污水处理方案.doc

1.3设计依据1）中华人民共和国环境保护法（1989年12月）；2）中华人民共和国水法（2002.8.29）；3）中华人民共和国水污染防治法（2008年）；4）饮用水水源保护区污染防治管理规定（1989年7月）；5）城市排水许可管理办法（1994年5月）；6）城市污水处理及污染防治技术政策（2000年5月）；7）建设项目环境保护管理条例（1998年3月）；8）湖泊生态环境保护试点管理办法（财政部 环境保护部）；9）水质良好湖泊生态环境保护工作指南（环办函（2012）861号）；10）A省东江湖水环境保护条例（2002年3月1日，A省人大常委会颁布实施）；11）郴州市环境保护“十二五”规划；12）东江湖生态环境保护总体方案（2012-2015）（郴州市人民政府 郴州市环境保护局）；13）A省东江湖流域水环境保护规划（2012年6月 A省郴州市东江湖水环境保护局 A省环境保护科学研究院）；14）宜章县“十二五”环境保护规划；15）宜章县1镇总体规划；16）1镇人民政府等单位提供的相关资料；17）其它收集的基础资料；18）国家现行的其它有关法律、法规。1.4设计原则1）、贯彻执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法规、规范及标准。2）、借鉴类似污水处理的工程实际经验，选用成熟、可靠、先进的处理工艺，确保污水经处理后出水水质全面稳定达标排放，充分发挥建设项目的社会效益，环境效益和经济效益。3）、根据设计进水水质和出水水质要求，所选污水处理工艺力求技术先进、可靠、处理效果好、节省投资的处理新工艺、新技术、新设备和新材料，确保污水处理效果，减少工程投资及日常运行费用。4）、采用先进的节能技术，降低能耗和生产成本，提高管理水平。5）、妥善处理和处置污水处理过程中产生的栅渣、污泥和噪声，避免造成二次污染。6）、确保工程的可靠性及有效性，提高自动化水平，降低运行费用，减少日常维护检修工作量，改善工人操作条件。7）、采用双回路电源保证污水处理系统正常运行，且污水厂运行设备有足够的备用率。8）、充分考虑污水处理厂所在地的地理条件，平面布置和工程设计力求合理通畅，在便于施工、便于安装和便于维修的前提下，力求处理站设施布局合理，整齐美观，体现绿色环保设施特点，并为发展留有余地。9）、积极创造一个良好的生产和生活环境，把污水处理厂建设成为园林式工厂，使厂区环境和周围环境相一致。10）、按现行有关规定，结合企业实际情况进行投资估算和经济分析。1.5设计采用的规范和标准1）地表水环境质量标准（GB3838-2002）2）城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）3）室外排水设计规范（GB50014-2006）4）室外给水设计规范（GB50013-2006）5）污水综合排放标准（GB8978-1996）6）城市污水生物脱氮除磷处理设计规程（CECS149:2003）7）建筑给水排水设计规范（GB50015-2003）8）城市给水工程规划规范（GB50282-98）9）城市排水工程规划规范（GB50318-2000）10）城市污水处理工程项目技术标准（修订 2001年）11）城市污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准（CJJ31-89）12）城市污水处理厂污水污泥排放标准（CJ3025-93）13）污水排入城市下水道水质标准（CJ3082-1999）14）城市居民生活用水量标准（GB/T50331-2002）15）城市工程管线综合规划规范（GB50289-98）16）泵站设计规范（GB50265-2010）17）城市污水处理及污染防治技术政策建城【2000】120号18）市政工程设计技术管理标准（建设部城市建设司）199319）机械设备安装工程施工及验收通用规范（GB50231-2009）20）现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范（GB50236-2011）21）鼓风曝气系统设计规程（CECS97:97）22）给水排水管道工程施工及验收规范（GB50268-2008）23）城市污水处理厂工程质量验收规范（GB50334-2002）24）建筑结构可靠度设计统一标准（GB500682001）25）给水排水工程构筑物结构设计规范（GB500692002）26）给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程（CECS138：2002）27）建筑抗震设计规范（GB50011-2010）28）砌体结构设计规范 (GB50003-2011)29）建筑设计防火规范（GB50016-2006）30）建筑结构荷载规范（GB500092012）31）建筑地基基础设计规范 (GB50007-2011)32）混凝土结构设计规范（GB500102010）33）公共建筑节能设计标准 (GB50189-2005)34）供配电系统设计规范（GB50052-2009）35）低压配电设计规范 (GB50054-2011)36）建筑物防雷设计规范 (GB50057-2010)37）通用用电设备配电设计规范(GB50055-2011)38）工业与民用电力装置的接地设计规范(GBJ65-1983)39）10KV及以下变电所设计规范（GB50053-94）40）工业自动化仪表工程施工及验收规范(GB 50093-2002)41）分散型控制系统工程设计规定（HG/T20573-2012）42）控制室设计规定(HG/T 20508-2000)1.6设计范围污水收集管网及污水处理厂界区内所有的生产性建筑物、构筑物和全部的污水处理设施、管道、给排水、化验、配电和与工程相关的辅助设施。1.10项目建设的必要性1.10.1 是重金属污染防治的要求重金属污染是危害最大的水污染问题之一，且在环境中不易被代谢，易被生物富集并有生物放大效应等特点，不但污染环境，也严重威胁人类和水生物的生存，对人体具有致癌、致畸、致突变的巨大危害。近年以来，我国发生多起重金属污染事件，严重威胁人民群众身体健康，造成了恶劣的社会影响，引起了党和国家的高度关注。2010年国务院办公厅转发的环保部、发改委、工信部等七部委关于加强重金属污染防治工作指导意见明确提出要加强重金属污染防治工作。第二章 工程建设规模2.3污水量预测1）综合生活污水量预测城镇需水量应建立在城镇建设和发展规划的基础上，经合理分析当地水资源、水环境质量和用水习惯、工业结构和其邻近地区城镇供水经验，采取适当的方法、确定合适的用水指标，进行用水量预测。结合泉水镇实际情况，经综合分析研究，采用综合用水量指标法进行预测。根据室外给水设计规范GB50013-2006有关规定，1镇属一区小城镇，平均日综合生活用水定额170280升/人日，考虑到所在地区的经济、地域、生活习惯等综合情况，镇区范围综合用水定额为：近期、中期为200升/人日；远期为250升/人日。生活污水产生量采用人均排污系数法，即根据规划人均用水量和污水排放系数确定人均污水排放量，根据规划人口和人均污水排放量指标计算生活污水排放量，结合给排水规划，排放系数取0.8，截污系数取0.9，依据前述人口预测，由此预测各阶段生活污水最大排放量为：一期工程：250000.20.80.9=3600m3/d；二期工程：400000.250.80.9=7200m3/d。2）生产废水水量预测生产废水主要为排放的采矿废水、选矿废水。该公司采矿废水经废水沉淀净化库澄清处理后一部分用作采矿和选矿的生产用水，一部分溢流排入山沟进入策水河；选矿废水主要为尾矿浆液，尾矿液送至尾砂库沉淀、澄清后绝大部分作选厂回用水利用，极少量水外排。根据企业提供的相关资料，生产废水排放量约为15001800 m3/d。3）其它污水量预测其它污水量主要考虑管道渗入的污水。根据在旱季污水流量所占比例来估算，渗入量受管材、地质条件，施工质量、人员素质和地下水位等因素来决定渗入率，一般在510%。由于污水支管在整个污水管网中占较大比例，因此房屋出户管、污水支管一般认为在污水管网中渗入量较大。鉴于本项目污水管地下水位较高，因而也会有一定的地下水渗入，故本工程的地下渗入量采用综合污水6%计。因此，综合考虑上述因素，可得拟建的1矿业有限公司污水处理厂处理的污水量为：一期工程（2020 年）：5400（1+0.06）=5724m3/d；二期工程（2030 年）：9000（1+0.06）=9540m3/d。2.4项目规模的确定污水处理厂建设规模为（远期建设规模实施时可进行进一步分析论证）：一期工程（2020年）建设规模：6000m3/d；二期工程（2030年）建设规模：10000m3/d。本方案只负责一期工程的实施，并为二期工程作好预留。第三章 污水水质及处理程度3.1污水处理厂设计进水水质污水水质如何，直接影响到污水处理工艺及其参数的选择、工程造价以及污水处理厂处理成本。因此需要调查了解镇区现状排水的污水水质，并结合城镇居民生活水平状况，参考类似城镇污水处理厂原污水水质的取值，合理确定泉水镇污水处理厂原污水水质，根据受纳水体的功能划分和容量，选择污水处理厂处理标准，进而选择经济合理、技术先进的污水处理工艺。1）生活污水水质预测居民平时的工作生活中都会携带大量的矿渣、重金属等物质，而这些污染物也会随着生活用水而流入生活污水中。又因为矿业矿区工作环境的影响，城镇中的道路冲刷用水和雨水都含有一定量的矿渣或重金属，而且正由于矿区分布分散的这个特点，整个镇的道路冲刷用水和收集的雨水都存在这样的问题。镇生活污水中重金属来源的复杂性，决定了难以将含重金属的生活污水与普通生活污水分开，这样也就导致了镇的生活污水中必将含有重金属，且部分重金属超标严重。由于没有实测的基础资料，本方案主要是根据宜章县环境监测站提供的相关水质分析数据，参考类似城镇污水水质指标，并考虑到本项目生活污水的实际情况，由此预测本项目污水处理厂生活污水进水水质，详见表3-1：表3-1 生活污水水质预测表 单位：除pH外均为mg/l指 标pHCODcrBOD5SS氨氮TPTN总砷生活污水6.07.5350180160354451.2注：由于镇以砷污染最为严重，故此仅以总砷作为代表。2）生产废水水质预测根据矿业有限公司提供的资料，采、选矿废水经过沉淀净化库和尾砂库后，大部分污染物得到了净化和去除，经抽样监测，生产废水的水质详见表3-2：表3-2 生产废水水质 单位：除pH外均为mg/l指 标pHCODcrBOD5SS总锌总砷总镉生产废水水质67150503005.02.00.23)污水处理厂进水水质的确定根据工业和生活污水的水质水量预测情况，工业污水比例按照30%进行核算，其混合后污水水质情况如下：表3-3 混合后污水水质表 单位：除pH外均为mg/l指 标pHCODcrBOD5SS总锌总砷总镉氨氮TP混合后水质672901402001.51.40.06253根据表3-3混合后污水水质预测情况，同时适当考虑其它不确定因素，确定1矿业有限公司污水处理厂设计进水水质如表3-4：表3-4 污水处理厂进水水质表 单位：除pH外均为mg/l指 标pHCODcrBOD5SS总锌总砷总镉氨氮TP进水水质673001502002.02.00.12533.2污水处理厂设计出水水质根据地表水质量标准，污水处理厂项目所在地纳污水体参照III类水环境功能区执行，并结合市政、环保部门要求，确定本项目污水处理厂出水水质执行城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级B标准，由此确定1矿业有限公司污水处理工程设计出水水质标准详见表3-5：表3-5 污水处理厂出水水质表 单位：除pH外均为mg/l指 标pHCODcrBOD5SS总锌总砷总镉氨氮TP出水水质696020201.00.10.018（15）1注：括号内数值为水温12时的控制指标。粪大肠菌群数104个/L3.3污水处理厂去除率根据对矿业有限公司污水处理厂进、出水水质的预测分析结果，污水处理厂对各污染物浓度的去除率见表3-6。表 3-6 污水处理厂各污染物浓度去除率一览表 （单位mg/L）项目CODcrBOD5SSNH3-NTP总锌总砷总镉设计进水水质300150200253.02.02.00.1设计出水水质6020208（15）1.01.00.10.01去除率(%)8086.6906866.65095903.4处理后的污水出路根据城镇总体规划和地形条件，污水处理厂处理的污水出路为：尾水达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级排放标准B标准后，就近排入策水河。3.5处理后的污泥出路污水处理过程中会产生一定量的污泥，污泥经过压滤机脱水减容后，采用石灰水泥将泥饼固化填埋（根据危险固废的填埋要求进行处理）或送有危废处理资质的单位进行处理。73第四章 污水收集系统工程设计4.1 排水现状排水现状：该矿业公司及镇区排水体系不完整，排水明沟、暗渠混杂，生活污水和雨水未实现分流，且未经处理，直接排放，随沟渠排入河流。4.2 管网设计范围作为污水处理工程的配套工程，本管网设计范围为1矿业有限公司、镇城区、临近村庄的污水收集管网及接至污水处理厂的连接管网设计。4.3 管网设计原则 （1）依据基础设施建设统一规划，分期建设的指导方针，本着近期需要和长远利益相结合的原则，结合当地的实际情况，合理地确定工程的设计规模，充分考虑分期实施的需要。 （2）贯彻经济性和可靠性并重的设计原则，在保证工程效果的前提下，最大限度地降低工程造价和运行管理费用，同时合理兼顾管理维护条件。 （3）合理利用现有管线和设施，尽量减少征地拆迁。 （4）充分利用地形地势，尽可能提高服务区范围的污水收集率。 （5）通过水力计算优化排水管道设计，使污水管网布置合理；力求做到排水工程技术方案可行、经济合理。4.4 排水体制根据1镇总体规划，排水体制确定为雨污分流制（目前只接污水管，雨水管不考虑）。4.5 设计参数的选择 （1）污水管道水力计算在设计中，对规划区域内的排水用户采用比流量法计算管段的污水设计流量。小型城镇及农村地区，居住用地和公共设施用地的比流量为0.4356/sha，污水总变化系数按经验公式K=2.7/Q0.11计算，生活污水的总变化系数为1.3，重力管道按非满流管设计，压力管道按满流管设计。流量计算采用均匀流计算公式：Q流量(m3/s)；V流速(m/s)；w过水断面(m2)；R水力半径(过水断面面积及湿周的比值)(m)；I水力坡度(即水面坡度，等于管底坡度)；C流速系数或称谢才系数；n管壁粗糙系数。 （2）管道粗糙系数钢筋混凝土管：n=O.014HDPE管：n=O.010 （3）设计充满度污水管道按不满流进行计算，最大设计充满度按下表4-1采用：表4-1 最大设计充满度表管 径最大设计充满度d200d3000.55d400d5000.65d600d9000.70d10000.75 （4）最小和最大流速如果污水在较长时间内低速流动，固体污物就会在管内沉积，因此要使污水保持足够的流速以冲走固体污物，管道坡度的设计要考虑到确保污水在不超过最大充满度时最小流速不低于0.6 m/s，非金属管道最大流度为5 m/s。在本次设计中，管道的流通能力按照远期流量设计，近期流量进行复核，以满足管道的最小流速要求。 （5）最小覆土深度和最大埋深管道的填埋深度应能保证管道免受目前和将来可能存在对管道设施的危害，一般来说，在车行道下管顶最小覆土厚度不宜小于0.7m。同样管道也不能埋得太深，否则不仅建设成本高，运行和维护成本也高，一般认为深埋1.52米以内是可以接受的。若埋深过大，可适当采用大管径小坡度方式来减小管道的埋深。 （6）检查井布置通常情况下，检查井的位置应设在管道的交汇处、转弯处、管径或坡度改变处、跌水处、以及直线管段上每隔一定距离处。检查并在直线管段的最大间距应根据具体的情况确定，设计宜按下表4-2采用。表4-2 检查井最大间距表管径最大间距污水管道合流管道200-40040505007006070800-100080901100-1500100120160020001201204.6 管网设计 （1）管道工程设计污水收集和输送系统主要根据村内地形、地势、溪流分布及居民现状分布情况，结合矿业公司和1镇既有建设格局，综合考虑而进行方案设计的，本次管道主要敷设于现状道路上，从而收集沿途污水，管道系统覆盖了上述设计范围的大部分区域，污水经收集后，通过污水干管最后分别进入污水处理厂，污水管道按远期流量设计，按近期流量校核。 （2）管材选用在A省近期城镇和农村污水管网建设项目中，直径300mm500mm管道考虑采用塑料管；直径500mm以上多采用耐腐蚀钢筋砼管。由于塑料管本身具有耐腐蚀、水力条件好、施工安装容易、不需要混凝土基础等优点，在500mm管径以下具有综合造价低等优势，特别是其具有的经过证明的优秀防腐蚀性能，设计500mm(含500mm)以下的管道采用聚乙烯双壁波纹管，500mm以上的采用具有自防腐的耐腐蚀混凝土管。各住户生活污水按照就近原则直接接入污水检查井。各户接管的管材采用D50、D75、D110三种（主要依各家排出口径定）排水塑料管，粘合剂粘结。因各住户家排污管口不确定，本批管材的数量为暂估。本工程污水干管采用开挖埋地式管网施工，沿道路开挖接管。 （3）施工方案设计的污水管道管径为d200d800，根据计算，管道埋深1.0m2.0m。管道埋设深度在2m之内。管径小于d500，覆土在2m以内的管道一般采用普通开挖沟槽的施工方法即可，砂砾垫层基础，管道基础应落在有一定承载能力的原状土层上，否则应进行地基处理。当土方用机械开挖时，应保留至少15cm土用人工清槽，不得超挖。管道接口采用橡胶圈接口。车行道下干管的最小覆土厚度不宜小于0.7m，非车行道下不受冰冻及外部荷载时不小于0.3m。施工时应严格按照给排水管道工程施工及验收规范要求进行，并进行闭水试验。（4）检查井污水检查井套用国标检查井（02S515）,D200-300管径的污水管道，采用直径700毫米砖砌圆形污水检查井（02S515-19），D400-800管径的污水管道，采用直径1000毫米砖砌圆形污水检查井。（5）其它说明管道施工、安装及验收应遵照给水排水管道工程施工及验收规范GB50268-2008及其它现行验收规范执行。建成后污水干管应做闭水实验，管道坡度由道路及井位按实调整，因缺沿线地堪资料，管道接口按实际地基均匀程度确定。各井、管位置及标高可根据现场调整，但要防止倒坡；跌水井采用竖槽砖砌（收口式）跌水井，参见给排水标准图集（1996）S2。施工时井顶标高可根据实际地形进行调整，路面井位根据现场支管位置进行调整。后调整管道埋深及管底标高。为使管网运行畅通，有条件的地方建议配备管道疏通装置，以确保污水处理站正常稳定运行。余未祥尽处请按有关规范执行。4.7 管材管径及管长根据矿业公司及1镇给水排水规划，污水管主管及支管采用远期规划埋设，用户接入污水管网用支管按近期人户计算。管网设计工程量初步估算见下表4-3：表4-3 工程量统计一览表序号单项名称规格数量备注1UPVC双壁波纹管D3009600m次支管2UPVC双壁波纹管D4008400m主支管3UPVC双壁波纹管D5007500m主干管4耐腐蚀钢筋砼管D6008800m主干管5耐腐蚀钢筋砼管D80012800m主干管6UPVC排水塑料管D506000m支管7UPVC排水塑料管D756000m支管8UPVC排水塑料管D1106000m支管9砖砌检查井直径700560个见国标图集10砖砌检查井直径1000290个见国标图集第五章 污水处理工艺设计5.1 指导思想由于1镇本身地理位置的影响，城镇中矿区布置得分散，居民的生活污水和工业废水混杂，难以分开；而且1镇的生活污水中也含有一定量的重金属，部分重金属超标严重，需要特别处理。所以铺设管网时未采用区分收集的做法，而是将生活污水和工业废水混杂在了一起。混合后的综合污水中生活污水占70%，工业废水占30%。综合污水污染物混杂，一方面，污水中的重金属砷（As）、铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）全部超标，铜仅在标准线附近，其超标浓度不超过3%。锌超标了2倍，而最严重的砷和镉最高超标分别在20倍和10倍以上；另一方面，综合污水又含有高浓度的COD和氨氮。在处理污水的时候，高浓度的重金属会影响生化系统中微生物的正常生长，甚至可能杀死其中的微生物。因此，在生化处理前端，必须对综合污水中的重金属进行提前处理。作为矿业公司配套环保设施、镇区基础设施的重要组成部分和水污染控制的关键环节，污水处理厂的建设和运行意义重大。由于污水处理厂的建设和运行不但耗资较大，而且受多种因素的制约和影响，其中处理工艺方案的优化选择对确保污水处理厂的运行性能和降低费用最为关键，因此有必要根据确定的标准和一般原则，从整体优化的观念出发，结合设计规模、污水水质特性以及当地的实际条件和要求，选择切实可行且经济合理的处理工艺方案，经全面技术经济比较后确定最佳的总体工艺方案和实施方式。在污水处理工艺方案确定中，将遵循以下指导思想：1）所选工艺必须技术先进、成熟，运行稳定，能保证出水水质达到排放标准的要求，对水质变化适应能力强。2）废水水量、水质有一定的波动性，因此所选工艺应具有抗冲击负荷的能力。3）所选工艺应减少基建投资和运行费用，节省占地面积和降低能耗。4）所选工艺应易于操作、运行灵活且便于管理。根据进水水质水量，应能对工艺运行参数和操作进行适当调整，最大限度发挥处理装置和处理构筑物的处理能力。5）所选工艺应易于实现自动控制，提高操作管理水平。6）污水处理工艺的确定应与污泥处理和处置的方式结合起来考虑。废水处理站排出的污泥应得到稳定化处理，以便于后续处理和处置。7）所选工艺应最大程度地减少对周围环境的不良影响。5.2 含重金属污水处理方案比选国内外学者对重金属离子污染废水的治理问题做了大量研究，目前已开发应用的废水处理技术主要有化学法、电化学法和生物法等。采用化学法具有运行成本高、占地面积大等不足，但工艺成熟、稳定。生物法存在对水质要求高、自动化程度低等劣势。膜过滤法悬浮物处理效果好，投资较大，运行成本高。电化学法处理效果好，但土建量少、运营成本低。下面就这几种方法进行探讨。（1）化学法化学沉淀法的原理是通过化学反应使废水中呈溶解状态的重金属离子转变成为不溶于水的重金属化合物，再通过过滤和分离使沉淀物从水溶液中除去。由于受沉淀剂和环境条件的影响，沉淀法出水质量很难达到环保要求，如水质要求高，需要进一步进行处理。（2）物理化学法离子交换法和膜分离技术适用于含较低浓度重金属离子废水的处理。离子交换法是在离子交换器中进行，此方法借助离子交换剂来完成，在交换器中按要求装入不同类型的离子交换剂，重金属离子的溶液通过交换剂时，交换剂上的离子同水中的重金属离子进行交换，达到除去水中重金属离子的目的。这种方法受交换剂种类、产量和成本的影响。膜分离技术利用一种特殊的半透膜，在压力的作用下，在不改变溶液中化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方法，包括电渗析和隔膜电解。在生产中都会遇到电极极化、结垢和腐蚀等问题。（3）生物处理法生物吸附是对于经过一系列生物化学反应使重金属离子被微生物吸附的概括理解。这些作用包括络合、离子交换、吸附等。这些微生物从溶液中分离金属离子的机理有：胞上富集、沉淀；细胞表面的吸附或络合；胞内富集。其中细胞表面吸附或络合对死活微生物都存在，而胞内和胞外的大量富集往往要求微生物有活性。生物处理法是一种传统的水处理方式，但其主要针对的是生活污水等可生化性能好、水质毒性小、水质稳定性好的污染水。生物处理法具有运行成本低、处理效果较好等优势。但生物处理法同时也存在占地面积大、自动化程度低、耐冲击负荷能力较弱、污泥量大等缺点。（）电化学法电化学法是在电场的作用下，金属电极产生电子形成“微凝剂”（铁或铝的氢氧化物），水中的悬浮颗粒、胶体污染物在絮凝剂作用下失稳，脱稳后的污染物颗粒与微絮凝剂之间相互碰撞，结合成大絮体而沉淀。该法优点是不需要添加任何药剂，操作易于实现自动化控制。目前通常采用的重金属废水处理方法有化学药剂法和电化学法，而化学药剂法又以硫化法、石灰中和法和铁盐法为主。化学药剂法在处理过程中需要添加化学药剂，化学药剂的反应时间长，无法实现快速启动，无人值守，自动运行等要求。药剂添加需人工来操作，不但劳动强度大，而且对工人的责任心提出了较高的要求，添加药剂过程中很难准确把握加药的剂量。加多了，虽然处理效果能保证，但会造成成本增加；加少了，又不能保证处理效果达标。因此这种方法的处理效果很不稳定。而电化学重金属废水处理方法是一种使用电能代替昂贵的化学试剂，能够同时祛除水中的重金属、悬浮固体、乳化有机物和其它多种污染物的电化学过程。电化学技术可以在较大规模上、经济、洁净而可持续地处理废水。通常，很难治理的废水需要多种不同的化学药剂和流程来处理，但是其效果仍远不如电化学技术在一个步骤之内就能达到的指标。该方法工艺自动化程度高。大部分的调节和控制都是采用电控，一旦收集的废水重金属浓度高需要进行电化学处理，系统能够快速响应，12分钟之内就能自动启动，处理过程也非常简单，易操作。电化学法处理成本低，污泥量少，占地面积小，能够同时去除多种污染物，实现简单，对操作工人要求简单。表5-1 电化学技术和化学法比较项目化学沉淀法电化学法稳定性稳定性差需要消耗：NaClO，NaOH， H2O2，H2SO4，PAM，FeSO4等多种化学药剂，化学药剂有时效性，容易失效，因此需定期采购。而药剂因采购批次不同而造成品质差别较大，难以保证反应后稳定的处理效果。例如有企业曾发生过因硫化钠药剂品质不合格而影响处理设施正常运行的事件。稳定性好化学药品使用量少，只在pH调节时投加氢氧化钠，对系统稳定性影响不大，影响处理效果的主要因素为供应稳定的设备电源。操控性操作复杂 随着进水的水质波动，药剂量需相应的进行调整。大部分药品需人工配制投加，劳动强度大，对工人的要求较高。操作简便 只需控制进水的pH值与电流电压，实现简单，操作要求简单。可靠性（处理效果）经常性不达标化学法处理含锑废水只有在理想条件下处理才能够达标，对于复杂的混合废水处理时有超标优于国家标准根据现场试验和相关工程业绩，出水各项指标优于排放标准，并且能够应对各种复杂的情况。占地面积大需要较大的调节池，土建多小成套化的设备复杂性较复杂多级加药，不同类废水分开通过不同的工艺单独处理，对加药量和各级控制条件要求较严格，非常复杂。简单流程简单，控制因素少。扩充性不易扩充如扩容，需另建新系统。易扩充设备为模块化设计，易扩充，设备可移动，适用于改造优化项目。产渣量多因在废水处理过程中添加了不少化学药剂，渣的成分极为复杂。少废渣量较少，且渣中的贵重金属易于回收，变废为宝，实现清洁生产和循环经济。抗冲击负荷能力弱影响因素多，对水质水量的变化适应性差，一旦变化，则需改变加药量。往往系统反应迟钝，造成药剂浪费或排放不达标强水质水量变化时只需在前段调pH处增加或减少碱液的投加，就能够取得很好的去除效果。综上所述，根据综合污水水质特点，宜采用电化学深度处理工艺进行处理。5.3 HSJ电化学深度处理技术介绍B环保科技发展有限公司基于对重金属污水的全面检测分析，基于对当前主要重金属污水处理技术优缺点的了解，结合所掌握的领先的电化学技术，研发设计了电化学系统处理重金属污水。该技术工艺简单、占地面积小、运行效果好、费用低、对重金属去除有较好的效果，能够有效的去除水中的重金属离子，使之完全排放达标。本项目主要重金属污染物为Pb、Cd、Zn、Cu、Hg、As等，电化学系统能够通过电解凝聚、电解气浮以及电解氧化还原将重金属离子通过络合物的形式以其最稳定的方式结合成固体颗粒，从水中沉淀出来，得以去除。5.3.1电化学理论基础电化学法是一个复杂的过程，在电场的作用下金属电极产生阳离子到形成絮体包括三个连续的阶段：在电场的作用下，阳极产生电子形成“微絮凝剂”铁的氢氧化物；水中悬浮的颗粒、胶体污染物在“微絮凝剂”的作用下失去稳定性；脱稳后的污染物颗粒和微絮凝剂之间相互碰撞，结合成肉眼可见的大絮体。由于电化学法反应过程中电解反应的产物只是离子，不需要投加任何氧化剂或还原剂，对环境不产生或很少产生污染，被称为是一种环境友好水处理技术。电化学法中常用的电极材料为铁，在阳极和阴极之间通以直流电，发生的电极反应如下：铁阳极Fe2eFe2+（1）在碱性条件下Fe2+2OHFe(OH)2（2）在酸性条件下4Fe2+O2+2H2O4Fe3+4OH-（3）5.3.2电化学深度处理系统工作原理电化学法通过给多块钢板加直流电，在钢板之间产生电场，使待处理的水流入钢板的空隙。在该电场中，通电的钢板会有一部分被消耗而进入水中。电场中的离子与非离子污染物被通电，并与电场中电离的产物以及消耗进入水中的钢板发生反应。在此过程中，各种离子相互作用的结果，通常是以其最稳定的形式结合成固体颗粒，从水中沉淀出来。在电化学反应器的电解过程中，可简单描述为三种效应，即主要包括三个方面：电解凝聚、电解气浮以及电解氧化还原。电解凝聚是可溶性阳极铁极板电解产生阳离子（Fe2+，进一步曝气氧化成Fe3+）经水解、聚合，产生多核羟基络合物及氢氧化物，这些物质作为絮凝剂对水中污染悬浮物及胶体进行絮凝作用，故絮凝效果比传统絮凝剂要好。电解气浮是废水在电解时产生少量H2微气泡，这些粒径和密度很小的气泡，具有一定吸附力和浮载力，能将污染物絮凝并浮升到水面，促进固液分离。电解氧化还原是指水在电解过程中产生的羟基自由基（OH）、ClO-等具有强氧化性的物质，可把水中某些大分子有机污染物氧化成小分子有机物，小分子有机物通过絮凝和气浮被除去，有些物质被氧化成CO2和H2O而直接去除；而有些重金属离子，如Cu2+等被还原为单质铜而被去除。图5-1 电化学去除污染物过程5.3.3 HSJ电化学深度处理工艺优势1）极板不易钝化采用铁极板，在满足重金属稳定处理的基础上减少成本投资，降低运行费用；并有效的解决了极板易钝化的问题，保证系统连续运行。我公司研制的电化学设备成功的解决了常规电化学工艺中普遍遇到的极板钝化问题，无需配备专门的除垢设备，大大降低了人工除垢的工作量。2）废水处理效率高由于我公司的极板不存在钝化问题，在实际使用过程中，污染物质的去除效率基本成直线，直到极板消耗完时才急剧下降；而普通的电化学设备因存在极板钝化问题，随着极板表面的钝化，使得污染物质的去除效率急剧下降，直到花费大量的时间进行人工除垢后，方可恢复去除效果，也就是说普通的电化学设备的去除效率随着极板的钝化和钝化解除，其去除效率呈曲线状态。3）低廉的极板更换费用环保行业中的其他电化学设备使用的均是定制的极板，有的采用的是铝极板，企业采用该种电化学设备后需向专门的供应商采购极板，无形中为造成了极板供应垄断的局面，也提高了极板的费用。我公司使用的极板为Q235材质的普通铁极板；极板的加工图纸，在工程施工过程中随施工图一同上交给业主，可由业主自行采购、加工、安装、更换极板，极大的降低了极板更换费用。4）可自动化程度高自动化程度高，并实现远程操作和监控，对操作人员要求不高，减少了工人的劳动量。5）处理范围广，耐冲击负荷强电化学可处理多种污染物，不仅包括Pb、Cd、Zn、Cu、Hg、As等多种重金属，针对废水中可能会出现的氨氮和络合重金属物质也有良好的处理效果，设备冲击负荷能力强，对水力水质等条件要求不高。6）极高的污染物去除率，且污泥量少对锰、铬等重金属去除率远远优于国家规定标准，所产生的污泥量较少。7）简单操作和维护只通过消耗电力处理污染物，无需添加其他化学药剂，易于管理；结构简单，维护量小；设备维护工作量小，时间短，极板的制作和更换速度快，可保证系统停机时间更短。可根据实际需要，既能实现24小时连续运行，又能随时开机停机。8）处理效果稳定出水水质能够长期稳定达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级B标准。9）工程应用实例丰富工程案例包括水口山有色集团第四冶炼厂、水口山有色第八冶炼厂、河南豫光锌业有限公司在内的锌冶炼废水治理工程。5.3.4 B公司优势B公司配备专业齐全的高学历技术人员，公司设有实验中心、研发中心、设计中心等不同职能的专业团队。特别是实验中心和研发中心的设置，是很多小规模的环保企业所不具备的；其中实验中心可为项目的初期设计提供水质分析，在项目的调试和验收阶段，提供技术支持，为调试团队提供具体数据；研发中心可根据客户的需求和实际情况，提供最前沿的技术和理论。B公司已在黄金冶炼、铅锌冶炼、铜冶炼等有色金属冶炼行业实施了30多个项目并顺利通过验收，对有色冶炼企业的生产工艺、废水排放规律、水质特点等有了深刻的了解，积累了丰富的工程调试经验，拥有持续改进的能力，可根据每个项目的特点，提供定制设备，优化工艺参数，特别是在遇到企业因生产工艺造成废水水质波动较大的情况时，可借鉴同类型项目的成功经验，及时的调整后续的工艺参数，保证废水的达标排放。5.5污水生化处理方案选择5.5.1污水生化处理的可能性本工程要求在去除有机物的同时，需要达到脱N除P的效果。现在需要对水质进行分析，确定是否需要投加化学药剂方能达到处理目的。 （1）BOD5/CODcr：该指标体现了污水的可生化程度，是决定工艺主体参数的重要指标，一般认为BOD5/CODcr0.45可生化性好，BOD5/CODcr0.3较难生化，BOD5/CODcr0.2不易生化，本工程BOD5/CODcr=0.5，可采用生物方法去除有机物。 （2）BOD5/TKN：该指标反映反硝化过程碳源是否充足，是决定反硝化程度的主要指标（总凯氏氮TKN包括氨氮及有机氮，不包括亚硝酸盐氮及硝酸盐氮, 而一般原污水中的亚硝酸盐氮及硝酸盐氮几乎为零，所以本方案认为TKNTN），BOD5/TKN4可认为碳源充足，不须投加外碳源，本工程BOD5/TN=4.2，反硝化时碳源基本可以满足生化需要。 （3）BOD5/TP该指标是反映生物除磷效果的主要指标。较高的BOD5负荷可取得较好的除磷效果，一般认为BOD5/TP=17是正常进行生物除磷的低限。本工程BOD5/TP=50，可采用适当的生物处理除磷。综上所述，本工程可采用生物处理工艺去除有机物和脱N除P。5.5.2生物脱氮除磷原理本工程要求去除BOD5等有机物的同时，进行脱N除P，污水中各成份的比值也合适于采用生物处理方法。以下简述去除有机物，磷、氨氮的主要影响因素。以确定污水处理需要的主要过程。 （1）有机物去除有机物可通过厌氧和好氧的生物处理过程，转化成CO2或CH4和H2O而得以去除，部分有机物转化为细菌或被细菌吸附通过污泥排出污水处理系统。本工程要达到BOD520mg/L的排放要求，必须进行充分的三级生物好氧处理，方可达到排放要求。有机物的去除程度主要受污水的可生化程度和反应器好氧时间的影响，污水可生化程度越高，生物处理系统去除总碳的程度越高，另外，生物反应器需要有足够的好氧停留时间，出水才可以达到较低BOD5排出量。 （2）脱氮污水生物脱氮的基本原理：在好氧条件下通过硝化反应将氨氮氧化为硝酸盐氮，在缺氧条件下通过反硝化反应将硝酸盐氮还原成气态氮从水中逸出。在硝化反应和反硝化反应的过程中，环境因素对它们的影响有很大区别，下面是各主要因素的影响。1）溶解氧硝化反应必须在好氧的条件下进行，一般应维持混合液的溶解氧浓度为23mg/L，溶解氧浓度为0.50.7mg/L是硝化菌可以忍受的极限。溶解氧对反硝化反应有很大影响，主要由于氧同硝酸盐竞争电子供体，且抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性，因此系统中应有缺氧区，其溶解氧保持在0.5mg/L以下，才能保持反硝化反应的正常进行。2）pH值硝化反应是消耗碱度的反应，pH值最佳范围是8.08.4，低于7时硝化速率明显降低。反硝化反应是产生碱度的反应，pH值最佳范围是6.57.5。3）碳源（BOD5）硝化反应正常进行的有机负荷是在0.1kgBOD5/kgMLSS.d以下，过高的有机负荷会影响氨向硝化菌的传递。反硝化反应需要提供足够的碳源（BOD5），一般认为BOD5/TKN需大于4，否则会产生内源反硝化反应，反硝化菌减少，并会有NH3的产生。另外，易降解的有机物碳源有利于提高反硝化速率。4）污泥龄保证连续稳定的脱氮效果，必须保持一定量的硝化菌和反硝化菌，一般污泥龄应大于10天。5）有毒有害物质硝化反应中的有毒有害物质主要为重金属离子、高浓度的NH4+-N、有毒物质和有机物。其主要抑制作用为干扰细胞代谢和破坏细菌的氧化能力，出现亚硝酸盐的积累等。一般来说，同样毒物对亚硝酸菌的影响大于对硝酸菌的。反硝化菌对有毒物质的敏感性比硝化菌低很多。 （3）除磷除磷机理是某些细菌（如不动杆菌、棒杆菌、假单胞菌等）交替地处于厌氧与好氧条件时，它们能在无氧的条件下吸收低分子有机物，同时将细胞原生质中聚合磷酸盐颗粒的磷释放出来，提供必需的能量，在随后好氧条件下，所吸收的有机物被氧化并提供能量，同时从污水中吸收超过其生长所需的磷，并以聚磷酸盐的形式贮存起来，通过排放剩余污泥，将摄取过量磷的细菌排出系统，而获得较好的除磷效果。影响除磷过程和效果的主要环境因素如下：1）溶解氧在厌氧区必须控制严格的厌氧条件，既没有分子态氧，也没有如NO3-的化合态氧，以保证系统内的细菌能吸收有机物，并释放磷。其次是在好氧区中要供给充足的氧，以维持细菌的好氧呼吸，有效地吸收污水中的磷。2）BOD5负荷较高的BOD5负荷可取得较好的除磷效果，一般认为BOD5/TP需大于17。另外低分子易降解的有机物诱导磷释放能力较强，当磷的释放较充分时，磷的摄取量也大。3）污泥龄生物脱磷系统主要是通过排除剩余污泥除磷，一般认为泥龄越短的系统产生较多的剩余污泥，除磷效果较好。由上分析可得，本工程污水处理工艺要达到脱N除P的效果，必须有一个好氧段供有机物氧化和硝化反应，一个缺氧或厌氧段供反硝化反应，一个厌氧段供磷的释放。因此，本阶段污水处理工艺可定为具有厌氧、缺氧和好氧的三级生物处理工艺。依靠单纯的生物处理工艺，往往较难达到出水磷酸盐值稳定达标的要求，因此有时需投加化学药剂协同沉淀除磷。5.5.3工艺类别及流程组成 （1）工艺类别如前所述，污水生物处理部分为具有除磷、硝化和反硝化功能的三级处理工艺。 （2）流程组成一般情况下，城镇污水处理厂的工艺流程包括预处理、一级处理、二级生物处理和污泥处理。预处理段通常包括粗、细格栅、提升泵房和沉砂池，这是污水处理厂必备的工段。通常，同样的预处理构筑物和设备选择可以满足不同类型的生物处理工艺的预处理要求。一级处理段通常指初次沉淀池，也是机械处理方法。本工程中污水中含有少量的重金属离子，如不进行有效处理，对后续生化反应有一定抑制作用。污水进行初沉后，SS降低60左右，经过电化学系统后，金属离子降低90，BOD5相应降低2030，但对于NH3-N和TP的去除很少。综上所述，污水处理厂总体工艺流程包括预处理、电化学处理、生化处理和污泥处理。5.5.4工艺的选择应用于城市污水处理的生物脱N除P工艺按照构筑物的组成形式、运行性能以及运行操作方式的不同，可分为悬浮型活性污泥法和固着型生物膜法两大类，悬浮型活性污泥法污水处理工艺主要有三个系列：氧化沟系列、A/O系列、序批式反应器（SBR）系列。各个系列不断地发展、改进，形成了目前比较典型的工艺有：SBR工艺、A/O(缺氧/好氧)、A2/O(厌氧/缺氧/好氧)