40000m3d综合废水处理和副产20万m3d沼气综合利用项目设计.doc

40000m3/d综合废水处理和副产20万m3/d沼气综合利用项目设计第一章 项目概况1.1 项目概述安徽丰原集团有限公司座落于华夏文明的发祥地涂山脚下、淮河之滨的“珍珠城”-蚌埠。丰原集团依托先进的生物发酵和现代化工分离技术，以生物发酵技术为起点，大力发展农产品深加工产业，并通过部分重组和资本运作，发展成为集生物化工、制药、食品加工、油脂加工、生物新材料为一体的加工制造产业集团。依托位于丰原生化酒精公司内的现有一个18000m3/d污水处理站和其周围闲置的40亩发展用地进行改造扩建，改造后达到40000m3/d。根据业主要求，新建40000m3/d预处理装置，其中18000m3/d污水进入现在处理系统；22000m3/d污水进入新建生化处理及配套系统。2.2 设计单位简介广州市环境保护工程设计院有限公司有限公司由原广州市环保局直属的广州市环境保护工程设计院转制而成。经过多年的努力，发展成为目前拥有各类专业技术人员150人，其中博士占6，高级工程师占20，中级工程师占38，并配备各类专业注册工程师，同时配备有环境影响评价、废水、废气、噪声、固体废弃物治理专业及土建、机电、仪表等专业设备、环境影响评价的专业公司。在管理层中，有12位管理者接受过第二学位MBA教育，在技术人员中，有8位骨干接受过项目管理培训。这使得我们的项目管理更具效率，更能保证对业主的承诺。廿年的环保综合服务经历，使我们在化工、食品和制糖、生化、线路板、印染、造纸、机加工及金属表面处理和印刷等工业领域积累了丰富的环保服务经验。公司服务和技术水平伴随着宝洁、高露洁、雅芳、立白、八一化工、昊天化学、南碱、中粮屯河、徐福记、星湖生物科技、奥桑味精、海天、白井电子、依利安达、旺隆印染工业园、东莞世丽、森叶纸业、五羊本田、广铜、神钢线材、雅图仕和中烟等一大批知名企业环保问题的完满解决而不断提升公司近年来在市政和工业园水处理方面的成就卓越。公司自行开发的特别适合中小城镇的“一体化多级A/O”（UNIAO）技术特别适合中小城镇污水处理领域，已成功应用于广东始兴、共和、郁南和江苏灌云等城市污水处理厂，具有投资省、运行费用低和维护管理方便的优点，荣获国家重点环保实用技术。公司成功完成了天津武清、新塘旺隆、珠海南水、惠州七污和福建漳浦皮革工业园等多个工业园污水处理厂设计。卓越的技术成就使公司目前拥有国家建设部颁发的环境污染治理甲级设计证书、环境影响评价甲、乙级证书、工程设计收费资格证书，中华人民共和国国家发展和改革委员会颁发的工程咨询资格证书（废水）甲级证书，国家环保总局颁发的运营资质证书及其他各类专利、技术资格证书、ISO9001质量管理体系证书等以及各种荣誉。第二章 设计依据原则及范围2.1 设计依据 业主提供的有关水质、水量资料及处理要求； 室外排水设计规范GB 50014-2006； 给水排水工程构筑物结构设计规范GB 50069-2002； 污水综合排放标准GB8978-1996 建筑地基基础设计规范GB50007-2002 混凝土结构设计规范GB50010-2002 供配电系统设计规范GB50052-2009 工业企业厂界噪声标准II 类混合区评价标准GB12348 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058-92 建筑物防雷设计规范GB5005794 电力工程电缆设计规范GB5021794 通用用电设备配电设计规范GB50055932.2 设计目的结合安徽丰原集团有限公司现有生产线生产废水以及同类行业废水排放特性及其相关处理工艺，对处理工艺、设备选型等进行多方面比较，确定适宜的处理工程构（建）筑物布置，采用技术先进、处理效果好、运行稳定、投资省、运行成本低的污水处理主体工艺。在满足污水处理工艺技术要求的前提下，优先采用优质、低耗、技术先进、性能可靠的设备。同时使工程获得最佳的环境效益、社会效益和经济效益。2.3 设计原则 符合国家、地方的法律、法规和有关文件的各项规定及业主的要求，确保废水处理站在建设过程中及投产运行后系统安全可靠，无二次污染； 采用先进实用、简便易行的工艺方法，以达到废水处理厂投资省、占地少及出水达标排放的目的； 采取切实可行的技术手段，提高装备质量，提高自动化控制及管理水平，以保证废水处理站运行可靠、经济合理； 基建投资在满足工艺及工程要求的前提下应尽量节省，采用安全可靠、经济合理的地基处理方法； 严格执行国家有关工程建设规范，使构（建）筑物达到适用、经济、安全的目标。2.4 设计范围本工程的设计范围为：1). 作废水处理站区总体规划；2). 废水处理工艺选择；3). 废水处理系统中各构筑物以及相关的建筑物设计；4). 设备的选型等；5). 运行费用的核算。第三章 设计规模及进出水水质3.1 设计规模为生产废水处理的问题，根据业主提供的资料，确定该污水处理工程预处理段设计规模为40000m3/d，生化处理及配套系统设计规模为22000m3/d。3.2 设计进水水质根据谈判文件，污水处理工程进水水质如下表所示：表3.1 污水进水水质 （单位：mg/L，pH除外）项目浓度项目浓度CODcr9800NH3-N150BOD53500pH69SS5003.3 设计出水水质根据谈判文件，新建好氧处理及配套系统出水执行污水综合排放标准GB8978-1996，详细指标见下表：表3.2 污水出水水质 （单位：mg/L，pH除外）项目浓度项目浓度CODcr100NH3-N15BOD530pH69SS70第四章 处理工艺选择及设计4.1 废水水质分析根据企业生产排水的情况，本项目处理废水的主要特点为：(1).废水的有机物、氨氮浓度高，易生化本项目主要包括两大部分，一部分为预处理，主要对厂区产生的全部废水进行降温调节；一部分为生化处理系统，该系统的进水为22000m3/d预处理出水。经厌氧处理后，该废水的COD1000mg/L，NH3-N为80150mg/L，由于废水为发酵行业的废水，废水中的有机污染物主要是发酵生产过程中生物代谢、谷物水解的各类产物，因此综合而言属于易降解的较高浓度的含氮工业废水。(2).废水的温度条件好企业生产过程排放的废水具有较高的温度，经降温、厌氧处理后出水的温度仍有3034C，因此对废水的生化处理非常有利。根据待处理的废水水质情况及出水要求，处理工艺应针对废水有机物、氨氮浓度较高的特点，在设计上有别于市政污水的工艺设计。4.2 生化处理工艺形式比较选择污水生化处理包括厌氧和好氧处理。4.2.1 厌氧处理根据谈判文件，本项目厌氧指定采用IC塔。内循环厌氧反应器(Internal Circulation，简称IC 反应器)，是20世纪80年代中期荷兰PAQUES在UASB反应器的基础上成功开发的第三代高效厌氧生物反应器。从1985 年荷兰PAQUES公司建立第一个IC 中试反应器开始，1988年第一个生产性规模的IC反应器投入运行，与以UASB 为代表的第二代高效厌氧反应器相比，IC反应器因其高容积负荷、低能耗、运行稳定，投资、占地省等特点，被视为第三代厌氧反应器的代表工艺之一，进一步研究开发、推广应用IC 反应器也成为当前厌氧废水处理的热点之一。IC反应器构造原理：IC 反应器高度可达1625m，高径比一般为48，由混合区、颗粒污泥膨胀床区、精处理区、内循环系统和出水区5个基本部分组成。核心部分是内循环系统，由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降管等组成。经pH值、温度调节及预酸化处理后的废水，首先进入反应器底部的混合区与厌氧颗粒污泥充分混合后，进入颗粒污泥膨胀床区进行生化降解，该处理区容积负荷很高，大部分COD在此处被降解，产生的沼气由一级三相分离器收集。沼气气泡在形成过程中会对液体做膨胀功产生气提作用，使得沼气、污泥和水的混合液沿沼气提升管上升至反应器顶部的气液分离器。沼气与泥水分离被导出处理系统，泥水混合物沿着泥水下降管进入反应器底部的污泥膨胀床区，形成内循环系统。经颗粒污泥膨胀床区处理后的污水一部分参与内循环，另一部分进入精处理区进行剩余COD的降解，提高并保证了出水水质。由于大部分COD已被降解，所以精处理区的COD负荷较低，产气量也小。产生的沼气由二级三相分离器收集，通过集气管进入气液分离器被导出处理系统。泥水经二级三相分离器作用后，上清液由出水区排走，颗粒污泥返回精处理区。4.2.2 好氧处理污水的好氧生物处理技术可分为活性污泥法和生物膜法。好氧活性污泥法是当今研究最深入、应用最广泛的污水处理方法。其基本特征是生物反应器中的微生物以悬浮状存在，在好氧条件下氧化、分解有机物和氨氮。传统的活性污泥法主要用以去除污水中的有机物和SS。近几十年来，随着研究深入，在对系统的运行方式进行适当调整，并将厌氧技术纳入，使得活性污泥处理系统能够有效的进行生物脱氮除磷。在工程实践中，因采用不同的运行的方式和不同的出水水质要求，好氧活性污泥法可分为传统活性污泥法、缺氧-好氧生物脱氮活性污泥法(AN-O)，厌氧-好氧生物除磷活性污泥法(Ap-O)，氧化沟法以及间歇式活性污泥法(SBR及改良工艺)等。污水的生物膜处理法是与活性污泥法并列的一种污水好氧生物处理技术。这种处理法的实质是使细菌和菌类一类的微生物和原生生物、后生动物一类的微型动物附着在滤料或某些载体上生长繁殖，并在其上形成膜状生物污泥-污水与生物膜接触，污水中的有机污染物作为营养物质，被生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。鉴于本项目的废水处理规模较大，采用生物膜法的成本高，运行维护、填料老化更换均会带来较多问题，在大的工程项目中较少应用，因此本项目选择以活性污泥为基础的改进工艺。活性污泥法处理工艺及其改进工艺主要包括传统好氧活性污泥法、AO、A2/O、氧化沟、SBR等。结合本工程规模及出水水质（特别是除碳脱氮）要求高，污泥必须稳定的特点，如果采用按时间分割的间歇式活性污泥法中的SBR法、ICEAS法、CAST法，利用其集进水、曝气、沉淀、出水多种功能于一体的特点，可以使平面布置紧凑，在用地方面具有一定优势。但其设备利用率低、管理复杂，自动化程度要求高，除磷脱氮稳定性较差，不适合本工程。近几年来，结合传统活性污泥法和SBR法的特点又开发了MSBR、Unitank等工艺，其中MSBR即是A2/O法后加SBR法，虽然具有了很好除磷脱氮功能，但同样克服不了SBR的其它缺点。Unitank工艺，其池型为矩形，运行方式类似于三沟式氧化沟。在用地方面有一定优势，但从前述分析来看，Unitank工艺存在除磷效果不稳定等缺陷，难以保障污水处理厂除磷达标的要求。本工程工艺可靠性要求非常高，从而使该工艺的复杂程度大幅度增加，其控制量将成倍增加。按空间分割的连续流活性污泥法，虽然较BAF，Unitank工艺占地稍大，但运行管理经验成熟，出水稳定可靠，运行费用低，适用于本项工程。根据本工程进出水水质要求及用地情况，选择活性污泥结合射流曝气AO氧化沟做为本项目的生化处理单元。4.2.3 好氧处理曝气方式存在于活性污泥中的好氧微生物必须在有氧气存在的条件下才能起作用。若供氧不足，活性污泥性能差，导致废水处理效果下降。因此在好氧处理单元，溶解氧的供给至关重要。为保证有充足的供氧，必须依靠曝气设备来完成，使用不同的曝气设备构成了不同的曝气方式。结合本项目废水的特点，可供选择的曝气方式有：微孔曝气、射流曝气以及倒伞型表曝机。1.微孔曝气微气泡曝气器也称微孔曝气器，采用多孔性材料如陶粒、粗瓷等掺以适当的如酚醛树脂一类的粘剂，在高温下烧结成为扩散板、扩散管和扩散罩的形式。按照安装的型式，可分为提升式微孔曝气器及固定式微孔曝气器。微孔曝气器的形式有很多，目前较为常用有以下几种。(1).膜式微孔曝气器膜式微孔曝气器是80年代研制的最新型曝气装置，该装置曝气气泡小、气液面积大，气泡扩散均匀，不会产生孔眼堵塞，耐腐蚀性强。但通过多年的运行出现了一些难以解决的不足。如：膜片脱落、膜片撕裂、膜片打不开、污泥进入支气管等问题。其主要优点是：具有充氧能力较强 有效的气水接触，产生并维持有效的气水接触，并且在生物氧化作用不断消耗氧气的情况下保持水中一定的溶解氧浓度； 安装方便，管式曝气器采用对称结构，消除了浮力、曝气冲击力的影响，有利于曝气器的长久稳定使用，获得国家专利的锁紧方式，安装时只需插上锁紧滑块即可，不需旋转拧紧等其他紧固方式。 其主要缺点是：气压损失较大，易堵塞，送入的空气需经过滤处理，易损坏，一旦损坏，氧利用率就开始快速下降。膜片易脱落、撕裂，污泥易进入支气管。(2).刚玉型微孔曝气器刚玉曝气器属全表面微孔曝气器，是将刚玉砂做成球状，用通气螺杆玉布气管道联通，组成曝气单元。通过布气管的气体在压力作用下经由管盖上的气道进入微气泡扩散体的内腔，微气泡扩散体有许多孔隙，气体在气压作用下通过微气泡扩散体孔隙发生3mm以下的气泡，沿曝气器整个外表面向污水水体扩散。 其主要优点：具有高强度、耐腐蚀特性，适合污水的腐蚀性环境，对油、酸、碱、酯等抵抗能力强。曝气面积大，增大了曝气量，提高了充氧效率，扩大了服务面积。其主要缺点：其孔隙易结生物垢，难于清洗，运行一段时间后压头损失急剧增大。无止回功能，微生物絮体易进入曝气器，堵塞微孔。对制作工艺精细程度要求较高，因此成本较高。 (3).管式微孔曝气管式微孔曝气是由一个用ABS或UPVC制成的管子作为布气管，管壁上开有通风孔，布气外周覆盖着合成橡胶制成的膜片，膜片被金属卡子固定在管子上。在合成橡胶膜片上用激光等方法打出均匀分布的孔眼。曝气时，空气通过管壁上的通气孔进入膜片与管壁之间，在压缩空气的作用下，使膜片微微鼓起，孔眼张开，达到布气扩散的目的。其主要优点：搅拌性能好。整个管式曝气器，是360度打孔的，不存在曝气死区。其主要缺点：压头损失大，传氧效率低。管道使用量大。2.射流曝气射流曝气是在曝气池中利用射流式扩散器充氧。水体通过大口径水力喷头进入气水混合腔，同时在气腔内形成负压区，外部空气自动进入气腔并高速进入气水混合腔，空气在气水混合腔内将吸入水中的空气剪切、粉碎、乳化，在强烈的紊流环境下改变了气液双膜之间的气压梯度和浓度梯度，同时通过高压、强烈剪切及搅拌促使双膜界面高频振荡，使气泡直径大幅度减小，气泡数目急剧增加，增大了气泡的比表面积，极大降低了传质阻力。最终气体在高压下迅速融入水体中，然后气水混合体迅速脱离气水混合腔进入导流筒，气水混合体在经过导流筒过程中完成气水的第一次传质，导流筒与池底布水器连接，气水混合体通过布水器最终进入污水生物处理系统，完成污水处理系统的充氧（气水的二次传质）、搅拌过程。其主要优点：混合搅拌作用强，具有较高的充氧能力、氧利用率和氧能力转移效率。提高了污泥的活性，基质降解常数较其它活性污泥法高。其主要缺点：曝气池几何尺寸受限制，喷嘴会堵塞。投资、运行费用高。3.倒伞曝气倒伞型表曝机为垂直轴低速表面曝气机，是氧化沟的专用曝气设备。氧化沟最重要的特点之一是专用的曝气设备需要同时满足沟内充氧和推动水体流动的要求，所以全面了解和掌握曝气设备并满足氧化沟的水力特性尤为重要。有关设备的水力特性是各厂家产品的特点，部分设计单位对此却掌握不够，致使设备选型和设计参数不准确而达不到预期的设计效果。倒伞型表曝机在工作时，随着叶轮的快速旋转，叶轮附近表面的水体呈辐射状不断被叶片甩出，在叶轮周围形成一道倒伞状水幕，并在垂向上(轴向上)形成一个由下向上的压力梯度。在该压力梯度下，补给的水体由叶轮底部不断向上运动，到达表面后在叶片的推动下再向外辐射，从而在曝气池内形成一个垂向上的循环水流(即倒伞型表曝机的抽吸提升能力)。倒伞型表曝机工作时的水流特点见图1。其中“为叶轮的旋转速度，W为水体相对于叶片的径向速度， 为水流沿着倒置圆锥体和导流辐板向上补给时的斜向上运行速度(这是由于导流辐板斜角的大小影响叶轮周边出水方向所致)， 则是水体最后的合速度。表4.1 曝气方式的比较曝气方式项目微孔曝气射流曝气器表曝机氧利用率较高高中应用范围应用较广泛应用较广泛适合本A/O氧化沟好氧工艺运行稳定性良 好良 好良好占 地占地较小占地小占地小噪 音噪音较大噪音较小噪音小使用寿命膜片式曝气器在寒冷地区特别容易老化，使用寿命短喷嘴易堵塞，使用寿命较短检修方便，使用寿命较长维 修安装维修比较烦琐维修方便维修方便综上所述，本项目高负荷曝气池采用微孔曝气方式，A/O氧化沟采用倒伞型表曝机。4.3 生物脱氮4.3.1 传统生物脱氮工艺全程硝化反硝化废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝氮和硝酸盐4种形态存在。发酵行业的废水有机氮、氨氮占总氮的90以上，硝态氮仅占0%5%。传统生物脱氮技术遵循已发现的自然界氮循环机理，废水中的有机氮依次在氨化菌、亚硝化菌、硝化菌和反硝化菌的作用下进行氨化反应、亚硝化反应、硝化反应和反硝化反应后最终转变为氮气而溢出水体，达到脱氮目的。第一阶段为硝化阶段，这一阶段是在好氧条件下由亚硝酸菌和硝化菌等细菌将氨将转化为硝酸盐，其反应可用(4-1)和(4-2)式表示：NH4+ + 1.5O2 NO2- +H2O +2H+ (亚硝化过程，好氧) (4-1)2NO2- O2 2NO3- (硝化过程，好氧)(4-2)总反应：NH4+ + 2O2 NO3- +H2O +2H+(4-3)这些微生物在媒介物参加的情况下经历一系列单电子反应，其途径大致为：NH4+（NH2）NH2OH（NHOH）（NOH）NO NO2- NO3- (4-4)第二阶段为反硝化阶段，在厌氧条件下，异养型兼性细菌参与还原反应。在该反应过程中硝酸盐作为电子接受体，并以有机碳作为碳源和能源。反硝化途径为:NO3- NO2- NO N2O N2(4-5)因此，一个完整的脱氮过程，水中的氨氮转化成氮气要经历以下的步骤：NH4+ NO2- NO3- NO2- N2(4-6)上述过程就是传统的脱氮工艺的理论基础。传统生物脱氮技术基于上述理论，亦称全程硝化反硝化技术，是目前应用最广的废水生物脱氮技术。硝化工艺虽然能把氨氮转化为硝酸盐，消除氨氮的污染，但不能彻底消除氮污染。而反硝化工艺虽然能根除氮素的污染，但不能直接去除氨氮。因此，传统生物脱氮工艺通常由硝化工艺和反硝化工艺组成。由于参与的菌群不同和工艺运行参数不同，硝化和反硝化两个过程需要在两个隔离的反应器中进行，或者在时间或空间上造成交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中进行。传统生物脱氮途径就是人为创造出硝化菌、反硝化菌的生长环境，使硝化菌和反硝化菌成为反应池中的优势菌种。由于对环境条件的要求不同，硝化反硝化这两个过程不能同时发生，而只能序列式进行，即硝化反应发生在好氧条件下，反硝化反应发生在缺氧或厌氧条件下。传统生物脱氮工艺主要存在以下问题：(1)工艺流程较长，占地面积大，基建投资高。(2)由于硝化菌群增殖速度慢且难以维持较高的生物浓度，特别是在低温冬季，造成系统的HRT较长，需要较大的曝气池，增加了投资和运行费用。(3)系统为维持较高的生物浓度及获得良好的脱氮效果，必须同时进行污泥和硝化液回流，增加了动力消耗和运行费用。(4)系统抗冲击能力较弱，高浓度NH3-N和NO2-废水会抑制硝化菌生长。(5)硝化过程中产生的酸度需要投加碱中和，不仅增加了处理费用，而且还有可能造成二次污染。4.3.2 新型生物脱氮工艺1.同步硝化反硝化工艺(SND)由于硝化菌的好氧特性，有可能在曝气池中实现SND。实际上，很早以前人们就发现了曝气池中氮的非同化损失(其损失量随控制条件的不同约在10%20%左右)，对SND的也主要围绕着氮的损失途径来进行，希望在不影响硝化效果的情况下提高曝气池的脱氮效率。利用某些微生物种群在好氧条件下具有反硝化的特性来实现SND。研究结果表明，Thiosphaera、Pseadonmonas nautica、Comamonossp。等微生物在好氧条件下可利用NOX-N进行反硝化。如果将硝化菌和反硝化菌置于同一反应器(曝气池)内混合培养，则可达到单个反应器的同步硝化反硝化。尽管这些微生物的纯培养结果令人满意，但目前普遍认为离实际应用尚有距离，主要原因是实际污泥中这些菌群所占份额太小。利用好氧活性污泥絮体中的缺氧区来实现SND。通常曝气池中的DO维持在12mg/L，活性污泥大小具有一定的尺度，由于扩散梯度的存在，在污泥颗粒的内部可能存在着一个缺氧区，从而形成有利于反硝化的微环境。以往对曝气池中氮的损失主要以此解释，并被广泛接受。如果污泥颗粒内部厌氧区增大，反硝化效率就相应提高。大量研究结果表明，活性污泥的SND主要是由污泥絮体内部缺氧产生。要实现高效率的SND，关键是如何在曝气条件下（不影响硝化效果）增大活性污泥颗粒内部的缺氧区以实现反硝化。要达到这一目的，有两种途径可供选择，即减小曝气池内混合液的DO浓度和提高活性污泥颗粒的尺度。降低曝气池的DO浓度，即减小了O2的扩散推动力，可在不改变污泥颗粒尺度的条件下在其内部形成较大的缺氧区。丹麦BioBalance公司发明的SymBio工艺即建立在此基础之上(曝气池DO维持在1 mg/L以下)，但在低DO浓度下硝化菌的活性将会降低，且极易形成诸如Sphaeroticule natans/1701和H.Hydrossis之类的丝状菌膨胀。因此，提高SND活性污泥颗粒的尺度，在不影响硝化效率的前提下达到高效的SND可能是最佳选择。然而，由于曝气池中气泡的剧烈扰动作用，活性污泥颗粒在曝气条件下很难长大，因此限制了活性污泥法SND效率的提高。实现活性污泥法的高效同步硝化反硝化，必须在曝气状态下满足以下两个条件：入流中的碳源应尽可能少地被好氧氧化；曝气池内应维持较大尺度的活性污泥。与全程硝化反硝化相比，在SND工艺中，硝化具有明显的优越性，主要表现在：节省反应器容积；缩短反应时间；无需酸碱中和。2.短程脱氮工艺(SHARON)SHARON工艺由荷兰Delft工业大学Hellinga等人于1997年开发，直译作单反应器以亚硝态氮高效脱氮工艺，简称短程脱氮工艺。其原理为首先控制水中的氨氮转化过程，使硝化过程仅仅进行到亚硝化阶段(NO2-)，接着进行反硝化，水中的亚硝酸盐氮在厌氧条件下由反硝化菌转化为氮气而脱除。由于无须生成硝酸盐氮，因而可以节省能量的消耗和电子供给体，这可以从以下的反应分析得出。 从理论上分析，SHARON过程主要进行以下反应： NH4+ + 1.5O2 NO2- +H2O +2H+ (4-7)6 NO2- + 3CH3OH + 3CO2 3N2+ 6HCO3- + 3 H2O (4-8)传统的脱氮工艺：NH4+ + 2O2 NO3- +H2O +2H+ (4-9) 6NO2- + 5CH3OH + CO2 3N2+ 6HCO3- + 7H2O (4-10)将上面的反应式进行比较就可以看出SHARON过程能节省25的氧和40的碳源，另外SHARON工艺还具有以下优点：无须污泥回流，减少污泥生成量可达50%；硝化过程产生的酸要少于完全硝化的产酸量，因此可以减少投碱量；缩短反应时间，相应反应器容积减少，节约投资费用。因此在理论上，SHARON工艺与传统方法相比具有更高的经济性和优越性。目前普遍的实验研究认为溶解氧对实现亚硝酸盐的积累的主要控制因子，但结论均是在低碳源条件下得到的，而在较高浓度的碳源存在情况下，好氧异养菌对氧的亲和力远大于硝化细菌的亲和力，氧优先被碳化过程利用消耗，在碳化过程完成后，又优先被好氧异氧菌利用用于其自身新陈代谢，因此亚硝化过程不能实现，同时低浓度氧、较高的水温(30)易产生丝状菌的大量繁殖而产生污泥膨胀，至处理效果变差。 目前工程应用化的短程脱氮工艺尚未实现。3.厌氧氨氧化工艺(anaerobic ammonium oxidationANAMMOX) 该工艺是在厌氧条件下，自养微生物以NO2-或NO3-为电子受体，将NH4+、NO2-转变为氮气的生物氧化过程。其理论反应过程如下：3NO3- +5NH4+ 4N2 + 9H2O + 2H+ (4-11)NO2- + NH4+ N2 + 2H2O (4-12)目前的研究表明实际的脱氮过程主要以(4-12)过程进行。与传统的脱氮方法相比，采用氨厌氧氧化方法具有显著的优点，主要表现在：无需外加有机物作电子供体或消耗水中COD，既可增加效益，又可避免造成污染；由于氨厌氧氧化只要将部分氨氧化成亚硝酸，因此大大降低了供氧能耗(较全程硝化反硝化节约62.5%)；自养菌生长缓慢，污泥产量极少，大大节约了污泥处理处置费用；反应器具有很高的处理负荷，这对处理高氨氮污水具有重要的意义。该工艺的缺点：(1) 厌氧氨氧化工艺适用于高氨氮(NH3-N200mg/L)、低碳源(COD200mg/L)的废水，因此目前主要用此工艺进行氮肥行业、垃圾渗滤液的脱氮研究，但仅限于实验室研究；(2) 需要在前端稳定实现亚硝酸盐的积累，且氨氮转化为亚硝酸盐的比例宜控制在55%60%从而为厌氧氨氧化创造条件，但这在目前还无法实现。(3) 目前发现的厌氧氨氧化菌对环境条件比较敏感，且为自养菌，生长缓慢，环境条件的变化对处理效果的影响较大。4.4 本项目处理工艺比选根据本项目的废水特点和和处理要求，在具体工艺上可采用传统A2O处理工艺、CASS工艺和OAO处理工艺。4.4.1 传统A2O处理工艺传统A2O工艺于70年代由美国专家在厌氧好氧除磷工艺（AO工艺）的基础上开发出来的。该工艺是在AO工艺中增加一个缺氧段，将好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧段，以达到脱氮的目的。传统A2O工艺可以完成有机污染物的去除、硝化反硝化脱氮、磷的过量摄取而被去除等功能。其流程简图如下：传统A/A/O工艺流程简图传统A2O工艺的特点：在去除有机污染物的同时可达到除磷脱氮目的；工艺简单、水力停留时间较短；在厌氧缺氧好氧条件下交替运行，丝状菌不会过度繁殖，从而不会引发污泥膨胀。传统A2O工艺的缺点是回流污泥中过多的硝酸盐破坏厌氧环境，影响厌氧放磷效果。4.4.2 CASS工艺CASS（Cyclic-Activated-Sludge-System）工艺是近年来国际公认的处理生活污水及工业废水的先进工艺。其基本结构是：在序批式活性污泥法（SBR）的基础上，反应池沿池长方向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置。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；同时可连续进水，间断排水。CASS工艺是一个好氧/缺氧/厌氧交替运行的过程，具有一定脱氮除磷效果，废水以推流方式运行，而各反应区则以完全混合的形式运行以实现同步硝化一反硝化和生物除磷。CASS工艺的主要技术特征：连续进水，间断排水传统SBR工艺为间断进水，间断排水，而实际污水排放大都是连续或半连续的，CASS工艺可连续进水，克服了SBR工艺的不足，比较适合实际排水的特点，拓宽了SBR工艺的应用领域。虽然CASS工艺设计时均考虑为连续进水，但在实际运行中即使有间断进水，也不影响处理系统的运行。运行上的时序性CASS反应池通常按曝气、沉淀、排水和闲置四个阶段根据时间依次进行。3 运行过程的非稳态性每个工作周期内排水开始时CASS池内液位最高，排水结束时，液位最低，液位的变化幅度取决于排水比，而排水比与处理废水的浓度、排放标准及生物降解的难易程度等有关。反应池内混合液体积和基质浓度均是变化的，基质降解是非稳态的。溶解氧周期性变化，浓度梯度高CASS在反应阶段是曝气的，微生物处于好氧状态，在沉淀和排水阶段不曝气，微生物处于缺氧甚至厌氧状态。因此，反应池中溶解氧是周期性变化的，氧浓度梯度大、转移效率高，这对于提高脱氮除磷效率、防止污泥膨胀及节约能耗都是有利的。实践证实对同样的曝气设备而言，CASS工艺与传统活性污泥法相比有较高的氧利用率。CASS工艺的主要的缺点是：各池子同时间歇运行，须全依靠电脑控制，对处理厂的管理人员素质要求很高，对设计、培训、安装、调试等工作要求较严格。水头损失大，不利于节能。4.4.3 OAO(活性污泥+A/O氧化沟)工艺OAO(活性污泥+AO氧化沟)工艺是以活性污泥法和AO曝气氧化沟结合用于处理有机物、氨氮较高且有一定温度废水的先进工艺。OAO工艺，第一个O段采用传统活性污泥工艺，根据脱氮及去除有机物的要求，来水的一部分（对本项目约为50%，具体比例视进水氨氮和BOD浓度而定）进入此处理单元，主要用于去除污水中的有机物，为其后的AO系统脱氮硝化反应创造条件，因根据理论和经验，污水COD在200mg/l以下才能保证硝化反应的顺利进行。第一个O段采用推流式延时曝气设计，进第一个O段的污水中的BOD在此基本去除完毕，其出水进入氧化沟的O段（第二个O段，主要用于氨氮硝化）头端，在第二个O段进行亚硝化和硝化反应。OAO工艺的AO反应器采用氧化沟形式，为曝气环状折流池型，兼有推流式和完全混合式的流态，耐冲击负荷并充分利用了曝气充氧机理，具有效率高、池深大、占地面积小的优点。A段缺氧区和O段好氧区在一个构筑物内，A段缺氧区为反硝化反应区，来水的另一部分进入此区内，为反硝化反应提供充足碳源。O段好氧区为上述第二个O段，主要用于氨氮硝化反应区。AO氧化沟无须专用的混合液内回流设备，运行和管理控制方便灵活，除磷脱氮效率也很高，完全能满足本工程要求。本工艺的特点和优点：(1).去除有机物、脱氮效果好采用分点进水，控制进入活性污泥段和缺氧段的进水量，使进入活性污泥段废水中的有机物基本被去除，在缺氧条件下，内回流液中硝态氮和另一部分直接进入氧化沟缺氧段来水中的有机物在反硝化细菌的作用下进行反硝化，硝态氮和大部分有机物被去除，因此，进入氧化沟好氧段的活性污泥部分来水和A段来水中的有机物被大大降低，为氧化沟好氧段的充分碳化、硝化创造了良好条件，因此去除有机物、氮的效果好。通过对氧化沟好氧段曝气系统的布置，可在空间上形成好氧微氧区交替分布，促进同步硝化反硝化过程的进行，进一步增强脱氮效果。(2).充氧能力高，节省曝气能耗采用倒伞表曝机和水下推流相结合的曝气系统，充氧能力高，可有效降低所需的曝气量，并保持活性污泥良好的净化功能；(3).混合充分，生化处理效果好充分利用氧化沟水力学特性，混合搅拌充分，完全能维持沟内混合液流速在0.3米/秒，无死角，防止污泥沉降，使污泥与原水充分混合，彻底进行碳化、硝化反应。(4).工艺成熟，运行效果十分稳定可靠、管理方便。本项目采用的倒伞曝气机的AO氧化沟是在广泛应用的卡鲁塞尔氧化沟基础上改进而来的，进一步优化了设计，混合液回流比可达5001000，这为反硝化具有重要意义；另外除前部设置了缺氧段外，在曝气段通过设置曝气管道也可形成好氧和缺氧交替，除可实现硝化反硝化外，还可以实现同步硝化反硝化，因此可以取得很好的脱氮效果。据前分析，对A2O工艺、CASS工艺和OAO工艺应用于本项目的各项内容进行比较，如下表4.2：表4.2 工艺对比表名 称A2O工艺CASS工艺OAO工艺组 成厌氧池+缺氧池+好氧池+二沉池CASS池好氧活性污泥+倒伞表曝机曝气AO氧化沟抗冲击负荷连续进水。对水量、水质、温度变化适应能力相对较强连续进水。系统对水量、水质、温度变化适应能力一股，抗冲击能力一般。连续进水。系统对水量、水质、温度变化适应能力强，抗冲击能力强。维护管理自控要求一般，对技术人员水平要求较高。操作难度较大，可能经常出现二沉池污泥上浮等问题自动化水平要求较高，维护管理较难自控要求低，维护管理简单方便。占地面积占地面积较大占地面积较小占地面积中等产泥量污泥自身好氧消化，产泥量少产泥量少污泥自身好氧消化，产泥量少处理效果有机物处理效果良好，但除磷和脱氮效果难以同时兼顾有机物处理效果较好，去除总氮效果差高对有机物、氮的处理效果好运行费用能耗高，运行费用较高低运行费用较低综合评价一般较差好综合本生产废水性质及工艺对比，本方案选用OAO生化工艺。4.5沼气及废气处理根据谈判文件及答疑文件，业主已有沼气处理系统，本项目仅需将IC反应器所产沼气引入现有沼气处理系统。4.6 污泥处理工艺选择4.2.1 污泥处理的目的污水处理站是将污水中部分SS、BOD5等污染物质，转化成污泥。污泥含水率高、有机物含量较高，不稳定，且易腐化，还含有致病菌和寄生虫卵。因此，必须对污泥进行处理和处置，避免造成二次污染。污泥处理的目的是：分解有机物，杀灭致病菌和寄生虫卵，使污泥稳定化，尽量利用污泥中的资源；常规污水处理站的污泥处理要求如下：(1).减少有机物，使污泥稳定化；(2).减少污泥体积，降低污泥后续处置费用；(3).减少污泥中有毒有害物质；(4).利用污泥中可利用物质，化害为利；污水处理站完善的污泥处理流程如下：泥饼处置剩余污泥污泥浓缩池压滤脱水污水处理站是将污水中部分SS、BOD5等污染物质，转化成污泥。污泥含水率高、有机物含量较高，不稳定，且易腐化，还含有致病菌和寄生虫卵。因此，必须对污泥进行处理和处置，避免造成二次污染。带式压滤脱水机受污泥负荷波动的影响小，还具有出泥含水率较低且工作稳定启耗少、管理控制相对简单。离心脱水机具有噪音大、能耗高、处理能力低、投资费用高等缺点。同时，离心脱水机受污泥负荷的波动影响较大。板框式压滤机可间断运行，在污泥量少的情况下可大大节省运行能耗，节省投资。综合以上各种污泥脱水机的特点，本方案考虑选用板框压滤机。4.2.2 泥饼处置污泥机械脱水后的泥饼外运填埋，或运至废弃物处理厂按照固体废弃物处置。4.2.3 滤液处理污泥浓缩和污泥脱水产生的滤液收集至调节池，进入污水处理系统进行处理。第五章 废水处理设计方案5.1 废水处理工艺流程说明来自厂区的废水由现有的输送系统输送至调节池，由提升泵提升进入新建的降温冷却系统，降温系统为保证40000m3/d的废水量由55降至35的冷却塔。冷却塔采用高性能薄网格填料、改性PVC材料、ABS管式布水，有较好的耐腐蚀性，保证设备使用寿命。经过降温处理后的废水进入调节池。在调节池内进行水质水量的调节后，由提升泵分别输送至原有的和新建的厌氧处理系统，其中18000m3/d废水进入原有处理系统（不在本次设计范围内）、22000m3/d废水进入现在处理系统。新建的设计水量为22000m3/d厌氧处理系统为成套IC反应器，废水经过IC反应器，可获得较高的CODcr、BOD5去除率。22000m3/d的厌氧出水进入生化系统-OAO。OAO系统由高负荷曝气池和A/O氧化沟组成。一部分（约为50%，具体比例视进水氨氮和BOD浓度而定）进入此处理单元，污水中的BOD在此基本去除完毕，出水进入中沉池，经初步沉降分离后污泥大部分回流，剩余污泥输送至污泥浓缩池，上清水进入氧化沟的O段（硝化反应区，即第二个O段）头端，在氧化沟的O段与氧化沟A段出水一起进行亚硝化和硝化反应，因在此段污水平均COD小于200mg/l，硝化反应为主反应，污水中的氨氮可几乎全部转化为硝氮，为其后大比例回流回A段的反硝化脱氮创造条件。22000m3/d的IC厌氧反应器出水中的另外一部分（约为50%）则进入射流曝气AO氧化沟的缺氧段（A段），该段为反硝化区，这部分污水为反硝化反应提供充足的碳源。为确保出水氨氮小于10mg/l，AO氧化沟采用回流比为1000%的大回流设计，O段回流回的混合液中的硝态氮在A段经反硝化反应被充分去除。A/O氧化沟采用射流曝气和水下推流相结合的曝气系统，充氧能力高，可有效降低所需的曝气量，并保持活性污泥良好的净化功能，供气式低压射流曝气器，通过水和气的强烈地湍动混合与扩散作用，极大地强化了气体在液固相间的传质速率，同时解决了其它常见曝气器的堵塞、结垢等问题。经氧化沟处理后的O段混合液进入二沉池，在此进行泥水分离后，污泥大部分为泥龄长的硝化污泥，回流回氧化沟，多余污泥输送至污泥浓缩池。由于本项目的废水属于发酵行业，含木薯类酒精废水。根据我们在该类行业的工程经验，此类废水经生化处理后会有一定的色度，通常较黄，因此需要对二沉池的上清液进行脱色处理，在此设计了高级氧化处理，二沉池出水进入高级氧化池，在供给臭氧的环境下，一方面可有效去除色度，另一方面也可对出水进行消毒。处理系统产生的剩余污泥均输送至污泥浓缩池，通过浓缩，进一步降低污泥的含水率，再通过泵输送至污泥脱水系统，经脱水处理后形成泥饼外运处理。污泥浓缩池和污泥脱水系统所产生滤池引至调节池。5.2 工艺流程图图5-1 工艺流程框图5.3 设计处理效果预测废水处理的目的是去除水中的污染物，使废水得到净化，废水中的主要污染物有CODCr、BOD5、SS等。根据进出水水质，本工程的污染物去除率如表5.1所示：表5.1主要污染物去除效果一览表 (单位：mg/L，pH除外) 项目 处理单元CODcrBOD5SSNH3-N进水98003500500200调节池9310.00 (5%)3325.00 (5%)450.00 (10%)-IC反应器931.00 (90%)498.75 (85%)315.00 (30%)60.00 (70%)高负荷曝气池279.30 (70%)124.69 (75%)-A/O氧化沟69.83 (75%)18.70 (85%)-12.00 (80%)二沉池-31.50 (90%)高级氧化池55.86 (20%)14.96 (20%)-出水要求100207015注：括号内的数据为该处理单元的去除率，以实际运行为准。5.4 污水处理系统设计5.4.1 调节池、高温水提升泵房1.功能说明：调节池按流量40000m3/d设计，设2座。调节池1用于生产厂区（包括一区、二区、三区以及乳酸废水）的所有生产废水的收集，并进行水量、水质调匀。根据来水情况，水温有时高达50以上，为保证后续生物处理系统不受影响，在调节池1顶部设置冷却塔对废水进行降温冷却。冷却塔出水至调节池2。调节池1、2底部互通。通过此循环冷却的方式将原废水由50降至38。同时，在调节池内设置穿孔曝气管，起到曝气散热，同时防止悬浮物沉积，搅拌曝气量Q=2m3/m3h。2.主要参数：外形尺寸：LBH=35.0m20.0m5.5m LB=6.0m5.0m调节池有效容积：30002m3调节池停留时间：HRT=3.6h调节池有效水深：He=5.0m数 量：2座（调节池） 1间（高温水提升泵房）结构形式：钢砼结构（防腐）/框架结构3.主要设备：高温水提升泵规 格：Q=450m3/h，H=16m，N=30kw型 号：WL2368-604-200数 量：4台材质形式：立式排污泵，接液部分不锈钢电动葫芦规 格：起吊重量：T=1T，N=1.5kw数 量：1台冷却塔规 格：处理水量Q=1700m3/h设计进水温度：55设计出水温度：35数 量： 1组材质形式：塔构架为镀锌钢；壳体及围护结构为玻璃钢； 五金件（包括螺栓、螺母、其他连接件）为镀锌钢型 号：MRG-600Lx4超声波液位计规 格：测量范围7m数 量：1套5.4.2 事故池1.功能说明：事故池按流量40000m3/d设计，主要用于特殊事故应急处理，收集各系统的排放水。2.主要参数：有效尺寸：LBH=40.0m10.0m5.5m有效容积：2000m3停留时间：HRT=1.2h有效水深：He=5.0m数 量：1座结构形式：钢砼结构（防腐）3.主要设备：超声波液位计规 格：测量范围7m数 量：1套5.4.3 提升泵房1.功能说明：提升泵房主要用于放置调节池提升泵和事故池提升泵。泵房设置为半地埋式，主要用于废水提升，将调节池废水按要求提升至各自厌氧处理系统。两股废水根据各自回流要求不同，进入原有厌氧处理系统的废水按照18000m3/d设计选型，进入新建厌氧处理系统的废水按照22000m3/d设计选型(各股废水流量根据业主提供的数据得出)。事故水泵将事故池内废水泵入调节池2内另行处理，水泵选用陆上型，立式排污泵，有