中大部 分的有机污染物。生化处理工艺构成有多种多样，基本可分为活性污泥法、生 物膜法、生物稳定塘法、土地处理法及活性污泥法和生物膜法相结合的工艺等 五大类i i i1 1 。目前城市污水二级处理工艺采用较多的为活性污泥法，它有传统 的活性污泥法和革新的活性污泥法两种。传统的活性污泥法由于其基建、运行 费用高，能耗大，管理也较复杂，易出现污泥膨胀、污泥上浮等问题，且不能 有效地去除氮、磷等无机营养物质1 4 i ，因而逐渐被革新的活性污泥法所代替。 革新的活性污泥法有：氧化沟( o x i d a t i o nd i t c h ) 、生物吸附氧化法( a d s o r p t i o n b i o d e g r a d a t i o n ，简称a b 法) 、a o 及a 2 o 工艺、序批式活性污泥法( s e q u e n c e b a t c hr e a c t e r ，简称s b r ) 、高浓度活性污泥法i z l l 4 i 、投加凝聚剂的活性污泥法i i o i 等。 近年来对于城市污水的生物稳定塘和土地处理的应用研究有所进展，并在 某些地区成为替代活性污泥法的流程和技术而得到应用。生物稳定塘和土地处 理具有能耗低、费用低廉、操作简易、效果良好的突出优点。我国黑龙江齐齐 哈尔”币是利用了废弃的嫩江老河套，只花费不多的基建费用就建成了生物稳 定塘。利用人工建造的湿地系统处理城市或生活污水是最近发展起来的一项新 技术，并在我国华北地区得到应用i ”j 。印度s a i n i k 学院内建造的规模为9 0 3 0 m 浙江人学坝l 。学位沦义钱塘江流域塑市污查竺些! 。三堡望旦坌塑塑塑壅垡些 的人工湿地系统2 l ，在废水流量为1 8 0 2 0 0 m 3 d 的条件下，b o d ，和氮的去除 率分别达到6 7 9 0 和5 8 0 一6 3 。 2 2 3 三级处理 4 1 1 9 i 城市污水三级处理的目的是进一步降低二级处理出水中的悬浮固体、c o d ( b o d ；) 、n 、p 、色度、硬度、含盐量及细菌数，使水质满足一定的回用要求。 三级处理通常包括以下装置的一部分或全部：混凝、沉淀( 或澄清) 、过滤、吸 附、离子交换、反渗透和超滤、吹脱、氧化、消毒等。目i ；i 应用较多的三级处 理有混凝沉淀、过滤和活性炭吸附等。由于三级处理流程工艺复杂、构筑物多、 基建和运行费用均较高，因此在我国城市污水处理中应用不多。 2 3 四种城市污水二级处理工艺简介 一级处理种类较少，出水水质较差，不符合钱塘江流域水污染综合防治规 划的要求；三级处理出水水质好，但运行费用很高，在我国城市污水处理中应 用不多；鉴于流域各城市规划中的污水处理厂基本上采用二级处理，因此，这 里对目前应用较多的三沟式氧化沟、a 2 0 法、a b 法和s b r 法四种城市污水二 级处理工艺作一简单介绍。 2 3 1 三沟式氧化沟 2 3 1 1 发展现状 自二十世纪5 0 年代荷兰a p a s v e e r 博士发明氧化沟生化技术以来，氧化沟 技术在欧洲、北美、南非及澳大利亚得到了迅速的推广应用。截止到1 9 8 5 年， 美国已建有5 5 3 座氧化沟污水处理厂。氧化沟是一种连续环式生物反应池，废 水和活性污泥的混合液在池中以一条闭合式曝气渠道进行连续循环。氧化沟通 常在延时曝气条件下使用，一般采用机械曝气方式。从氧化沟的诞生至今，在 其工艺和构造方面有了很大发展和进步，目前已从帕斯维尔型氧化沟发展成射 流曝气氧化沟( j e ta e r a t i o nc h a n n e l ，j a c ) 、卡罗塞尔型( c a r r o u s e l ) 、交替工作型 望! 坚叁兰塑! ：兰丝堡兰 垡塑坚垫苎塑查翌查竺些! ! 堡垫旦坌塑塑塑壅垡些 0 r b a l 型( 一种多渠道的氧化沟系统) 、一体化氧化沟( 氧化沟和二沉池合为一 体) 、导管式氧化沟等多种形式。4 i 三沟式氧化沟也称t 型氧化沟，是月麦k r u g e r 公司丌发的一种新型氧化沟， 是交替工作氧化沟的一种。三沟式氧化沟是由二沟式氧化( d 型) 发展而来”i ， 其曝气转刷的利用率由d 型的3 7 5 提高到5 8 左右，且还有利于脱氮。二十 世纪9 0 年代初，丌始在国内推广使用。目前已有邯郸污水处理厂”、上海石化 总厂水质净化厂i “i i ”i 、深圳滨河污水处理厂1 1 7 1 等应用了这一技术。 三沟式氧化沟融汇了氧化沟工艺和问歇式及多级串联活性污泥法工艺的特 点5 i ，利用电脑技术使之有机组合，具有适用水质范围广、运行方式灵活、调 节简便、流程单一、易于扩建等优点。三沟式氧化沟的三沟是按好氧、缺氧、 沉淀三种不同的工艺条件运行，不需另建沉淀池，污泥也不用回流，且有脱氮 除磷的效果。从国内外三沟交替式氧化沟处理城市污水的情况来看，工艺的脱 氮效率一般为7 0 8 0 左右1 2 ”i i2 i ，进一步提高脱氮效率比较困难。 目前使用的t 型氧化沟大多采用中沟排泥的方式，据周律、钱易m l 等人的 研究表明，1 9 9 4 年邯郸污水处理厂i 、1 i 、i i i - i 沟年平均污泥浓度比为8 1 ：3 1 ：8 6 ，因此他们建议采用边沟排泥的方式。王凯军1 2 “认为在边沟满足沉淀功能 的条件下，可适应扩大中沟的比例来提高氧化沟的容积利用率。 2 3 1 2 运行方式h 【1 1 1 1 1 q 三沟式氧化沟( t 型) 是为克服d 型系统的缺点而发展来的，目前在国外 应用较广，国内许多设计院在设计城市污水处理厂中经常作为比选方案。t 型 氧化沟在运行中，其两侧的i 、i i i 号池交替作为曝气池或沉淀池，i i 号池一直 维持曝气不变，整个系统连续进出水，曝气转刷问歇工作。一般t 型氧化沟的 工作周期为8 小时。 t 型氧化沟的运行过程可分为6 个阶段，如图2 3 。 塑! ! ：叁兰塑! ：兰些堡兰垡丝坚垫垫塑塑盟查竺些! ! 堡塑旦坌堕塑塑壅业 图2 3t 型氧化沟的运行过程 t 型氧化沟从其运行过程来看，可以说就是一个a o 活性污泥系统，但兼 有s b r 的某些特点。三沟式氧化沟系统各池在各阶段的运行时阳j 和方式，可根 据需要通过自动控制系统中的程序柬预先设定，因此操作很方便。 2 3 1 3 优缺点嗍【1 1 】f 1 8 l 【1 观 三沟式氧化沟从诞生开始就得到各国专家学者的重视，并在世界各地迅速 得到推广应用，它同传统的活性污泥法相比，具有以下优点： 1 t 型氧化沟依靠三池工作状态的转换，具有了a o 生物脱氮工艺的硝 化一反硝化过程，又省去了a o 工艺中污泥回流和混合液回流系统，从而节省了 电耗和基建费用。 2 整个系统的运行过程均由计算机系统根据预先设定的程序进行控制， 操作、管理都很方便。 3 由于不设二沉池，在城市污水处理中也多不设初沉池，工艺流程简单， 因而使整个污水厂的基建投资大为降低。 浙汀人学坝l 学位论文饯塘江流域城市污水处理j t 程费用分析和方案优化 4 单池体积大，沟内混合液环流量大，进水水质对其影响较小，耐冲击 负荷。 5 采用延时曝气方式，污泥能达到好氧稳定，污泥量较其它工艺少。加 少量助凝剂后污泥较易脱水，不发生污泥膨胀现象，出水较稳定。 三沟式氧化沟作为一种污水处理新工艺、新技术必定也有它的缺点，而最 大缺点是曝气转刷不能满负荷进行，占地较大。为提高曝气转刷利用率，王凯 军认为采用g r u g e r 公司的动态顺序沉淀( d s s ) 系统较好。 2 3 2a 2 o 工艺 2 3 2 1发展现状 城市污水中的n 和p 是造成城市附近水域富营养化的重要根源，而传统的 活性污泥法处理城市污水对氮的去除率只有2 0 左右，对磷的去除率则更低。 因此，国外自6 0 年代起，对污水脱氮、除磷工艺丌展了广泛的研究。w u h r m a n n 首先提出了以内源代谢物质为碳源的好氧缺氧脱氮工艺。1 9 6 2 年，l u d z a c k 和 e t t i n g e r 首次提出了利用污水中可生物降解有机物作为碳源的缺氧好氧脱氮工 艺，该工艺的特点是缺氧、好氧两反应器只是部分分离，两反应器内流体保持 相连。1 9 7 3 年，南非的b a m a r d i l i i ”i 提出了缺氧反应器和好氧反应器完全分离的 l u d z a c k e t t i n g e r 工艺，沉淀池的污泥回流到缺氧反应器，并增加了从好氧反应 器到缺氧反应器的混合液回流。该工艺即为现在a o ( a n o x i c o x i c ) 脱氮工艺。 美国的l e v i n 和s h a p i r o 于1 9 6 5 年发表了活性污泥释放和适量吸附磷的研 究报告，并于1 9 7 2 年丌发了p h o s t r i p 法；b a m a r d 在同年开发了b a r d e n p o 法， 后又于1 9 7 5 年提出p h o r e d o x 除磷工艺( 厌氧好氧，即现在的o 除磷法) ， 继而又将b a r d e n p o 工艺和p h o r e d o x 工艺相结合，发展成修正的b a r d e n p h o ，即 集脱氮和除磷为一体的a 2 o 工艺( a n a e r o b i c a n o x i c o x i c ) 。j i l l 2 ”i i 1 i 现在在a o 、a 2 o 脱氮除磷工艺的基础上，发展形成u c t ( u n i v e r s i t y o f c a p e t o w n ) 工艺、v i p ( v i r g i n i a i n i t i a t i v e p l a n t ) 工艺、改良的u c t 工艺、高负荷a o ( a 2 0 ) 工艺i ”o 等等。中国市政工程华北设计院在泰安市污水处理厂工程设计 和建设中提出了改良的a 2 o 工艺i “i ，提高了磷的去除率。 目前a o 、a 2 0 等脱氮除磷工艺在国内外老厂传统活性污泥法的改造及新 的城市污水处理厂的建设中得到较为广泛的应用。我国的广州大坦河污水处理 浙江人学坝卜学位论文 饯塘江流域城市污水处理t 程费用分析年l 方案优化 厂、太原市北郊污水净化厂、泰安市污水处理厂、昆明市第二污水处理厂等2 6 惮i i 都应用a 2 0 工艺；北京北小河和闵行污水处理厂、上海闵行和曲阳污水处理厂 等应用了a o 脱氮工艺i “i 。加拿大p e n t i c t o n 污水处理厂采用了改良的u c t 法i ”i 。 2 3 2 2 工艺原理【1 ， 1 2 3 1 2 9 j 在厌氧好氧除磷系统和缺氧好氧脱氮系统原理的基础上发展起来的a 2 o 除磷脱氮工艺，使污水经过厌氧( a n a e r o b i c ) 、缺氧( a n o x i c ) 及好氧( o x i c ) - i 个生 物处理过程，达到同时去除b o d 、氮和磷的目的。一般的a 2 o 除磷脱氮工艺 流程见图2 4 。 混合液同流 初沉池山水山水 剩余n 泥 图2 4a 2 o 工艺流程示意图 a 2 o 工艺多采用推流式活性污泥法，污水首先进入厌氧池，兼性厌氧的发 酵细菌将污水中的可生物降解有机物转化为挥发性脂肪酸类( v f a s ) 等低分子 发酵产物。除磷细菌在厌氧条件下可将菌体内的聚磷分解，获得能量供细菌生 存，同时吸收环境中的v f a s 类低分子有机物，并以聚1 3 羟丁酸的形式在菌体 内贮存起来。污水进入缺氧池，反硝化细菌利用好氧池经混合液回流而带来的 硝酸盐作为电子受体进行脱硝，并消耗一部分b o d 。最后污水进入好氧池，一 方面活性污泥中的除磷细菌在好氧条件下可主动大量吸收周围环境中的溶解性 磷，把它转化成不溶性多聚正磷酸盐而在菌体内贮存起来，此时沉淀污泥中的 磷含量可占污泥干量的5 1 0 ，通过沉淀池剩余污泥的排放达到除磷的目的： 另一方面好氧池中的硝化细菌把氨氮经硝化作用转化为硝酸赫。 2 3 2 3 优点【1 1 2 3 】 a 2 o 工艺作为城市污水处理的新工艺，在脱氮、除磷和有机物的去除方面 有它突出的优点： 8 - 浙江人学坝i 学位论文钱塘江流域地塑塑查丝些l ! 堡羔盟塑塑塑墨垡些 1 a 2 o ：l ：艺使厌氧、缺氧、好氧三个生物过程于一体，能同时去除污水 中的b o d 、氮、磷等营养物，且氮磷的去除率要远远高于传统的活性污泥法。 2 充分利用了原污水中的b o d 进行磷的厌氧释放和硝酸盐的缺氧脱硝， 一般不用外加碳源。缺氧脱硝产生的碱度可部分补偿硝化时消耗的碱度，一般 情况f 不必加碱中和。因此与以阿的生物脱氮除磷系统相比，运行费用要低。 3 为维持较高的硝化率，污泥的泥龄( s r t ) 比普通活性污泥法长，抑制 了丝状菌的生长，因此不发生污泥膨胀现象，污泥沉降性能好于普通活性污泥 法。剩余污泥不必经过消化可直接脱水。 4 因出水中的n o 3 - n 的含量较低，二沉池中一般不会发生污泥上浮现象。 5 虽然a 2 0 系统的三个生物反应过程在三个相互分离的反应器中进行， 但每个反应器中的状态与标准活性污泥系统是一致的，因此易于将原有的活性 污泥系统改造成a 2 0 系统。 6 a 2 o 系统的出水要优于传统的二级处理出水标准，有的人通过研究认 为其出水甚至可达到三级处理出水的要求。 7 厌氧缺氧条件具有提高对难生物降解有机物的去除效果。 2 3 3a b 工艺 2 3 3 1发展现状 自联邦德国亚琛大学b b 6 h o k e 教授7 0 年代中期在传统两段活性污泥法 ( z a 法) 和高负荷活性污泥法的基础上开发出生物吸附降解法( a d s o r p t i o n b i o d e g r a d a t i o n ，即a b 法1 以来，a b 法得到各国的普遍重视。 a b 法的a 段、b 段的污泥回流系统是严格分丌的。a 级一般以好氧或兼 氧方式运行，b 级般采用好氧方式运行。a 级的微生物绝大部分是细菌，而 b 级的微生物中原生动物和后生动物占较大的比例。德国是这一领域丌发和应 用最早的国家朋舯o ，并在a 级基质去除机理及a 级和b 级工艺方面进行了较为 深入的研究。我国的曲际水m i 、张亚雷州等人对a b 法a 级的动力学丌展了研 究，提出了相应的动力学方程和设计参数；张统i “i 等人研究了a 级基质去除机 理，提出了a 级中多种去除作用的定量关系。有人正在丌发具有除磷脱氮功能 浙江人学坝l 学位论义钱塘江流域城市污水墼曼j 王矍垫塑坌堑塑型壅垡些 的a b 法m i ，并取得了一些成果。目i j ，国内外研究人员根据需要丌发出了a a o 、a a 2 0 、a 氧化沟及a s b r 等一系列a b 法工艺。1 4 j 1 3 7 1 德国的r h e i n h a u s e n 污水处理厂和k r e f e l d 污水处理厂、奥地利的s i g g e r w e s o n 污水厂和s a z l a c h p o n g a o 污水厂、我国的泰安和青岛海泊河污水厂”l 等都采用了 a b3 5 艺。德国的k r e f e l d 污水厂应用改进的a b 工艺可达到对污水的深度处理， t n 承jt p 的去除率都在9 0 以上。1 3 9 1 2 3 3 2 工艺原理8 6 】【3 6 l 【川 a b 法是由a 段和b 段两部分组成，两段的污泥回流系统是严格分丌的 两段串联运行。传统a b 法工艺流程如图2 5 。 污泥同流污泥同流 图2 5 传统a b 工艺流程 a 级前通常不设初沉池，污水经沉砂池后直接进入a 曝气池。城市污水经 过排水管网后，已经存在大量适应污水水质的微生物，这些适应污水水质的微 生物( 主要为原核生物) 在管网中以微氧和兼性厌氧环境为主，进入好氧条件 的a 曝气池后，活力大增，吸附能力大大提高。a 曝气池正是充分利用这些适 应污水水质的微生物，在曝气条件下提高它们的活性和吸附能力，并通过这些 微生物的絮凝、吸附、吸收和生物降解等方式来去除b o d 和营养物。b 6 h o k e 认为a 级主要通过絮凝吸附作用来去除b o d 的，而靠氧化分解去除的b o d 很 少，张统等人通过试验研究后得出同样的结论。由于在a 级生物降解掉的有机 物很少，因此大部分有机物通过中间沉淀池以剩余污泥的形式排出。 a 段的污泥负荷高，约为常规法的1 0 2 0 倍，泥龄短( o 3 0 5 d ) ，微生 物绝大部分为细菌，其世代时间很短，约为2 0 m i n 。b 段污泥负荷低，微生物 中原生动物和后生动物占较大比例，因而泥龄长，约为1 5 2 0 d 。 塑! ：叁堂塑! ：兰丝堡苎 垡塑望堕堡塑立塑查竺型型三生垫羔l 竺塑生互兰业 2 3 3 3优缺点旧i 川 a b 法工艺的优点： 1 a 段污泥负荷高，泥龄短，更新快，微生物来自于原污水，对p h 和有 毒物质的影响具有很大的缓冲作用，抗冲击负荷很强，适用于处理浓度较高、 水质水量变化较大的污水。 2 a 段能去除污水中大部分呈悬浮状念和胶体状态的有机物，从而减少 b 段的污泥负荷，降低了能耗。 3 由于a 段的缓冲作用，水质的变化对b 段的影响很小，出水稳定可靠。 4 a 段通过絮凝、吸附、分解和沉淀等作用，在停留时问3 0 4 0 m i n 中 约可去除5 0 6 0 的b o d ，与常规活性污泥相比，a b 法可节省基建投资2 0 ，、 能耗1 5 左右。占地也大为减少。 5 传统a b 法的磷、氮去除率可达6 0 7 0 和3 5 4 0 ，比常规活性污 泥法要高得多。目前许多研究者利用a b 法的优点，结合a o 、a 2 o 等除磷脱 氮工艺特点，形成新的a b 工艺，使t n 的去除率达到6 0 以上，t p 的去除率 可达到7 0 以上。1 3 5 1 6 a b 法工艺可以根据目前的经济条件和环境要求进行系统化分期建设。 a b 法还适用于老厂改造。 a b 法的主要缺点是需要设两套二次沉淀池和两套污泥回流系统，构筑物 多：a 段污泥量很大，且不易脱水，增加了污泥处置的难度。 2 3 4s b r 法简介 2 3 4 1 发展现状 s b r 法( s e q u e n c i n g b a t c hr e a c t o r ) 为二十世纪7 0 年代初美国的r 1 r v i n e 教 授等人所发起，直到8 0 年代以后才引起其它国家的重视。s b r 反应器是蒯歇 运行的生物反应器，有活性污泥法和生物膜法两种。s b r 反应器在不同时阳j 处 于不同工况，具有生物除磷脱氮的功能。澳大利亚是这一领域丌发和应用最多 的国家，近十多年来建成了s b r 污水厂近6 0 0 座，所采用工艺已经由传统的s b r 发展到i c e a s ( 连续进水、间歇排水) ，到c a s s 法( 循环式活性污泥法) ，到 浙江人学坝f j 学位论立钱塘江流域型! 堡堕垄竺型! ：! 堡垫旦坌堑塑互兰垡些 i d e a ( 间歇排水、延时曝气) 法及d a t i a 法( 需氧池- 间歇池) 。”近几年 来，国内外对厌氧s b r 、膜法s b r 和多级s b r 的研究也不断深入m i ，取得了 良好的效果。目前国外已开发出集约程度很高的m s b r l 4 3 4 “( m o d i f i e ds e q u e u f i n g b a t e hr e a c t o r l ，我国同济大学顾国维等人也提出了与此相似的连续流s b r ( 亦 称t c b s 反应器) 。 s b r 法不仅在处理生活污水、城市污水中得到应用，而且在高浓度有机废 水处理方面得到应用。同本己成功地应用在高浓度制药废水、食品加工废水和 化工废水的治理上，国外有人采用p a c ( p o w d e r a c t i v e dc a r b o n ) s b r 法处理高 浓度有机废水，并己取得成功。 我国对s b r 的研究起步较晚，1 9 8 5 年建成首座处理肉类加工废水的s b r 后，又在啤酒废水、有机农药废水、染料染色工业废水等高浓度有机废水处理 方面有所研究与应用，而在城市污水处理方面的应用还是近几年的事。目前， 我国有上海桃浦污水处理厂、青浦污水处理厂采用了浚工艺1 4 6 1 ；天津技术开发 区1 0 万m ，d 的污水处理厂采用了d a t i a t 工艺m i ：深圳市蓝田污水处理厂拟 采用集约化程度最高的m s b r ，上海市为了合流污水处理厂的建设，对m s b r 工艺进行了小试和中试研究i ”i 。 2 , 3 4 2 工艺原理”q 【4 1 】咖 s b r 法的运行方式是以间歇操作为主要特征，也就是说对于单个s b r 反应 器，其进出水在时问上是不连续的、问歇的，由于污水大多数是连续排放且有 流量波动，故为实现进水的连续性，必须有两个或两个以上的s b r 反应器构成 一个系统。单个s b r 反应器的运行模式按进水( f i l l ) 、反应( r e a c t ) 、沉淀( s e t t l e ) 、 出水( d r a w ) 和闲置( i d l e ) 等五个基本过程的顺序周期性的进行，如图2 6 。 废水空气 f i l ld r a w 排水i d l e 排泥 图2 6s b r 反应池工作原理 进水是一个周期的丌始，随着进水的进行，s b r 反应池可处于曝气( 好氧 反应) 、搅拌( 厌氧反应) 、静置等多种状态。反应器达到最大水量后，关闭进 水，进行曝气或搅拌，以达到去除b o d 、硝化、脱氮、除磷的目的。随后进入 浙江人学坝i + 学位论义 钱塘江流域城市污水处理j t 程费用分析和方案垡卫 沉淀【序通过静置沉淀的方式，进行泥水分离。接着进入排水工序，排出上清 液，陕复到处理周期丌始时的最低水位。最后进入待机工序，此时根据需要进 行厌氧搅拌或曝气。剩余污泥的排放一般是在待机工序之初和沉淀工序的最后 进行。 s b r 生化技术具有降解有机物、硝化、反硝化与除磷的作用，不同的处理 目的呵以通过对s b r 操作方式的调整来进行控制。 2 3 4 3 优点o l d l l s b r 法在早期由于曝气板极易堵塞、运行操作管理繁杂等原因，而不被人 们重视，随着机械曝气和防堵塞曝气器的丌发成功，及微电脑自动控制技术的 发展，这些缺点已不成为s b r 法进一步发展的制约因素。与常规活性污泥相比， s b r 法具有显著的优点： 1 s b r 装置和工艺流程简单，运转灵活，操作管理方便；由于曝气、沉 淀集于一池内，因而不需设二沉池和污泥回流系统，占地面积少，基建和运行 费用低。 2 s b r 反应器中起始反应和结束反应的基质浓度梯度大，可缺氧与好氧 交替运行，因此能有效抑制丝状菌的过量繁殖，防止污泥膨胀。 3 采用静置沉降方式，沉降效率高，出水效果好。 4 采用限制曝气方式，丌始反应时的d o 浓度接近于零，有利于提高氧 传递速率，降低能耗。 5 通过厌氧、缺氧、好氧的交替运行，能达到除磷脱氮的目的。 6 s b r 反应过程进水时问越短，越成为理想的推流过程，使曝气池的生 化反应始终保持着尽可能高的推动力，反应速率高，从而可减少曝气的有效容 积与缩短曝气时间。 7 s b r 法反应装置可集约化成套生产。 2 4 城市污水处理厂工程方案优化简介 2 4 1 方案优化的原理 对于每一个城市污水处理厂工程方案的选择，不论其范围的大小或耗资的 浙汀人学坝i j 学位沦义钱塘江流域城市污水处理jt 程费用分析和方案优化 多少，均包含有多个目标和多个工序。为得到从既定目标出发最合理、最佳的 组合，即最优的工程方案，必须进行多方案的评价和优化。 工程方案优化的最终目的是使完成某一任务须作的努力( 总费用) 最小或 是使j 效益最大，也就是寻找给定目标函数取极大值或极小值的条件的过程。侧 方案优化的过程就是以解决问题出发，划定边界条件，确定系统范围，研 究分析系统内部及其与外界( 即环境) 各因素之问的关系，经数学处理、评价、 优化，得到最佳方案。整个过程见图2 7 。i 图2 7 方案优化过程 图2 7 中虚线框内部分是方案优化过程的核心，它包括方案评价和方案优 化二部分。 方案评价是方案优化的前提和基础，包括评价方案体系的建立、评价指标 体系的建立、不同量纲评价指标转换的数学方法的选择、方案评价数学方法的 选择和方案的评价。 方案优化即是优化数学模型的建立及其求解过程和优化方案的系统发展过 年牮。 浙江人学坝卜学位论史钱塘江流域城币堕查竺些! ! 望垫旦坌塑塑塑墨些些 2 4 2 方案优化方法 城市污水处理厂工程方案优化主要是从多个待选方案中选出最能符合既定 目标的最佳方案，其实质也就是多目标决策问题。城市污水处理厂工程方案优 化的方法很多，这罩主要介绍层次分析法、模糊优化法、费用分析法、最优化 设计方法和临界距离法。 2 4 2 1 层次分析法跚【5 7 1 层次分析法也称为a h p 法，是有限个方案的多目标决策方法的一种。a h p 法是由美国著名数学家萨蒂教授在7 0 年代提出的，该方法能把定性因素定量 化，使评价更趋科学化。 其基本原理是：首先将包含在问题中的所有因素( 即方案的评价指标) 按 其地位或作用划分并排列成一系列有序层次，这些层次主要包括目标层、准则 层和方案层；其次确认并标明各层次因素之问的联系，从而建立起一个层次结 构；接着，根据对具体问题的分析，构造判断矩阵，并利用数学方法求出反映 每一层次诸因素，对于上一层次某因素的相对重要性的数值：最后以排序的方 法求出最低层因素( 即方案层中的方案城市污水处理厂工程方案) 对于最 高层因素( 即总目标) 的排序向量，得到问题的答案。 a h p 层次结构模型示意图见图2 8 。关于层次分析法详细的数学描述，可 参见文献【5 7 】和 6 2 】。 评价准则 待选方案 图2 8a h p 层次结构模型 a h p 方法在我国城市污水处理厂方案选择中的应用还不多。吴育华i ”l 等人 在海口长流污水厂工艺方案多目标评价与选择中，应用该方法，取得了较满意 的结果。张建锋i “1 等人应用a h p 方法得出关中地区污水处理的理想工艺是氧化 浙江人学f l ! ； 1 学位论文饯塘江流域城市污查尘理j 下堡垫旦坌堑塑塑塑些 沟。 2 4 2 2 模糊优化法 对环境工程方案的评价指标，有些是模糊的，如工艺技术成熟度、出水稳 定性等，为了在方案的优化决策过程中得到体现，必须采取一定的量化方法。 而模糊优化正是利用模糊数学知识建立这些模糊指标的评价标准和量化方法， 并以模糊数学派生决策方法灰色关联分析法进行候选方案的优化决策。 灰色关联分析方法是在模糊数学基础上发展起来，由灰色理论提出的一种 新的系统分析方法。它是用关联度的大小束描述受多因素影响的灰色系统之间 关联程度的一种定量化方法，以序列之间关联度的计算进行系统的决策分析。 模糊优化的主要过程是：通过对具体问题的分析，确定能对方案进行综合 评价的评价指标集，选择或建立评价指标的计算方法；然后建立备选方案和理 想方案的评价判断矩阵，并对该评价判断矩阵采用一定的数学方法进行规范化