珠海新青工业园区污水处理站工艺设计开题报告

北京理工大学珠海学院毕业设计（论文）开题报告题 目：珠海新青工业园区污水处理站工艺设计 学 院： 化工与材料学院 专 业： 环境工程 学生姓名： ZENG 指导教师： 冯XX 一、研究的现状及其意义珠海国家高新区新青科技工业园于1999年成立，总面积6平方公里，园区地理位置优越，交通便捷。园区高起点规划，高标准建设，基础设施配套、公共服务设施完善，是珠海市重点园区之一。其位于珠海市斗门珠峰工业走廊两旁，总面积334万平方米，距珠海机场二十公里，分别距珠海港、斗门港二十五公里、十公里。为保护工业园区水质环境，保障工农业生产及人民群众生活用水安全，提高水资源的有效利用，在该高新技术工业园区建设污水管网工程及污水处理厂是十分必要的。对促进肃州区经济发展，改善北大河水质，保障人民健康及提高工业园区用水重复利用率具有重要意义。同时，工业园区现有污水管网排污口由于污水到处溢流，造成蚊蝇滋生，周围环境恶劣，严重影响该市市容，影响市民的正常生活。据此，需确定污水处理厂的处理工艺流程1和处理构筑物的类型与数量，进行处理构筑物及设备的工艺设计计算和污水厂各构筑物以及各种管渠等总体布置。（一）研究的现状21关于活性污泥法当前流行的污水处理工艺有：AB法、SBR法、氧化沟法、普通曝气法、A/A/O法、A/O 法等，这几种工艺都是从活性污泥法派生出来的，且各有其特点。 AB法(AdsorptionBiooxidation) 该法由德国Bohuke教授首先开发。该工艺对曝气池按高、低负荷分二级供氧，A级负荷高，曝气时间短，产生污泥量大，污泥负荷2.5kgBOD/(kgMLSSd)以上，池容积负荷6kgBOD/(m3d)以上；B级负荷低，污泥龄较长。A级与B级间设中间沉淀池。二级池子F/M(污染物量与微生物量之比)不同，形成不同的微生物群体。AB法尽管有节能的优点，但不适合低浓度水质，A级和B级亦可分期建设。 SBR法(Sequencing Batch Reactor) SBR法早在20世纪初已开发，由于人工管理繁琐未予推广。此法集进水、曝气、沉淀、出水在一座池子中完成，常由四个或三个池子构成一组，轮流运转，一池一池地间歇运行，故称序批式活性污泥法。现在又开发出一些连续进水连续出水的改良性SBR工艺，如ICEAS法、CASS法3、IDEA法等。这种一体化工艺的特点是工艺简单，由于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及设备，一般情况下不设调节池，多数情况下可省去初沉池，故节省占地和投资，耐冲击负荷且运行方式灵活，可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧的不同状态，实现除磷脱氮的目的。但因每个池子都需要设曝气和输配水系统4，采用滗水器及控制系统，间歇排水水头损失大，池容的利用率不理想，因此，一般来说并不太适用于大规模的城市污水处理厂 。 A/A/O法(AnaerobicAnoxicOxic)由于对城市污水处理的出水有去除氮和磷的要求，故国内10年前开发此厌氧缺氧好氧组成的工艺。利用生物处理法脱氮除磷，可获得优质出水，是一种深度二级处理工艺。A/A/O法的可同步除磷脱氮机制由两部分组成：一是除磷，污水中的磷在厌氧状态下(DO0.3mg/L)，释放出聚磷菌，在好氧状况下又将其更多吸收，以剩余污泥的形式排出系统。二是脱氮，缺氧段要控制DO12.5)，BOD/TKN为1.53.5，COD/TP为3060，BOD/TP为1640(一般应20)。若降低污泥浓度、压缩污泥龄、控制硝化，以去除磷、BOD5和COD为主，则可用A/O 工艺。有的城市污水处理的出水不排入湖泊，利用大水体深水排放或灌溉农田，可将脱氮除 磷放在下一步改扩建时考虑，以节省近期投资。 普通曝气法及其变法 本工艺出现最早，至今仍有较强的生命力。普曝法处理效果好，经验多，可适应大的污水量，对于大厂可集中建污泥消化池，所产生沼气可作能源利用。传统普曝法的不足之处是只能作为常规二级处理，不具备脱氮除磷功能。 近几年在工程实践中，通过降低普通曝气池容积负荷，可以达到脱氮的目的；在普曝池前设置厌氧区，可以除磷，亦可用化学法除磷。采用普通曝气法去除BOD5，在池型上有多种形式(如下文所述的氧化沟)，工程上称为普通曝气法的变法，亦可统称为普通曝气法。 氧化沟法 本工艺50年代初期发展形成，因其构造简单，易于管理，很快得到推广，且不断创新，有发展前景和竞争力，当前可谓热门工艺。氧化沟在应用中发展为多种形式，比较有代表性的有： 帕式(Passveer)简称单沟式，表面曝气采用转刷曝气，水深一般在2.53.5m，转刷动力效率1.61.8kgO2/(kWh)。 奥式(Orbal)简称同心圆式，应用上多为椭圆形的三环道组成，三个环道用不同的DO(如外环为0，中环为1，内环为2)，有利于脱氮除磷。采用转碟曝气，水深一般在4.04.5m，动力效率与转刷接近，现已在山东潍坊、北京黄村和合肥王小郢的城市污水处理厂应用。 若能将氧化沟进水设计成多种方式，能有效地抵抗暴雨流量的冲击，对一些合流制排水系统的城市污水处理尤为适用。 卡式(Carrousel)简称循环折流式，采用倒伞形叶轮曝气，从工艺运行来看，水深一般在3.0m左右，但污泥易于沉积，其原因是供氧与流速有矛盾。 三沟式氧化沟(T型氧化沟)，此种型式由三池组成，中间作曝气池，左右两池兼作沉淀池和曝气池。T型氧化沟构造简单，处理效果不错，但其采用转刷曝气，水深浅，占地面积大，复杂的控制仪表增加了运行管理的难度。不设厌氧池，不具备除磷功能。 氧化沟一般不设初沉池，负荷低，耐冲击，污泥少。建设费用及电耗视采用的沟型而变，如在转碟和转刷曝气形式中，再引进微孔曝气，加大水深，能有效地提高氧的利用率(提高20%)和动力效率达2.53.0 kgO2/(kWh)。2关于厌氧生物处理技术上世纪末，人们已经认识到沼气的产生是一个微生物学过程。1896年英国出现了第一座用于处理生活污水的厌氧消化池，所产生的沼气用于街道照明。到1914年美国有十四座城市建立了厌氧消化池，二战结束后厌氧技术的发展又掀起了一个新的高潮。40年代在澳大利亚出现了连续搅拌的厌氧消化池，改善了厌氧污泥与废水的混合，提高了处理效率，但在本质上，反应器中的微生物与废水或废料时完全混合在一起的，污泥在反映器中的停留时间与废水的停留时间是相同的，因此污泥在反应器里浓度较低，处理效果差，废水在反应器里要停留几天到几十天之久。50年代中期出现了厌氧接触反应器。这种反应器在连续搅拌反应器的基础上于出水沉淀池中增设了污泥回流装置，使部分厌氧污泥又重新返回到反应器中，从而增大了反应器中厌氧污泥的浓度，使厌氧污泥在反应器中的停留时间第一次大于水力停留时间，因此其处理效率和负荷显著提高。这是厌氧处理技术的一个重要发展。就反应器中污泥浓度通过液固分离、回流而提高这一点来说，厌氧接触工艺与好氧活性污泥工艺颇为相似。 随着生物发酵工程中固定化技术的发展，人们认识到提高反应器中污泥浓度的重要性。70年代以来，厌氧处理的最大突破是荷兰农业大学发展的上流式厌氧污泥床，简称UASB反应器，UASB反应器发明后受到了广泛的关注，目前已成为应用最广泛的厌氧处理方法。高速反应器的发展大大提高了厌氧反应器的负荷和处理效率时废水在反应器中的停留时间缩短到几小时，反应器容积得以大大缩小，从而有利于厌氧技术应用于工业化的废水处理。污泥停留时间的延长与污泥浓度的提高使厌氧系统更具有稳定性，有效增强了对不良因素的适应性，因此20年来厌氧废水处理技术得以很快推广，成为水污染防治领域里一项有效的新技术。UASB反应器一般不易形成沟流，仅当负荷特别低和布水系统设计不合理是才可能有沟流发生的危险。产气的搅拌作用使污泥床不断运动从而与废水混合很好。没有填料的UASB反应器有更大的空间容纳污泥。在处理类似的可溶解性废水时，UASB反应器因此有更高的负荷能力。没有填料的UASB反应器在投资和运行成本上更节省、更节能，同时操作相对简单易于控制。至今，UASB反应器在所有高速厌氧反应器中应用最为广泛的。3 关于UASB反应器UASB反应器的主体部分可分为两个区域，即反应区和气、液、固三相分离区。在反应区下部，沉淀性能良好的污泥（颗粒污泥或絮状污泥）形成的厌氧污泥床。当废水由反应器底部进入反应器后，由于水的向上流动和产生的大量气体上升形成了良好的自然搅拌作用，并使一部分污泥在反应区的污泥床上方形成相对稀薄的污泥悬浮层。悬浮液进入分离区后气体首先进入集气室被分离，含有悬浮液的废水进入分离区的沉降室，由于气体以被分离，在沉降室扰动很小，污泥在此沉降，由斜面返回反应区。UASB反应器运行的三个重要前提是：1、反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥2、由产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌作用3、设计合理的三相分离器，这使沉淀性能良好的污泥能保留在反应器内。在UASB反应器内厌氧污泥可以以絮状的聚集体存在，也可以以球形或椭球形的形式存在。在厌氧反应器内污泥形成的过程称之为污泥颗粒化。颗粒污泥化是大多数UASB反应器启动的目标和启动成功的标志。颗粒污泥的形成使UASB内可以保留高浓度的厌氧污泥。这首先是由于颗粒污泥具有极好的沉降性能。絮状污泥的沉降性能较差，当产气量较高，废水上流速度略高时，絮状污泥则容易冲洗出反应器。产气与水流的剪切力也易于使絮状污泥进一步分散。这加剧了絮状污泥的洗出。颗粒污泥有机好的沉降性能，它能在很高的产气量和高上流速度下保留在厌氧反应器内。因此污泥的颗粒化可以使UASB反应器允许有更高的有机物容积负荷和水力负荷。一般絮状污泥的UASB负荷在10kgCOD/（m3.d）以下，而颗粒污泥UASB反应器负荷甚至可高达30-50kgCOD/（m3.d）。颗粒化污泥还具有以下优点：1、细菌形成的颗粒状聚集体是一个微生态系统，其中不同类型的种群组成了共生或互生体系，利于微生物的降解。2、颗粒的形成有利于其中的细菌对营养的吸收。3、颗粒使发酵菌中间产物的扩散距离大大缩短，这对复杂有机物的降解是重要的。4、在废水性质忽然变化时，颗粒污泥能维持一个相对稳定的微环境，使代谢过程继续进行。在本设计中，选用应用最为广泛，在投资和运行成本上更节省、更节能，同时操作相对简单易于控制的UASB。4. 生物处理法的新进展生物处理法是目前研究得较多、新技术层出不穷的方法， 无论是好氧生物处理技术，还是厌氧生物处理技术都引起了研究人员的极大兴趣。因为用生物法利用的是微生物的新陈代谢作用， 以污染物质为食料， 将其代谢成诸如CO2、H2O、NH3、SO2等稳定的小分子， 它的二次污染小， 对处理生活污水及与之性质相近的有机污水有其独特的优势。生物处理法自从问世以来，其技术已获得了极大的发展， 随着人们生活水平的日益提高， 生活污水中的成也日益复杂， 因此用生物处理方法的目的也从以前能处理降解蛋白质、脂肪、碳水化合物等一类物质增加到也能处理合成洗涤剂、脱氮、脱磷及其它一些难降解的复杂有机物。这也就必然要求人们改革工艺，过去由于厌氧生物处理的效率不尽人意， 处理时间也较慢， 所以未引起人们的重视， 仅仅用来处理污泥或高浓度有机污水的预处理，但现在由于能源紧张， 厌氧生物处理由于能产生能源物质甲烷而越来越引起人们的青睐， 由此也出现了许多新的工艺。(1) 活性污泥法的新发展到目前为止， 对活性污泥法在运行方式上还没有大的突破， 往往所作的是一些局部的改进， 但在曝气方式上确取得了较大的成果， 如纯氧曝气、深井曝气、射流曝气， 采用微气泡扩散器等， 这些都增大了氧转移率、提高了氧的利用率使曝气池中氧的浓度增加。如美日等国研制出的一种超微气泡扩散器， 气泡直径50Lm， 氧吸收率达90% ， Reid Engineering Company of Frederick shurg 等研制的氧化沟下表面曝气也是一种曝气方式的改进， 把冲刷曝气(Brush Aeration) 改进透平曝气(Turbine Aeration) 避免了产生气溶胶、飞溅、结冰等问题。活性污泥法的另一个发展趋势就是朝多功能方向发展， 采用的方法有： 培养驯化专用细菌，使活性污泥处理对象不局限于生活污水， 还可以处理如酚一类难降解的有毒有机物，甚至驯化可以处理象氰一类有剧毒的无机物；把活性污泥与其它处理方法结合起来，如活性炭活性污泥法， 它实际上是一种以活性污泥法形式的活性炭吸附、生物氧化法的综合处理法； 固定活性污泥法是提供微生物附着的表面， 如合成纤维、塑料、细沙、粘土焦炭等， 使曝气池同时存在附着相和悬浮相的生物；这些都提高了活性污泥的净化效率，提高了抗有毒物质等冲击负荷的能力， 还具有脱色、脱氮、削减泡沫的效果， 国外已用于合成纤维、化工印染、炼油、炼焦等工业生产的污水处理；活性污泥法与厌氧工艺结合来脱氮、脱磷等，最典型的工艺是A-O(anaerobic-oxic) 流程。活性污泥法还可和化学法结合， 提高净化多氯联苯、有机磷的去除效果。(2) 生物膜处理法的新进展生物膜法最早出现的工艺是1893年在英国出现的将污水喷撒在粗滤料上而得以净化的普通生物滤池，它是最早出现而至今仍在不断改进和发展的人工生物处理设备。在它的基础上，出现了高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘和生物接触氧化等。近二三十年来，又出现了一些新型的生物膜法处理技术，如生物流化床，它是以砂、焦炭、活性炭等颗粒材料作为载体，其载体表面附着生长着生物膜，充氧后的污水以一定流速自下而上流动使载处于流化状态，载体上的生物膜可以充分地和污水接触，使净化效率提高，它的工艺有空气流床、纯氧流动床、三相流化床和厌氧兼型流化床工艺等。活性生物滤池是将生物滤池、曝气池及二沉池结合为一体的新型污水处理工艺，它的特点是将生物滤池的部分出水回流汇同二沉池的回流污泥一起进入生物滤池，用活性生物滤池处理生活污水和食品加工废水的试验结果表明： 该系统具有处理效果好、效率高、BOD 容积负荷大、不发生污泥膨胀和耐冲击负荷等优点。另外还有空气驱动的生物转盘、生物转盘和曝气池相结合、藻类转盘等。由于生物膜法的生态环境与活性污泥法的不同， 生物膜法生态系统中可以生长藻类、后生动物等， 甚至可以生长硝化菌及反硝化菌等， 因此可以用来脱氮等。(3) 厌氧生物处理法的新发展厌氧生物处理法也有一百多年的历史，它是利用厌氧微生物在无氧的条件下对有机物进行分解的技术。由于处理效率低、速度慢、且甲烷菌对环境要求严格不易控制等缺点， 厌氧生物处理法长期以来一般仅用于污泥处理， 它的主要工艺是化粪池、消化池等。但是由于近年来能源危机及环境污染加重，厌氧生物处理由于其产物具有能源物质而得到人们的重视， 一大批新的厌氧生物处理法技术相继诞生， 为了提高厌氧微生物的浓度，有使厌氧微生物附着在载体表面的厌氧生物膜处理方法如厌氧生物滤池、厌氧转盘、厌氧膨胀床、厌氧接触氧化、厌氧档板反应器、厌氧流化床法， 以及象上流式厌氧污泥床反应器(UASB) 依靠微生物之间凝聚造粒而形成的自己固定法方法。还有人为地固定微生物包埋固定化法， 它是人为地把增殖速度缓慢的厌氧微生物高浓度地保持在处理系统中，提高处理速度、缩小处理设备并可用于处理低浓度的有机污水。如日本本田等人1988 年采用包埋固定厌氧微生物处理TOC 为150mgL 的人工配水， TOC 的去除率可达95% 以上。在厌氧处理中， 甲烷的增殖速度慢成为产气的决定步骤， 因此为了保持甲烷发酵中高浓度的微生物， 出现了利用膜的固液分离法， 如柏分等人1988 年利用超滤膜(UF) 进行甲烷发酵试验， 结果表明： 提高了反应器内甲烷的浓度， TOC 的容积负荷为2gL日， 其去除率可达98.4%以上。厌氧生物处理法目前的发展趋势是和其它生物处理方法联用， 如厌氧好氧复合工艺等， 具有节约投资、节省能源、污泥产量少、出水水质好等一系列优点。厌氧生物处理法正朝着能处理低浓度有机污水，能够脱磷脱氮且运行维护方便经济等方面发展。5活性污泥工艺的发展趋势通过几十年的研究与实践，活性污泥工艺已经成为一种比较完善的工艺。在池形、运行方式、曝气方式、载体等方面已经很难有较大的发展。用常规手段也已经很难在生物学方面有所突破。有学者认为该工艺未来两个大的方向是膜分离技术和分子生物学技术的应用。 (1) 膜分离技术的应用用膜分离代替沉淀进行泥水分离，可带来活性污泥工艺的以下变化：不再存在污泥膨胀问题。在调控活性污泥系统时，不必再考虑污泥的沉降性能问题，从而使工艺控制大大简化；曝气池的污泥浓度将大大提高(可以大于20000/)从而使系统可在超大泥龄、超低负荷状态下运行，充分满足去除各种污染物质的需要；在同样的处理要求下，可使曝气池容积大大减小，节省处理厂的占地面积；污泥浓度的提高，将要求较高的曝气速率，因而纯氧曝气将随着膜分离而被大量采用。虽然膜分离目前还存在易堵塞等方面的问题，但这些问题正逐步得到解决。实际上，目前已有一批膜分离活性污泥系统在运行，如日本市的污水处理厂的膜分离系统已连续运行3年。 (2)分子生物技术的应用目前分子生物技术已开始应用于污水处理领域。为搞清聚磷菌除磷的生化机理，已开始用分子诊断技术获取聚磷菌的遗传信息。现在从活性污泥中已发现的30多种丝状菌中，只有4种准确命名及生物分类学定位，因为这些丝状菌大部分无法进行分离纯培养。目前正用分子诊断技术进行这些丝状菌的生物学定位，以进一步准确了解其特性。分子诊断技术的大量应用，活性污泥微生物基因库的建立，在此基础上用基因技术培育具有高效活性的污泥菌种，进一步提高处理效果，是未来发展的方向。（二）研究的意义由于现代工业园的总体性质的不同，其产生污水的水体成分和对环境的污染度也不尽相同6，这就需要我们针对不同类型的企业所产生的污水的成分和含量的不同，制定符合实际情况的排污策略. 在现实生活中，工业废水得不到有效处理会对周边的动植物、土壤乃至整个生态环境造成破坏。一般而言，不含有毒物质的污水的不合理处理对周边环境危害较轻；而有毒污水的不合理处理对周边环境的危害较重，可能造成水体生物的死亡和周边土壤的严重污染与结构的变化，可能导致人体中毒甚至死亡。如此工业废水的危害性应当被关注，并合理整治。1)对对保护环境的现实意义:工业废水的合理处理、排放和利用，最直接的价值和意义表现为对周边区域生态和环境的保护上。借助现代科学技术，综合运用生物、物理等废水处理方法，避免污水的直接排放，减少有毒有害物质流入周边环境生态系统的可能性；从而有效遏制工业废水的不合理排放对周边饮用水源、水生动植物和周边土壤土质的破坏，使得周边的生态环境保持平衡与稳定发展，并进一步保证了区域内居民健康生活。2)对工业企业的现实意义:随着经济和社会的不断发展，我国已步入可持续发展阶段，而第二产业的发展也追求可持续型发展。对于工业的合理化处理，在维护生态健康和环境稳定的同时，也可以实现可再生资源的重复利用，符合建立节约型企业的理念。追求生态价值是建立生态型企业的表现，重视资源的重复利用是创建节约型企业的理念，而这两者都是企业可持续发展战略的题中之义。因此，合理处理工业废水对工业企业的可持续发展战略的实施和文化培养具有重要现实意义。因此对工业废水的单独处理尤为重要，需按照相关排放标准和技术规范对废水进行妥善处理，达标排放。二、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题（一）研究目标1、根据相关标准和技术规范，选择先进、合理的工艺进行设计，确保废水处理后达到国家、地区排放标准及环境保护要求。2、设计的污水处理设施有较大的灵活性及可掉节余地，能适应水质、水量及水温等的变化。3、构筑的设计与工业园区和周围环境相协调，符合环境和经济可行性，占地少，投资省，管理方便。（二）研究内容1、运用大学期间所学的专业知识和实习中学到的实践知识，对珠海新青工业园区污水处理站工艺进行设计。2、通过调查研究、收集设计资料，了解工程概况；根据相关标准和技术规范，规划设计方案。可行性分析后确定设计方案，选择先进处理率高的处理工艺；进一步进行主要构筑物的设计计算，结合地形对处理设施进行绘图，并进行经济分析，编写设计说明书。3、废水处理工艺设计过程，尽量运用清洁生产的理念，合理进行水质处理设计，提高技术水平和处理效率。（三） 拟解决的关键问题1、 选择合理的设计方案，使废水能达标排放。2、 厂区内的高危高污染的废水进行预处理，减小后续废水处理难度。3、 避免废水处理中事故发生概率，拟定应急方案，减少污染危害。4、 选择合适的消毒剂对污水、污泥进行消毒，控制合理的接触时间和紫外线强度。紫外消毒渠三、研究的基本思路和方法、技术路线、实验方案及可行性分析（一）研究的基本思路和方法本工程拟用改进的二级处理方法对珠海青新工业园区废水进行处理，达标排放。二级处理是由一级处理和生物化学或化学处理组成的污水处理过程。特殊污水作预处理，包括格栅、沉砂池、调节池、初沉池和污泥回流，去除污水中的悬浮物，再经二级处理，包括生物化学处理设施、二沉池和消毒系统等，降低有机物浓度并进行脱氮除磷5。研究的方法分生物处理法和消毒法两方面。生物处理采用的技术主要有活性污泥法、AB法、氧化沟、SBR、A/O法A/A/O法普通曝气法及其变法和生物接触氧化法等。消毒法则分为污水消毒处理和污泥消毒处理。（二）技术路线7据工业园区废水特点和相关排放标准，同时考虑出水达标情况，提出如下处理工艺流程：进站污水提升泵房房曝气沉砂池房细格栅房中格栅CASS池 排入受纳水体污泥处理车间CASS法的核心构筑物为反应池，没有二沉池及污泥回流设备，一般情况下不设调节池及初沉池。因此，污水处理设施布置紧凑、占地省、投资低。它比传统活性污泥法节省投资20%-30%，节省土地30%以上。（三）实验方案工业区污水和园区的生活污水由管道收集进入处理站，废水经格栅、曝气沉砂池进入生物处理池，CASS池反应池末端的滗水器开始工作，自上而下逐渐排出上清液。此时反应池逐渐过渡到厌氧状态继续反硝化。上清液进入接触消毒池，沉淀下来的污泥定期排至污泥贮存池，和格栅截留的部分固废一起进行消毒，进行集中处理。（四）可行性分析工业园区污水进行预处理，减少后续处理的难度。工业园区的污水先经由格栅，除去较大的有机和无机颗粒污染物，再流经曝气沉砂池，由于曝气作用，废水中有机颗粒经常处于悬浮状态，砂粒互相摩擦并承受曝气的剪切力，砂粒上附着的有机污染物能够去除，有利于取得较为纯净的砂粒。 在旋流的离心力作用下，这些密度较大的砂粒被甩向外部沉入集砂槽，而密度较小的有机物随水流向前流动被带到下一处理单元。另外，在水中曝气可脱臭，改善水质，有利于后续处理，还可起到预曝气作用。预处理的污水进入CASS池，其工作过程