河北某市污水处理厂设计

江苏科技大学水处理构筑物课程设计学院环境与化学工程学院专业环境工程学生姓名黄慧慧陈方敏范红娟高承娟班级学号12430031指导教师陈广春二零一五年十二月河北某市污水处理厂设计（生物脱氮除磷工艺）第一章绪论1.1项目概况河北某市污水处理厂自1996年投入运行，处理该市产生的城市污水，服务面积2800hm2，服务人口24万，采用生物脱氮除磷工艺，处理净化后的出水近期用于农业灌溉和补给护城河，改善城市景观，远期目标是用于工业回用。该污水处理厂为新建污水厂,根据规划位于城市下游,城市海拔高度340.0m,规划用地长宽分别为:700mx400m,场地平整。污水厂进水口位于厂区西南角,进水污水管的标高为336.0m;出水靠外运输出。城市自然状况：气候:大陆行季风气候主导风向:西北风1.2废水的水量和水质（1）设计进水水质：BOD5=120mg/L，COD=300mg/L,SS=200mg/L，TKN=150mg/L，NH3-N=20mg/L，磷酸盐=3mg/L;（2）设计出水水质：BOD5=20mg/L，COD=60mg/L,SS=20mg/L，TKN=20mg/L，NH3-N=8mg/L，磷酸盐=1.5mg/L。（3）各构筑物设计流量按近期水量3250m3/h计1.3排放标准执行《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准，即：pH6~9、COD≤100mg/L、SS≤70mg/L。设计水质根据环保部门要求，出水水质应达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级标准(B标准)1.4设计依据和设计原则设计依据：（1）建设单位提供的废水量及水质状况；（2）将设单位提供的有代表性的水样，水质化验数据；（3）环保部门对污染治理的提示语要求；（4）《室外排水设计规范》（GBJ14-87）有关规定；（5）《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级排放标准；（6）环境工程手册《水污染防治卷》相关设计参数与技术要求。设计原则：（1）污水处理后必须达到排放标准。（2）要尽量采用成熟的、先进的、可靠的、效率高的处理技术。（3）防止处理污染物过程中产生二次污染或污染转移。（4）要充分利用和回收能源。污水处理高程安排应尽量考虑利用自然地势。（5）设计中应考虑节能、节水。尽量选择能耗底的处理工艺和设备。设计中应尽量较少用水，并考虑经过处理后重复循环利用。（6）在满足处理要求的前提下，减化流程，节约资金。1.5工艺流程的确定1.5.1污水处理工艺选择与确定城市污水处理工艺目前仍在应用的有一级处理、二级处理、深度处理，但国内外最普遍流行的是以传统活性污泥法为核心的二级处理[2]。城市污水处理工艺的确定，是根据城市水环境质量要求、来水水质情况、可供利用的技术发展状态、城市经济状况和城市管理运行要求等诸方面的因素综合确定的。工艺确定前一般都要经过周密的调查研究和经济技术比较。目前处理城市污水应用较多的生化工艺有氧化沟，A2/O法，A-B法，SBR法等。为了使本工程选择最合理的处理工艺，有必要按使用条件，排除不适用的处理工艺后，再对可以采取的处理工艺方案进行对比和选择。氧化沟工艺，A2/O工艺和CASS工艺三种工艺均能达到处理要求。在设计可行性分析阶段，对氧化沟工艺，A2/O工艺和CASS工艺的比较分析：（a）A2/O工艺一般在A2/O工艺中，为同时实现脱N除P的要求，必须满足如下条件：BOD5/TKN=5-8实际进水中：BOD5/TKN=120/150=0.85BOD5/TP≥15BOD5/TP=120/3=40≥15通过比较,采用传统A2/O工艺，脱N所需碳源不足，影响脱N效果，为此采用倒置A2/O工艺。污水先进缺氧段再进厌氧段，或厌氧、缺氧段同时进水，这样既解决了缺氧段的碳源不足的问题，使脱N能够很好的进行，同时也有利于除P，聚磷菌在厌氧段释放P，同时聚集能量，利用厌氧段聚集的能量，在好氧段进行好氧吸P过程，厌氧段结束后立即进入好氧段，能够使聚磷菌在厌氧段聚集的能量，充分用来吸P，加强了除P过程。（b）CAST工艺该工艺是在SBR工艺基础上发展而来的，增加了厌氧段、缺氧段，可实现脱N除P。运行简单，可实现自动化控制。（c）氧化沟工艺氧化沟工艺目前在城市污水处理方面应用最为广泛，处理工艺成熟，结构、设备简单，管理运行费用低。CAST工艺与氧化沟工艺比较如表2-2：表1-1：CAST工艺与氧化沟工艺比较方案一（CAST工艺）方案二（奥贝尔氧化沟）单池间歇多池连续。多座反应池交替运行保持进、出水连续连续进水，连续出水。有机物降解与沉淀在一个池子完成，无需设独立的沉淀池及其刮泥系统。在氧化沟中完成有机物降解，在沉淀池中进行泥水分离，需设独立的沉淀池和刮泥系统。通过每一个周期的循环，造成有氧和无氧的环境，对氮和磷有很好的去除效果。氧化沟系统三个沟道的DO值呈0-1-2的梯次变化，脱氮效果好，除磷效果一般。固体停留时间较长，可抵抗较强的冲击负荷。较长的固体停留时间，可抵抗冲击负荷。污泥有一定的稳定性污泥有一定的稳定性采用鼓风曝气，曝气器均布池底，动力效率高；能耗较低；间歇运转须采用高质量的膜式曝气器，设备的闲置率较高，曝气器寿命较短，维修及维护量大。采用表面曝气，设有转碟曝气设备，转碟分点布置；设备少，管理简单，维护量小，但能耗较高。自动化水平高，对电动阀门等设备的可靠性需求较高，控制管理较复杂。设备少且经久耐用，控制管理简单。耗电量较小，运行费用低。耗电量较大，运行费用较高。自控系统编程工作量较大，PLC硬件费用高，自动化水平较高，劳动强度较低，对操作人员的素质要求较高，总设备费用较高。自控系统编程工作量较小，PLC硬件费用低，自动化水平较低，劳动强度较高，对操作人员的素质要求较低，总设备费用较低。（1）氧化沟工艺与A2/O工艺相比，具有如下优势：（a）工艺流程简单，处理构筑物少，机械设备少，运行管理方便。与A2/O法比较，可不设初沉池，没有混合液内回流系统，由于污泥相对好氧稳定，一般不设污泥的厌氧消化系统。（b）A2/O工艺由于停留时间较短，剩余污泥的稳定性较差，一般需要污泥消化和浓缩过程，这不利于除P，生物除P是通过聚磷菌在好氧条件下，过量吸P而使废水中的P得到去除的，最终P随聚磷菌进入剩余污泥中除去，剩余污泥长时间处于厌氧状态，将导致聚磷菌吸收的P重新释放出来，影响除P效果。氧化沟的水力停留时间较长，污泥泥龄较长，具有延时曝气的特点，悬浮有机物在沟内可获得较彻底的降解，污泥在沟内达到相对好氧稳定，剩余污泥量少，根据国内外经验，氧化沟不再设污泥厌氧消化处理系统，剩余活性污泥只须经机械浓缩、脱水即可利用或污泥后处置，简化了污泥后序处理程序。污泥在进行机械浓缩、脱水过程中，停留时间很短，基本没有污泥中磷的释放问题。（c）转碟曝气，混合效率较高，水流在沟内的速度最高可达0.6—0.7m/s，在沟道使水流能快速进行有氧、无氧交换，交换次数可达500—1000次，可同时进行有机物的降解和氮的硝化、反硝化，并可有效的去除污水中的磷。沟道的这种脉冲曝气和大区域的缺氧环境，可以较高程度地实现“同时硝化反硝化”的效果。（d）污水进入氧化沟，可以得到快速的有效的混合，由于池容较大，缓冲稀释能力强，耐高流量，高浓度的冲击负荷能力强，具有完全混合式和推流式曝气池的双重优势，对难降解有机物去除率高，出水水质稳定。（e）供氧量的调节，可以通过改变转碟的转速、浸水深度和转碟安装个数等多种手段来调节整体供氧能力，使池内溶解氧值经常控制在最佳值，保证系统稳定、经济、可靠的运行。（f）曝气转碟由高强度玻璃钢制成，使用寿命可达20年以上，独特的结构设计使其具有较高的混合和充氧能力，新型转碟曝气机可以使氧化沟的工作水深达到5.0米以上。氧化沟转碟曝气机工作在水面上，而且安装的数量少，安装、巡检、维修方便，可以即时发现了解设备运行情况，随时解除存在隐患。而A2/O法所用的鼓风曝气设备使用寿命短，目前市场上的曝气器一般正常使用2~3年左右，而且会随着使用时间的增长效率降低。曝气器位于池底，日常无法了解水下设备运行状况，检修或者更换都需要放空，这会给污水厂的运行带来很大的不便。通过对以上三种工艺的比较，可以看出，这三种工艺都能达到要求，各具优势，但考虑到城市现状和对工作人员的要求，最终选择工艺成熟、应用广泛的氧化沟工艺作为此污水处理厂污水生化处理主体工艺。（2）氧化沟工艺的选择目前用于处理城市污水的氧化沟主要有以下几种：（a）卡鲁塞尔氧化沟卡鲁塞尔氧化沟是一种单沟环形氧化沟，主要采用表面曝气机，兼有供氧和推流的作用。污水在沟内转折巡回流动，处于完全混合状态，有机物不断得以去除。表曝机少，灵活性差，设备维修期间沟不能工作，沟内混合液自由流程长，由于紊流导致的流速不均，很容易引起污泥沉淀，影响运行效果。单沟氧化沟的平均溶解氧维持在2mg/L左右，加之单点供氧强度过大，耗氧较高。在一般情况下，单沟很难形成稳定的缺氧段，不利于脱N。（b）三沟式氧化沟三沟式氧化沟工艺有两个边沟，一个中沟，当一个曝气时，另外两个作为沉淀池使用。一定时间后改变水流方向，使两沟作用相互轮换，中沟则连续曝气，三沟式氧化沟无需污泥回流装置，如果条件合适，还可以进行反消化。缺点：进、出水方向，溢流堰的起闭及转刷的开动于停止必须设自动控制系统；自控系统要求管理水平高，稍有故障就会严重影响氧化沟正常工作。由于侧沟交替运行，设备利用率较低。（c）一体化氧化沟一体化氧化沟就是将沉淀池建在氧化沟内，即氧化沟的一个沟内设沉淀槽，在沉淀池两侧设隔板，底部设一导流板。在水面上设集水装置以收集出水，混合液从沉淀池底部流走，部分污泥则从间隙回流至氧化沟。一体化氧化沟将曝气、沉淀功能集于一体，免除了污泥回流系统，但其结构有待进一步完善。（d）奥贝尔氧化沟奥贝尔氧化沟由三个同心椭园形沟道组成，污水由外沟道进入沟内，然后依次进入中间沟道和内沟道，最后经中心岛流出，至二次沉淀池。在各沟道横跨安装有不同数量转碟气机，进行供氧兼有较强的推流搅拌作用。外沟道体积占整个氧化沟体积的50—55%，溶解氧控制趋于0.0mg/L,高效地完成主要氧化作用：中间沟道容积一般为25%—30%，溶解氧控制在1.0mg/L，作为“摆动沟道”，可发挥外沟道或内沟道的强化作用；内沟道的容积约为总容积的15%—20%，需要较高的溶解氧值（2.0mg/L左右），以保证有机物和氨氮有较高的去除率。外沟道的供氧量通常为总供氧量的50%左右，但80%以上的BOD5可以在外沟道中去除。由于外沟道溶解氧平均值很低，绝大部分区域DO为0mg/L，所以，氧传递作用是在亏氧条件下进行的，大大提高了氧传递效率，达到了节约能耗的目的。一般情况下，可以节省电耗20%左右。内沟道作为最终出水的把关，一般应保持较高的溶解氧，但内沟道容积最小，能耗是较低的。中沟道起到互补调节作用，提高了运行的可靠性和可控性。因此，奥贝尔氧化沟可以在确保处理效果的前提下，可以获得较大的节能效益。对于每个沟道内来讲，混合液的流态为完全混合式，对进水水质、水量的变化具有较强的抗冲击负荷能力；对于三个沟道来讲，沟道与沟道之间的流态为推流式，且具有完全不同溶解氧浓度和污泥负荷。奥贝尔氧化沟实际上是多沟道串联的沟型，同时具有推流式和完全混合式两种流态的优点，这种特殊设计兼有氧化沟和A2/O工艺的特点，耐冲击负荷，可避免普通完全混合式氧化沟易发生的污泥膨胀现象，可以获得较好的出水水质和稳定的处理效果。不同工艺的处理效果与其所配套的附属设备是分不开的，往往是新设备的产生、发展带动了工艺的改革，使其处理优越性得以突现。奥贝尔氧化沟采用的曝气转碟，其表面有符合水力特性的一系列凹孔和三角形突起，使其在与水体接触时将污水打碎成细密水花，具有较高的充氧能力和混合效率。通过改变曝气机的旋转方向、浸水深度、转速和开停数量，可以调整其供氧能力和电耗水平。尤其是蝶片可以方便拆装，更为优化运行提供了简便手段。另一方面，由于转碟直径达1.5m，并在碟片最大切线区设置T形推流和切割叶片，增强切割气泡，推动混合液的能力。平行切入在水