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1 设计目的
结合大学四年对给水排水专业相关课程的学习，通过查阅相关资料以及文献，对某污水处理厂进行初步设计，使处理后的水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 8918-2002）中一级标准（B标准）》。通过毕业设计，提高资料检索、文献阅读、设计计算、绘制图纸、编写设计说明的能力；培养我们理论联系实际的独立工作能力，综合分析、判断的思维能力，运用所学知识解决实际问题的能力等。
2 设计资料和参数
2.1 工程概况
盐山县位于河北省东南部，西、北与孟村回族自治县接壤，东与海兴县搭界，南隔漳卫新河与山东庆云、乐陵两县相望，西南与南皮县毗连。盐山县地势自西南向东北倾斜，平均海拔高程4-7米。南部为东西向缓岗地带，西部是较为平坦开阔的坡地及低洼地。盐山县属东部季风暖温带半湿润大陆性气候，四季分明，具有春旱、夏涝、秋吊、冬干燥的特征。年平均温度12.1℃,年平均无霜期200天左右。盐山县濒临渤海,历史上众多河流穿境入海,为〝九河〞下梢,也是古黄河尾闾泛滥之区.今县域内主要河流有漳卫新河和宣惠河.盐山县浅层地下水埋深甚浅,丰水期(6-9月)为2米,枯水期(4-5月)为4米.受地形控制,丰水期潜层地下水流向与地表水一致,以宣惠河为界,县境南北两部分地下水均向宣惠河集中。
盐山城市内排水系统为雨污合流制排水体制,现状无污水处理厂。污水和雨水随地势漫流汇入附近沟渠.现状存在的问题:排水设施缺乏,污水未经处理直接排入沟渠,污染地下水和土壤；污水未能利用；排水设施建设落后,影响居民生活环境质量。
盐山县污水处理厂厂址最后确定在县城宣惠河北侧,205国道东侧,自流排入宣惠河, 宣惠河的最高洪水位标高为6.4米。污水厂厂址地形平坦,高程为7.9m。污水处理厂总占地面积约200亩.污水管网进入污水厂为钢筋砼管,进厂管内底标高为4.3m。
2.2 污水处理厂设计规模及设计水质
根据污水量的预测,盐山县污水处理厂建设规模确定为15万m3/d,根据资料进水水质设计如下:
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水质指标 |
BOD5（mg/L） |
COD（mg/L） |
SS（mg/L） |
NH3–N（mg/L） |
TN（mg/L） |
TP（mg/L） |
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数值 |
200 |
400 |
200 |
35 |
50 |
1 |
污水应达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB8918-2002)》中的一级标准(B标准)。因此确定盐山县污水处理厂二级出水标准为:
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水质指标 |
BOD5（mg/L） |
COD（mg/L） |
SS（mg/L） |
NH3–N（mg/L） |
TN（mg/L） |
TP（mg/L） |
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数值 |
20 |
60 |
20 |
15 |
20 |
1 |
3 目前国内外研究现状
全球性水污染已对人类生存和社会经济发展构成越来越严重的威胁，防治水环境的恶化,保护水资源，走可持续发展的道路已成为人类共同追求的目标。污水处理是经济发展和水资源保护不可或缺的组成部分。各国科学技术工作者通过对厌氧、缺氧、好氧等池子的功能、大小、排列、数量增减以及混合液循环和回流方式等因素的开发及排列组合的变化，开发出了一系列污水处理新工艺和技术。例如：AB工艺、序批式活性污泥法、A/O及A2/O系统处理技术、生物流化床技术、深井曝气法、UASB工艺等等。
3.1 AB法(Adsorption—Biooxidation)
AB法是吸附生物降解法的简称，属高负荷活怀污泥系统，是一种比传统活性污泥法有更多优点的污水处理工艺，AB法适用范围主要应考虑污水SS、胶体颗粒、容易为活性污泥吸附去除的有机化合物含量，以及这些物质在好氧或厌氧微生物作用下能否被絮凝去除。该工艺不设初沉池，由AB两段活性污泥系统串联组成。并分别有独立污泥回流系统。AB工艺对BOD、COD、SS、磷和氮的去除率一般均高于常规活性污泥法。其突出特点是A段负荷高、抗冲击力强。特别适于处理高浓度、水质、水量变化较大的污水。其主要缺点是产泥量大，且AB工艺不具备深度脱氮除磷功能。出水水质达不到防止水体富营养化的要求。
AB法的工作原理主要是充分利用微生物种群的特性，为其创造适宜的环境,使不同的生物群得到良好的繁殖、生长，通过生物化学作用净化污水。在工艺流程上分A、B两段处理系统，其中A段由A段曝气池与沉淀池构成，B段由B段曝气池与二沉池构成。两段分别设污泥回流系统，A段的负荷高，B段的负荷低，，污水先进入高负荷的A段，然后再进入低负荷的B段。
3.2 序批式活性污泥法（SBR）(Sequencing Batch Reactor)
SBR工艺提供了时间序列上的废水处理,通过改变操作程序和条件可以使工艺适应废水水量、水质的变化，又能防止污泥膨胀和脱氮除磷等不同要求。由于一些工业废水是间歇排放且流量不大，从这个意义上讲，时间序列上运行的SBR工艺似乎更适合处理中小规模的工业废水。近些年，针对这种工业废水的特性，该工艺已成功地应用于农产品加工废水、屠宰废水、啤酒废水、制药废水、化工废水、印染废水等的处理。目前SBR处理难降解有机物的对象几乎涵盖了其他生物法所处理的对象，证明SBR是一种性能稳定的污水处理方法。SBR集调节池、曝气池和沉淀池于一体，具有投资少、效率高、使用面广和操作灵活的优点，且能够有效地脱氮除磷。适合多种不同目的的废水处理要求，因而是一种适合我国国情的废水处理技术，有很好的应用前景。
SBR技术本身是活性污泥法的一种，去除污染物的机理与传统的活性污泥法完全一致，但其操作过程又与活性污泥法根本不同。序批式活性污泥法（SBR）有两层含义：一是运行操作在空间上按序列，间歇的方式进行，由于污水大都是连续或未连续排放，流量的波动很大，在处理系统中至少需要2个或多个反应器相互直协调作为一个有机的整体完成污水净化功能，但对于每一个反应器则是间歇进水和间歇排水；二是每个反应器的运行操作在时间上也是按次序排列间歇运行的，一般SBR的一个完整操作周期有以下五个阶段：进水期、反应期、沉淀期、排水期和闲置期。在一个运行周期中，各个阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化以及运行状态等都可以根据具体污水性质、出水质量与运行功能要求等灵活掌握。SBR法的运行工况是以间歇操作为主要特征，能灵活适应污水在水质和水量上的大幅度变化，达到良好的BOD5、氮、磷去除效果。SBR是在单一的反应器内，在时间上进行各种目的不同操作，故称之为时间序列上的污水处理工艺。
3.3 A2/O法同步脱氮除磷工艺(Anaerobic—Anoxic—Oxic)
A2/O工艺是在厌氧—好氧除磷工艺基础上增设一个缺氧池，并使好氧池中的混合液回流至缺氧池，使之反硝化脱氮。处理工艺由厌氧池、缺氧池、好氧池及二沉池组成。
（1）工艺流程
1）厌氧反应器，原废水进入，同步进入的还有从沉淀池排出含磷回流污泥，本反应器的主要功能是释放磷，同时部分有机物进行氨化。
2）废水经过厌氧反应器进入缺氧反应器，本反应器的首要功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由好氧反应器送来的，循环的混合液量较大，一般为2Q（Q一原废水流量）。
3）混合液从缺氧反应器进入好氧反应器–曝气池，这一反应器单元是多功能的，去除BOD，硝化和吸收磷等项反应都在本反应器内进行。这3 项反应都是重要的，混合液中含有NO3-N，污泥中含有过剩的磷,而废水中的BOD(或COD)则得到去除，流量为2Q的混合液从这里回流缺氧反应器。
4）沉淀池的功能是泥水分离，污泥的一部分回流厌氧反应器，上清液作为处理水排放。
（2）工艺特征
1） 该工艺流程较简单，总水力停留时间少于其他同类工艺；
2）厌氧（缺氧）好氧交替运行，丝状菌不易增殖繁衍，不会出现污泥膨胀现象；
3）该工艺不需投药，厌氧段和缺氧段只进行缓速搅拌，以不提高溶解氧含量为度，故运行费用低。
（3）主要问题
1）脱氮效果难以提高，内循环流量以2Q为限，不宜提高；污泥增长受到一定的限度因此，除磷效果也不易提高；
2）对沉淀池要保持一定浓度的溶解氧，应降低污泥的停留时间，防止产生厌氧状态和释放磷的现象出现，但溶解氧含量也不宜过高，以防止循环液对缺氧池的干扰。
4 工艺流程的确定
4.1 备选方案的提出
①、氧化沟
又称循环曝气池，是活性污泥法的一种变法。氧化沟工艺具有脱氮除磷的效应，沟形和流态的特征赋予氧化沟抗冲击负荷能力强的特点。由于氧化沟的水力停留时间和污泥龄比一般的生物处理法长得多，悬浮状有机物可以在曝气池中与溶解性有机物同时得到较彻底的稳定，因此在预处理部分可考虑省去初次沉淀池。氧化沟在流态上介于完全混合和推流之间，这种独特的水流状态，有利于活性污泥的生物凝聚作用，而且可以将其区分为富氧区、缺氧区，用以进行硝化和反硝化，取得脱氮的效应。常用的氧化沟系统由卡罗塞氧化沟、奥贝尔型氧化沟、交替工作氧化沟系统、二次沉淀池交替运行氧化沟系统。工艺流程为：
②、A/O工艺
通常被称为A/O工艺的实际上可分为两类：一类是厌氧一好氧工艺，另一类是缺氧一好氧工艺。厌氧状态和缺氧状态之间存在着根本的差别：在厌氧状态下既无分子态氧，也没有化合态氧；而在缺氧状态下则存在微量分子态氧（DO浓度﹤0.5㎎/L），同时还存在化合态氧，如硝酸盐及亚硝酸盐。
1）脱氮工艺：生物脱氮工艺将反硝化反应器放置在系统之前，所以又称为前置反硝化生物脱氮系统。在反硝化缺氧池中，回流污泥中的反硝化菌利用原污水中的有机物作为碳源，将回流混合液中的大量硝态氮还原成N2，而达到脱氮的目的，然后再在后续的好氧池中进行有机物的生物氧化、有机氮的氯化和氦氮的硝化等生化反应。
2）除磷工艺：污水经格栅、沉砂等预处理后直接进入厌氧池。在厌氧池中，由二沉池回流的活性污泥一旦处于厌氧状态，其中的磷就以正磷酸盐的形式释放到混合液中，随后进入好氧池，处于好氧状态时，又将混合液中的正磷酸盐大量吸收到活性污泥中，使污水中含磷量达到很低，最后进入二沉池，通过固液分离，污水部分从二沉池回流到厌氧区，部分富磷污泥以剩余污泥的形式从系统中排出，达到除磷和去除BOD目的。工艺流程为:
混合液回流
进水 出水
污泥回流 剩余污泥
4.2 两种工艺的比较
表1 处理工艺优缺点比较
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工艺名称 |
A/O工艺 |
氧化沟 |
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优点 |
(1)反硝化池在前，硝化池在后，只有一个污泥回流系统，因而使好氧异氧菌，反硝化菌和硝化菌都处于缺氧-好氧交替环境中，这样构成一种混合菌群系统，可使不同菌属在相同的条件下充分发挥等价的优势；
(2)反硝化反应可以直接利用原废水中的有机物为碳源，而可省去外加碳源；
(2)反硝化反应可以直接利用原废水中的有机物为碳源，而可省去外加碳源；
(3)硝化池内含有大量硝酸盐的硝化液回流到反硝化池，进行反硝化脱氮反应，此工艺中回流比的控制是较为很重要的；
(4)在反硝化反应过程中，产生的碱度可补偿硝化反应碱度的一半左右。对含氮浓度不高的废水可不必另行投加碱；(5)硝化池在后，使反硝化残留的有机污染物得以进一步去除，无需建后曝气池。本系统由于流程简单，无需另加碳源，因此，建设费用与运行费用均较低。 |
(1)工艺流程简单，运行管理方便，氧化沟工艺不需要初沉池和污泥消化池，有此类氧化沟还可以和二沉池合建，省去污泥回流系统。
(2)运行稳定，处理效果好，氧化沟的BOD平均处理水平可达95%左右。
(3)能承受水量水质的冲击负荷，对浓度较高的工业废水有较强的适应能力，这主要是由于氧化沟水力停留时间长，泥龄长，一般为20~30d，污泥在沟内达到除磷脱氮的目的，脱氮效率一般＞80%，但要达到较高的除磷效果，则需要采取另外措施。
(4)基建投资省，运行费用低和传统活性污泥工艺相比，在去除BOD，去除BOD和NH3-N及去除BOD和脱氮情况下更省，同时统计表明在规模较小的情况下，氧化沟的基建投资比传统活性污泥法更省。 |
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缺点 |
(1)处理水来自硝化池，在处理水中含有一定浓度的硝酸氮，如沉淀池运行不当，不及时排泥，在池内能够产生硝化反应，污泥上浮，处理水水质恶化。
(2) 系统的脱氮率一般在85%以下，若想提高脱氮率，必须加大内循环比，而这样做可能导致运行费用增高，内循环液带入大量溶解氧，使反硝化池内难于保持理想的缺氧状态，影响反硝化过程。 |
(1)由于采用低负荷延时曝气运行方式,池容大、曝气时间长，建设费用和运行费用都较高，而且占地大。
(2)一般适用于处理水质要求高的小型城镇污水和工业污水，水量一般在1000m3/d以下。 |
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处理效率 |
氮的去除率一般为70%～80% |
BOD5 和SS均为95%以上，总氮为70%～80% |
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适用情况 |
适用于中等浓度的大中型污水处理厂 |
适用于中小型对出水要求较高的城镇污水处理厂 |
4.3 方案的确定
根据污水的特点：（1）污水以有机污染物为主，BOD/COD=0.5〉0.3，可生化性较好，重金属及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标；（2）进水中P含量低于污水综合排放标准二级标准，无需添加除磷工艺；3） 本课题污水处理量大，在达到污水处理要求的前提下，应着重考虑工程占地面积和污水处理费用的节省。
按《城市污水处理和污染防治技术政策》要求推荐，20万t/d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺,10-20万t/d 污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR、AB 法等工艺，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。对脱磷或脱氮有要求的城市，应采用二级强化处理，如A2/O工艺，A/O工艺，SBR 及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。
由上可见，对这样的城市污水，其各项控制指标的属于普通城市污水的范围之内，且无需除磷，故该设计采用的处理方法为A/O 工艺。A/O 工艺可根据对废水的处理程度的不同要求，灵活调节其运行方式。
5 污泥处理
污泥是污水处理过程中的产物，城市污水处理产生的污泥含有大量有机物，富有肥分，可以作农肥使用，但又含有大量细菌、寄生虫卵以及从生产污水中带来的重金属离子等，需要作稳定与无害化处理。污泥处理的主要方法：
(1)减量处理：浓缩，脱水等。由于污泥含水率较高，体积较大，且呈流动性，经过以上处理后，污泥的体积减至原来的1/10，且有液态转变为固态，便于运输和销纳。
(2)稳定处理：厌氧消化，好氧消化等。污泥中的有机物含量较高，极易腐败并产生恶臭，经过以上消化处理后，易腐败的部分有机物被分解转化，不易腐败，恶臭大大降低，方便运输和处理。
(3)无害化：污泥中特别是初沉污泥含有大量的病原菌，寄身虫卵和病毒易造成传
染病大面积传播，经过以上处理可以杀灭大部分的蛔虫卵，病原菌和病毒，大大提高污泥的卫生指标。
(4)资源化：污泥中含有很多热量，其热值在10000－15000kj/kg（干泥），高于煤
和焦炭。消化阶段将有机物转化为沼气，同时污泥中含有大量的氮磷钾，是具有较高的有机肥料。综合利用：消化气利用，污泥农业利用等。
最终处置：干燥焚烧，填地投海，建筑材料等。
在此，对污泥的处理先浓缩，后脱水,设污泥浓缩池和污泥消化池,再将处理后的污泥外运即可。 | 
