【文章內(nèi)容簡介】 ～ 11m，地質(zhì)狀況良好，土地承載力為 12t/m2。處理后的污水排入 D河。該城市河段水流量按 90％保證率，月均流量為 m3/s，枯水期流量為 ，流速為 ，平均水深 。河水平均水位是 ，地面標高為 。 工程建設的必要性和工程內(nèi)容 工程建設的必要性 建國以來，由于受國情的限制及人們的環(huán)保意識落后的影響，建國初期污水處理沒有形成行業(yè)，到 1984年才開始緩慢發(fā)展，到 2021年年底，我國累 計建成污水處理廠數(shù)量和日污水處理總能力較 2021年的水平分別增長了 120%和 75%。即使這樣還有大多數(shù)污水處理廠達不到設計能力，更有甚者由于種種原因停產(chǎn)的。而且我國至今還有 65%的縣城污水處理處在空白，絕大部分的鄉(xiāng)鎮(zhèn)沒有任何污水處理設施。可見我國污水處理基礎差、水平低。 隨著我國人民環(huán)保意識的提高，人們對污水處理提出了更高的要求。我國環(huán)保法規(guī)定了各種污水的排放標準，禁止超標準排放。這一要求意味著不僅要求新建項目的污水必須達標排放，而且要求多年積累的超標準排放的污水也必須在短時間內(nèi)達標排放，這從污水處理的數(shù)量 上提出了更高的要求。 另外，由于我國水資源匱乏，不少地方要求污水處理必須達到回用標準，實現(xiàn)污水處理資源化，這就從污水處理的質(zhì)量上提出更高要求。 工程內(nèi)容 （ 1）根據(jù)水量水質(zhì)條件和設計資料，設計二級污水處理廠一座。建議該污水處理廠20210m3 / d城市污水處理工程設計 第 6 頁 共 51 頁 生物處理工藝采用氧化溝技術，處理水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（ GB189182021）中的一級標準（ B）排放要求。 （ 2）完成一套完整的設計應包括：污水水量的計算；設計方案對比論證；污水、污泥處理工藝流程確定；污水、污泥處理單元構筑物的詳細設計計算，并配相應 的圖；廠區(qū)總平面布置說明；污水廠環(huán)境保護方案；污水處理工程建設的技術經(jīng)濟初步分析等。 （ 3）完成初步設計圖紙 5 張：污水處理廠總平面布置圖；污水處理廠管線布置圖；污水、污泥處理系統(tǒng)高程布置圖；施工設計圖紙 2張以上（以氧化溝為主體）。 2 污水處理廠設計 污水處理廠規(guī)模和處理程度的確定 污水處理廠規(guī)模 （ 1）該城市位于我國江蘇省，污水處理廠服務面積內(nèi)城市規(guī)劃人口為 20萬。 （ 2）該污水廠接納的工業(yè)廢水平均日流量為 20210m3。 （ 3）該污水廠接納的生活污水量平均日流量為 20210m3。 （ 4）城市污水日處理量為 20210m3。 設計進出水水質(zhì) 根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（ GB189182021）規(guī)定城鎮(zhèn)污水處理廠出水排入 GB3838地表水 Ⅲ 類功能水域（劃定的飲用水水源保護區(qū)和游泳區(qū)除外）、 GB3097海水二類功能水域和湖、庫等封閉或半封閉水域時，執(zhí)行一級標準，本設計確定出水達到一級 B標準。出水水質(zhì)及去除率，具體標準見下表。 表 21 污水進水水質(zhì)及去除率 污水處理廠方案的確定 序號 基本控制項目 一級標準（ B） 進水水質(zhì) 去除率 1 COD 60 % 2 BOD 20 % 3 TSS 20 % 4 TN 20 62% 5 氨氮 8 % 6 TP 1 % 7 pH 6～ 9 7～ 8 第 7 頁 共 51 頁 污水處理，就是采用一定的處理方法和流程將污水中所含的污染物質(zhì)減少或分離出去，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害和穩(wěn)定的物質(zhì)，以使污水得到凈化達到恢復其原來性狀或使用功能的過程?，F(xiàn)代污水處理技術按其作用機理可分為三類，即物理處理法、化學處理法和生物處理法。 （ 1）物理處理法：此法系通過物理作用，分離、回收污水中呈懸浮狀態(tài)的污染物質(zhì)，在處理過程中不改變污染物的化學性質(zhì)。 （ 2）化學處理法：此法系通過化學反應和傳質(zhì)作用，來分離、回收污水中呈溶解、膠體狀態(tài)的污染物質(zhì)，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為無害物質(zhì)。 （ 3）生物處理法：此法系通過水微生物的代謝作用，使污水中呈溶解狀態(tài)、膠體狀態(tài)以及某些不溶解的有機甚至無機污染物質(zhì)，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無害的物質(zhì)，從而使污水得到凈化。此法也稱生化法，即生物化學處理法。一般認為，污水的可生化指標（ BOD/COD）大于 。 該污水處理 廠正是使用的生物處理法。 確定污水處理方案的原則 （ 1）采用生物處理法， 從而使污水得到凈化； （ 2）污水廠的處理構筑物要求占地面積小，投資少，且便于科學管理；安全可靠，保證一定的出水水質(zhì)； （ 3） 污泥處理要求為：減少有機物，使污泥穩(wěn)定化；減少污泥體積，降低污泥后續(xù)處置費用；減少污泥中有毒物質(zhì)；利用污泥中有用物質(zhì)，化害為利；應選用生物脫氮除磷工藝，故應避免磷的二次污染； （ 4）應該采用成熟可靠的工藝流程和處理構筑物。 最佳的處理方案要體現(xiàn)以下優(yōu)點： （ 1）出水水質(zhì)穩(wěn)定﹑可靠﹑衛(wèi)生安全； （ 2）抗水 質(zhì)﹑水量變化能力強； （ 3）污泥處理與處置簡單； （ 4）建設費和維護管理費低； （ 5）維護管理簡單方便； （ 6）必要時可與深度處理工藝進行組合。 污水處理方案的比選 按《城市污水處理和污染防治技術政策》要求推薦，在對氮、磷污染物有控制要求的20210m3 / d城市污水處理工程設計 第 8 頁 共 51 頁 地區(qū)，日處理能力在 10萬立方米以上的污水處理設施，一般選用 A/O法、 A/A/O法等技術。也可審慎選用其他的同效技術。日處理能力在 10萬立方米以下的污水處理設施，除采用 A/O法、 A/A/O法外，也可選用具有除磷脫氮效果的氧化溝法、 SBR法、水解好氧法和生物濾池法 等。必要時也可選用物化方法強化除磷效果。 在上述各種除磷脫氮工藝中，對中小污水廠來講，比較有發(fā)展前途的工藝是 SBR工藝、氧化溝工藝。因為這兩種工藝一般都不設初沉地， SBR工藝和合建式氧化溝工藝也不需要二沉池、污泥回流設施，因此，水、泥處理流程大為簡化，可以達到占地少、能耗低、投資省。運行管理方便的目的，符合當前污水處理工藝合建、簡化發(fā)展的總趨勢。采用延時曝氣的 SBR工藝和氧化溝工藝產(chǎn)生的剩余污泥已經(jīng)基本達到好氧穩(wěn)定，剩余污泥經(jīng)過濃縮脫水后就可以直接應用于農(nóng)田、填埋或者焚燒，不需要搞污泥消化，因此建設、運轉(zhuǎn)的 費用大為減少，這一點對中小城鎮(zhèn)污水廠來說，是非常有吸引力的。 表 22 氧化溝法與 SBR法比較 名稱 優(yōu)點 缺點 氧 化 溝 （ 1）處理流程簡單，構筑物少，基建費用較?。? （ 2）處理效果好，有較穩(wěn)定的脫氮除磷功能； （ 3）對高濃度的廢水有很大的稀釋能力； （ 4）有抗沖擊負荷的能力； （ 5）能處理不易降解的有機物，污泥生成少； （ 6）技術先進成熟，管理維護較簡單； （ 7）國內(nèi)工程實例多，容易獲得工程管理經(jīng)驗。 （ 1）處理構筑物較多； （ 2）回流污泥溶解氧較高，對除磷有一定的影響； （ 3）容積及設備利用率 不高。 SBR （ 1）其脫氮除磷的厭氧、缺氧和好氧不是由空間劃分，而是用時間控制的； （ 2）不需要回流污泥和回流混液，不設專門的二沉池，構筑物少； （ 3）地面積少。 （ 1）容積及設備利用率較低； （ 2）操作、管理、維護較復雜； （ 3）自控程度高，對工人素質(zhì)要求較高； （ 4）國內(nèi)工程實例少； （ 5）脫氮除磷功能一般。 綜上所述，任何一種方法，都能達到降磷脫氮的效果，且出水水質(zhì)良好，但相對而言，SBR法一次性投資較少，占地面積較大，且后期運行費用高于氧化溝，氧化溝雖然一次性投資較大，但占地面積也不少， 耗電量低，運行費用較低和運行管理各個方面都優(yōu)于其他處理方法。因此，采用氧化溝為本設計的工藝方案。 目前應用較為廣泛的氧化溝類型包括：帕斯維爾（ Pasveer）氧化溝、卡魯塞爾（ Carrousel）氧化溝 、奧貝爾（ Orbal）氧化溝、 T型氧化溝（三溝式氧化溝）、 DE 型氧化溝和一體化氧化溝。這些氧化溝由于在結構和運行上存在差異，因此各具特點。 第 9 頁 共 51 頁 在污水脫氮除磷的工藝設計中必須具備厭氧、缺氧、好氧 3個基本條件，但 是在實施過程中由于所需的處理構筑物多、污泥回流量大，從而造成投資大、能耗多 、運行管理復雜。而卡魯塞爾氧化溝將厭氧、缺氧、好氧過程集中在一個池內(nèi)完成，各部分用隔墻分開自成體系，但彼此又有聯(lián)系。該工藝充分利用污水在氧化溝內(nèi)循環(huán)流動的特性，把好氧區(qū)和缺氧區(qū)有機結合起來，實現(xiàn)無動力回流，節(jié)省了去除硝酸鹽及氮所需混合液回流的能量消耗。 Carrousel 氧化溝由于具有良好的出磷脫氮能力、抗沖擊負荷能力和運行管理方便等優(yōu)點，已經(jīng)得到了廣泛的應用。所以這里我們也將選擇卡魯塞爾氧化溝作為生物處理工藝。 Orbal氧化溝，即 ―0、 2‖工藝，由內(nèi)到外分別形成厭氧、缺氧、和好氧三個區(qū)域，采用轉(zhuǎn)碟曝氣 。由于從內(nèi)溝 (好氧區(qū) )到中溝 (缺氧區(qū) )之間沒有回流設施，所以總的脫氮效率較差。在厭氧區(qū)采用表面攪拌設備，不可避免的帶入相當數(shù)量的溶解氧，使得除磷效率較差。 三溝式氧化溝屬于交替運行式氧化溝，由丹麥 Kruger 公司創(chuàng)建。由三條同容積的溝槽串聯(lián)組成，兩側的池子交替作為曝氣池和沉淀池，中間的池子一直作 為曝氣池。原污水交替地進入兩側的池子，處理出水則相應地從作為沉淀池的池中流出，這樣提高了曝氣轉(zhuǎn)刷的利用率（達 59%左右），另外也有利于生物脫氮。三溝式氧化溝流程簡潔，具有生物脫氮功能，由于無專門的厭氧區(qū)，因此，生物 除磷效果差，而且由于交替運行，總的容積利用率低，約為 55%，設備總數(shù)量多，利用率低。 Carrousel 氧化溝的結構如下圖示。 圖 21 Carrousel 氧化溝 2021系統(tǒng)平面布置圖 由圖 1可見， Carrousel 氧化溝使用定向控制的曝氣和攪動裝置，向混合液傳遞水 珠 的水力學流態(tài)，既有完全混合式反應器的特點，又有推流式反應器的特點，溝內(nèi)存在明顯的溶解氧濃度梯度。氧化溝斷面為矩形或梯形，平面形狀多為橢圓形，溝內(nèi)水深一般為 ～，寬深比為 2:1，亦有水深達 7m的，溝中水流平均速度為 。氧化 溝曝氣混合設備有表面曝氣機、曝氣轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤、射流曝氣器、導管式曝氣器和提升管式曝氣機等，20210m3 / d城市污水處理工程設計 第 10 頁 共 51 頁 近年來配合使用的還有水下推動器。 設計方案的確定 表 23 奧貝爾氧化溝和卡魯塞爾氧化溝的比較 Carrousel 氧化溝處理污水的原理：普通的 Carrousel 氧化溝的工藝中污水直接與回流污泥一起進入氧化溝系統(tǒng)。表面曝氣機使混合液中溶解氧 DO的濃度增加到大約 2～ 3mg/L。在這種充分摻氧的條件下，微生物得到足夠的溶解氧來去除 BOD；同時，氨也被氧化成硝酸鹽和亞硝酸鹽，此時，混合液處于有氧狀態(tài)。在曝氣機下游，水流由曝氣區(qū)的湍流狀態(tài)變成之后的平流狀態(tài)，水流維持在最小流速，保證活性污泥處于懸浮狀態(tài)（平均流速 ）。微生物的氧化過程消耗了水中溶解氧，直到 DO 值降為零，混合液呈缺氧狀態(tài)。經(jīng)過缺氧區(qū)的反硝化作用，混 合液進入有氧區(qū)，完成一次循環(huán)。 為了取得更好的除磷脫氮的效果， Carrousel 2021系統(tǒng)在普通 Carrousel 氧化溝前增加了一個厭氧區(qū)和絕氧區(qū)（又稱前反硝化區(qū)）。全部回流污泥和 1030%的污水進入?yún)捬鯀^(qū)，可將回流污泥中的殘留硝酸氮在缺氧和 1030%碳源條件下完成反硝化，為以后的絕氧池創(chuàng)造絕氧條件。同時，厭氧區(qū)中的兼性細菌將可溶性 BOD轉(zhuǎn)化成 VFA，聚磷菌獲得 VFA將其同化成 PHB，所需能量來源于聚磷的水解并導致磷酸鹽的釋放。厭氧區(qū)出水進入內(nèi)部安裝有攪拌器的絕氧區(qū)，所謂絕氧就是池內(nèi)混合液既無分子氧 ，也無化合物氧（硝酸根），在此絕氧環(huán)境下， 7090%的污水可提供足夠的碳源，使聚磷菌能充分釋磷。絕氧區(qū)后接普通Carrousel 氧化溝系統(tǒng)，進一步完成去除 BOD、脫氮和除磷。最后，混合液在氧化溝富氧區(qū)排出，在富氧環(huán)境下聚磷菌過量吸磷，將磷從水中轉(zhuǎn)移到污泥中，隨剩余污泥排出系統(tǒng)。名稱 性能特點 結構形式 曝氣設備 適用條件 奧貝爾氧化溝 ，脫氧率高，同時消化反消化 ，比其他任何氧化溝系統(tǒng)在運行時需要的動力都小 ，總圖布置困難 三個或多個溝道，相互連通 水 平軸曝氣轉(zhuǎn)盤（轉(zhuǎn)碟）可進行多個組合 出水較高的大中型污水處理廠 卡魯塞爾氧化溝 ，由于存在明顯的富氧區(qū)和缺氧區(qū)，脫氮效率高 ，調(diào)節(jié)性能好，并且曝氣設備數(shù)量少，既可節(jié)省投資，又可使運行管理簡化 ，使占地面積減少，土建費用降低 ，設備效率一般 ，維修和更換繁瑣 多溝串聯(lián) 立式低速表曝機，每組溝渠只在一端安設一個表面曝氣機 大中型污水處理廠，特別是用地緊張的大型污水處理廠 第 11 頁 共 51 頁 這樣，在 Carrousel 2021系統(tǒng)內(nèi)，較好的同時完成了去除 BOD、 COD和脫氮除磷。 Carrousel 氧化溝占地面積小，土建費用低。同時還具有極強的混合攪拌和耐沖擊負荷能力。 所以采用 Carrousel 氧化溝 工藝。 工藝流程 見圖 22。 圖 22 污水廠處理工藝流程圖