【污水除磷脱氮处理工艺的比选计算案例8000字】

污水除磷脱氮处理工艺的比选计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u10780污水除磷脱氮处理工艺的比选计算案例 1296741.1污水处理厂的设计规模及处理程度 1303471.1.1处理规模 142811.1.2处理程度 1218731.2污水处理厂进出水水质 285011.1.1处理规模 2135881.3城镇污水处理厂工艺比选 313191.3.1工艺流程比选原则 3241411.3.2水质特性分析 3290391.3.3处理工艺对比 4113271.3.4工艺流程的选择 161.1污水处理厂的设计规模及处理程度1.1.1处理规模根据所给的任务书，可知工程规模为：Q=5万m3/d，变化系数Kz=1.26最大时污水量63000m3/h最大秒流量0.73m3/s1.1.2处理程度溶解性BOD5的去除率污水处理中BOD5含量主要有两部分组成：（1）溶解性BOD5，（2）非溶解性BOD5。非溶解性BOD5来源主要为生物污泥的积存。而活性污泥工艺目的是为了有效去除污水中的可溶解性BOD5。污水中的非溶解性BOD5可通过前端物理拦截工艺去除。本项目BOD5去除率如下：式（1.1）COD的去除率：式（1.2）SS的去除率：式（1.3）总氮的去除率：式（1.4）磷酸盐的去除率：式（1.5）氨氮的去除率：式（1.6）表2-1污染物处理程度表污染物去除率BOD5CODcrSSTNTPNH3-N1.2污水处理厂进出水水质1.1.1处理规模根据项目资料要求，本项目设计的污水处理厂的设计排水水质标准满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A排放标准，设计进出水水质见表

2-2。

表2-2设计进水、设计出水水质一览表项目CODCr（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）TN（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）pH进水水质38018519035255.06.5-8.5出水水质501010155（8）0.56-91.3城镇污水处理厂工艺比选1.3.1工艺流程比选原则城市污水处理厂的建设和运行受到多种因素的制约和影响，其中，污水处理厂工艺方案的选择对保证工厂的运行性能和降低成本最为关键，因此，有必要根据一定的水质标准和一般原则，从总体优化的概念出发，结合设计规模、污水水质的特点和当地的实际条件和要求，选择切实可行、经济合理的处理工艺方案，经过综合技术经济分析后，选择最佳工艺方案。本项目污水处理工艺方案的选择遵循以下原则：所选工艺必须技术先进、成熟、对水质变化适应性强、运行稳定，并能保证出水水质符合排放标准的要求。选择的处理工艺必须保证有机物(如BOD5、CODCr)的高效去除，并满足除磷脱氮的要求。选择的工艺应减少基础设施投资和运行成本，节约土地，降低能耗。所选流程应易于操作，操作灵活，易于管理。工艺运行参数和运行方式可根据水质和水量进行适当调整。选择的工艺应易于实现自动控制，提高运行管理水平。污水处理技术的确定应与污泥处理处置方式相结合。1.3.2水质特性分析生物污水处理工艺，尤其是生物除磷脱氮工艺，对生物池进水中污染物的比例和平衡有较高的要求。青峰新城污水处理厂进水水质比指标见表2-3。表2-3进水水质各污染物配比表项目BOD5/CODcrBOD5/TKNBOD5/TP指标>0.45>4>17数值0.497.437由表2-3对本工程水质可生化处理性分析如下：（1）BOD5/CODCr比该指标是评价污水可生化性最简单、最常用的方法。一般认为BOD5/CODCr>0.45具有较好的生物降解性。本厂进水此指标为0.49，适合采用生物处理方案，如何提高BOD5、CODCr的去除率，需要将去除BOD5、CODCr的生物工艺和除磷脱氮的生物工艺有机统一起来，选择合适的污泥负荷和水力停留时间。（2）BOD5/TKN该指标是生物脱氮碳源识别的主要指标。在生物脱氮过程中，原污水中的碳有机物主要作为电子供体。比例越大，碳源越充足，反硝化越彻底。理论上，脱氮可以在BOD5/TKN>1.86时进行。实际运行数据表明，BOD5/TKNBBB04.0能使脱氮过程正常进行。根据本项目进水水质，BOD5/TKN指数为7.4，满足生物脱氮要求。（3）BOD5/TP比该指标是鉴别生物除磷能否实现的主要指标。水中的BOD5是作为营养物用于除磷菌活性的基质，所以BOD5/TP是衡量是否达到除磷的重要指标，一般认为该值应大于17，比值越大，生物除磷效果越明显。通过分析本项目进水水质，BOD5/TP=37，可以得到较好的除磷效果。1.3.3处理工艺对比污水处理核心工艺污水主要去除目标是COD、BOD5、SS、NH3-N、TP，具备上述功能并经实践证明运行效果较好的污水处理工艺主要有氧化沟法、SBR法及其变种(如CASS法、IDEA法等)、AB法、A2/O法等。（1）氧化沟工艺自1920年英国谢菲尔德污水处理厂成立以来，氧化沟技术不断发展和完善。由于其结构简单，易于维护和管理，很快得到了广泛的应用。工艺的改良过程大致可分为四个阶段：表2-4氧化沟工艺改良阶段阶段型式初期氧化沟1954年，Pasveer教授建造的Voorshopen氧化沟，间歇运行。分进水、曝气净化、沉淀和排水四个基本工序规模型氧化沟增加沉淀池，使曝气和沉淀分别在两个区域进行，可以连续进水多样型氧化沟考虑脱氮除磷等要求。著名的有DE型氧化沟，卡鲁赛尔（Carrousel）氧化沟及Orbal氧化沟等一体化氧化沟时空调配型（D型，VR型，T型等），合建式（BMTS式，侧沟式，中心岛式等）传统氧化沟的脱氮主要是利用沟内溶解氧分布不均匀。通过合理的设计，在沟渠中产生交替循环的好氧区和缺氧区，从而达到反硝化的目的。它最大的优点是在同一条沟内没有额外碳源的情况下实现有机物和总氮的去除，所以非常经济。但同一条沟内好氧区和缺氧区溶解氧各自的体积和浓度很难精确控制，因此对脱氮效果有限，对除磷几乎没有影响。此外，在传统的单沟氧化沟中，微生物使硝化细菌和反硝化细菌在好氧、缺氧-好氧的短暂和频繁的环境变化中并不总是处于最佳的生长和代谢环境中，这也影响了单位体积结构的处理能力。随着氧化沟工艺的发展，目前工程应用中比较有代表性的类型有:多沟交替氧化沟(如三沟式、五沟式)及其改进、卡鲁塞尔氧化沟及其改进、欧尔氧化沟及其改进、一体化氧化沟。它们都有去除氮和磷的能力。氧化沟类型的独特之处在于它具有完全混合和推流的特点，并且不需要混合液体回流系统。随着新型曝气设备的开发利用，氧化沟水深可达6~8m。采用鼓风微孔曝气，曝气动力效率高，能耗低，氧化沟面积比表面曝气小得多[2]。①卡鲁赛尔（Carrousel）型氧化沟传统的帕斯维尔单沟和卡鲁塞尔沟脱氮除磷功能较差。图2-1帕斯威尔（Passveer）单沟型氧化沟图2-2传统卡鲁赛尔氧化沟典型布置但在卡鲁塞尔氧化沟前增加厌氧池，并在沟内增加缺氧区，形成改良氧化沟，具有生物脱氮除磷功能。流程图如下图所示。图2-3改良型氧化沟工艺简图在传统的卡鲁塞尔氧化沟系统中，沟内有缺氧区和好氧区。但缺氧区需要充足的碳源和缺氧条件，脱氮效果不是很好。为了提高脱氮效果，荷兰DHV公司通过研究，在沟渠中增加了预脱氮区，从而发明了卡鲁塞尔(2000)氧化沟工艺。图2-4卡鲁赛尔2000型氧化沟卡鲁塞尔2000氧化沟巧妙地将厌氧/缺氧/好氧和氧化沟循环曝气沟结合起来，改变了原有的调节性差、除磷脱氮效率低的缺点，但水力设计更加复杂。卡鲁塞尔氧化沟的缺点是池深比较浅，一般为4.0m，面积大，土建费用高。它的水池深度设计为6米或更深，但需要使用潜水推进器来提供额外的动力。②奥贝尔氧化沟ORBAL简称同心圆氧化沟，一个典型的ORBAL氧化沟由三个同心通道组成，通道为圆形或椭球形。其特征是外槽容积约占总容积的50%，从外到内的三个通道中溶解氧浓度由低到高递增，称为“0、1、2”(外槽为零，沟中溶解氧为1毫克/升，沟中溶解氧为2毫克/升)技术，由内到外形成一个厌氧、缺氧、好氧区，以满足生物脱氮的要求，成为生物反应池的环境。污水和回流污泥通过外沟进入，处理后的出水通过内沟流入二沉池[3]。图2-5奥贝尔氧化沟工艺简图Aubel氧化沟的主要优点是外沟同步硝化反硝化反应充分，脱氮效果好，节能效果显著。缺点是占地面积大。③双沟式氧化沟和T型氧化沟双沟(DE型)氧化沟和三沟(T型)氧化沟是丹麦Kruger公司开发的。双沟氧化沟由双沟组成。氧化沟和二沉池分开建设，有独立的污泥回流系统。双沟氧化沟可根据除磷脱氮等各种工艺要求运行。双沟氧化沟由两条等体积的氧化沟组成，氧化沟内装有旋转刷和水下搅拌器。两条沟渠交替进行曝气和推流，实现硝化反硝化过程。由于进、出口方向的周期性变化以及旋转刷和水下搅拌器运行状态的变化，操作必须由计算机控制，这就对自动控制提出了更高的要求[1]。图2-6DE型氧化沟工艺流程简图三沟氧化沟集曝气和沉淀于一体，工艺更简单。三条沟交替出水，两侧沟交替出水，两侧沟分别作为曝气池或沉淀池交替运行，不需要设置两个沉淀池和污泥回流设备，与DE型氧化沟相同，需要很高的自动化程度。图2-7T型氧化沟简图由于这两种氧化沟采用旋转刷曝气，池深较浅，占地面积较大。双沟和三沟由于沟交替作业，设备利用率低，三沟设备利用率只有58%，设备配置多，因此一次性设备投资大。综上所述，氧化沟工艺处理工艺简单，抗冲击负荷能力强，处理效果稳定可靠，易于控制。同时，氧化沟还存在池浅、面积大、投资相对较高的缺点;采用表面曝气，充氧效率低。（2）A2/O工艺系列①传统A2/O工艺传统A2/O法是目前普遍采用的同时脱氮除磷的工艺，它是在传统活性污泥法的基础上增加一个缺氧段和一个厌氧段，传统A2/O工艺流程如图2-8所示。图2-8传统活性污泥法脱氮工艺工艺图2-9传统A2/O工艺废水首先进入厌氧池，与回流污泥混合。在兼性厌氧发酵菌的作用下，废水中易生物降解的大分子有机化合物转化为VFAs等小分子有机化合物。磷细菌可以吸收这些有机小分子，并以聚β-羟基丁酸(PHB)的形式储存在体内，这需要磷链分解的能量。随后，废水进入缺氧区，反硝化菌利用废水中的有机基质对回流混合物中的NO3-进行脱氮。当废水进入好氧池时，废水中的有机物浓度较低。聚磷菌主要通过分解体内的PHB来获取能量，用于细菌增殖。同时，周围环境中溶解的磷被吸收到体内，以聚磷链的形式储存，沉淀后以剩余污泥的形式从系统中排出。好氧区有机物浓度低，有利于好氧区自养硝化细菌的生长，从而达到更好的硝化效果。就系统而言，该工艺是最简单的除磷脱氮工艺。在厌氧、缺氧和好氧交替运行的条件下，可以抑制丝状菌的繁殖，克服污泥膨胀。SVI值一般小于100，有利于泥水分离。由于厌氧、缺氧、好氧区严格分隔，有利于不同微生物群落的生长繁殖，脱氮除磷效果好。目前，该方法在国内外应用广泛，效果良好。②改良型A2/O工艺A2/O工艺中，回流活性污泥(外回流)直接回流到厌氧池，部分进入的硝态氮也回流到厌氧池，破坏了厌氧池的厌氧状态，从而影响系统的除磷效果。为了解决A2/O工艺中硝酸盐对厌氧除磷的影响，可以采取回流污泥进行两次回流，或两点进水等措施。因此，开发了一种改进的A2/O工艺[4]。改进的A2/O工艺是在常规A2/O工艺的基础上进行的。换句话说，在常规的A2/O厌氧区前面增加一个选择区(预缺氧区)，回流污泥首先进入选择区。目的是消除回流活性污泥对厌氧区的不利影响，提高除磷效率，与A/O的改进具有相同的优势，同时改进后的A2/O工艺保留了常规A2/O工艺的内回流，从而保证脱氮效果。因此可以认为改进后的A2/O工艺同时具有良好的脱氮除磷效果。工艺流程图如下。图2-10改良型A2/O工艺改进的A2/O工艺具有以下特点:厌氧、缺氧、好氧三种不同环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，可以同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能，污染物去除效率高，运行稳定。增设预缺氧区，去除回流污泥中的硝酸盐，保证厌氧池磷的释放，提高除磷效果；反硝化效果受混合液回流比的影响，除磷效果受回流污泥中夹带溶解氧和硝酸氧的影响。在同时脱氮除磷和去除有机物的过程中，该工艺是最简单的，总水力停留时间小于其他类似工艺。在厌氧、缺氧-好氧交替运行中，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，污泥沉降性能好，不会发生污泥膨胀；污泥中磷含量高，一般在1.5%以上；能更好的承受冲击载荷；出水水质稳定；采用微孔曝气器曝气，增氧效率高，废水处理耗电少；曝气池有效深度大，面积小。③倒置A2/O工艺为了实现同时去除氮和磷，A2/O工艺要求进水中的碳氮比和碳磷比很高。将A2/O系统的厌氧缺氧环境倒置，形成倒置的A2/O工艺。缺氧区位于厌氧区之前，硝酸盐被排出，厌氧区ORP较低，有利于微生物形成更强的磷吸附能力。厌氧释磷后，微生物直接进入好氧环境，充分吸收磷。所有污泥将经历一个完整的磷释放和吸收过程，除磷能力将得到增强。缺氧段位于工艺的第一端，反硝化以获取碳源为主，进一步加强了系统的反硝化能力。图2-11倒置A2/O工艺流程倒置A2/O工艺特点：缺氧区位于工艺系统的首端，允许反硝化优先获得碳源，从而增强系统的反硝化能力。厌氧区位于缺氧区之后，既避免了回流硝酸盐对厌氧释磷的不利影响，又充分利用了厌氧释磷形成的厌氧吸磷能力，回流污泥全部参与了从释磷到吸磷的全过程，形成了“集体优势”，提高了系统的除磷能力。超过一次沉淀池或缩短一次沉淀池停留时间，不仅缓解了碳源之间的矛盾，而且有利于好氧同步反硝化条件的形成，进一步提高了系统的脱氮除磷效率。将传统的污泥回流和混合液回流相结合，形成唯一的污泥回流系统，工艺简单，易于推广。（3）SBR工艺系列①传统的SBR法SBR工艺是一种间歇式活性污泥工艺，由一个或多个曝气反应池组成。污水分批进入罐内，经活性污泥净化后，晚上排出罐内，完成一个运行周期。每个工作周期依次完成进水、反应、沉淀、排放四个工艺流程。SBR工艺脱氮除磷效果与曝气时间(曝气时间=曝气时间/单次循环次数)有关。时间速率高时，缺氧时间短，反硝化不完全，氮磷去除率低。当去除率接近1时，磷几乎不被去除。图2-12传统SBR工艺SBR工艺的特点是具有一定的调节和均质功能，可以缓解水质水量波动造成的系统不稳定。工艺简单，处理构筑物少，曝气一体化曝气沉淀污泥回流反应池，前期可省去沉淀池、沉淀池和回流污泥系统，且污泥量少，易脱水，控制一定的工艺条件可达到良好的除磷效果，但有自动控制和连续在线分析仪器仪表高的特点。②UNITANK工艺UNITANK又称交替生物处理池，其基本单元由三个矩形池塘组成，通过共同的墙体开口或池底渠道相互相邻。三个池均安装了曝气系统，可为微孔曝气器、表面曝气器或潜水曝气器;外两池设置固定的出水堰和剩余污泥排放装置，交替作为曝气池和沉淀池，中间池只能作为曝气反应池。此外，污水可通过闸门控制进入任何水池，连续进水，周期性交替运行。UNITANK工艺结合了SBR工艺和传统活性污泥工艺的优点。集成设计不仅具有SBR系统的主要特点，而且可以像传统的活性污泥工艺一样在恒定水位下连续运行。UNITANK池由三个池(即两个侧池和一个中间池)组成，它们是串联排列的。两个常见的水池壁通过液压管道连接。每个水池大多是正方形或矩形。三个水池的形状和体积可以相同也可以不同，但两侧的水池必须相同。三池均设置曝气设备(鼓风曝气或表面曝气)和进水装置，两侧池设置潜水搅拌器、出水堰和剩余污泥排出装置。一般情况下，这三个池子都以“I”字形或“L”字形排列。UNITANK工艺主要有两种运行模式，即单级好氧系统和脱氮除磷系统。第一种操作模式的目标是去除有机物。在第一种运行方式的基础上，适当改变其运行方式，在一定时间和空间内创造厌氧、缺氧、好氧条件，形成第二种运行方式。图2-13UNITANK工艺UNITANK工艺的特点是：无污泥回流和混合液内循环设施，节约了能源消耗。因为采用比较常见的池墙，集成度高，节省了土地占用，节省了土建工程成本。具有沉降条件的两侧池进、出口系统是否合适，将直接影响沉降效果。由于地表负荷过高，需要增加倾斜管道，增加了维护工作量。由于运行方式特殊，曝气设备的选择有限，间歇性曝气增加了曝气设施选择的难度，增加了曝气设施的维护管理强度。由于SBR工艺需要的设备和材料较多，设备闲置率较高，维护工作量较大。自动控制系统复杂，参与自动控制的设备多，对设备性能要求高，运行管理复杂，设备维护水平和能力高。③CASS工艺CASS工艺是澳大利亚1968年开发的间歇式循环活性污泥工艺，是SBR工艺的变体。1988年，在计算机技术的支持下，该工艺得到进一步发展和推广，成为目前计算机控制系统中非常先进的生物脱氮除磷工艺。CASS过程分为生物选择区(预反应区)和主反应区。生物选择区(预反应区):高负载生物选择区平均水力停留时间1~1.5h组的前端卡斯过程反应槽,和大约20%的在主反应区回流活性污泥在厌氧选择器和经营方式。生物选择区,在主反应区污泥回流和支流的水混合,这不仅充分利用活性污泥的快速吸附,但也加速溶解有机物的去除,并扮演一个好的耐火有机物的水解,同时,厌氧条件下，污泥中的磷可以得到有效释放。主要反应区:去除有机物的主要场所。在运行过程中，通常控制主反应区溶解氧强度，使反应区处于好氧状态，保证污泥絮体外有好氧环境进行硝化;活性污泥基本处于缺氧状态，溶解氧向污泥絮体的转移有限，而较高浓度的硝酸盐可以渗透到絮体中，有效地进行反硝化，从而导致有机污染物在主反应区发生降解，同时发生硝化反硝化作用。图2-14CASS工艺CASS工艺流程简单，土建工程和投资低，自动化程度高，组合模块化结构，布局紧凑，占地面积小，施工和分期扩建方便。但设备闲置率高，对自动控制要求高。根据本项目特点，采用A2/O工艺、氧化沟工艺、SBR工艺和BAF工艺进行经济、技术、经济比较，选择最适合本项目的污水处理工艺。上述四种污水处理方案的主要技术经济比较见表2-5。表2-5三种污水处理工艺技术经济比较表一污水处理工艺优点缺点A2/O1、由于厌氧、缺氧和好氧三个区严格分开，有利于不同微生物菌群的繁殖生长，因此除磷脱氮效果非常好。1、构筑物多，流程复杂，运行管理不便2、占地面积较大、一次性投资较高氧化沟1、无需鼓风机房，流程简单，2、由于在氧化沟前增建了厌氧生物选择器，既能高效去除有机污染物，又能高效去除氮磷营养盐。3、耐冲击负荷，检修量小且检修十分方便。1、由于采用转碟曝气，有效水深被限制，占地面积较大CASS1、曝气、沉淀于同一池内进行，不需设置二沉池、污泥回流设备和调节池，占地面积和基建费用少2、污泥沉降性能好3、操作灵活，可采用多种运行方式1、由于无专门的厌氧区，因此生物除磷效果差2、总的容积利用率为67%3、对运行过程的自控技术要求较高4、由于其运行特点，沉淀和出水同时进行，出水水质不理想5、水头损失大，增加了后续尾水泵房的运行频率，日常运行费用高6、抗冲击负荷能力不强，不适于工业废水较多的污水处理厂预处理工艺选择市政集水管网送出的污水首先进入污水厂前的粗格栅井，通过粗格栅除去较大的漂浮物和固体颗粒，进入提升泵房吸水井，并由潜水排污泵提起，然后进入细网格和砂室，进一步拦截和去除污水中的细沙颗粒。钢丝绳格栅清洗机结构简单，运行效果好，特别适合深水使用。旋转固液分离器近年来在我国得到广泛应用