某污水厂污水处理设计可行性研究报告(编辑修改稿)

某污水厂污水处理设计可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

好。 池内水沉淀时是在水平流速为零的理想静止状态下沉淀，沉淀效果好。 池内溶解氧值交替变化。 沉淀排水时，溶解 氧接近零，抑制了丝状菌的生长，污泥沉淀性能好； （ 5）能耗低。 由于池内溶解氧的交替变化，使溶解氧浓度梯度大，提高了氧的利用率。 没有污泥回流系统，节省能耗，降低了运行费用； （ 6）除磷脱氮。 一个运行周期内，厌氧、兼氧、好氧交替变化，在一个池内实现了除磷脱氮。 其工艺流程如下（包括污泥处理）。 16 随着 SBR 工艺的改进，目前 SBR 工艺变种有多种形式，比较典型的有连续进水周期循环活性污泥法（简称 CASS 法），间歇进水周期循环式活性污泥法（简称 CAST法），间歇式循环曝气活性污泥法（简称 ICEAS 法），连续曝 气和间歇曝气相结合的活性污泥法（简称 DAT－ IAT 法），三池连体型前部连续曝气和后部交替曝气相结合的活性污泥法（简称 UNITANK 法）等，以上几种改进型的 SBR 工艺都各有其特点。 工艺方案 上述工艺方案各有其特点，比选情况见下表： 各工艺方案比选情况一览 比较内容 方案一 传统活性污泥法 方案二 氧化沟及其改进法 方案三 SBR 及其改进法 工艺特点 好氧条件下运行，然后混合液进入二次沉淀池，在池中，活性污泥与澄清液分离后，一部分回流到曝气池进行接种， 污水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动， 好氧、兼氧条件下运行 在一个池子中完成污水的生化反应、沉淀、排水、排泥，好氧、兼氧条件下运行。 运行管理 设备及构筑物较多，运行管理相对复杂及要求高。 管理简单，方便。 但由于设备数量较多，因此维修工作量较大。 对设备自动控制要求较高，方便操作。 设 备 设备种类及数量相对多，维护要求设备数量多，但品种单一，维护工作量虽较大。 设备种类和数量较多，元件要求高，自 17 高 控水平高。 投 资 设备、构筑物投资最高 设备、构筑物投资居中 如用国内元件、时间控制、则设备构筑物投资较少。 运行费 相对最高 相对较 少 相对较少 占 地 相对居中 相对最多 相对最少 在进行工艺方案的选择时，根据项目具体的实际情况，我们主要考虑以下几方面的因素： 首先是污水水量、水质变化幅度较大，排水量时变化系数很大，甚至间断排放，形成水质、水量的冲击。 因此所选择的工艺必须具有较好的经受冲击负荷的能力，适应水质、水量变化较大的冲击。 其次，污水处理厂工程运行、管理中一般大多没有污水处理专业人员，对处理工艺原理了解甚少，操作人员普遍技术水平较低，因此要求所选处理工艺成熟、可靠，工艺流程简单，维护工作量要小，选用设备的操作与控制要简单， 易被操作人员掌握，维修技术水平要求较低，以便适应管理和操作人员专业知识水平较低的特点。 第三，土地征用费较高，因此要求工程占地小。 第四，污水处理建筑必须与周围环境相协调。 因此工程尽量采用与周围环境相近的风格，并进行绿化，不影响园区景观。 第五，为了保护经济开发区内的整体环境，必须尽力减轻污水处理机械噪音及散发的异味对环境的影响。 因此应选择运行噪声低、污泥量产生少的工艺方案。 第六，一般资金总额有限，特别关心工程总投资及其运行成本费用。 根据以上分析，选择推荐 SBR 法的改进工艺 —— 改良型 CASS 工艺（连续进水周期循环式活性污泥法）作为某污水处理厂污水处理的主体工艺方式。 18 CASS 工艺简述 CASS 工艺介绍 CASS 工艺是 SBR 工艺的改进型，在国内外得到广泛应用，其特点是占地小，运用费用低，技术成孰、工艺稳定。 CASS 工艺是通过充氧、缺氧和厌氧条件的连续变化达到降低 BOD COD，硝化，脱氮及除磷的目的。 反应池内分为选择区和反应区，反应池内污泥从反应区不断循环至选择区以吸收易溶性基质中的降解部分并促使絮凝性微生物生长，氧的供给会在一个预定的时段停止，此时整个体系处于均衡状态，活性污 泥中的微粒便不断沉淀到达池底而形成上清液，上清液再经过特殊设计的滗水器在不扰动污泥层的情况下排除，与众不同的是反应过程中需氧量任何微小的降低都能被探测到并反馈到中心控制台而引起充氧强度的自动降低，系统因此能始终保持在低耗能，高效率的状态，从而极大地降低处理污水的运行费用。 CASS 工艺与其它活性污泥处理技术比较有以下优点：  以一组反应池取代了传统方法及其它变型方法中的调节池、初次沉淀池、曝气池及二沉池，整体结构紧凑简单，无需复杂的管线传输，系统操作简单且更具有灵活性；  在污水处理厂刚建成运行时，流量一般来说 较设计值低， CASS 可以调节液位计的设定值使用反应池部分容积，避免了不必要的电耗。 其它生物处理方法则无这样的功能；  因为对于每个反应单体而言出水是间断的，在高负荷时活性污泥才不会流失，因而可以保持系统在高负荷时的处理效率。 而其它的生物处理方法在高流量负荷时经常会出现活性污泥流失的问题；  CASS 在固液分离时整体水体接近完全静止状态，不会发生短流现象，同时，在沉淀阶段整个反应池容积都用于固液分离，较小的活性污泥颗粒都可得到有效的固液分离，因此，出水质量高于其它的生物处理方法；  易产生污泥膨胀的丝状细菌在反应池 中因反应条件的不断的循环变化而得到有效的抑制；  在正常的进水条件下，可以不用添加化学药剂而达到硝化，反硝化及除 19 磷的效果；  采用自动化控制和在线仪器，以保证出水水质达到标准；  模块化设计有利于今后扩容；  处理流程简洁，控制灵活，可根据进水水质和出水水质控制指标处理水量，改变运行周期及工艺处理方法，适应性很强； CASS 反应池技术特点 本项目污水处理厂建设的总体工艺流程包括一级处理工段、生物处理工段及污泥处理工段。 总体工艺流程的确定对污水处理厂的技术经济性能有决定性的影响，同时各单元处理工艺 及构筑物的选择也是非常重要的，直接影响污水处理厂运行的稳定、可靠性和灵活性。 因此必须根据工程的内外部条件、确定的进出水水质及总体处理工艺方案等因素综合考虑工艺流程单元及构筑物的选择。 CASS 反应池内分为选择区和反应区。 反应池的运行操作由进水、反应、沉淀、滗水和待机五个阶段组成。  进水期 : 与其它 SBR 工艺不同， CASS 系统的污水原水是连续流入反应池内前部的选择区与从反应池后部的反应区不断循环至此的污泥混合，使污泥吸收易溶性基质中的降解部分，并促使絮凝性微生物生产，污水在选择区厌氧状态下停留 2 小时后沿选择区 与反应区隔墙下部的入口及相联的多孔管匀速流入反应区。 连续进水可简化对进水的控制，这样的分池系统也避免了水力短路；  反应期：污水进入反应区池中发生生化反应，在这阶段可以只混合不曝气，或即混合又 曝气，使污水处在反复的好氧 — 缺氧中，反应期的长短一般由进水水质及所要求的处理程度而定；  沉降期：在此阶段反应器内混合液进行固液分离，因该阶段在完全静止情况下进行，表面水力和固体负荷低，沉淀效率高于一般沉淀池的沉淀效率；  滗水期：当池水位升到最高水位时，沉淀阶段结束，设置在反应池末端的滗水器开动，将上清液缓缓滗出池外，当池 水位降到低水位时停止滗水； 20  待机期：在每池滗水后完成了一个运行周期，在实际操作中，滗水所需时间往往小于理论最大时间，故滗水完成后两周期间闲置时间就是待机期，该阶段可视污水的水质、水量和处理要求决定其长短或取消。 在此阶段可以从反应池排除剩余活性污泥。 反应池排出的剩余污泥由于泥龄长，已基本稳定。 设计有效性动力学模拟检验 与先进国家相比，中国的污水处理技术无论是工艺、设备及实践经验上仍处于落后状态，这导致了设计上照搬照抄，许多重要的参数或过于陈旧、或过于保守而使工程造价增加。 另一方面，又由于缺乏必 要的实验手段，几乎没有一个设计院有自己的 “ 经验参数 ” 及独立的设计体系，导致许多新建的污水厂运行中问题不断，使原工艺设计目的不能达到。 先进国家普遍采用模拟试验对设计方案进行试验、校正或优化。 通过计算机模型检验，可以发现原设计中的重大缺陷，也可以通过调整来验证出水值。 这些模型与实际的污水处理厂的运行结果之间吻合极好，相关性都在 95%以上，因此被广泛采用来检验其设计的可行性。 可以说，没有这样的实验支持的设计，很大意义上是盲目和缺乏实际意义的。 譬如，没有相当实践经验的工程师是无法确定泥龄与出水质量之间的量化关系 ，也很难通过内回流污泥量及 MLSS 来诊断反应池本身的微生物系统状态，由此反映在设计中对 MLSS 或泥龄的确认往往似是而非，带有相当的随意性。 以下是中创水务的研究人员依据相关的数据，对 CASS 池设计进行的实验验证，并同步应用专业程度极高的稳态和非稳态模型对设计条件下的出水值及不同泥龄时反应池的节奏效应进行模拟，为针对 CASS 池设计提供了殷实的数据积累。 相关的实验结果如下： 稳态模式实验结果  出水水质随污泥泥龄变化实验结果 从实验结果看，出水水质好于预期。 脱氮效果理想。 21  悬浮固体 MLSS 随着污 泥龄变化实验结果 MLSS 比设计预定值略高，因此， 1) 实际泥龄可能比预定的要小一些 2) 池容仍有缩小的空间。 MLSS 可挥发性组份比值与设计值相近，说明生物模拟过程与设计值一致，结果是可靠的。  硝化与反硝化污泥龄变化试验结果 理论上污泥龄在 12 天便可实现硝化，但是实际上并不一定如此。 在泥龄达到 16 天后，反硝化才基本达到，氮已基本被硝解 ,并大部进入活性污泥。 由图可见，反硝化开始在泥龄为 78天后，并在 1516 天后达到稳定状态，这一点也可从氧的分布图看出，在 78 天之前，系统需氧量只用在分解碳源 BOD，而在其后猛增至一倍以上，以满足硝化并同时反硝化的需要。 22 泥龄的选择作为设计条件是最为关键的因素。 从出水质量图（ Effluent Quality）可看出，在泥龄为 78 天之前， TKN 不降反升，而以 NO3大量产生为标志的硝化过程以指数增长方式在 12 天内完成，此后 TKN 急剧下降，氨氮也降至微量。 上述稳定态动力模式实验结果证实 , 由于 CASS 污泥基本完全处于好氧状态，其好氧泥龄显然大于其它工艺，因而不仅对后续的污泥处理提供了稳定、少 23 异味的条件，为出水的高质量提供了必要的保证。 非稳态动力学模拟实验结 果 稳定态模型使得对设计参数及边界条件有了优化选择的可能，但 CASS 池内的反应过程实际上是一个非稳定过程，这就需要用更复杂的非稳态模型进行更详尽的计算。 选择比较复杂的变量，如磷含量（总磷、聚磷酸、磷酸）以及比较容易出问题的区域如选择区及混合区进行了动力学模型试验。 为了达到非稳态条件下的稳定值，模型设计进行模拟运行二周，以达到 “ 微生物体系 ” 的相对稳定。  氨氮动力学变化 图 2，氨氮在选择池内浓度最高 (2024 mg/l)，显示了完全缺氧条件下脱氮的可能性。 参照图 3 可以证实此时硝化过程已经开始，反应池内的 氨氮浓度在。 在进水期、反应后期达到硝化减少或停止供氧，沉淀期或排水阶段都可以发生反硝化。 进水初期、高浓度的碳有机物首先消耗池内溶解氧，反硝化以后污水中碳源有机物作为电子供体，将池内 NO3N 还原为 N2，逸出水面，在反应后期，达到硝化阶段，污水中含碳有机物浓度已大为减少，这时可减 24 小或停止曝气，可以利用内源碳进行反硝化。 在沉降期和排水期所发生的反硝化也是利用内源碳作电子供体。 在选择区活性污泥也会吸附污水中有机物并以多聚物形式贮存起来。 当反应达到部分硝化后，减少或停止向混合液中供氧 ，则贮存碳源释放。 反硝化菌可以利用释放的贮存碳源进行 CASS系统所特有的利用贮存碳源反硝化。 从图 图 6 可以清楚看出，可以达到彻底的除氮，氨氮在出水中可以控制在 4 mg/l 以下，而 TKN 总量虽也可以在 4mg/l 以下， 但质量多少仍与滗水时段有关。 在静止沉淀一个半小时后， DO 迅速降低（图 8），导致氨氮平衡的动力过程逆转而使其含量在最后半小时迅速上升。 为此，我们再作了SBR 反应池内氨氮的空间分布（图 9）。 图中从左至右表示从进水到出水（ Y轴则表示池深）。 可以看出氨氮从进水到出水指数递减。 在接近污泥层时最高，因此 滗水深度在此时了决定出水水质，这显然有助于设计值的优化。  磷的动力学过程 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盐，产生能量用以吸收有机物，并转化为 PHB（聚 β 羟丁酸）。 当聚磷菌进入好氧条件下时就降解体内储存的 PHB 产生能量，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 , 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。 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 2。