水污染控制工程课程设计-某城市污水处理厂工艺设计

水污染控制工程课程设计-某城市污水处理厂工艺设计内容摘要：

处理厂工艺设计 上海理工大学 9 NH3N 30mg/L TP 4mg/L 污水厂设计治理目标 根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB189182020)，新建污水处理厂的出水水质应根据接纳水体的性质以及水体所能受纳的环境容量确定。 东区 污水处理厂的出水排入 甲 河后最终进入大运河，根据功能区规划要求，出水应执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级排放标准的 B标准，具体指标如 表 所示 ： 表 出水水质表 CODCr 60mg/L BOD5 20mg/L SS 20mg/L TN 20mg/L NH3N 15mg/L TP 1mg/L 编制原则 污水处理设计原则 （ 1）遵循国家关于环境保护的政策，法规、规范及标准；采取近、 规划 分期实施的原则，使工程建设与开发区发展相协调，保护环境，又最大程度地发挥工程效益； （ 2）围绕基础设施建设 “ 社会效益是目的、环境效益是条件、经济效益是基础 ”原则，采用高效节能、占地小、便于运行管理的污水处理新工艺、新技术，确保污水处理效果，减少工程投资和日常运行费用； （ 3）选用效果 稳定、费用低廉，无二次污染的尾水消毒工艺； （ 4）选择国内外先进、可靠、高效，运行管理方便，维修简便的排水专用设备； （ 5）采用现代化技术手段，实现科学自动化管理，力求技术可靠，经济合理； （ 6）在总平面布置上力求紧凑，根据厂区功能划分，并考虑运输、管理及扩建时对临近构筑物的影响等综合因素，管线设置合理。 某城市污水处理厂工艺设计 上海理工大学 10 污泥处理设计原则 （ 1）根据污泥量和污泥性质，遵循环评原则，选择合适的处理工艺，妥善处置污水处理过程中产生的栅渣、垃圾、沉砂和污泥，避免二次污染； （ 2）为方便运行管理、设置回流污泥、剩余污泥的 计量； （ 3）选用合适的浓缩、脱水设备，使排出的污泥含固率＞ 25%； （ 4）污泥处理工艺中充分考虑磷的释放问题，采取措施尽可能减少剩余污泥上清液的含磷量。 设备选型原则 设备选型首先立足国内，选用高效、节能、可靠的系列产品和定型产品，对于国产质量不过关的和关键设备考虑从国外引进 ，需满足以下两点： （ 1） 生产上适用 ― 所选购的设备应与本企业扩大生产规模或开发新产品等需求相适应。 （ 2） 技术上先进 ― 在满足生产需要的前提下，要求其性能指标保持先进水平，以利提高产品质量和延长其技术寿命。 第二章 污水污 泥处理方案论证 污水可生化处理的衡量指标 BOD5和 COD 是污水生物处理过程中常用的两个水质指标，用 BOD5/COD 值评价污水的可生化性是广泛采用的一种最为简易的方法，一般情况下， BOD5/COD 值越大，说明污水可生物处理性越好，可参照表 中所列的数据来评价污水的可生物降解性能。 表 污水可生化性评价参考数据 BOD5/CODcr ～ ～ 可生化性 好 较好 较难 不宜 本工程污水处理厂进水水质 BOD5/CODcr=，属于易生物降解范畴。 某城市污水处理厂工艺设计 上海理工大学 11 该指标是鉴别能否采用生物脱氮的主要指标，由于反硝化细菌是在分解有机物的过程中进行反硝化脱氮的，在不投加外来碳源条件下，污水中必须有足够的有机物（碳源），才能保证反硝化的顺利进行，一般认为， BOD5/TN3～ 6，即可认为污水有足够的碳源供反硝化菌利用，本工程 TN为 50mg/L， BOD5/TN=，属于碳源较充足污水。 该指标是鉴别能否采用生物除磷的主要指标，一般认为，较高的 BOD5负荷可以取得较好的除磷效果，进行生物除磷的低限是 BOD5/TP=20。 一般低分子易降解的有机物诱导磷释放的能力较强，高分子难降解的有机物诱导磷释放的能力较弱。 而磷释放得越充分，其摄取量也就越大，本工程 BOD5/TP=5，适宜采用生物除磷工艺。 根据以上分析，本工程可以采用生物法对污水进行脱氮除磷处理。 生物除磷脱氮工艺的必要性 由 规定 的 进水水质和出水水质可测算出各项污染物的去除率，如表 所示。 表 各项污染物的去除率 项目 指标 设计进水水质 (mg/L) 设计出水水质 (mg/L) 去除率 (%) CODCr 350 60 ≥ BOD5 200 20 ≥ 90 SS 250 20 ≥ 92 TN 45 20 ≥ NH4N 30 15 ≥ 50 TP 4 1 ≥ 75 常规活性污泥法能满足 COD、 BOD SS 的去除率，但对氮、磷的去除率是有一定限度的，仅从常规活性污泥法剩余污泥中排除氮、磷，其去除率约 10～ 25%，磷约 12～20%，达不到上述要求，因此必须对污水采用脱氮除磷工艺。 工艺 原理 生物脱氮是利用自然界氮的循环原理，采用人工方法予以控制，首先，污水中的某城市污水处理厂工艺设计 上海理工大学 12 含氮有 机物转化成 氨 氮，而后在好氧条件下，由硝化菌作用变成硝酸盐氮，这阶段称为好氧硝化。 随后在缺氧条件下，由反硝化菌作用，并有外加碳源提供能量，使硝酸盐氮变成氮气逸出，这阶段称为缺氧反硝化。 整个生物脱氮过程就是氮的分解还原反应，反应能量从有机物中获取。 在硝化与反硝化过程中，影响其脱氮效率的因素是温度、溶解氧、泥龄、 pH 值以及反硝化碳源等。 生物脱氮系统中，硝化菌增长速度较缓慢，所以，要有足够的污泥泥龄。 反硝化菌的生长主要在缺氧条件下进行，并且要有充裕的碳源提供能量，才可促使反硝化作用顺利进行。 由此可见，生物脱氮系统 中硝化与反硝化反应需要具备如下条件： 硝化阶段：足够的溶解氧， DO 值 2mg/L 以上，合适的温度，最好 20℃ ，不能低于 10℃ ，足够长的污泥泥龄，合适的 pH条件。 反硝化阶段：硝酸盐的存在，缺氧条件 DO 值 ，充足的碳源（能源），合适的 pH 条件。 生物脱氮过程如下 ： 磷常以磷酸盐（ H2PO4－ 、 HPO42－ 和 PO43－ ）、聚磷酸盐和有机磷的形式存在于废水中，生物除磷就是利用聚磷菌一类的细菌，在厌氧状态，能释放磷，在好氧状态能从外部摄取磷，并将其以聚合形态贮藏在体内，形成高 磷污泥，排出系统，达到从废水中除磷的效果。 生物除磷主要是通过排出剩余污泥而去除磷的，因此，剩余污泥多少将对除磷效果产生影响，一般污泥龄短的系统产生的剩余污泥量较多，可以取得较高的除磷效果。 大量的试验观测资料已经完全证实，在生物除磷工艺中，经过厌氧释放磷酸盐的活性污泥，在好氧状态下有很强的吸磷能力，也就是说，磷的厌氧释放是好氧吸磷和除磷的前提，但并非所有磷的厌氧释放都能增强污泥的好氧吸磷能力。 磷的厌氧释放可以分为二部分：有效释放和无效释放，有效释放是指磷被释放的同时，有机物被吸收到细胞内，并在细胞内贮存， 即磷的释放是有机物吸收转化这一耗能过程的偶联过程。 无效释放则不伴随有机物的吸收和贮存，内源损耗， pH变化，毒物作用引起的磷某城市污水处理厂工艺设计 上海理工大学 13 的释放均属无效释放。 在除磷（脱氮）系统的厌氧区中，含聚磷菌的回流污泥与污水混合后，在初始阶段出现磷的有效释放，随着时间的延长，污水中的易降解有机物被耗完以后，虽然吸收和贮存有机物的过程基本上已经停止，但微生物为了维持基础生命活动，仍将不断分解聚磷，并把分解产物（磷）释放出来，虽然此时释磷总量不断提高，但单位释磷量所产生的吸磷能力将随无效释放量的加大而降低。 一般来说，污水污泥混合液经过2hr的厌氧后，磷的有效释放已甚微。 在有效释放过程中，磷的释放量与有机物的转化量之间存在着良好的相关性，在有效释放过程中，磷的厌氧释放可使污泥的好氧吸磷能力大大提高，每厌氧释放 1mg 磷，好氧条件下可吸收 ～ 磷，厌氧时间加长，无效释放逐渐增加，平均厌氧释放 1mgP 所产生的好氧吸磷能力将降至 1mgP 以下，甚至达到。 因此，生物除磷系统中并非厌氧时间越长越好，同时，在运行管理中要尽量避免低 pH 的冲击，否则除磷能力将大幅度下降，甚至完全丧失，这主要是由于 pH 降低时，会导致细胞结构和功能损坏，细 胞内聚磷在酸性条件下被水解，从而导致磷的快速释放。 一般情况下厌氧区的水力停留时间 1～ 2hr 即可满足要求 常见的几种工艺及其简述 生物脱氮除磷工艺，一般都包含独立的好氧区、缺氧区和厌氧区，以强化对污水中氨氮、硝酸盐和磷的去除。 目前在国内使用较多的，无外乎 A/A/O、 UCT、 MUCT、倒置 A/A/O 等几种工艺。 简述如下。 常规 A/A/O 工艺 A/A/O 工艺是一种典型的除磷脱氮工艺，其生物反应池由 ANAEROBIC（厌氧）、ANOXIC（缺氧）和 OXIC（好氧）三段组成，其典型工艺流程见图 ，这是一种推流式的前置反硝化型 BNR 工艺， 采用生物接触氧化法，生物接触氧化法是一种利用附着在池内填料上生物膜中的微生物的新陈代谢作用，在有氧条件下，将污水中有机物氧化降解成二氧化碳和水的生物处理工艺，该方法较活性污泥法具有对冲击负荷有较强的适应能力，污泥生成量少，不发生污泥膨胀，操作简便可靠，出水水质有保证等优点 ,且 厌氧、缺氧和好氧三段功能明确，界线分明，可根据进水条件和出水要求，人为某城市污水处理厂工艺设计 上海理工大学 14 地创造和控制三段的时空比例和运转条件，只要碳源充足（ TKN/COD≤ 或BOD/TKN≥4 ）便可根据需要，达到比较高 的脱氮率。 但本工程 TKN/COD= 且BOD/TKN=3，不大适合该方法。 图 A/A/O 工艺流程图 UCT 工艺 UCT 工艺的流程见下图所示，该工艺与 A/A/O 工艺的区别在于，回流污泥首先进入缺氧段，而缺氧段部分出流混合液再回至厌氧段。 通过这样的修正，可以避免因回流污泥中的 NO3N回流至厌氧段，干扰磷的厌氧释放，而降低磷的去除率。 回流污泥带回的 NO3N 将在缺氧段中被反硝化。 当入流污水的 BOD5/TKN 或 BOD5/TP 较低时，较适用 UCT 工艺，见图。 该工程中 BOD5/TP=，该值较高，故不采用该工艺。 MUCT 工艺 MUCT 工艺的流程如下图所示。 该工艺系在 UCT 工艺的基础上，将缺氧段一分为二，形成二套独立的内回流。 因而， MUCT 是 UCT 的改良工艺。 进行这样的改良，与 UCT 相比有两个优点：一是克服 UCT 工艺不易控制缺氧段的停留时间，二是避免控制不当， DO仍会影响厌氧区，见图。 图 UCT 工艺流程图 某城市污水处理厂工艺设计 上海理工大学 15 图 MUCT 工艺流程图 倒置 A/A/O 工艺 为避免传统 A/A/O 工艺回流硝酸盐对厌氧池放磷的影响，通过吸收改良 A/A/O 工艺的优点，将缺 氧池置于厌氧池前面，来自二沉池的回流污泥和 30～ 50%的进水， 50～150%的混合液回流均进入缺氧段，停留时间为 1～ 3h。 回流污泥和混合液在缺氧池内进行反硝化，去除硝态氧，再进入厌氧段，保证了厌氧池的厌氧状态，强化除磷效果。 由于污泥回流至缺氧段，缺氧段污泥浓度可较好氧段高出 50%。 再根据不同进水水质，不同季节情况下，生物脱氮和生物除磷所需碳源的变化，调节分配至缺氧段和厌氧段的进水比例，反硝化作用能够得到有效保证，系统中的除磷效果也有保证，因此，本工艺与其他除磷脱氮工艺相比，具有明显优点。 见图。 图 多点进水倒置 A/A/O 工艺流程图 上述脱氮除磷污水处理工艺普遍适用于新建的大中型污水处理厂， 而根据该工程的处理水量而言，属于小型处理厂，通过研究，着重考虑以下方案。 曝气和沉淀一体化活性污泥工艺 近十几年来，传统的活性污泥法工艺又得到了很大的发展，如： SBR 序批法、 AB法、氧化沟、 A/O 法和 A2/O 技术以及水解 好氧技术等等。 其中一类技术属于曝气和沉淀一体化活性污泥工艺。 所谓曝气、沉淀一体化活性污泥工艺是指曝气和沉淀过程在同一反应器内完成的活性污泥工艺 (简称一体化工艺 )，比如 SBR 法、 交替式氧化沟和UNITANK 工艺等等。 其中 SBR 法是通过时间上的安排，在一个池子内完成了进水、反应、沉淀和排水等一系列工艺过程，构成了一个周期。 而交替式氧化沟是以多组反应器通过空间上的调配，完成反应和沉淀这一循环过程。 这些工艺近年来在我国的应用日益广泛，并且是当前污水处理的热点之一。 一般认为一体化工艺具有以下的特点 (1) 工艺简单，占地面积小、节省投资。 由于只有一个反应器，不需二沉池、回流污泥及其设备，一般情况不设调节池，多数情况可省去初沉池； (2) 一体化工艺往往是变体积的活性污泥工艺，其基质 和微生物浓度随时间变化，某城市污水处理厂工艺设计 上海理工大学 16 所以属于理想的推流状态，并可以保持反应基质的最大推动力； (3) 运行方式灵活，由于反应在一个反应器内进行，可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧等不同状态，实现脱磷脱氮的目的； (4) 防止污泥膨胀，由于其存在较大的浓度梯度，有利于防止污泥膨胀； (5) 耐冲击负荷，处理能力强，一体化曝气池从时间上属于推流形式，但反应器本身属于完全混合 SBR 法 1901 年英国 Ardern 和 Lock。