1000吨生活污水CASS设计方案

1000 吨 天生活污水处理工程 初 步 设 计 方 案 目 录 第一章 概 述 1 1 1 工程简介 1 1 2 编制依据 原则和范围 1 第二章 拟建项目背景 4 2 1 建设污水处理厂必要性 4 2 2 污水处理厂处理程度 4 2 3 污水处理厂厂址选择 5 第三章 处理工艺方案选择 7 3 1 工艺方案选择原则 7 3 2 工艺方案的选择 26 第四章 污水处理厂推荐方案工程设计 28 4 1 工程内容 28 4 2 污水处理厂工艺设计 28 4 3 电气设计 35 4 4 仪表检测系统设计 37 4 5 自动控制设计 37 4 6 建筑结构设计 38 4 7 厂区平面及高程设计 40 4 8 人员编制 41 第五章 环境保护 安全卫生 42 5 1 环境保护 42 5 2 安全防火 43 5 3 卫生 43 5 4 节能 43 第六章 项目管理及实施计划 45 6 1 实施原则及步骤 45 6 2 项目建设的管理机构及项目实施 45 6 3 工程建设期 46 6 4 污水处理厂的运行管理 46 第七章 投资估算 48 7 1 工程估算表 48 第八章 运行成本分析 51 8 2 运行成本概算 51 第九章 工程效益 52 9 1 环境效益 52 9 2 社会效益 52 9 3 经济效益 53 第十章 售后服务 54 第十一章 结论和建议 55 11 1 结论 55 11 2 建议 55 1 第一章第一章 概概 述述 1 1 工程简介 1 1 1 工程名称 某城镇生活污水治理工程 1 1 2 工程规模 污水总量 1000m3 d 1 1 3 项目准备和编制过程 该污水处理厂设计方案主要在技术 经济 管理和运行等几个方面进行了 综合考虑 推荐了以 CASS 工艺为核心的方案 进行了工程设计和经济分析 1 2 编制依据 原则和范围 1 2 1 编制依据 1 建设单位提供水量 水质资料及相应要求 2 中华人民共和国环境保护法 1989 年 12 月 3 中华人民共和国水法 2002 年 8 月 4 排污费征收标准及计算方法 国家发展计划委员会 财政部 国家环保总局 国家经济贸易委员会第 31 号令 5 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 6 地表水环境质量标准 GB3838 2002 7 城市污水处理厂附属建筑和设备设计标准 CJJ31 89 8 带式压滤机污水污泥脱水设计规范 CECS75 95 9 泵站设计规范 GB T50265 97 10 鼓风曝气系统设计规范 CECS97 97 11 栅条 网格絮凝池设计标准 CECS06 88 12 室外排水设计规范 GB50101 2005 2 13 给水排水构筑物施工及验收规范 GBJ 90 14 给水排水工程管道结构设计规范 GB50332 2002 15 给水排水管道工程施工及验收规范 GB50268 97 16 地下工程防水技术规范 GBJ108 87 17 工程结构可靠度设计统一标准 GB50153 92 18 压缩机 风机 泵安装工程施工及验收规范 GB50275 98 19 混凝土结构设计规范 50010 2002 20 砌体结构设计规范 50003 2001 21 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 22 建筑地基基础设计规范 GBJ7 89 23 建筑结构荷载设计规范 GBJ9 87 24 建筑防雷设计规范 GB50057 94 25 10KV 及以下变电所设计规范 GB50053 94 26 通用用电设备配电设计规范 GB50055 93 27 工业与民用电力装置的接地设计规范 GBJ65 83 28 低压配电装置及线路设计规范 GB50054 95 29 城市污水处理及污染防治技术政策 建成 2001 124 号 30 工程建设标准强制性条文 建标 2002 202 号 1 2 2 编制原则 选用运行安全可靠 经济合理的工艺流程 采用先进的技术和设备 合理利用资金 提高污水处理站的自动化程度和管 理水平 根据基础设施统一规划 分步实施的方针 在方案设计中充分考虑远 近期 结合 为发展留有余地 3 污水处理厂的位置 应符合城市规划要求 位于城市下游 与周边有一定的 卫生防护带 靠近受纳水体 少占农田 严格执行国家和地方现行有关标准 规范和规定 1 2 3 编制范围 本方案编制范围为 通过对类似生活污水水质情况的综合分析 提出可行 性方案 最终推荐最优方案 内容主要包括污水处理工艺流程 设备选型 污 水构筑物及附属工程 污水处理站内管道工程 不含站外输送管道及设备 电 气自控工程 设备安装调试和运行管理等进行综合规划设计 4 第二章第二章 拟建项目背景拟建项目背景 2 1 建设污水处理厂必要性 生活污水未经达标处理就直接排入河流 严重污染了水源 影响了城镇卫 生 因此解决城镇废水排放问题已迫在眉睫 拟建一座污水处理厂 为达到 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 处理量为 1000 吨 天 污水处理厂的建设 正是保护自身环境 提高城市文明水平和市民健康水 平 促进城市发展的必要措施 因此 该污水处理厂的建设是必要的 2 2 污水处理厂处理程度 2 2 1 污水水质现状 由于无污水进水水质参数 现暂拟定该镇的污水浓度为 COD 为 350mg L SS 为 300mg L BOD 为 175mg L NH4 N 为 30mg L PO43 以 P 计 为 3 0mg L pH 为 6 8 与其它城市污水处理系统的水质相似 污水中可能存在少 量工业废水 由于工业废水要求经过处理后排入城市管网 因此污染物浓度不 高 混合后的废水 B C 一般在 0 4 0 6 污水是可以进行生化处理的 2 2 2 污水处理程度的确定 污水处理厂对污水中主要污染物质的处理程度是确定处理工艺流程的基本 依据 污水处理程度的确定对受纳水体的环境影响 对工程建设费用及长期的运 转费用都是至关重要的 必须慎重对待 污水处理厂出水根据受纳水体类别和排放标准 污水处理后应达到 城镇 污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 的一级 B 标准 即 BOD 20mg l 5 COD 60mg l SS 20mg l NH4 N 15mg l PO43 以 P 计 1 0mg l pH 6 0 9 0 2 2 3 设计出水水质 通过本工艺处理后 污水处理厂的设计出水水质表下表 项目进水出水 BOD175 mg l 20mg l COD350 mg l 60mg l SS300 mg l 20mg l NH4 N30 mg l 15mg l PO43 以 P 计 3 mg l 1mg l 2 2 4 污泥出路 处理后污泥建议运往垃圾处理场集中处理 经有关部分检验确定安全无害 后 也可用于农肥或供园林部门用于非娱乐场所的绿化和沙漠化的的土壤改良 2 3 污水处理厂厂址选择 根据城镇总体规划 贯彻污水处理厂布置应相对集中 成规模运行的原则 该污水处理站选址应综合考虑管网布置和现有人口分布特点 2 4 工程重点和难点分析 在满足排放标准的前提下降低工程投资 简化操作管理 污水中氨氮的有效降解问题 本工艺方案的比选中必须考虑能够有效 脱氮的工艺 污水中磷的有效去除问题 本工艺方案的比选中必须考虑能够有效脱 磷的生化和化学法 采取稳妥可靠的消毒方式和消毒设备 6 第三章第三章 处理工艺方案选择处理工艺方案选择 3 1 工艺方案选择原则 作为城市基础设施的重要组成部分和水污染控制的关键环节 城市污水处 理厂工程的建设和运行意义重大 由于城市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优选 出最佳的总体工艺方案和实施方式 在污水处理厂工艺方案确定中 将遵循以 下原则 1 技术成熟 处理效果稳定 保证出水水质达到国家规定的排放要求 2 基建投资和运行费用低 以尽可能少的投入取得尽可能多的效益 3 运行管理方便 运转灵活 并可根据不同的进水水质和出水水质要求 调整运行方式和工艺参数 最大限度的发挥处理装置和处埋构筑物的处理能力 4 选定工艺的技术及设备先进 可靠 5 便于实现工艺过程的自动控制 提高管理水平 降低劳动强度和人工 费用 根据上述章节对污水水质的分析 本工程要求的污水处理程度较高 对 COD BOD SS NH3 N P 去除率要求分别达 82 9 88 6 93 3 50 和 66 7 以上 对污水处理工艺选择应十分慎重 本方案设计的污水处理工艺 选择针对该城镇城污水量和污水水质以及经济条件考虑适应力强 调节灵活 7 低能耗 低投入 少占地和操作管理方便的成熟先进工艺 下面将对各种工艺 的特点进行论述 以便选择切实可行的方案 3 1 1 常规处理工艺 在常规二级活性污泥法中 不同的污染物是以不同的方式去除的 SS 的去除 污水中的 SS 的去除主要靠沉淀作用 污水中的无机颗粒和大直径的有机 颗粒靠自然沉淀作用就可去除 小直径的有机颗粒靠微生物的降解作用去除 而小直径的无机颗粒 包括尺度大小在胶体和亚胶体范围内的无机颗粒 则要靠 活性污泥絮体的吸附 网络作用 与活性污泥絮体同时沉淀被去除 污水厂出 水中悬浮物浓度不仅涉及到出水 SS 指标 出水中的 BOD5 COD 等指标也与 之有关 这是因为组成出水悬浮物的主要是活性污泥絮体 其本身的有机成分 就很高 因此较高的出水悬浮物含量会使得出水的 BOD5 COD 均增加 因此 控制污水厂出水的 SS 指标是最基本的 也是很重要的 为了降低出水中的悬浮物浓度 应在工程中采取适当的措施 例如采用适 当的污泥负荷以保持活性污泥的凝聚及沉降性能 充分利用活性污泥悬浮层的 吸附网络作用等 在污水处理方案选用正确 工艺参数取值合理和优化单体构 筑物设计的条件下 完全能使出水 SS 指标达到 20mg L 以下 BOD5去除 污水中 BOD5的去除是靠微生物的吸附作用和代谢作用 然后对污泥与水 进行分离来完成的 活性污泥中的微生物在有氧的条件下将污水中的一部分有机物用于合成新 的细胞 将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量 其最 终产物是 CO2和 H2O 等稳定物质 在这种合成代谢与分解代谢的过程中 溶解 性有机物 如低分子有机酸等易降解有机物 直接进入细胞内部被利用 而非溶 8 解性有机物则首先被吸附在微生物表面 然后被酶水解后进入细胞内部被利用 由此可见 微生物的好氧代谢作用对污水中的溶解性有机物和非溶解性有机物 都起作用 而且代谢产物是无害的稳定物质 因此 可以使处理后污水中的残 余 BOD5浓度很低 根据国外有关设计资料 在污泥负荷为 0 3kgBOD5 kgMLSS d 以下时 就很容易使得出水 BOD5保持在 20mg L 以下 COD 的去除 污水中的 COD 去除的原理与 BOD5基本相同 污水厂出水中的剩余 COD 即 COD 的去除率 取决于原污水的可生化性 它与城市污水的组成有 关 从理论上讲 BOD5 N 2 86 才能有效脱氮 实际运行资料表明 BOD5 N 3 时才使反硝化正常运行 本工程 BOD5 N 4 0 生物脱氮是可行的 同样 BOD5 P 26 同样可以满足生物除磷要求 3 1 2 主要生物处理工艺概述 3 1 2 1 活性污泥法工艺 活性污泥法工艺是一种应用最广泛的污水好氧生化处理技术 其主要由曝 气池 二沉池 曝气系统以及污泥回流系统等组成 污水经过初次沉淀池后与 二次沉淀池底回流的活性污泥同时进入曝气池 通过曝气 活性污泥呈悬浮状 态 并与污水充分接触 污水中的悬浮固体和胶状物质被活性污泥吸附 而污 水中的可溶性有机物被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的营养物质 代谢转 化为生物细胞 并氧化成为二氧化碳 非溶解性有机物需先转化成溶解性有机 物 而后才被代谢和利用 污水由此得到净化 净化后污水与活性污泥在二次 沉淀池内进行泥水分离 上层清液出水排放 分离浓缩后的污泥一部分返回曝 气池 以保证曝气池内保持一定浓度的活性污泥 其剩余污泥由系统排出 主 要目的是降低污水中以 BOD 和 COD 等综合指标表示的好氧有机污染物质 随 着水体富营养化问题的日益严重 氮 磷等无机污染物的危害引起了人们的足 9 够重视使得脱氮除磷工艺应运而生 如 A O A A O CASS 等工艺 其中 CASS 工艺由于抗冲击负荷强 不易发生污泥膨胀和自动化管理程度高等优点 而得到广泛应用 该工艺具有工艺成熟 脱氮除磷效果好等特点 3 1 2 2 氧化沟工艺 因其构筑物呈封闭沟渠而得名 属于活性污泥法的一种改型 能够同时实 现有机物氧化 氮硝化 目前常用的几种商业性氧化沟有荷兰 DHV 公司 60 年 代开发的 Carrousel 氧化沟 美国 Envirex 公司开发的 Orbal 氧化沟 丹麦 Kruger 公司发明的 DE 氧化沟等 在我国 氧化沟工艺是使用较多的工艺 与其它生物处理工艺相比 有以下技术 经济方面的特点 a 工艺流程简单 构筑物省 运行管理方便 b 曝气设备和构造形式多样化 运行灵活 c 处理效果稳定 出水水质量耗 并可实现脱氮除磷 d 基建投资省 运行费用低 e 产泥量少 污泥性能好 f 能承受水量 水质冲击 对高浓度工业废水有很大的稀释能力 该工艺的缺点是不适合小水量的处理 3 1 2 3 A B 法工艺 AB 工艺是一种生物吸附 降解两段活性污泥工艺 A 段负荷高 曝气时 间短 0 5h 左右 污泥负荷高 2 6kgBOD kgMLSS d B 段污泥负荷较低 为 0 15 0 30 kgBOD5 kgMLSS d 该段工艺有机物 氮和磷都有一定的去除率 适用于处理浓度较高 水质水量较大的污水 通常要求进水 BOD 250mg L AB 工艺才有明显优势 3 1 2 4 曝气生物滤池工艺 BAF 主要用于生物出水的进一步硝化 以提高出水水质 去除生物处理的 10 剩余氨氮 近几年又开发出多种形式 使此工艺适用于对原污水进行硝化与反 硝化处理 它通过内设生物填料使微生物附着其上 污水从填料之间通过 达 到去除有机物 氨氮和 SS 的目的 3 1 2 5 SBR 工艺 SBR 实际上是最早出现的活性污泥法 早期局限于实验研究阶段 但近十 年来 由于自动控制 生物选择器 机械制造方面的技术突破才使得这一工艺 真正应用于生产实践 目前该工艺的应用正在我国逐步兴起 它是一个完整的操作过程 包括进水 反应 沉淀 排水排泥和闲置 5 个 阶段 SBR 工艺有以下特点 A 生物反应和沉淀池在一个构筑物内完成 节省占地 土建造价低 B 具有完全混合式和推流式曝气池的优势 承受水量水质冲击负荷能力 强 C 污泥沉降性能好 不易发生污泥膨胀 D 对有机物和氮的去除效果好 但传统的 SBR 工艺除磷的效果不理想 主要表现在 对脱氮除磷处理要 求而言 传统 SBR 工艺的基本运行方式虽充分考虑了进水基质浓度及有毒有害 物质对处理效果的影响而采取了灵活的进水方式 但由于这种考虑与脱氮或除 磷所需要的环境条件相背 因而在实际运行中往往削弱脱氮除磷效果 就除磷 而言 采用非限量或半限量曝气进水方式 将影响磷的释放 对脱氮而言 则 将影响硝化态氮的反硝化作用而影响脱氮效果 3 1 2 6 生物接触氧化法 生物接触氧化法在污水处理领域应用广泛 处理效果较好 生物接触氧化 法也称淹没式生物滤池 其在池内设置填料 结实充氧的污水与长满生物膜的 11 填料相接触 在生物膜的作用下 污水得到充分净化 在运行初期 少量的细 菌附着于填料表面 由于细菌的繁殖逐渐形成很薄生物膜 曝气装置不断向池 内充氧 增加污水中的溶解氧 在溶解氧和食物都充足的条件下 微生物的繁 殖十分迅速 生物膜逐渐增厚 溶解氧和污水中的有机物凭借扩散作用 为微 生物所利用 但当生物膜达到一定厚度时 氧已经无法向生物膜内层扩散 好 氧菌死亡 而兼性细菌 厌氧菌在内层开始繁殖 形成厌氧层 利用死亡的好 氧菌为基质 并在此基础上不断发展厌氧菌 数量上不断增加 但厌氧菌经过 一段时间后在数量上逐渐开始下降 加上代谢气体产物的逸出 使内层生物膜 大块脱落 在生物膜已脱落的填料表面上 新的生物膜又重新发展起来 在接 触氧化池内 由于填料表面积较大 所以生物膜发展的每一个阶段是同时存在 的 使去除有机物的能力稳定在一定的水平上 生物膜在池内呈立体结构 对 保持稳定的处理能力有利 生物接触氧化法的缺点是不能有效去除污水中的氨 氮和总磷 3 1 2 7CASS 工艺 CASS 工艺是于 1968 年由澳大利亚开发的一种间歇运行的循环式活性污泥 法 是 SBR 工艺的一种变型 1976 年建成了世界上第一座 CASS 工艺的污水 处理厂 随后在日本 加拿大 美国和澳大利亚等得到了广泛推广应用 目前 在全世界已建成投产了 300 座 CASS 工艺污水处理厂 1986 年 美国环保局正 式将该工艺列为革新技术 1988 年 在计算机技术的支持下 使该工艺进一步 得到发展和推广 成为目前计算机控制系统非常先进的生物脱氮除磷工艺 每个 CASS 反应器由三个区域组成 即生物选择区 兼氧区和主反应区 生物选择区是设置在 CASS 前端的小容积区 容积约为反应器总容积的 10 水力停留时间为 0 5 1h 通常在厌氧或兼氧条件下运行 生物选择器是根据活 性污泥反应动力学原理而设置的 通过主反应区污泥的回流并与进水混合 不 12 仅充分利用了活性污泥的快速吸附作用而加速对溶解性底物的去除 并对难降 解有机物起到良好的水解作用 同时可使污泥中的磷在厌氧条件下得到有效的 释放 在完全混合反应区之前设置选择器 还有利于改善污泥的沉降性能 防 止污泥膨胀问题的发生 此外 选择器中还可发生比较显著的反硝化作用 回 流污泥混合液中通常含 2mg l 左右的硝态氮 其所去除的氮可占总去除率的 20 左 右 选择器可定容运行 亦可变容运行 多池系统中的进水配水池也可用作选 择器 由主反应区向选择区回流的污泥量一般以每天将主反应器中的污泥全部 循环一次为依据而确定其回流比 兼氧区不仅具有辅助生物选择区对进水水质水量的缓冲作用 同时还具有 促进磷的进一步释放和强化氮以硝化的作用 主反应区是最终去除有机底物的主场所 运行中 通常将主反应区的曝气 强度加以控制 以使反应区内处于好氧状态 而活性污泥结构内部则基本处于 缺氧状态 溶解氧向污泥絮体的传递受到限制 而硝态氮从污泥内向主体溶液 的传递不受限制 从而使主反应区中同时发生有机污染物的降解以及同步硝化 和反硝化作用 污水连续不断进入选择区 微生物通过酶的快速转移机理 迅速吸附污水 中约 85 左右的可溶性有机物 经历一个高负荷的基质快速增长过程 对进水 水质 水量 PH 值和有毒有害物质起到较好的缓冲作用 污水再通过隔墙底部 的连接口进入主反应池 经历一个较低负荷的基质降解过程 并完成泥水分离 CASS 工艺的运行模式与传统 SBR 法类似 由进水 反应 沉淀和出水及 必要的闲置等五个阶段组成 从进水到出水结束作为一个周期 每一过程均按 所需的设定时间进行切换操作 其每一个周期的循环操作过程如下 充水 曝气 13 在曝气时同时充水 如要用 6 小时循环周期 则充水 曝气为 4 小时 沉淀 停止进水和曝气 沉淀时间一般采用一小时 形成凝絮层 上层为清液 高水位时 MLSS 混合液悬浮固体是指曝气池中废水和活性污泥的混合液体的 悬浮固体浓度 约为 3 0 4 0g l 沉淀后可达 10g l 滗水 继续停止进水和曝气 用滗水器排出 滗水器为整个系统中的关键设备 滗水器根据事先设定的高低水位由限位开关控制 可用变频马达驱动 有防浮 渣装置 使出水通过无渣区经堰板和管道排出 闲置 在实际运行中 滗水所需时间小于理论时间 在滗水器返回初始位置三分 钟后即开始为闲置阶段 此阶段可充水 在 CASS 系统中 一般至少设两个池子 以使整个系统能接纳连续的进水 因此在第一个池子进行沉淀和滗水时 第二个池子中进行充水 曝气过程 使两 个池子交替运行 为防止进水对沉淀的干扰和出水水质的影响 一般在沉淀和 滗水时须停止进水和曝气 与传统的污泥法相比 CASS 工艺有下述特点 出水水质好 污水流入预反应区 活性污泥在高负荷条件下强化了生物吸附作用 并促 使了微生物的增殖 有效地抑制了丝状菌的繁殖 整个反应池内微生物一直可 保持较高浓度 低水位时其 MLSS 常控制在 4 5g l 左右 低食料比使处理过程 较为稳定彻底 池内污水的流速为 0 03 0 05 米 分 即使有一个小部分水在滗水阶段后期 进入主反应池 也因经过污泥沉降层的阻挡而改变了运行的方向 不会形成短 流 14 反应池在沉淀时起沉淀作用 由于此阶段已停止曝气 只有进水而无出水 沉淀过程处理半静止状态 其水力负荷为 0 3 0 5m3 m2 hr 固体表面负荷值为 10 15kg m2 hr 因此污泥沉淀 时间充分 固液分离效率高 通过控制合适的曝气 停气 为硝化细菌和反硝化细菌创造了适宜的反硝 化脱氮条件 此外还利用污泥在厌氧和好氧的不同环境中吸收和贮藏磷的能力 达到除磷的目的 对冲击负荷的适应性强 CASS 反应池可以通过调节池周期来适应进水量和水质的变化 已有的运 行资料表明 在流量冲击和有机负荷冲击超过设计值 2 3 倍时 处理效果仍然 令人满意 活性污泥性能好 已有的运行资料表明 SBR 工艺中活性污泥沉降指数 SVI 均小于 150 已 建成的处理厂中从未发生污泥膨胀的异常现象 投资和占地面积小 CASS 工艺不设初沉池 二沉池 污泥消化池等构筑物 污泥不需回流 减少了构筑物及管道 其投资和占地面积大大减少 能耗低 CASS 技术是一种改进的延时曝气系统 运行时 曝气时间短 氧利用率 高 且无污水回流设备 故其能耗较低 CASS 池产生的剩余污泥定期排入污泥浓缩池 通过浓缩 同时投加脱磷 剂固定其中的磷酸盐 避免污泥中的磷释放到污水中 上清液返回调节池处理 底泥定期吸出填埋或作堆肥 3 1 3 污水脱氮工艺 按照一级排放标准 所选工艺方案必须具有脱氮除磷功能 而常规二级处 15 理达不到这要求 因此 必须对污水脱氮除磷工艺进行分析 1 氮的去除 污水脱氮方法主要有物理化学法和生物法两大类 目前生物脱氮是主体 也是城市污水处理中经济和常用的方法 其脱氮工艺形式较多 原理相同 物 理化学脱氮主要有折点氯化法去除氨氮 选择性离子交换法去除氨氮 空气吹 脱法去除氨氮 a 物理化学脱氨 折点氯化法去除氨氮 折点氯化法去除氨氮是将氯气或次氯酸钠投入污水中 将污水中 NH4 N 氧 化成 N2的化学脱氮工艺 其最终化学反应可表示为 NH4 1 5HOCL 0 5N2 2 5H 1 5Cl 氯投加量与 NH4 N 重量比为 7 6 1 由于污水水质的不同 投加量将 大于理论计算值 此外 折点氯化法还需要消耗水中碱度 理论计算 1mg L NH4 N 消耗 14 3mg L 碱度 以 CaCO3计 一般需向污水中投加 NaOH 和石灰来补充污水碱 度的不足 并且尚需对出水余氯进行脱除 以免毒害鱼贝类水生生物 余氯脱 除可用还原剂二氧化硫将余氯还原成氯离子或用活性炭床过滤吸附 采用折点氯化法脱氨氮 工艺复杂 投氯量大 再加上补充碱度 余氯脱 除等工艺环节 而且投氯尚会产生一些新的有毒和有害物质 故从经济上 运 行管理上和环境上分析均不适宜于本工程 选择性离子交换法去除氨氮 阳离子交换树脂的离子交换反应可用下式表示 nR A Bn Rn Bn nA 阳离子交换树脂对各种离子所表现的不同亲和力或选择性是离子交换的基 16 本条件 目前在污水处理中主要采用沸石天然离子交换物质作为离子交换物质 但该法在国内尚无应用 该法存在的主要问题是进入交换柱的 SS 值不应大于 35mg L 以免增加水 头损失 堵塞沸石床 吸附饱和后必须对沸石进行再生 以恢复其离子交换能 力 无运行管理经验 空气吹脱法去除氨氮 污水中的氨氮大多以铵离子 NH4 和游离氨 NH3 形式存在 并在水中保持 如下平衡 NH4 NH3 H 当 PH 值升高时 平衡向右移动 污水中游离氨的比率增加 当 PH 值升 高到 11 左右时 水中的氨氮几乎全部以 NH3形式存在 若加以搅拌 曝气等 物理作用可使氨气从水中向大气转移 氨吹脱包括三个工艺过程 一是提高污水 PH 值 将污水中 NH4 转变为 NH3 二是在吹脱塔中反复形成水滴 三是通过吹脱塔大量循环空气 增加接 触 搅动水滴 该工艺方案主要存在的问题是需对污水调节 PH 值 投加大量石灰 药剂 投加量大 另外还产生大量的污泥 增加处理难度和污泥处理量 由于需要大 量循环空气 故动力费用较高 该方法在城市污水处理中尚无使用先例 也缺 少运行管理经验 因此不推荐采用 综上所述 物理化学法脱氮从经济 管理等方面均不适宜在污水处理中使 用 b 生物脱氮 氮是蛋白质不可缺少的组成部分 因此广泛存在于城市污水之中 在原污 水中 氮以 NH3 N 及有机氮的形式存在 这两种形式的氮合在一起称之为凯氏 17 氮 用 TKN 表示 而原污水中的 NOx N 包括亚硝酸盐 NO2和硝酸盐 NO3在内 几 乎为零 故通常进水总氮即近似等于凯氏氮 氮也是构成微生物的元素之一 一部分进入细胞体内的氮将随剩余污泥一起从水中去除 这部分氮量占所去除 的 BOD5的 5 在有机物被氧化的同时 污水中的有机氮也被氧化成氨氮 并且在溶解氧充足 泥龄足够长的情况下进一步氧化成硝酸盐 因为氮在水体 中是藻类生长所需的营养物质 容易引起水体的富营养化 因此氮是污水处理 厂出水的控制指标之一 反硝化菌在缺氧的情况下可以利用硝酸盐 NO3 N 中的氮作为电子受体 氧化有机物 将硝酸盐中的氮还原成氮气 N2 从而完成污水的脱氮过程 生 物脱氮工艺是目前广泛采用的污水处理工艺 由此可见 要达到生物脱氮的目的 完全硝化是先决条件 因为硝化菌属 于自养菌 其比生长率 n 明显小于异养菌的生长率 h 生物脱氮系统维持硝 化的必要条件是 n h 也就是说系统必须维持在较低的污泥负荷条件下运行 使得系统泥龄大于维持硝化所需的最小泥龄 根据大量的试验数据和运转实例 设计污泥负荷在 0 18kgBOD5 MLSS d 及以下时 就可以达到硝化及反硝化的目 的 3 1 4 污水除磷工艺 污水除磷主要有生物除磷和化学除磷两大类 对于城市污水一般采用生物 除磷为主 必要时辅以化学除磷作为补充 以确保出水的磷浓度在标准以内 A 化学除磷 化学除磷主要是向污水中投加药剂 使药剂与水中溶解性磷酸盐形成不溶 性磷酸盐沉淀物 然后通过固液分离将磷从污水中除去 固液分离可单独进行 也可与初沉污泥和二沉污泥的排放相结合 按工艺流程中化学药剂投加点的不 同 磷酸盐沉淀工艺可分成前置沉淀 协同沉淀和后置沉淀三种类型 前置沉 18 淀的药剂投加点是原污水进水处 形成的沉淀物与初沉污泥一起排除 协同沉 淀的药剂投加点包括初沉出水 曝气池及二沉池之前的其它位置 形成的沉淀 物与剩余污泥一起排除 后置沉淀的药剂投加点是二级生物处理之后 形成的 沉淀物通过另设的固液分离装置进行分离 所括澄清池或滤池 化学除磷的药 剂主要包括石灰 铁盐和铝盐 投加石灰法 向污水中投加石灰 污水中磷酸盐与石灰的化学反应可用下式表示 3HPO42 5Ca2 4OH Ca5 OH PO4 3 3H2O 污水碱度所消耗的石灰量通常比形成磷酸钙类沉淀物所需的石灰量大 几个数量级 因此石灰法除磷所需的石灰投加量基本上取决于污水的碱度 而不是污水的含磷量 满足除磷要求的石灰投加量大致为总碳酸钙碱度的 1 5 倍 石灰法除磷的 PH 值通常控制在 10 以上 由于过高的 PH 会抑制和破坏微 生物的增殖和活性 所以石灰法不能用于协同沉淀 只能用于前置沉淀和后置 沉淀法除磷 投加铁盐和铝盐 以硫酸铝和三氯化铁 硫酸亚铁混凝剂为例 金属盐与水中的磷酸盐碱度 的反应可以表示如下 硫酸亚铁混凝 3Fe2 2PO43 Fe3 PO4 2 主反应 FeCl3 PO43 FePO4 3Cl 副反应 2FeCl3 3Ca HCO3 2 2Fe OH 3 3CaCl2 6CO2 硫酸铝混凝 主反应 Al2 SO4 3 14H2O 2PO43 2AlPO4 3SO42 14H2O 19 副反应 Al2 SO4 3 14H2O 6HCO3 2Al OH 3 3SO42 6CO2 14H2O 可见 铁盐和铝盐均能与磷酸根离子 PO43 作用生成难溶性的沉淀物 通 过去除这些难溶性沉淀物去除水中的磷 按照德国规范 ATV A131 的规定 一般去除 1kg 磷需要投加 2 7kg 铁或 1 3kg 铝 对特定的污水 金属盐投加量需通过试验确定 进水 TP 浓度和期望 的除磷率不同 相应的投加量也不同 化学除磷方法的产泥量将增加 仅由沉淀剂与磷酸根和氢氧根结合生成的 干泥量为 2 3kgTS kgFe 或 3 6kgTS kgAl 除此之外 还要考虑附带的其它沉淀 物 因此 在实际应用中应按每 kg 用铁量产生 2 5kg 污泥或每 kg 用铝量产生 4 0kg 污泥来计算产泥量 在初沉池投加化学药剂 初沉池产泥量将增加 50 100 如设后续生物处 理 则全厂污泥量增加 60 70 在二沉池投药 活性污泥量增加 35 45 全厂污泥量将增加 10 25 化学除磷的优点是工艺简单 除加药设备外不需要增加其它设施 因此特 别适用于旧厂增加除磷设备 缺点是药剂消耗量大 剩余污泥量增加 浓度降 低 体积增大 使污泥处理的难度增加 同时还要消耗水中碱度 影响氨氮硝 化 因此 在二级生物处理工艺中 仅当出水含磷要求较高时 才考虑化学法 辅助除磷 B 生物除磷 生物除磷是污水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降解有机物 并转化为 PHB 聚 羟丁酸 存储起来 当这些聚磷菌进入好氧条件下时就降解体内储存的 PHB 产生能量 用于细胞的 合成和吸磷 形成高浓度污泥 随剩余污泥一起排出系统 从而达到除磷的目 的 生物除磷的优点在于不增加剩余污泥量 处理成本较低 缺点是为了避免 20 剩余污泥中磷的再次释放 对污泥处理工艺的选择有一定的限制 据资料介绍 在厌氧段释放 1mg 的磷吸收储存的有机物 经好氧分解后产 生的能量用于细胞合成 增殖 能够吸收 2 2 4mg 的磷 因此磷的吸收取决于 磷的释放 而磷的释放取决于污水中存在的可快速降解的有机物的含量 一般 来说 这种有机物与磷的比值越大 降磷效果越好 一般的活性污泥法 其剩 余污泥中的含磷量为 1 5 2 采用生物除磷工艺的剩余活性污泥中磷的含量 可以达到传统活性污泥法的 2 3 倍 在设计中往往采用 3 5 生物除磷工 艺的前提条件是聚磷菌必须在厌氧条件下受到抑制 而后进入好氧阶段才能增 大磷的吸收量 因此 污水除磷的处理工艺必须在曝气池前设置厌氧段 根据该城镇城污水处理厂的进水水质和要求达到的出水指标 我们认为 最佳的处理工艺是生物除磷脱氮工艺 即 深度 二级生物处理工艺 3 1 5 二氧化氯消毒工艺 二氧化氯 ClO2 是被世界卫生组织 WHO 公认的一种高效 广谱 强力杀菌剂 也是 2003 年中国在抗击 非典 过程中 国家卫生和环保部门推荐 使用的消毒剂之一 化学法二氧化氯发生器由反应系统 吸收系统 供给系统和控制系统组成 结构合理 操作安全方便 维护简便 故障率低 在省内外各地医院的污水处 理工程中被应用并得到很好的处理效果 所以 本方案选择二氧化氯为该医疗 污水的消毒药剂 二氧化氯 ClO2 杀菌消毒剂是美国八十年代开发的新产品 经过美国食品 药物管理局 FDA 和美国环境保护署 ERA 长期科学的试验论证 确认它是杀菌 消毒 除臭的理想药剂 世界卫生组织确认其是一种高效强力广谱杀菌剂 二 氧化氯药剂由此被国际卫生组织公认的液氯 漂白粉精 优氯净 次氯酸钠等 氯系消毒剂最理想的更新换代产品 21 二氧化氯消毒剂可以灭杀一切微生物 包括细菌繁殖体 细胞芽孢 真菌 分枝杆菌和肝炎病毒 各种传染病毒菌等 其对微生物的杀菌机理为 二氧化 氯对细胞壁有较强的吸附穿透力 可有效地使氧化细胞内含琉基的酶 快速的 抑制微生物蛋白质的合成来破坏微生物 二氧化氯的消毒能力和氧化能力远远 超过氯气 不会像氯气那样生成对人体有害的有机卤化物和三卤甲烷 致癌物 质 能有效的破坏酚 硫化物 氰化物等有害物质 二氧化氯发生器工作原理 化学方程式 NaClO3 2HCl NaCl ClO2 1 2C12 H2O 5NaClO2 4HCl 4ClO2 5NaCl 2H2O 原料供应系统内的氯酸钠水溶液和盐酸 浓度 30 31 在计量调节系统 电控系统的作用下被定量输送到反应罐内 在一定温度下经过负压曝气反应生 成二氧化氯和氯气的气液混合物 经吸收系统吸收制成一定浓度的二氧化氯混 合消毒液 投加到待处理的水中或需要消毒的物体 完成二氧化氯和氯气的协 同消毒 氧化等作用 3 1 6 污泥处理工艺 污泥是水处理工程的副产物 包括筛余物 沉泥 浮渣和剩余污泥等 污 泥体积约占处理水量的 0 3 0 5 如污水进行深度处理 污泥量还可能增加 0 5 1 0 倍 总之 污泥处理和处置的目的是减量 稳定 无害化及综合利用 脱除污 泥水分 缩小污泥体积的方法主要有浓缩 调理 脱水和干化 稳定污泥中有 机物主要通过消化 焚烧 氧化和消毒等 A 污泥调理 影响污泥浓缩和脱水性能的主要因素是颗粒的大小 表面电荷水合的程度 22 以及颗粒间的相互作用 其中污泥颗粒大小是影响污泥脱水性能的重要因素 污泥颗粒越小 颗粒的比表面积越大 这意味着更高的水合程度和对过滤的更 大阻力及改变污泥脱水性能更多的化学药剂 污泥调理的目的就是要克服水合作用和静电排斥作用 增大污泥颗粒 使 其易于浓缩和过滤 其途径有二 一是加入混凝剂 改变颗粒表面性质 使其 脱稳并凝聚起来 二是改善污泥颗粒间的结构 减小过滤阻力 使其不堵塞过 滤介质 B 污泥浓缩 污泥浓缩的目的是降低污泥含水率 减少污泥体积 以利于后续处理和利 用 常用的污泥浓缩方法分 重力浓缩法 气浮浓缩法和离心浓缩法 它们各 有优点 可根据实际情况选用 常用污泥浓缩方法及比较 浓缩方法优点缺点适用范围 重力 浓缩法 贮泥能力强 动力 消耗小 操作方便 占地面积大 浓缩效果 一般 浓缩后含水率较 高 主要用于浓缩初沉污泥 初 沉污泥和剩余活性污泥的混 合污泥 气浮 浓缩法 占地面积小 浓缩 效果好 浓缩后含 水率低 臭气少 占地面积 运行费用小 于重力浓缩法 但动力 消耗 操作要求高于重 力浓缩法 主要用于浓缩初沉污泥 初 沉污泥和剩余活性污泥的混 合污泥 特别适用于浓缩过 程中易发生污泥膨胀 易发 酵的剩余活性污泥和生物膜 法污泥 离心 浓缩法 占地面积很小 处 理能力大 含水率 低 全封闭 无臭 气 专用离心机价格高 电 耗是高 操作要求高 目的主要用于难以浓缩的剩 余活性污泥和场地小 卫生 条件要求高 浓缩后污泥含 水率很低的场合 C 污泥脱水 23 污泥脱水主要分自然干化和机械脱水两种 其中以机械脱水应用广泛 各种脱水方法的比较 方法优点缺点适用范围 板框压滤机 间歇脱水 液压过滤 泥饼含固率高 固体回 收率高 药品消耗少 滤液清澈 间歇操作 过滤能 力较低基建设备投 资大 其他脱水设备适用 的场合需要减少运 输 干燥或焚烧费 用 降低填埋用地 的场合 带式压滤机 连续脱水 机械挤压 机器制造容易 附属设 备少 投资 能耗低连 续操作 管理简便 脱 水能力大 聚合物价格贵 运 行费用高脱水效率 不及板框压滤机 特别适用于无机 性污泥的脱水 机 械 脱 水 离心机 连续脱水 离心力作用 基建投资少 占地少 设备结构紧凑不投加或 少投加化学药剂 处理 能力大且效果好 总处 理费用较低自动化程度 高 操作简便 国内目前多采用进 口离心机 价格昂 贵电力消耗大 污 泥中含有沙砾 容 易磨损设备有一定 噪声 不适用于密度 差很小或液相 密度大于固相 的污泥脱水 自 然 干 化 污泥干化场 间歇运行 自然蒸发和 渗滤 基建投资少 设备投资 少操作方便 运行费用 低 劳动强度大 占地面积大 卫生 条件差受污泥性 质和气候影响大 用于渗滤性能好的 污泥脱水气候比较 干燥的地区 多雨 地区不宜建于露天 环境条件允许的地 区 D 污泥利用和处置 污泥经过以上浓缩 调理 脱水 干燥等处理后 可利用和处置 主要有 农业利用 工业利用和最终处置 农业利用可把污泥作为肥料或饲料 工业利用可将污泥燃烧后的灰做建筑 材料 污泥消化产生的气可做动力燃料 污泥最终处置可进行填埋和投海处理 3 2 工艺方案的选择 3 2 1 工艺方案的选择的水质水量依据 24 3 2 1 1 水量 平均总流量 1000m3 d 平均时流量 41 7m3 h 总变化系数 2 0 小时最大流量 83 4m3 h 3 2 1 2 水质 COD 350mg l BOD 175mg l SS 150mg l 氨氮 30mg l 总氮 40mg l 总磷 3mg l pH 6 8 3 2 2 污水处理工艺选择 根据综合分析 为使该废水达到排放标准则应考虑使用具有脱氮除磷功能 的生物处理工艺 脱氮除磷处理选择以 CASS 为核心的工艺 配合其他物理化学法 能有效 降低废水中的各项污染指标 从而使废水达标排放 3 2 3 污泥处理工艺选择 根据综合分析 为使该废水处理产生的剩余污泥进行有效的处理和处置 应先将污泥的体积缩小 可通过浓缩和脱水来达到 该方法具有运行方便 效 果好等特点 污泥浓缩选择重力浓缩法自然浓缩 污泥脱水装置选择带式压滤 机 3 2 4 工艺流程图 25 生活污水 混合液回流 ClO2 格栅井 集水井 初沉池 调节池 CASS 反应池 消毒池 栅渣外运 污泥排放 剩余污泥 达标排放 污泥外运 带式压滤机 污泥浓缩池 压滤液回集水井 上清液回集水井 图 1 1 工艺流程图 3 2 5 工艺流程说明 生活污水自流进格栅井 通过粗细格栅去除粗大的固体杂质后汇集至集水 井 通过提升泵的提升进入初沉池 利用自然沉降作用去除大部分的悬浮物和 泥砂 然后自流至调节池 进行水质水量的调节后泵入 CASS 池 CASS 池是 整个污水处理系统的主体部分 在这里 污水中的悬浮固体和胶状物质被活性 污泥吸附 而污水中的可溶性有机物被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的营 养物质 代谢转化为生物细胞 并氧化成为二氧化碳 非溶解性有机物需先转 化成溶解性有机物 而后才被代谢和利用 污水由此得到净化 CASS 池排水 通过滗水器排入消毒池 依靠二氧化氯发生装置投加的氯有效杀灭污水中的病 原体和细菌 最终出水通过流量计 COD 在线监测和 NH3 N 在线监测达标后 排放 初沉池 CASS 池的污泥进入污泥浓缩池 经重力浓缩后泵入带式压滤机 脱水 脱水后的污泥可外运堆肥或填埋 第四章第四章 污水处理厂推荐方案工程设计污水处理厂推荐方案工程设计 4 1 工程内容 该城镇污水处理厂主体采用 CASS 工艺 污水处理厂处理总量 1000m3 d 26 其主要工程内容为 a 预处理系统 b 污水二级处理 c 污水消毒后处理 d 污泥处理 e 厂区附属建筑 f 厂区内供电系统及自动控制系统 4 2 污水处理厂工艺设计 4 2 1 预处理 预处理系统主要包括进水格栅井 集水井 调节池 对进水进行初步处理 能有效去除废水中的大体积 大颗粒污染物 格栅井格栅井 主要作用为清除大体积 大颗粒栅渣 保护水泵不至于堵塞 采用并联方式运行 在前段设进水方闸门 2 道 尺寸 L B 400mm 400mm 配 1 吨手动启闭机 中段设粗细 2 道格栅 粗格栅选用 人工平板格栅 2 台 L B 1500mm 500mm 间隙 25mm 细格栅选用机械旋 转式格栅机 2 台 设备宽 300mm 间隙 5mm 0 37kw 后段设方闸门 2 道 尺 寸 L B 400mm 400mm 配手动启闭装置 便于机械井内设备的检修 格栅井尺寸 3000mm 1500mm 2500mm 有效高度 2 0m 数量 1 座 材质 钢筋混凝土 构造 全地埋 集水井集水井 27 主要作用为缓冲来水水量 方便水泵的提升 以利于后续处理 水力停留 时间取 15min 根据最大流量选用潜污泵 3 台 2 用 1 备 单台泵 Q 43m3 h H 13m P 3 0kw 采用高 中 低水位分别启动水泵 通过液 位变送器来实现自动控制 集水井尺寸 3200mm 3200mm 2500mm 有效高度 2 0m 数量 1 座 材质 钢筋混凝土 构造 全地埋 初沉池初沉池 主要作用为沉淀大颗粒的悬浮物和泥砂 停留时间取 1 0h 设计竖流式沉淀池 2 座 并联运行 污泥泵选用螺杆泵 2 台 1 用 1 备 G30 1 型 单台流量 5m3 h 扬程 60m 功率 2 2kw 单座尺寸 3000mm 3000mm 5000mm 有效高度 4 7m 数量 2 座 材质 钢筋混凝土 构造 半地埋 调节池调节池 主要对污水进行水质 水量的调节 缓冲高峰时期的污水量 保护后续污 水处理设备 调节池提升泵选型由 CASS 池决定 CASS 池 6h 为 1 个周期 每 周期进水 250m3 进水 2h 2 池交替运行 则泵的流量为 62 5m3 选用 3 台自 吸式排污泵 80ZW65 25 2 用 1 备 Q 65m3 h H 25m P 7 5kw 水泵运 行采用时序控制 并通过液位变送器设置高 低液位报警系统 池中设潜水搅 28 拌机 QJB1 5 型 2 台 功率 1 5KW 用于起搅拌混合作用 设水力停留时间为 4h 则调节池有效容积为 333 6m3 调节池尺寸 9300mm 8000mm 5000mm 有效高度 4 5m 数量 1 座 材质 钢筋混凝土 构造 半地埋 4 2 2 CASS 池 CASS 池是整个污水处理系统的主要处理部分 通过曝气使活性污泥呈悬 浮状态 并与污水充分接触 污水中的悬浮固体和胶状物质被活性污泥吸附 而污水中的可溶性有机物被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的营养物质 代 谢转化为生物细胞 并氧化成为二氧化碳 非溶解性有机物需先转化成溶解性 有机物 而后才被代谢和利用 污水由此得到净化 每个 CASS 反应器由三个区域组成 即生物选择区 兼氧区和主反应区 进水 2h 进水同时曝气 曝气 4h 沉淀 1h 滗水 1h 一个周期 6h 一 天 4 个周期 排水比确定为 1 3 则总的有效容积为 250 3 750m3 有效高度 4 5m 超高 0 5m 池子尺寸为 14000mm 12000mm 5000mm 有效高度 4 5m 材质 钢筋混凝土 构造 半地埋 生物选择区是设置在 CASS 前端的小容积区 通常在厌氧或兼氧条件下运 行 水力停留时间为 0 5h 则有效容积为 62 5m3 工艺尺寸为 12000mm 1200mm