4000吨生活污水CASS设计方案

4000 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 某别墅区生活污水处理工程 1.1.2 工程规模 污水总量：4000m3/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 中华人民共和国环境保护法 地表水环境质量标准 GB3838-2002 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918-2002 污水综合排放标准 GB8978-1996 污水排入城市下水道水质标准 CJ3082-1999 城市污水处理工程项目建设标准 国家建设部 2001 室外排水设计规范 GB50014-2006 环境空气质量标准 GB3095-1996 工业企业厂界噪声标准 GB12348-1990 建筑给水排水设计规范 GB50015-2003 建筑防火设计规范 GB50016-2006 建筑灭火器配置设计规范 GB50140-2005 建筑结构设计规范 GB50009-2001 2 建筑地基基础设计规范 GB50007-2002 建筑抗震设计规范 GB50011-2001 砌体结构设计规范 GB50003-2001 混凝土结构设计规范 GB50010-2002 给水排水工程构筑物结构设计规范 GB50069-2002 构筑物抗震设计规范 GB50191-1993 工业与民用供电系统设计规范 GB50052-1995 10kV 及以下变电所设计规范 GB50053-1994 低压配电设计规范 GB50054-1995 电动装置的继电保护和自动装置 GB50062-1992 建筑物防雷设计规范(2000 年版) GB50057-1994 通用用电设备配电设计规范 GB50055-1993 建筑照明设计标准 GB50034-2004 过程测量与控制仪表的功能标志及图形符号 HG/T20505-2000 自动化仪表选型设计规定 HG/T20507-2000 控制室设计规定 HG/T20508-2000 仪表供电设计规定 HG/T20509-2000 信号报警、联锁系统设计规定 HG/T20511-2000 仪表配管配线设计规定 HG/T20512-2000 仪表系统接地设计规定 HG/T20513-2000 可编程控制器系统工程设计规定 HG/T20700-2000 工业企业设计卫生标准 GBZ1-2002 1.2.2 编制原则 .选用运行安全可靠、经济合理的工艺流程； 3 .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； .操作管理方便，运行费用低，处理系统运行稳定，且有较长的使用寿命； . 在设计中充分考虑二次污染的防治，设备耐腐蚀，噪声达标，以免影 响周围环境； .污水处理厂的位置，应符合别墅区规划要求，位于别墅区下风向，与周 边有一定的卫生防护带； .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外排，严重污染了水源，影响了别墅区 周边卫生，因此为别墅区更好的发展及环境，现拟建一座污水处理厂，出水要 求达到城镇污水处理厂污染物排放标准 （GB189182002）一级 A 排放标 准，处理量为 4000 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 污水进水水质 由于无污水进水水质参数，参考类似小区及城镇生活污水水质浓度，现暂 定该别墅区的生活污水浓度为： 表表 2-12-1 设计进水水质一览表设计进水水质一览表 水质指标 BOD5CODSS NH4+N TNTPpH 预测数值(mg/L) 17535022030403.069 2.2.2 污水出水水质 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。 根据业主要求，污水处理厂的设计出水水质应满足城镇污水处理厂污染 物排放标准 （GB189182002）中一级 A 标准要求，具体指标见下表： 表表 2-22-2 设计出水水质一览表设计出水水质一览表 5 水质指标 BOD5CODSS NH4+N TNTPpH 粪大肠杆菌群数 一级 A(mg/L) 105010 5（8） 150.569 104个/L 2.2.3 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 根据别墅区总体规划，该污水处理站选址应综合考虑管网布置和现有地形 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，小区污水处 理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、NH4-N、P 去除率要求分别达 85.7%、95%、95.5%、83.3% 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 选择针对该小区污水量和污水水质以及经济条件考虑适应力强、调节灵活、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 7 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。 1、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 10mgL 以下。 2、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 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。 8 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/kgMLSSd 以下时，就很容易使得出水 BOD5保持在 20mg/L 以下。 3、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/N2.86 才能有效脱氮，实际运行资料表明 BOD5/N3 时才使反硝化正常运行，本工程 BOD5/N4.0，生物脱氮是可行的。同样 BOD5/P26 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 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 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 9 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。 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，出水水质好，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。 由于该工艺还需二次沉淀池，增加了投资费用，且该水量较小。 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/kgMLSSd，B 段污泥负荷较低，为 0.150.30 kgBOD5/kgMLSSd，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 BOD250mg/L，AB 工艺才有明显优势。 4、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 10 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。 5、CASS 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 11 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 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。 12 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。 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， 13 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 理达不到这要求。因此，必须对污水脱氮除磷工艺进行分析。 14 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。 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 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 nh，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/MLSSd 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。 15 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 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 16 主反应：FeCl3+PO43-FePO4+3Cl- 副反应：2FeCl3+3Ca(HCO3)22Fe(OH)3+3CaCl2+6CO2 硫酸铝混凝： 主反应：Al2(SO4)314H2O+2PO43-2AlPO4+3SO42-+14H2O 副反应：Al2(SO4)314H2O+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 6070；在二沉池投药，活性污泥量增加 3545%， 全厂污泥量将增加 1025。 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 17 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 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 22.4mg 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 1.52，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 23 倍，在设计中往往采用 35。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。 根据该小区污水处理工程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+后端物化处理工艺。 3.1.5 紫外线消毒工艺 紫外线消毒技术是利用紫外线-C 波段破坏水体中各种病毒和细菌的 DNA 结构，使其无法繁殖，达到去除水中致病菌体的目的。其优点是杀菌效率高 （1 秒钟以内） 、广谱性好、无二次污染、运行安全、占地小、费用低、性能价 格比高。目前在世界各地已有 3000 多城市污水处理厂安装了使用了紫外线消毒 系统，其中 95%以上的系统采用了明渠式模块化紫外消毒系统，预计今后将成 为取代传统化学消毒方法的主流。 化学消毒法一般都会产生消毒副产物，而紫外线消毒是唯一不会产生消毒 副产物的方法，不会造成二次污染问题，且紫外线消毒工艺的运行成本比化学 18 消毒工艺低（设备费用略高、土建费用节省，和液氯消毒系统的总造价相当） 。 根据对以上几种消毒方式的优缺点进行综合比较，最终本工程采用运行管 理经验较为成熟的紫外线消毒方式。 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 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。 19 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 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 机 械 脱 水 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 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 20 水能力大 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 3.2.1.1 水量 平均总流量：4000m3/d 平均时流量：166.7m3/h 总变化系数：1.8 小时最大流量：300m3/h 21 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 混合液回流 水洗 进水 栅渣外运 泥饼外运 气洗 反冲洗排水 达标排放 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渠，通过粗细格栅去除粗大的固体杂质后汇集至集水 调节池；通过提升泵的提升进入 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和水，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，其上清液通过滗水器机械过滤装置； 格栅渠集水调节池CASS 池机械过滤清水池 消毒渠 贮泥池脱水机房 22 为确保出水水质稳定达到国家一级 A 标准，设置机械过滤和紫外消毒单元，确 保出水达标排放。CASS 池的剩余污泥性质非常稳定，通过潜污泵打入到污泥储 池中，然后泵入脱水机房进行脱水处理。为保证运行方便，各构筑物均设置超 越管。 所产生的剩余污泥需进行浓缩脱水后和栅渣一起加以外运。 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 该小区污水处理工程主体采用 CASS 工艺，污水处理厂处理总量 4000m3/d，其主要工程内容为： 4.2.1 预处理 预处理系统主要包括进水格栅渠、集水调节池，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。 格栅渠（暂定进水管底标高地面下格栅渠（暂定进水管底标高地面下-1.8m） 格栅间设置两台人工格栅，一台机械格栅，设计中提升泵采用无堵塞潜污 泵三台(二用一备)；潜污泵采用自动耦合机构以便于安装、检修和更换，提升 泵可根据集水井液位的变化自动开停。 设计流量: Qmax300m3h 功 能: 去除污水中较大的漂浮物，以保证污水提升系 统的正常运行。 23 类 型: 钢筋混凝土结构，直壁平行渠道。 数 量: 1 条 尺 寸: 3.0m0.5m2.2m 主要设备 a. 人工格栅 设备数量: 1 台 主要设计参数: 栅条间隙 b20mm 格栅宽度 B500mm 格栅倾角 90 材 质:不锈钢 b. 机械格栅 设备类型: 回转式格栅 设备数量: 1 台 主要设计参数: 设计流量 Q0.083m3s 栅条间隙 b5mm 格栅宽度 B400mm 栅前水深 H400mm 过栅流速 V0.70ms 格栅倾角 75 最大水位差h150mm 电机功率 P0.75kw 材 质:机架碳钢 控制方式: 定时自动控制格栅运行同时可现场手动控制开停。 24 集水调节池集水调节池 主要作用为缓冲来水水量水质，缓冲高峰时期的污水量，方便水泵的提升， 以利于后续系统的处理。水力停留时间取 2h。 设计流量: Q166.7m3h 功 能: 调节水质水量，以利于后续系统的稳定运行和水泵的提升 类 型: 钢筋混凝土结构。 数 量: 1 座 平面尺寸: 9.0m7.5m5.5m 主要设备 a. 潜水搅拌机 设备数量: 2 台 功 率：N1.5kW 材 质：铸铁 b. 可提升式无堵塞潜污泵 设备数量: 3 台（2 用 1 备） 单台流量：Q95m3h 扬 程：h12m 功 率：N5.5kW 控制方式: 根据液位由 PLC 自动控制水泵逐台开停，根据累计运行