污水处理毕业设计开题报告.pdf

CH ANGCH UN INSTI TU T E O F T EC H NO LOGY 开 题 报 告 设计题目： 学生姓名： 学院名称： 专业名称： 班级名称： 学号： 指导教师： 教师职称 : 学历 2014 年 3 月 10 日 开题报告 一选题依据 1.设计目的及意义 改革开放 30 年来，经济发展蓬勃向上，各方面的变化日新月异，国家对基 础设施建设投入加大了许多。 随着城市工业生产的发展， 城市人口的递增， 城市 规模的扩大， 工业废水和生活污水排出量日益增多，大量未经处理的污水直接排 入周围河流， 致使城市周围环境污染十分严重，不但直接污染了市区的地下饮用 水，而且对河流下游地区的农业生产和人民生活造成了危害，人类和生物赖以生 存的生态环境受到了日益严重的威胁。同时，水生态系统体现了人与水的和谐共 存与协调发展， 是城市生态系统的主要组成部分和关键因素，与一个城市的可持 续发展密切相关。因而，城市污水治理已成为当前迫切需要解决的问题之一。 理论是用于实践的， 将自己在课堂上所学的知识， 尤其是专业知识用于本次 毕业设计之中， 以提高自己的工程设计能力， 为自己走上工作岗位进行工程设计 打下坚固的实践基础。 通过毕业设计， 能够熟悉并掌握排水工程的设计内容、设 计原理、方法和步骤， 能根据原始设计资料正确地独立地选定设计方案，掌握污 水厂设计的基本流程及各构筑物的设计方法，熟悉设计计算书和设计说明书的编 写内容和编制方法，并绘制工程图纸。 2.设计拟解决的工程实际问题 根据贵阳市城市总体规划（20092020年） 所知城市的主要发展方向： 以中心城区为核心，按照“中心放射型”的城镇体系空间布局结构，沿贵黄、贵 遵、贵毕、贵开、贵惠、贵修、厦蓉、市域快速铁路等重要交通干线形成城镇主 要发展走廊。 沿其支流纵深发展的城市布局形态。而近年来随着贵阳市城市基础 建设及经济的发展， 该区域的人口和城市污水排放量也在逐年增加，大量工业废 水和生活污水直接排放， 红枫湖、百花湖、阿哈水库等区域都受到了不同程度的 污染。另排放的污水中含氮磷较多，将使水体富营养化，为改善环境，处理水环 境污染问题，因此建设贵阳市金阳污水处理厂工程至关重要。 贵阳市金阳污水处理厂位于贵阳市金阳新区，小湾河大桥旁， 该厂设计处理 能力为 12 万吨日，总投资12600 万元。该项目 2008 年 5 月基本调试完毕并 启动试运行， 2010 年 11 月通过阶段性环保验收，目前已经正常运行。 目前，金阳污水处理厂的污水收集范围已全部实现雨污分流，共建污水接入 管网达 98.5公里、雨水接入管网达 98.3公里，收集范围包括建成区的行政中心、 金华园、红街、元龙地块、碧海花园、贵阳一中、金阳客车站、景怡园、金阳医 院、金世旗、武警总队、 卫校、电大、世纪城、水电八局、贵州工业职业学院等。 此前，金阳新区每天产生的 1.8万吨生活污水， 未经过处理直排入阿哈水库， 今后，这些污水经金阳污水处理厂处理全部改道达标后再排放到贵阳市西河进入 南明河。 据悉，在“十二五”期间，金阳新区拟建设小湾河排水收集系统，建设污水 管79.9公里、雨水管 28.95公里，进一步扩大污水收纳范围。 3.设计拟应用的现场资料综述 贵阳地理位置优越， 贵阳市是中国西南地区重要的中心城市之一，是国务院 确定的“黔中产业带”、 “南贵昆经济带”和“泛珠三角经济区”内的重要中心城 市，是一座以资源开发见长的综合型工业城市，主要工业产品和工业行业在中国 居于重要的地位。 是我国对外开放、走向东盟、走向世界的重要门户和前沿，是 新崛起的面向东盟的区域性国际城市。 3.1 城市气温 贵阳夏无酷暑，夏季平均温度为23.2,最高温度平均在 25-28之间 ,在最 热的七月下旬， 平均气温也仅为23.7，全年最高温度高于30的日数少 ,近五 年平均仅为 35.8 天，大于 35的天数仅为 0.3 天；紫外线强度仅在中午很短的 时间内达到 4 级，其余时间均为弱或很弱；夏季雨水充沛,约 500 毫米，夜间降 水量占全年降水量的70%。贵阳冬无严寒，最冷一月上旬，平均气温是4.6。 3.2 城市降水 贵阳市海拔高度在 1100 米左右，处于 费德尔 环流圈，常年受西风带控制， 属于亚热带湿润温和型气候， 年平均气温为 15.3，年极端最高温度为35.1， 年极端最低温度为 -7.3，年平均相对湿度为77% ，年平均总降水量为1129.5 毫米，年雷电日数平均为49.1 天，年平均阴天日数为235.1 天，年平均日照时 数为 1148.3 小时，年降雪日数少，平均仅为11.3 天 3.3 城市地形地貌 贵阳地处黔中山原丘陵中部， 长江与珠江分水岭地带。 总地势西南高、 东北 低。苗岭横延市境， 岗阜起伏，剥蚀丘陵与盆地、 谷地、洼地相间。相对高差 100 200米，最高峰在水田镇庙窝顶，海拔1659米；最低处在 南明河 出境处，海拔 880米。中部层状地貌明显，主要有贵阳中曹司向斜盆地和白云花溪 青岩构成的多级台地及溶丘洼地地貌。峰丛与碟状洼地、漏斗、伏流、溶洞发 育。较平坦的坝子有 花溪、孟关、乌当、金华、朱昌等处。南明河自西南向东北 纵贯市区，流域面积约占市区总面积的70% 。 贵阳地貌属于以山地、 丘陵为主的 丘原盆地地区。其中，山地面积 4218平方 千米，丘陵面积2842平方千米；坝地较少，仅912平方千米；此外，还有约 1.2% 的峡谷等地貌。 3.4城市风向 最近五年贵阳市秋季和冬季偏东北方向的风较多，而春季和夏季则以偏东南 方向的风较多，从季节性变化来看主导风向是东南风，贵阳市平均风速为1.2 1.5m/s 。 3.5 厂址及场地状况 厂区选址以平原为主，污水处理厂拟用场地较为平整，占地面积10 公顷。 厂区地面标高0.00 米，原污水将通过管网输送到污水厂，来水管管底标高为- 5.00 米(于地面下 5 米)。 4.设计拟应用的文献综述 4.1 前言 城市污水处理设施是现代化城市经济发展和水资源保护不可或缺的组 成部分。在美国、荷兰、日本等发达国家，已经普遍实行了城市污水的集中二级 处理，近年来，我国中央政府， 各级地方政府及相关部门对城市污水治理十分重 视，同时加大了对污水处理的资金投入和治理力度，使我国在污水处理厂方面的 建设方面取得了重大的进展。 “十二五”期间，国家在巩固化学需氧量减排的基 础上，将加强对氨氮以及总氮、总磷和重金属等污染物的排放控制及总量削减。 水污染防治以城镇生活污水提标升级改造、高浓度、高含盐、难降解工业废水处 理、废水资源化为重点，同时加强农村生活污水及河湖等领域的污染防治。 4.2 氮磷含量较高的城市污水对环境的影响 由于城市污水中有着各种不同的化学成分和有害物质，污水中的氮磷含 量的超标会对整个生态环境造成严重的影响。而氮磷含量的超标的直接体现就是 水体富营养化。 富营养化会影响水体的水质，会造成水的透明度降低， 使得阳光 难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。 溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害， 造成鱼类大量死亡。 同 时，因为水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形 成一层“绿色浮渣” ，致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解产生的有害气体 和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。因富营养化水中含有硝酸盐和亚 硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。 可见控 制污水中氮磷的排放是至关重要的， 也是建设城市污水处理厂中必须考虑到的问 题。 4.3 城市污水处理技术 污水处理所采用的工艺技术是污水处理厂的核心部分，与进水水质、出 水要求、处理量、投资大小等等因素密切相关。自我国第一座采用活性污泥工艺 的城市污水处理厂1921 年在上海建成以来，污水处理事业在我国得到了发展， 污水处理的工艺层出不穷， 由于城市污水的主要污染物是有机物，因此目前国内 外大多采用生物处理技术处理城市污水，又可分为活性污泥法和生物膜法两大 类。其中，由于生物膜法的处理效率不高，卫生条件较差，我国只有少数几座生 物膜法城市污水处理厂； 而活性污泥法污水处理厂占绝大多数，其中使用最广泛 的主要有传统活性污泥工艺和其改进型A/O 、A2/O 工艺； AB工艺； SBR 及其改进工艺；氧化沟及其改进工艺；其他工艺。 (1） 传统活性污泥工艺 我国 20 世纪 80 年代及其以前建设的污水处理厂，由于当时没有对出水氮 磷含量的要求， 生物处理工艺主要采用传统活性污泥工艺及其改良工艺，其功能 是大幅度去除污水中呈胶体态和溶解态的有机污染物，使经处理的污水BOD 达 到标准，而对污水中氮磷的去除率非常低。同时水体富营养化问题在我国日益严 重，为适应国家对氮磷含量的排放要求，保护水环境， 一些采用传统活性污泥处 理工艺的污水处理厂对其现有的工艺进行改造，增设了“脱氮除磷”功能。 (2） A/O 工艺及 A2/O A/O 工艺及 A2/O 工艺因其较好的脱氮除磷效果而在慢慢应用于城市污水 处理之中，并且成为主流，再此阶段，氮磷污染物控制与去除分别达到90% 以上 和 80% 左右， 而 A2/O 工艺能同时高效脱氮除磷。 该工艺主要优点是对COD 、 BOD5、 SS等具有较高的去除率，对脱氮除磷也具有较高的去除效果，具有运行费用低、 占地少，出水水质好等特点；其缺点是运行管理要求较高，投资较大，节能差 20 世纪 90 年代以来，随着具有脱氮除磷功能污水处理工艺的研究应用，发现 A2/O 工艺本身存在的缺陷，既反硝化菌和聚磷酶在有机负荷，污龄及碳源需求 上存在着矛盾和竞争， 很难在同一系统中同时获得氮磷的高效去除，阻碍生物脱 氮除磷的应用， 为了解这些工艺的矛盾， 研究者们进行了大量研究来进行工艺改 造，开发出倒置 A2/O ，UCT，A+ A2/O 。 (3） SBR工艺 随着工业和自动化系统的飞速发展，特别是监控技术的自动化程度以及污 水处理厂自动化管理要求， 为 SBR的研究和应用提供了有力的条件，我国对 SBR 工艺的应用很广泛，主要有CASS工艺、 CAST工艺、 MSBR工艺等等。 SBR工艺 也叫序批式活性污泥法，其最根本的特点是处理工序不是连续的，而是间歇的、 周期的，污水一批一批地经过进水、曝气、沉淀、排水，然后又周而复始。SBR 技术的核心是 SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池， 无污泥回流系统优点：出水水质稳定、水质好；耐冲击负荷；运行管理简单、自 控水平高；占地面积小、造价低、操作灵活。但SBR法存在的曝气系统易堵塞， 故障率高，人工操作管理繁琐，监测手段要求高等缺点也影响了其使用。 (4） 氧化沟工艺 20 世纪中期，氧化沟工艺因其好的脱氮除磷效果且无需沉淀池开始慢慢被 推广，此时期建设的大型污水处理项目基本上采用氧化工艺，国内许多污水处理 厂的使用状况证明氧化沟工艺是一种工艺流程简单，管理方便，工艺稳定性高的 污水处理技术。常见的氧化沟有Carrousel 氧化沟、交替工作式氧化沟、Orbal 氧化沟、一体化氧化沟等。 (5） 曝气生物滤池工艺 曝气生物滤池是当前发展较快的一种新到生物处理技术，具有占地面积小、 出水水质高、投资省、运行灵活方便、易于管理、抗冲击能力强等特点，在污水 的有机物去除、 硝化去氨、 反硝化脱氮、 除磷以及微污染水源水的预处理过程中 有着较好的应用前景。 曝气生物滤池的基本原理是： 在一级强化的基础上， 以颗粒状填料及其附着 生长的生物膜为主要处理介质， 实现污染物在同一单元反应器内去除省去了二 次沉淀设备。反应器内存在着不同的好氧、 缺氧区域，可同步实现硝化和反硝化， 在去除有机物的同时达到脱氮的目的。 该工艺存在的主要问题包括： 进水一般要求进行预处理， 增加了工艺的复杂 性；进水悬浮物较多时，运行周期短，反冲洗频繁；产生的污泥稳定性差，进一 步处理比较困难； 同步生物除磷效果不好 一般多采用化学法进行， 增加了药剂 的使用量等等。在我国，目前曝气生物滤池正处于推广阶段。 4.4 脱氮除磷工艺在污水处理技术中的应用机理 生物脱氮处理过程中， 污水中的有机氮首先被异养菌转化为氨氮，氨氮的去 除由两个过程完成， 在好氧条件下氨氮被亚硝化菌转化为亚硝酸盐氮，继而被硝 化菌转化为硝酸盐氮， 即硝化，然后在缺氧的条件下， 硝酸盐氮被反硝化菌先后 转化为亚硝酸盐氮、 氮气，即反硝化。 生物除磷是利用除磷菌从外部环境超量地 摄取磷，并将磷以聚合的形态储藏在菌体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从 污水中除磷的目的。 (1） SBR工艺 通过控制好氧、缺氧和厌氧的环境条件，实现脱氮除磷工艺在SBR 工艺中 的运用，而且 SBR工艺可以根据反应器中底物的降解情况灵活地改变反应时间， 在时间序列上可实现缺氧/ 好氧或厌氧 / 缺氧/ 好氧的组合，从而可灵活地控制好 氧、缺氧和厌氧的环境条件以达到除磷脱氮的目的的特点，因此SBR 己成为较 理想的除磷脱氮工艺而得到广泛应用。 (2） A 2/O 工艺 流程较简单。 污水首先进入厌氧池， 兼性厌氧菌将污水中易降解有机物转化 为 VFAs ，回流污泥带入的聚磷菌将体内贮存的聚磷分解，所释放的能量一部分 可供好氧的聚磷菌在厌氧的环境下维持生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收 VFAs并在体内储存PHB。进入缺氧区反硝化菌就利用混合液回流带入的硝酸盐 以及进入水中的有机物进行反硝化脱氮，接着进入好氧区， 聚磷菌除了吸收利用 污水中残留的易降解BOD 外主要分解体内贮存的PHB 产生能量供自身生长繁 殖，并主动吸收环境中的溶解磷，以聚磷的形式在体内贮积。污水经厌氧、缺氧 区有机物分别被聚磷菌和反硝化菌利用后浓度已很低，有利于自养的硝化菌的生 长。 4.5 脱氮除磷污水处理工艺国内外发展趋势 (1）活性污泥法的新发展 到目前为止， 对活性污泥法在运行方式上还没有大的突破，往往所作的是一 些局部的改进，但在曝气方式上确取得了较大的成果，如纯氧曝气、深井曝气、 射流曝气， 采用微气泡扩散器等， 这些都增大了氧转移率、 提高了氧的利用率使 曝气池中氧的浓度增加。如美日等国研制出的一种超微气泡扩散器，气泡直径 50Lm，氧吸收率达 90% ，Reid Engineering Company of Frederick shurg等研制 的氧化沟下表面曝气也是一种曝气方式的改进，把冲刷曝气(Brush Aeration) 改 进透平曝气 (Turbine Aeration) 避免了产生气溶胶、飞溅、结冰等问题。 活性污泥法的另一个发展趋势就是朝多功能方向发展，采用的方法有： 培养 驯化专用细菌， 使活性污泥处理对象不局限于生活污水，还可以处理如酚一类难 降解的有毒有机物， 甚至驯化可以处理象氰一类有剧毒的无机物；把活性污泥与 其它处理方法结合起来， 如活性炭活性污泥法， 它实际上是一种以活性污泥法 形式的活性炭吸附、 生物氧化法的综合处理法； 固定活性污泥法是提供微生物附 着的表面，如合成纤维、塑料、细沙、粘土焦炭等，使曝气池同时存在附着相和 悬浮相的生物； 这些都提高了活性污泥的净化效率，提高了抗有毒物质等冲击负 荷的能力，还具有脱色、脱氮、削减泡沫的效果，国外已用于合成纤维、化工印 染、炼油、炼焦等工业生产的污水处理；活性污泥法与厌氧工艺结合来脱氮、脱 磷等，最典型的工艺是A-O(anaerobic-oxic) 流程。活性污泥法还可和化学法结 合，提高净化多氯联苯、有机磷的去除效果。 有学者认为该工艺未来两个大的方向是膜分离技术和分子生物学技术的应 用。 （1 膜分离技术的应用 用膜分离代替沉淀进行泥水分离，可带来活性污泥工艺的以下变化：不再 存在污泥膨胀问题。在调控活性污泥系统时，不必再考虑污泥的沉降性能问题， 从而使工艺控制大大简化；曝气池的污泥浓度将大大提高(MLSS 可以大于 20000mg/L) 从而使系统可在超大泥龄、超低负荷状态下运行，充分满足去除各 种污染物质的需要； 在同样的处理要求下， 可使曝气池容积大大减小， 节省处 理厂的占地面积； 污泥浓度的提高， 将要求较高的曝气速率， 因而纯氧曝气将 随着膜分离而被大量采用。 虽然膜分离目前还存在易堵塞等方面的问题，但这些问题正逐步得到解决。 实际上，目前已有一批膜分离活性污泥系统在运行。 （2 分子生物技术的应用 目前分子生物技术已开始应用于污水处理领域。为搞清聚磷菌除磷的生化机 理，已开始用分子诊断技术获取聚磷菌的遗传信息。现在从活性污泥中已发现的 30 多种丝状菌中，只有4 种准确命名及生物分类学定位，因为这些丝状菌大部 分无法进行分离纯培养。目前正用分子诊断技术进行这些丝状菌的生物学定位， 以进一步准确了解其特性。 分子诊断技术的大量应用， 活性污泥微生物基因库的建立， 在此基础上用基 因技术培育具有高效活性的污泥菌种， 进一步提高处理效果， 是未来发展的方向。 4.6 生物膜处理法的新进展 生物膜法最早出现的工艺是1893 年在英国出现的将污水喷撒在粗滤料上而 得以净化的普通生物滤池， 它是最早出现而至今仍在不断改进和发展的人工生物 处理设备。在它的基础上，出现了高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘和 生物接触氧化等。 近二三十年来， 又出现了一些新型的生物膜法处理技术，如生 物流化床，它是以砂、焦炭、活性炭等颗粒材料作为载体，其载体表面附着生长 着生物膜，充氧后的污水以一定流速自下而上流动使载处于流化状态，载体上的 生物膜可以充分地和污水接触，使净化效率提高， 它的工艺有空气流床、 纯氧流 动床、三相流化床和厌氧兼型流化床工艺等。 活性生物滤池是将生物滤池、 曝气池及二沉池结合为一体的新型污水处理工 艺， 它的特点是将生物滤池的部分出水回流汇同二沉池的回流污泥一起进入生物 滤池，用活性生物滤池处理生活污水和食品加工废水的试验结果表明：该系统具 有处理效果好、效率高、BOD容积负荷大、不发生污泥膨胀和耐冲击负荷等优点。 另外还有空气驱动的生物转盘、生物转盘和曝气池相结合、 藻类转盘等。 由于生 物膜法的生态环境与活性污泥法的不同，生物膜法生态系统中可以生长藻类、后 生动物等，甚至可以生长硝化菌及反硝化菌等，因此可以用来脱氮等。 4.7 厌氧生物处理法的新发展 厌氧生物处理法也有一百多年的历史，它是利用厌氧微生物在无氧的条件下 对有机物进行分解的技术。 由于处理效率低、 速度慢、且甲烷菌对环境要求严格 不易控制等缺点， 厌氧生物处理法长期以来一般仅用于污泥处理，它的主要工艺 是化粪池、 消化池等。 但是由于近年来能源危机及环境污染加重，厌氧生物处理 由于其产物具有能源物质而得到人们的重视，一大批新的厌氧生物处理法技术相 继诞生。 为了提高厌氧微生物的浓度， 有使厌氧微生物附着在载体表面的厌氧生物膜 处理方法如厌氧生物滤池、厌氧转盘、厌氧膨胀床、厌氧接触氧化、厌氧档板反 应器、厌氧流化床法， 以及象上流式厌氧污泥床反应器(UASB)依靠微生物之间凝 聚造粒而形成的自己固定法方法。还有人为地固定微生物包埋固定化法，它是人 为地把增殖速度缓慢的厌氧微生物高浓度地保持在处理系统中，提高处理速度、 缩小处理设备并可用于处理低浓度的有机污水。如日本本田等人1988 年采用包 埋固定厌氧微生物处理TOC为 150mg/L 的人工配水， TOC的去除率可达 95% 以 上。 在厌氧处理中，甲烷的增殖速度慢成为产气的决定步骤，因此为了保持甲 烷发酵中高浓度的微生物，出现了利用膜的固液分离法，如柏分等人1988 年利 用超滤膜 (UF)进行甲烷发酵试验，结果表明：提高了反应器内甲烷的浓度，TOC 的容积负荷为 2g/L ·日，其去除率可达 98.4%以上。厌氧生物处理法目前的发展 趋势是和其它生物处理方法联用，如厌氧好氧复合工艺等， 具有节约投资、 节 省能源、污泥产量少、 出水水质好等一系列优点。 厌氧生物处理法正朝着能处理 低浓度有机污水，能够脱磷脱氮且运行维护方便经济等方面发展。 4.8 小结 污水处理工艺的选择是建设城市污水处理设施的重要一环，是城市污水处理 厂建设的基础性工作之一。 选择合适的污水处理工艺， 将影响城市污水处理厂的 建设投资、管理运营的难易、运营成本、处理效果、社会效益和环境效益等诸方 面，是非常重要的工作。 5.设计相关技术的国内外现状 在世界各国， 水污染逐步受到高度重视。 起初，城市污水处理技术以生物滤 池为主。生物滤池运行稳定，但由于其占地面积过大、易产生灰蝇、臭味比较严 重等缺点， 以后逐渐被活性污泥所取代。与生物滤池相比， 活性污泥运行管理方 便，净化效果好，但是从整体工艺上看，存在工程投资高、运行费用高、能耗高 等不足。特别是 20 世纪 60 年代后，水体富营养化日益严重， 城市污水含有机物 外还含有氮、磷等营养物质，而传统活性污泥法不能满足脱氮、除磷的要求。因 此各国开发了许多改进型活性污泥工艺技术。如/A O法、 2 /AO法、氧化沟法、 SBR法等。 20 世纪 90 年代以来，新技术在我国广泛应用，但仍未改变“三高一低”的 问题。同时我国中小城市与大城市相比，发展缓慢，存在基础设施薄弱、经济实 力小、管理水平低等问题。因此，我国提出2010 年全国建制镇的污水处理率不 低于 50% ， 设市城市的污水处理率不低于60%， 重点城市的污水处理率不低于70% 的城市污水处理目标。 根据中小城市社会经济发展状况，进行污水处理工艺的技 术的综合评价，选出工艺先进可靠、经济高效、管理方便、适合其特点的污水处 理新技术，十分重要。 （1）关于活性污泥法 当前流行的二级处理工艺有：AB法、SBR法、氧化沟法、普通曝气法、 A/A/O法、A/O 法等，这几种工艺都是从活性污泥法派生出来的，且各有其特 点。 1)AB 法(Adsorption Biooxidation) 该法由德国 Bohuke 教授首先开发。该工艺对曝气池按高、低负荷分二级供 氧，A 级负荷高，曝气时间短， 产生污泥量大， 污泥负荷 2.5kgBOD/(kgMLSS·d) 以上，池容积负荷6kgBOD/(m 3·d)以上； B 级负荷低，污泥龄较长。 A 级与 B 级间设中间沉淀池。二级池子F/M(污染物量与微生物量之比)不同，形成不同的 微生物群体。 AB 法尽管有节能的优点，但不适合低浓度水质，A 级和 B 级亦可 分期建设。 2)SBR法(Sequencing Batch Reactor) SBR法早在 20 世纪初已开发，由于人工管理繁琐未予推广。此法集进水、 曝气、沉淀、出水在一座池子中完成， 常由四个或三个池子构成一组，轮流运转， 一池一池地间歇运行， 故称序批式活性污泥法。 现在又开发出一些连续进水连续 出水的改良性 SBR工艺，如 ICEAS法、CASS法、IDEA法等。这种一体化工艺的 特点是工艺简单，由于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及设备，一般情 况下不设调节池， 多数情况下可省去初沉池， 故节省占地和投资， 耐冲击负荷且 运行方式灵活， 可以从时间上安排曝气、 缺氧和厌氧的不同状态， 实现除磷脱氮 的目的。SBR法中曝气池兼具沉淀的作用，厌氧、好氧也在同一池进行。其运行 操作由流入、 反应、沉淀、排放、待机五个工序组成。 通过调节每个工序的时间， 可达到除磷脱氮的效果。 前处理 SBR反应器 过滤出水 | 污泥处置 该工艺具有很多优点：工艺系统组成简单，不设二沉池，无污泥回流设 备；耐冲击负荷，一般不用设置调节池；反映推动力大，易于得到优于连续流系 统的出水水质； 运行操作灵活， 通过适当调节各单元的状态可达到脱氮除磷的效 果；污泥沉淀性能好， SVI值较低，能有效的防治丝状菌膨胀；各项运行指标和 各操作阶段可通过计算机加以控制，便于自控运行，易于维护管理。 但因每个池子都需要设曝气和输配水系统，采用滗水器及控制系统， 间歇排 水水头损失大， 池容的利用率不理想， 因此，一般来说并不太适用于大规模的城 市污水处理厂。 3) A/A/O 法(Anaerobic AnoxicOxic) 由于对城市污水处理的出水有去除氮和磷的要求，故国内10 年前开发此厌 氧缺氧好氧组成的工艺。利用生物处理法脱氮除磷，可获得优质出水， 是一种深度二级处理工艺。A/A/O法的可同步除磷脱氮机制由两部分组成：一 是除磷，污水中的磷在厌氧状态下(DO12.5)，BOD/TKN 为 1.53.5，COD/TP 为 3060，BOD/TP 为 16 40(一般应 20)。若降低污泥浓度、压缩污泥龄、控制硝化，以去除磷、BOD5 和 COD为主，则可用 A/O 工艺。有的城市污水处理的出水不排入湖泊，利用大 水体深水排放或灌溉农田，可将脱氮除磷放在下一步改扩建时考虑，以节省近 期投资。 4)普通曝气法及其变法 本工艺出现最早，至今仍有较强的生命力。普曝法处理效果好，经验多，可 适应大的污水量， 对于大厂可集中建污泥消化池，所产生沼气可作能源利用。 传 统普曝法的不足之处是只能作为常规二级处理，不具备脱氮除磷功能。近几年 在工程实践中， 通过降低普通曝气池容积负荷，可以达到脱氮的目的； 在普曝池 前设置厌氧区，可以除磷，亦可用化学法除磷。采用普通曝气法去除BOD5，在 池型上有多种形式 (如下文所述的氧化沟 )，工程上称为普通曝气法的变法，亦可 统称为普通曝气法。 5) 氧化沟法 氧化沟是活性污泥法的一种变形，其池体狭长， 故称为氧化沟。 氧化沟有多 种构造型式，典型的有：A：卡罗塞式； B：奥巴尔型； C：交替工作式氧化沟； D： 曝气沉淀一体化氧化沟。 氧化沟技术已广泛应用于大中型城市污水处理厂， 其规模从每日几百立方米至几万立方米， 工艺日趋完善，其构造型式也越来越多。 氧化沟曝气效果较好，处理效果也很好，不但可以达到95% 以上的 BOD去除率， 还可同时达到部分脱氮除磷的目的。 （2）生物处理法的新进展 增加到也能处理合成洗涤剂、脱氮、脱磷及其它一些难降解的复杂有机物。 这也就必然要求人们改革工艺， 过去由于厌氧生物处理的效率不尽人意，处理时 间也较慢，所以未引起人们的重视，仅仅用来处理污泥或高浓度有机污水的预 处理，但现在由于能源紧张， 厌氧生物处理由于能产生能源物质甲烷而越来越 引起人们的青睐，由此也出现了许多新的工艺。 1) 活性污泥法的新发展 到目前为止，对活性污泥法在运行方式上还没有大的突破，往往所作的是 一些局部的改进，但在曝气方式上确取得了较大的成果，如纯氧曝气、深井曝 气、射流曝气，采用微气泡扩散器等，这些都增大了氧转移率、提高了氧的利 用率使曝气池中氧的浓度增加。如美日等国研制出的一种超微气泡扩散器，气 泡直径 50Lm， 氧吸收率达 90% ， Reid Engineering Company of Frederick shurg 等研制的氧化沟下表面曝气也是一种曝气方式的改进，把冲刷曝气 (Brush Aeration) 改进透平曝气 (Turbine Aeration) 避免了产生气溶胶、飞溅、 结冰等问题。活性污泥法的另一个发展趋势就是朝多功能方向发展，采用的方 法有： 培养驯化专用细菌， 使活性污泥处理对象不局限于生活污水，还可以处 理如酚一类难降解的有毒有机物，甚至驯化可以处理象氰一类有剧毒的无机物； 把活性污泥与其它处理方法结合起来，如活性炭活性污泥法，它实际上是一 种以活性污泥法形式的活性炭吸附、生物氧化法的综合处理法；固定活性污泥 法是提供微生物附着的表面，如合成纤维、塑料、细沙、粘土焦炭等，使曝气 池同时存在附着相和悬浮相的生物；这些都提高了活性污泥的净化效率，提高了 抗有毒物质等冲击负荷的能力，还具有脱色、脱氮、削减泡沫的效果，国外已 用于合成纤维、化工印染、炼油、炼焦等工业生产的污水。 处理；活性污泥法与厌氧工艺结合来脱氮、脱磷等，最典型的工艺是 A-O(anaerobic-oxic) 流程。 活性污泥法还可和化学法结合，提高净化多氯联苯、 有机磷的去除效果。 2) 生物膜处理法的新进展 生物膜法最早出现的工艺是1893年在英国出现的将污水喷撒在粗滤料上而 得以净化的普通生物滤池， 它是最早出现而至今仍在不断改进和发展的人工生物 处理设备。在它的基础上，出现了高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘和 生物接触氧化等。 近二三十年来， 又出现了一些新型的生物膜法处理技术，如生 物流化床，它是以砂、焦炭、活性炭等颗粒材料作为载体，其载体表面附着生长 着生物膜，充氧后的污水以一定流速自下而上流动使载处于流化状态，载体上的 生物膜可以充分地和污水接触，使净化效率提高， 它的工艺有空气流床、 纯氧流 动床、三相流化床和厌氧兼型流化床工艺等。活性生物滤池是将生物滤池、曝气 池及二沉池结合为一体的新型污水处理工艺，它的特点是将生物滤池的部分出水 回流汇同二沉池的回流污泥一起进入生物滤池，用活性生物滤池处理生活污水和 食品加工废水的试验结果表明：该系统具有处理效果好、效率高、BOD 容积负 荷大、不发生污泥膨胀和耐冲击负荷等优点。 另外还有空气驱动的生物转盘、生物转盘和曝气池相结合、 藻类转盘等。 由 于生物膜法的生态环境与活性污泥法的不同，生物膜法生态系统中可以生长藻 类、后生动物等，甚至可以生长硝化菌及反硝化菌等，因此可以用来脱氮等。 3) 厌氧生物处理法的新发展 厌氧生物处理法也有一百多年的历史，它是利用厌氧微生物在无氧的条件 下对有机物进行分解的技术。 由于处理效率低、 速度慢、 且甲烷菌对环境要求严 格不易控制等缺点，厌氧生物处理法长期以来一般仅用于污泥处理，它的主要 工艺是化粪池、 消化池等。 但是由于近年来能源危机及环境污染加重，厌氧生物 处理由于其产物具有能源物质而得到人们的重视，一大批新的厌氧生物处理法技 术相继诞生，为了提高厌氧微生物的浓度，有使厌氧微生物附着在载体表面的 厌氧生物膜处理方法如厌氧生物滤池、厌氧转盘、厌氧膨胀床、厌氧接触氧化、 厌氧档板反应器、 厌氧流化床法， 以及象上流式厌氧污泥床反应器(UASB) 依靠 微生物之间凝聚造粒而形成的自己固定法方法。还有人为地固定微生物包埋固定 化法， 它是人为地把增殖速度缓慢的厌氧微生物高浓度地保持在处理系统中， 提高处理速度、 缩小处理设备并可用于处理低浓度的有机污水。如日本本田等人 1988 年采用包埋固定厌氧微生物处理TOC 为 150mg/L 的人工配水，TOC 的 去除率可达 95% 以上。 在厌氧处理中， 甲烷的增殖速度慢成为产气的决定步骤， 因此为了保持甲烷发酵中高浓度的微生物，出现了利用膜的固液分离法，如柏 分等人 1988 年利用超滤膜 (UF) 进行甲烷发酵试验，结果表明：提高了反应器 内甲烷的浓度，TOC 的容积负荷为2g/L 日，其去除率可达98.4%以上。厌氧 生物处理法目前的发展趋势是和其它生物处理方法联用，如厌氧好氧复合工 艺等， 具有节约投资、节省能源、污泥产量少、出水水质好等一系列优点。厌 氧生物处理法正朝着能处理低浓度有机污水，能够脱磷脱氮且运行维护方便经济 等方面发展。 （3）活性污泥工艺的发展趋势 通过几十年的研究与实践， 活性污泥工艺已经成为一种比较完善的工艺。在 池形、运行方式、曝气方式、载体等方面已经很难有较大的发展。用常规手段也 已经很难在生物学方面有所突破。 有学者认为该工艺未来两个大的方向是膜分离 技术和分子生物学技术的应用。 1) 膜分离技术的应用 用膜分离代替沉淀进行泥水分离，可带来活性污泥工艺的以下变化： 不再存在污泥膨胀问题。 在调控活性污泥系统时， 不必再考虑污泥的沉降 性能问题，从而使工艺控制大大简化； 曝气池的污泥浓度将大大提高(可以大于20000/ )从而使 系统可在超大泥龄、超低负荷状态下运行，充分满足去除各种污染物质的需要； 在同样的处理要求下， 可使曝气池容积大大减小， 节省处理厂的占地面积； 污泥浓度的提高， 将要求较高的曝气速率， 因而纯氧曝气将随着膜分离而 被大量采用。 虽然膜分离目前还存在易堵塞等方面的问题，但这些问题正逐步得到解决。 实际上，目前已有一批膜分离活性污泥系统在运行。 2)分子生物技术的应用 目前分子生物技术已开始应用于污水处理领域。为搞清聚磷菌除磷的生化机 理，已开始用分子诊断技术获取聚磷菌的遗传信息。现在从活性污泥中已发现的 30 多种丝状菌中，只有4 种准确命名及生物分类学定位，因为这些丝状菌大部 分无法进行分离纯培养。目前正用分子诊断技术进行这些丝状菌的生物学定位， 以进一步准确了解其特性。 分子诊断技术的大量应用， 活性污泥微生物基因库的建立， 在此基础上用基 因技术培育具有高效活性的污泥菌种， 进一步提高处理效果， 是未来发展的方向。 二、设计方案及技术路线 1.城市污水处理概述 城市污水是目前江河湖泊水域污染的重要原因，是制约许多城市可持续发展 的主要原因之一。 目前，我国正处于城市污水处理事业的大发展时期，尤其随着 国家西部大开发战略的实施，中国中西部环境与生态保护已被提上首要议事日 程。 城市生活污水处理自200 年前工业革命以来， 越来越受到人们的重视。 城市 污水处理率已成为一个地区文明与否的一个重要标志。近 200 年来，城市污水处 理已从原始的自然处理、 简单的一级处理发展到利用各种先进技术、深度处理污 水，并回用。处理工艺也从传统活性污泥法、氧化沟工艺发展到A/O、A2/O、 AB、SBR （包括 CCAS工艺）等多种工艺，以达到不同的出水要求。我国城市污 水处理相对于国外发达国家、起步较晚，目前城市污水处理率只有6.7%。在我 们大力引起国外先进技术、 设备和经验的同时， 必须结合我国发展， 尤其是当地 实际情况，探索适合我国实际的城市污水处理系统。 结合我国实际情况， 参考国外先进技术和经验， 建设城市污水处理厂应符合 以下几个发展方向： （1）总投资省。我国是一个发展中国家，经济发展所需资金非常庞大，因 此严格控制总投资对国民经济大有益处。 （2）运行费用低。运行费用是污水处理厂能否正常运行的重要因素，是评 判一套工艺优劣的主要指标之一。 （3）占地省。我国人口众多，人均土地资源极其紧缺。土地资源是我国许 多城市发展和规划的一个重要因素。 （4）脱氮除磷效果好。随着我国大面积水体环境的富营养化，污水的脱氮 除磷已经成为一个迫切的问题。我国最新实施的国家 污水综合排放标准 也明 确规定了适用于所有排污单位， 非常严格地规定了磷酸盐排放标准和氨氮排放标 准。这就意味着今后绝大多数城市污水处理厂都要考虑脱氮除磷的问题。 2.常用城市污水生物处理技术 污水处理所采用的工艺技术是污水处理厂的核心部分，与进水水质、 出水要 求、处理量、投资大小等等因素密切相关。 由于城市污水的主要污染物是有机物， 因此目前国内外大多采用生物处理技术处理城市污水，主要有活性污泥法和生物 膜法两大类。其中，生物膜法由于处理效率不高，卫生条件较差，我国只有少数 几座生物膜法城市污水处理厂； 而活性污泥法污水处理厂占绝大多数，其中使用 最广泛的主要有四种类型：传统活性污泥工艺和其改进型工艺；AB 工艺； SBR及其改进工艺；氧化沟及其改进工艺。 1.AB 法工艺 AB 法是吸附生物降解法的简称，是联邦德国亚琛大学BBohnke 教授于 20 世纪 70 年代中期，在传统两段活性污泥法和高负荷活性污泥法基础上开发的 一种新工艺，属超高负荷活性污泥法，在技术上有所突破。 该工艺不设初沉池，由污泥负荷较高的A 段和污泥负荷较低的B 段串联组 成，并分别有独立的污泥回流系统。该工艺从80 年代开始应用于生产实践，由 于具有技术成熟、处理高浓度生活污水效果好，出水稳定、水质高的特点，越来 越受到污水处理界的青睐。但A/B 法也存在污泥量大、构筑物及设备较多，运 行管理复杂， 脱氮除磷效果不理想的缺点。 青岛海泊河 812 万