城市污水CASS处理工艺强化脱氮除磷技术研究.doc

毕业设计（论文）开题报告课题名称：城市污水CASS处理工艺强化脱氮除磷技术研究专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 1、毕业设计(论文)选题依据(选题意义、国内外发展现状分析、主要参考文献目录) 选题意义CASS工艺是将序批式活性污泥法（SBR）的反应池沿长度方向分为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区。在主反应区后部安装了可升降的滗水装置，实现了连续进水间歇排水的周期循环运行，集曝气沉淀、排水于一体。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工艺的脱氮原理在微生物的作用下，将有机氮和氨氮转化为氮气和NxO气体的过程。废水中存在着有机氮、氨氮、硝态氮等形式的氮，而其中以氨氮和有机氮为主要形式。在生物处理过程中，有机氮被异养微生物氧化分解，即通过氨化作用转化为成氨氮，而后经硝化过程转化变为硝态氮，最后通过反硝化作用使硝态氮转化成氮气，而逸入大气。CASS工艺除磷是在原有活性污泥工艺的基础上，通过设置一个厌气阶段，选择能过量吸收并贮藏磷的微生物（称为聚磷微生物），通过排除污泥来达到除磷。CASS工艺的生物选择器能增强活性污泥法的除磷效果。磷是合成核酸的主要元素之一，聚磷微生物利用污水中的碳源、氮源、曝气阶段充足的氧气大量繁殖并积聚大量的多聚磷酸盐，最后在沉淀之后通过排除污泥的形式排出大量的磷。对CASS工艺强化脱氮除磷的工艺改造计划，对污水进行1.5小时的搅拌再进行曝气。这是本论文的主要研究内容。对于一般城市污水，CASS工艺并不需要很高程度的预处理，只需设置粗格栅、细格栅和沉砂池，无需初沉池和二沉池，也不需要庞大的污泥回流系统（只在CASS反应器内部有约20%的污泥回流）。目前，合肥市各污水处理厂的出水水质执行国家排放标准 污水综合排放标准（GB 8978-1996），且执行一级B排放标准。为了使出水水质达到一级A排放标准，朱砖井污水处理厂拟对原有的CASS工艺进行改造，调整参数，进行强化脱氮除磷试验。并设置小试装置做SBR填料试验。国内外发展现状 曝气生物滤池（Biological aerated filter：BAF）处理污水是近年来开发出的污水处理工艺，已在欧美和日本广为流行，但在我国研究甚少。在欧洲，为了适应新的标准1-2，陆续开发了一系列新的污水处理技术，曝气生物滤池从中脱颖而出。它首先被用作三级处理，后来发展成直接用于二级处理3。自第1套建在靠近巴黎的sois-sons污水处理厂的装置投产运行以来4，已在欧、美和日本等发达国家广为流行，目前世界上已有几百座污水处理厂应用了这种技术。曝气生物滤池不仅用于水体富营养化处理，而且广泛地用于生活污水、生活杂排水和食品加工、水果蔬菜罐头、鱼肉制品、酿造和造纸等工业废水处理中。 我国解决城市污水的净化问题始于二十世纪70年代。一些城市利用郊区的坑塘洼地、废河道、沼泽地等稍加整修或围堤筑坝，建成稳定塘，对城市污水进行净化处理。据调查，这个时期在全国已建成各种类型的稳定塘有38座，日处理城市污水约173万m3。其中生活污水量占一半，其余包括石油、化工、造纸、印染等多种工业废水。此阶段开始重视引进国外先进技术和设备，开展与国外的技术交流，逐步探索适合我国国情的工程技术和设计，为以后的建设奠定了基础。80年代，随着城市化进程的加快和城市水污染问题日益受到重视，城市排水设施建设有较快发展。国家适时调整政策，规定在城市政府担保还贷条件下，准许使用国际金融组织、外国政府和设备供应商的优惠贷款，由此推动了一大批城市污水处理设施的兴建。我国第一座大型城市污水处理厂天津市纪庄子污水处理厂于1982年破土动工，1984年4月28日竣工投产运行，处理规模为26万m3/d。在此成功经验的带动下，北京、上海、广东、广西、陕西、山西、河北、江苏、浙江、湖北、湖南等省市根据各自的具体情况分别建设了不同规模的污水处理厂几十座。 “八五”期间，随着城市环境综合治理的深化以及各流域水污染治理力度的加大，城市污水处理设施的建设经历了一个发展高潮时期。到1995年，我国城市排水系统排水管道长度约为110062km，按服务面积计算，城市排水管网普及率为64.8。与1990年相比，城市排水管道增加54373km，平均每年增长10874km；城市污水处理厂169座(其中二级生化处理厂116座)，年处理污水17.49亿m3，处理率8.69。与1990年相比，城市污水处理厂增加89座(其中有北京高碑店、天津东郊、石家庄桥西、广州大坦沙、无锡芦村、济南等大中型城市污水处理厂)，平均每年建污水处理厂17座。 “九五”期间，我国正式启动对“三河”(淮河、海河和辽河)、“三湖”(太湖、巢湖、滇池)流域和“环渤海”地区的水污染治理，国家给予相应资金和技术上的支持。19961999年竣工投入运行的城市污水处理项目有22个，投资59.58亿元，日处理规模371.7万m3；在建项目109个，计划投资161.83亿元，日处理规模832.0万m3。据统计，到2000年底，全国已建设城市污水处理厂427座，其中二级处理厂282座，二级处理率约为15。2000年用于城市污水处理工程建设的总投资约为150亿元。但目前绝大多数小城镇尚未建污水处理设施。我国现有城市污水处理厂80以上采用的是活性污泥法，其余采用一级处理、强化一级处理、稳定塘法及土地处理法等。“七五”、“八五”、“九五”国家科技攻关课题的建立与完成，使我国在污水处理新技术、污水再生利用新技术、污泥处理新技术等方面都取得了可喜的科研成果，某些研究成果达到国际先进水平。同时，借助于外贷城市污水处理工程项目的建设，国外许多新技术、新工艺、新设备被引进到我国，AB法、氧化沟法、A/O工艺、A/A/O工艺、SBR法在我国城市污水处理厂中均得到应用。污水处理工艺技术由过去只注重去除有机物发展为具有除磷脱氮功能。国外一些先进、高效的污水处理专用设备也进入了我国污水处理行业市场，如格栅机、潜水泵、除砂装置、刮泥机、曝气器、鼓风机、污泥泵、脱水机、沼气发电机、沼气锅炉、污泥消化搅拌系统等大型设备与装置。 我国80年代以前建设的城市污水处理厂大部分采用普通曝气法活性污泥处理工艺，由于该工艺主要以去除BOD和SS为主要目标，对氮磷的去除率非常低。为了适应水环境及排放要求，一些污水处理厂正在进行改造，增加或强化脱氮和除磷功能。 AB法污水处理工艺于80年代初开始在我国应用于工程实践。由于其具有抗冲击负荷能力强、对pH值变化和有毒物质具有明显缓冲作用的特点，故主要应用于污水浓度高、水质水量变化较大，特别是工业污水所占比例较高的城市污水处理厂。目前氧化沟工艺是我国采用较多的污水处理工艺技术之一。应用较多的有奥贝尔氧化沟工艺，由我国自行设计、全套设备国产化，已有成功实例。DE型氧化沟和三沟式氧化沟在中高浓度的中小型城市污水处理中也有应用。采用卡罗塞尔氧化沟工艺的城市污水处理厂大部分为外贷项目。 多种类型的SBR工艺在我国均有应用，如属第二代SBR工艺的ICEAS工艺，属第三代的CAST工艺、UNITANK工艺等。 随着我国对水环境质量要求的提高，修订后的国家污水综合排放标准(GB89781996)也越来越严，特别是对出水氮、磷的要求提高，使得新建城市污水处理厂必须考虑氮磷的去除问题。由此开发了改良A/A/O工艺和回流污泥反硝化生物除磷工艺，并已开始在实际工程中应用。如泰安污水处理厂、青岛李村河污水处理厂、天津北仓污水处理厂、北京清河污水处理厂等。 从工程规模上看，一批大型污水处理厂的相继建成投产标志着我国污水处理事业发展到一个崭新的阶段。如：我国20世纪最大的污水处理厂高碑店污水处理厂，处理规模100万m3/d；目前全国最大的城市污水处理厂上海竹园污水处理厂正在设计之中，其规模为170万m3/d。表1所列为我国部分城市污水处理工程项目，基本代表了我国城市污水处理工艺技术的现状水平。目前我国新建及在建的城市污水处理厂所采用的工艺中，各种类型的活性污泥法仍为主流，占90以上，其余则为一级处理、强化一级处理、生物膜法及与其他处理工艺相结合的自然生态净化法等污水处理工艺技术。 从国情出发，我国城市污水处理发展趋势： (1)氮、磷营养物质的去除仍为重点也是难点； (2)工业废水治理开始转向全过程控制；(3)单独分散处理转为城市污水集中处理； (4)水质控制指标越来越严； (5)由单纯工艺技术研究转向工艺、设备、工程的综合集成与产业化及经济、政策、标准的综合性研究；(6)污水再生利用提上日程；(7)中小城镇污水污染与治理问题开始受到重视。主要参考文献 （1）水质工程学（2）水处理微生物学（3）生物脱氮除磷原理与应用（4）活性污泥法工艺控制（5）SBR极其变法污水处理与回用技术（6）工业用水与废水杂志（近五年）（7）张苏平，李莉莉，李延峰.SBR法处理城市污水除磷效果的研究.内蒙古水利，2009年03期（8）马亚莉，袁林江，韩玮，李菲菲.缩短厌氧时间至零后SBR对磷的去处特性.水处理技术，2009年11期。（9）高大文，彭永臻，潘威. SBR 法短程硝化- 反硝化生物脱氮工艺的研究. 污染治理技术与设备，2003，4（6）：14.（10）李 军,杨秀山,彭永臻.微生物与水处理工程 M. 北京:化学工业出社,2002.（11）杨阿楠，张玉伟，张馨宁.SBR脱氮除磷效果研究.辽宁化工，2009年09期（12）樊红辉，林华东，花勇刚.CASS工艺脱氮影响因素分析.环境科学与管理.2009年8月，第34卷第8期。（13）人民网.中国污水处理现状及规划.2003年2月27日。 （14）合肥市朱砖井污水处理厂初设说明书。 (15)水和废水监测分析方法中国环境科学出版社,第四版。(16) 水工艺处理技术与设计化学工业出版社。2、毕业设计(论文)内容 朱砖井污水处理厂一期工程位于广德路以东，新安江路以南及二十铺河以西，已建成规模5.5万立方米每天，平均流量为2292立方米每小时，最大秒流量874升每秒，总变化系数K=1.37。目前处理出水水质执行国家排放标准 污水综合排放标准（GB 8978-1996），且执行一级B排放标准。拟通过工艺改造和参数调整使处理出水水质达到一级A排放标准。 即：COD50mg/L，BOD10mg/L,SS10mg/L,总氮15mg/L,总磷1mg/L。 了解CASS工艺的原理以及优缺点适用范围等内容，并结合朱砖井污水处理厂的CASS污水处理厂工艺运行情况以及设施情况掌握污水处理厂的设计。熟悉朱砖井污水处理厂CASS工艺及其主要设计参数，了解在不同运行状况下CASS工艺脱氮除磷的效果，参与朱砖井污水处理厂的CASS工艺改造计划，整运行参数使出水水质达到一级A排放标准。本论文拟完成以下工作 (1) 收集有关CASS工艺研究方面的资料； （2）熟悉朱砖井污水处理厂CASS工艺及其主要设计参数 （3）制定具体的试验计划； （4）掌握实验项目的测试方法，特别是总磷总氮的测试方法； （5）掌握在不同运行状况下，CASS工艺脱氮除磷的效果； （6）按计划进行污水处理实验； （7）掌握污水处理厂CASS的设计方法； （8）整理实验数据，撰写毕业论文；翻译一篇与论文内容有关的英文文献（英文字符不少于3000）,翻译毕业论文中文摘要（英文字符不少于300）。3、毕业论文(论文)进行方案（1）实验研究开始之前先了解CASS工艺的优缺点优点： 理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。 运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。 耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。 工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。 处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。 反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。 系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。 脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。 工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。 选择器的设置加强了微生物对磷的释放，反硝化，对有机物的吸收吸附等作用，增加了系统与性的稳定性。缺点： 自动化控制要求高。 排水时间短（间歇排水时），并且排水时要求不搅动沉淀污泥层，因而需要专门的排水设备（滗水器），且对滗水器的要求很高 。后处理设备要求大：如消毒设备很大，接触池容积也很大，排水设施如排水管道也很大 。滗水深度一般为12m，这部分水头损失被白白浪费，增加了总扬程。 由于不设初沉池，易产生浮渣，浮渣问题尚未妥善解决 。（2）了解朱砖井污水处理厂CASS工艺流程粗格栅集水井细格栅曝气沉砂池CASS栅渣处理污泥浓缩污泥脱水排放污水污泥外运或回收利用工艺流程图剩余污泥 进水预处理阶段：粗格栅，集水井，细格栅，曝气沉砂池。该阶段主要去除污水中大部分漂浮物及砂粒并为污水进入后续构筑物提供所需水头。原污水经过粗格栅去除较大的悬浮物和漂浮物，后经集水井提升至细格栅进一步去除悬浮物和漂浮物，再到达沉砂池进一步去除污水中的杂质颗粒、非腐败性无机物与粗大悬浮物。 曝气沉砂池：具有预曝气、脱臭、除泡作用以及加速污水中油类和浮渣的分离作用。沉沙中含有有机物的量低于5%。曝气沉沙池对后续的沉淀池、曝气池、污泥消化池的正常运行及对沉沙的最终处置提供了有利条件。 CASS处理阶段：CASS工艺是一种循环式活性污泥法，是SBR工艺的更新变型。CASS工艺包括充水，曝气，泥水分离，滗水四个阶段。不同的运行阶段，根据需要调整运行方式。CASS工艺共分为三个反应区：生物选择区，缺氧区，好氧区。生物选择器为CASS前端的小容积区，通常在厌氧兼氧条件下运行。有机物通过三个区的连续降解，可以达到很好的处理效果，同时能过实现脱氮除磷。CASS工艺运行时边进水边曝气，同时将主反应区的污泥回流至生物选择器。在沉淀阶段停止曝气，但是在沉淀过程中不仅不停止进水。而且污泥回流系统也不停止，这是CASS工艺区别SBR工艺的一大特点。滗水期间为了提高污泥浓度，加强反硝化级聚磷菌的过量释磷，污泥回流系统正常运行。 (3) CASS工艺改造计划为了强化CASS工艺的脱氮除磷效果，工艺调整为在CASS进水初期对整个反应器进行边进水边搅拌，搅拌半小时后开始曝气，曝气2小时，沉淀半小时，排水一小时，闲置时间根据进水调整。增加搅拌使整个反应器内进行一段时间的缺氧反应，该过程的主要作用是对上一阶段存水的硝态氮的反硝化作用和对新进污水中有机氮的氨化作用，同时也能进行一定的硝化作用。增加搅拌段之后还可以促进泥水的混合，提高曝气阶段的硝化效率。提高总氮的去除效率。 CASS反应池利用上一阶段的存水稀释进水中的硝态氮，利用前置反硝化过程去除上一阶段水中的硝态氮。聚磷菌的释磷过程是在反硝化结束以后才能大量进行，但是需要消耗碳源，增加搅拌段之后，能是反硝化和释磷过程进行的更充分。可以考虑投加碳源，乙酸钠。(4) SBR小试装置试验探寻MLSS对填料挂膜的影响。对比挂膜前后对污染物的去除影响。具体设计运行参数如下：SBR1SBR2运行、取样、测量MLSS0mg/L8000mg/L1.填料一次性投加4L/10L。2.SBR每天运行4周期,各周期运行时间点为10:00-16:00;16:00-22:00;22:00-4:00;4:00-10:00。3.每天检测第1和第4周期的进出水NH4+-N、NO3-N、PO43-P、TN、COD。4.每天检测MLSS并排泥。5.每天取出填料拍照。排泥量02%混合液/d进水体积6L搅拌时间（含进水）1.5h曝气时间3h沉淀时间0.5h排水时间0.5h闲置时间0.5h污泥龄50d总水力停留时间16.5h反应水力停留时间15h 反应器主体部分为圆柱状，材质为PE。下图为反应器： SBR反应装置A SBR反应装置B （5）改造预计出水水质 预计出水水质执行国家排放标准 污水综合排放标准（GB 8978-1996），执行的一级A排放标准。 （6）设计实验方案 根据朱砖井CASS工艺改造进度进行水质分析 改造反应器为2号池和3号池，2，3号反应器分别采用高推与低推进行推流搅拌，同时进水互相进行对比。同时与其他同时进水的反应器进行出水水质对比。 观测小试装置的运行和处理效果。 学习实验项目测定方法； 配置试剂，并作标准曲线，以备实验时用； 在改造实验开始后取水样进行水样指标测定，每天取2号3号进水水样，2号池出水水样，3号池出水水样，对比池出水水样，一共四个水样； 2号3号反应器取过程样