老刘

毕业论文（设计）题目 选题类型 学 院 指导教师 姓 名 应用型 资源环境学院 张小洪 刘进鑫 年 级 成都市三瓦窑污水处理厂一期工程改进设计 课题来源 专 业 职 称 2010级 自选 环境工程 教授 学 号 20104432 1．选题的背景及意义 三瓦窑污水处理厂位于成都市南郊府河畔。 成都市区地势西北高东南低，规划分5个排水区域，其中第二排水区域的污水通过直径DN 2200 mm的钢筋混凝土总干管汇入三瓦窑污水处理厂，服务面积约5800 公顷。三瓦窑污水处理厂总处理能力为40 万m3 /d，污水量总变化系数为1. 3，生活污水占70%，工业污水占30%。 一期工程采用鼓风曝气式活性污泥法二级生化处理工艺，一期简称CAS 工艺。具体工艺流程如图1( a) 所示。 2011年全国废水排放总量659.2亿吨。其中，工业废水排放量230.9亿吨，城镇生活污水排放量427.9亿吨。废水中化学需氧量（COD）排放量2 499.9万吨，其中工业源化学需氧量排放量为354.8万吨，农业源化学需氧量排放量为1 186.1万吨，城镇生活化学需氧量排放量为938.8万吨。废水中氨氮排放量260.4万吨，其中工业源氨氮排放量为28.1万吨，农业源氨氮排放量为82.7万吨，城镇生活氨氮排放量为147.7万吨[1]。全国发展改革系统资源节约和环境保护工作会议对发展 1 / 12

节能环保产业，加快培育新的增长点提出了三点要求：一是落实节能环保产业发展规划。二是扶持节能服务产业发展。三是推进环保产业发展[2]。然而随着成都经济的迅速发展和人们生活水平的提高，城市污水处理的负荷在不断升高，而鼓风曝气式活性污泥法工艺运行存在主要问题是：一池内流态成推流式，首端有机污染物负荷高，耗氧速率高；二污水和回流污泥进入曝气池后，不能立即与整个曝气池混合溶液充分混合，容易受冲击负荷影响，适应水质、水量变化能力差；三混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的，而充氧设备而通常沿池是均匀布置的，这样会出现前半段供氧不足，后半段供氧超过需要的现象[3]。 城市污水处理工艺，应因地制宜采用多种形式，要根据城市污水的利用或排放去向同时考虑水体的自然净化以及污水在利用过程中的净化作用。确定废水的处理程度及相应的处理工艺。处理后的污水，无论用于工业、农业或外排，均应符合国家规定标准。 2．设计基础资料 2.1设计水量 三瓦窑污水处理厂总处理能力为40 万m3 /d，污水量总变化系数为1. 3，生活污水占70%，工业污水占30%。一期工程规模为10 万m3 /d，二期工程规模为30 万m3 /d。污水经处理后排入府河，排放标准采用GB18918-2002 二级标准。 2.2设计水质 成都是四川省的最发达城市，并无排出工业污水的大型工厂。生活污水比重较大，污水水质经加权平均CODCr为400mg/L，响应BOD5约为150 mg/L。规划工业区原则上布置污染较小的工业，但具体工业种类难以预料，因此，工业废水的水质也难以确定。生活污水水质属一般浓度。人类生活污水主要是粪便和洗涤污水。生活污水中含有大量有机物，如纤维素、淀粉、糖类和脂肪蛋白质等；也常含有病原菌、病毒和寄生虫卵；无机盐类的氯化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐和钠、钾、钙、镁等。总的特点是含氮、含硫和含磷高,在厌氧细菌作用下，易生恶臭物质 综合考虑该镇的特点，参比相关城市的污水水质，确定污水处理厂进水水质如下表。 表1 三瓦窑污水处理厂进水水质表 BOD5 200mg/L 2.3处理目标 污水排放执行《污水综合排放标准》（GB8978—1996）一级污水排放标准，即 表2 《污水综合排放标准》（GB8978—1996）一级污水排放标准表 BOD5 ≤20 mg/L SS ≤20 mg/L NH4-N ≤15 mg/L 2 / 12

SS 260mg/L NH4-N 30mg/L CODCr 400mg/L 总磷 ≤0.5 mg/L 3．改进依据及原则 3.1设计依据 需要参考的设计指南、规范和设计手册如下: (1)《室外排水设计规范》（GB50014-2006） (2)《地表水环境质量标准》（GB3838-2002） (3)《污水综合排放标准》（GB8978-1999） (4)《城市污水处理厂污水污泥排放标准》(GJ3025-93) 3.2设计原则 污水处理工程设计过程中应遵从下列原则： (1)污水处理工艺技术方案，在达到治理要求的前提下应优先选择基建投资和运行费用少、运行管理简便的先进的工艺。 (2)所用污水、污泥处理技术和其他技术不仅要求先进，更要求成熟可靠。 (3)污泥及浮渣处理应尽量完善，消除二次污染；尽量减少工程占地。 4．方案的比选 目前，国内外城市污水处理厂处理工艺大都采用一级处理和二级处理。一级处理是采用物理方法，主要通过格栅拦截、沉淀等手段去除废水中大块悬浮物和砂粒等物质。这一处理工艺在原来的设计中已到位，不用改进。二级处理则是采用生化方法，主要通过微生物的生命运动等手段来去除废水中的悬浮性，溶解性有机物以及氮、磷等营养盐。目前，这一处理工艺有多种方法，归结起来，有代表性的工艺主要有传统活性污泥、氧化沟、A/O或A2/O工艺、SBR工艺等。目前，在成都市三瓦窑污水处理厂一期工程中用的是采用传统活性污泥法，简称CAS 工艺。 按《城市污水处理及污染防治技术政策》[4]要求推荐，20万m³/d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺，10-20万m³/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。 由于三瓦窑污水处理厂总处理能力为40 万m3 /d，污水量总变化系数为1. 3，生活污水占70%，工业污水占30%。一期工程规模为10 万m3 /d，二期工程规模为30 万m3 /d。故应采用二级处理，可供选取的工艺：A2/O工艺，一体化氧化沟工艺，SBR及其改良工艺。 4.1 A/O处理工艺 A2/O处理工艺是Anaerobic－Anoxic－Oxic的英文缩写，它是厌氧－缺氧－好氧生物脱氮除磷工艺的简称，A/O工艺是在厌氧－好氧除磷工艺的基础上开发出来的，该工艺同时具有脱氮除磷的功能。[5] 4.1.1A2/O处理工艺主要优点是： [6] 3 / 12

22（1）工艺为最简单的同步脱氮除磷工艺 ，总的水力停留时间，总占地面积少于其它的工艺 。 （2）在厌氧的好氧交替运行条件下，丝状菌得不到大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100。 （3）污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。 （4）运行中勿需投药，两个A段只用轻缓搅拌，以不啬溶解氧浓度，运行费低。 4.1.2A/O处理工艺主要缺点是：2[7] （1）除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD值高时更是如此 。 （2）脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高，否则增加运行费用。 （3）对沉淀池要保持一定的浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现，但溶解 浓度也不宜过高。以防止循环混合液对缺反应器的干扰。 4.2一体化氧化沟 一体化氧化沟又称合建式氧化沟，集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能于一体，无需建造单独的二沉池。[8] 4.2.1氧化沟主要优点是：[9] （1）工艺流程短，构筑物和设备少，不设初沉池、调节池，污泥自动回流，投资省，能耗低，占地少，管理简便。 （2）处理效果稳定可靠，其BOD5和SS去除率均在90％-95％或更高。COD得去除率也在85％以上，并且硝化和脱氮作用明显。 （3）产生得剩余污泥量少，污泥不需消化，性质稳定，易脱水，不会带来二次污染。 （4）造价低，建造快，设备事故率低，运行管理费用少。 （5）固液分离效率比一般二沉池高，池容小，能使整个系统再较大得流量和浓度范围内稳定运行。 （6）污泥回流及时，减少污泥膨胀的可能。 4.2.2化沟主要缺点是： 氧化沟的主要缺点是占地面积大，自动化程度要求高，水力驱动能耗高。 4.3SBR工艺 SBR是一种间歇式的活性泥泥系统，其基本特征是在一个反应池内完成污水的生化反应、固液分离、排水、排泥。可通过双池或多池组合运行实现连续进出水。SBR通过对反应池曝气量和溶解氧的控制而实现不同的处理目标，具有很大的灵活性。 SBR池通常每个周期运行4-6小时，当出现雨水高峰流量时，SBR系统就从正常循环自动切换至雨水运行模式，通过调整其循环周期，以适应来水量的变化。SBR系统通常能够承受3-5倍旱流量的冲击负荷。 4.3.1SBR工艺 的主要优点是:[11] （1）工艺流程简单，SBR池集曝气、沉淀于一体，池子较深，故节省占地:而且整体结构简单， 4 / 12

[9]无需复杂的管线输送，构筑物数量少。 （2）具有完全混合式和推流式曝气池的双重优势，对水量、水质具有较强的抗冲击负荷能力，处理效果稳定;SVI值低、沉降性能好，具有抑制丝状菌生长的特性:理想静止沉淀，泥水分离效果好。 （3）可脱氮除磷，通过调节曝气和间歇时间，使污水在反应池中交替处于好氧、缺氧和厌氧条件，这样可以方便地脱氮除磷;同时这种环境条件的不断变化也可以有效地抑制丝状菌的生长。 4.3.2SBR工艺的主要缺点是: （1）反应池的进水、曝气、排水、排泥变化频繁，且必须按时操作，人工管理几乎不可能只有靠自动化控制，因此要求设备仪表可靠性高。 （2）由于自动化水平高，要求管理人员有较高的技术水平，而国内目前还比较缺乏这方面的运行管理经验，故操作人员需要经过严格培训。 （4）SBR工艺由于不设专门的沉淀池，用交替工作的曝气池代替沉淀，就不可能象专门的沉淀池那要根据不同的使用条件从水力负荷、池体结构、配水和集水系统以及排泥机械等方面进行全面的优化设计和选择，同时池内除渣条件较差，卫生观感亦较差。 4.3厌氧折流板反应器(ABR) 厌氧折流板反应器(Anaerobic Baffled Reactor简称ABR)一种高效新型的厌氧污水生物技术。目前已经高浓度有机废水处理等方面得到越来越多的研究和运用。在处理废水时，其上流室的功能相当于一个UASB，其中有大量的沉降性能良好的活性污泥，所以运行时就像若干个UASB反应器的串联。ABR可在一个反应器内实现一体化的两相或多相处理过程。ABR反应器在低水力停留时间下仍能达到较高的去除效果。 4.3.1厌氧折流板反应器优点： （1）该反应器具有结构简单、经济合理、水力条件好、抗冲击负荷、造价低廉等诸多优点； （2）污泥截留能力强、稳定性高，不需载体，可避免厌氧滤池、厌氧膨胀床和厌氧流化床的堵塞问题； （3）启动时间短 4.3.2ABR缺点： （1）为了保证一定的水流和产气上升速度，ABR不能太深； （2）进水如何均匀分布是一个问题； （3）ABR的第一隔室不得不承受远大于平均负荷的局部负荷，这对运行不利 5.3上流式厌氧污泥床反应器(UASB) UASB反应器结构紧凑、简单、无需搅拌、负荷能力高，因此广受青睐。废水UASB反应器由三个功能区构成，即底部的布水区、中部的反应区、顶部的三相分离区，其中反应区为UASB反应器的主体。其关键技术在于布水器和气液固三相分离器的设计。布水区的功能是将待处理的废水均匀地分布在反应区的横断面上；反应区包括污泥床区和悬浮区，污泥床区位于反应器的最底部， 5 / 12

其悬浮物质浓度可高达6080g/L，具有良好的沉降性能和凝降性能；顶部的三相分离区首先将气体分离进入气室，由管道排除，固液混合体进入三相分离区，失去气泡搅动作用的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，在重力作用下，沉淀至反应区，从而使反应器内保持有足够的生物量。 5.3.1UASB的优点：①UASB的强化传质功能和高污泥浓度可在短时间内有高的有机物去除效果良好，②较传统厌氧硝化池其最大优势是负荷能力高、水力停留时间短、占地小。 5.3.2UASB的缺点：①反应器内有短流的现象，影响处理能力，其要求污水中SS不能过高。②运行启动时间长，是ABR的两倍，对水质和负荷突变敏感。 5．设计方案 本项目污水处理的特点：（1）污水以有机污染物为主，BOD/COD=0.51，可生化性较好，由于污水中工业污水比重不大；（2）污水处理量较大10万m³/d，其中生活污水约占总水量的70%，工业污水约占总水量的30%，且随着经济的发展污水排放量还可能进一步增加。 5.1污水处理方案 针对以上特点，以及出水要求，结合现有城镇污水处理技术的特点，以采用生化处理最为经济。由于氨氮超标，污水中磷不会超标，且工业水质难以确定。根据处理规模（2.5万吨/天），进水水质，出水质要求（国家《污水综合排放标准》〈GB8978—1996〉中一级标准），污水处理厂既要求有效地去除BOD5，又要求对污水中的氮进行适当处理，防止城市附近水源富营养化，以及该工程的造价与运行费用，当地的自然条件（包括地形、气候、水资源），污水水量及其变化动态，运行管理与施工，并参考典型的工艺流程和各种生物处理法的优缺点及使用条件。对三种工艺的对比如下。 根据处理工艺、规模及城市经济类型，在全国范围内筛选出38家具有代表性的城市污水处理厂，调研范围涉及8个省份(四川、山东、福建、江苏、河北、河南、陕西、甘肃)和3个直辖市(重庆、上海、北京)。 下表为各调研污水处理厂建设投资和占地面积的统计结果。[12] 表4 污水处理厂建设投资和占地面积的统计结果表 处理工艺 设计规模/(104m3·d-1) 一体化氧化沟 三沟式氧化沟 1．5—8．0 1．0～15．O 吨水投资/（元·m-3） 745．43 915．00 1190．44 1 125．00 1408.00 1 058．88 6 / 12

吨水占地/（m2·m-3） 0．83 0．67 1．26 1．25 1．05 0．94 备注 7厂平均值 3厂平均值 1厂 l厂 l厂 6厂平均值 双沟式氧化沟 15．0 Orbal氧化沟 4．O Carrousd氧化沟 lO．O A2／O 4．0—40．0 SBR 其他工艺 0．3～20．O 2．0一120．0 1 041．14 1 132．95 0．84 1．00 6厂平均值 13厂平均值 注；投资指标以建设当年的货币量为准，未考虑物价浮动因素。 综上所述，任何一种方法，都能达到脱氮的效果，且出水水质良好，但相对而言，SBR法一次性投资较多，自动化水平高，要求管理人员有较高的技术水平，且后期运行费用高于氧化沟；A2/O一次性投资较大，但占地面积较大，耗电量低，运行费用较低，产污泥量大，除磷效果难于再行提高。一体化反映池科技含量高，投资省，运行管理各个方面都优于其他处理方法。[13]本项目为市政污水处理项目，处理后出水须达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中一级B标准，属二级处理，且处理水量大，出水要求连续。 因此，确定工艺选用A2/O工艺。 本设计方案工艺流程初定如下： 原污水中格栅污水提升泵房细格栅沉砂池厌氧池混合液回流排入府河二沉池好氧池缺氧池填埋脱水机房消化池浓缩池回流污泥 5.2污泥处理工艺方案 污泥的处理要求[14] 7 / 12

污泥生物处理过程中将产生大量的生物污泥，有机物含量较高且不稳定，易腐化，并含有寄生虫卵，若不妥善处理和处置，将造成二次污染。 污泥处理要求如下： （1）减少有机物，使污泥稳定化； （2）减少污泥体积，降低污泥后续处置费用； （3）减少污泥中有毒物质； （4）利用污泥中有用物质，化害为利； 常用污泥处理的工艺流程 ：[15] （1）生污泥→浓缩→消化→机械脱水→最终处置 （2）生污泥→浓缩→机械脱水→最终处置 （3）生污泥→浓缩→消化→机械脱水→干燥焚烧→最终处置 （4）生污泥→浓缩→自然干化→堆肥→农田 由于该工艺选用氧化沟工艺污泥较少，且污水中重金属含量较多，不易采用农田处置方式，污泥性质稳定，干燥焚烧方式没有必要，因此综合比较各处理工艺选用第一种（生污泥→浓缩→消化→机械脱水→最终处置）较好。 其中污泥浓缩，脱水有两种方式选择，污泥含水率均能达到80%一下。 （1）方案一:污泥机械浓缩、机械脱水； （2）方案二:污泥重力浓缩、机械脱水。 表5 污泥机械浓缩、重力浓缩比较表 方案比较: 项目 主要构筑物 方案一 1.污泥贮泥池 2.浓缩、脱水机房 3.污泥堆棚 主要设备 1污泥浓缩设备 2.加药设备 方案二 1.污泥浓缩池 2.脱水机房 3.污泥堆棚 1.浓缩池刮泥机 2.脱水机 3.加药设备 占地面积 絮凝剂总用量 对环境的影响 小 3.0-4.0kg/T Ds 大 ≤4.0kg/T DS 无大的污泥敞开式构筑物，污泥浓缩池露天布置，气味对周围环境影响小 难闻，对周围环境影响大 大 稍大 有 8 / 12

总土建费用 总设备费用 剩余污泥中磷的释放 小 一般 无

由表可见方案一优于方案二，因此本工程污泥处理工艺选用污泥机械浓缩，机械脱水。 6．设计内容及主要特色 6.1设计预期目标 （1）设计一套能保证废水达标排放的处理工艺； （2）工艺尽量占地小，对周围环境影响小； （3）尽量降低投资费用和运行费用，并保证污水厂长期出水水质优良 6.2设计前期准备 （1）确定污水厂的处理工艺流程及处理构筑物（或设备）的类型和数量。 （2）进行处理构筑物及设备的工艺设计计算。 （3）进行污水厂各构筑物、建筑物以及各种管渠等总体布置。 （4）设计图纸包括： （1）污水厂平面布置图； （2）污水厂的工艺流程、高程布置图； （3）单体构筑物的工艺构图。 6.3主要特色 （1）一体化氧化沟工艺节能之处在于成功实现了固液分离和无泵污泥自动回流,同时实现了水力内回流,从而省却了两道机械回流系统。 （2）设备的合理配置和优化的运行管理模式也是实现节能的一种重要手段。 （3）该工艺因其巨大的节能优势及技术特点,在中小城市的污水治理中有良好的推广及应用前景。 7 ．时间安排 表6 工作进度表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 参考文献 9 / 12

各阶段工作内容 资料收集 完成开题报告 确定设计方案、工艺流程 计算个单体构筑物 总平面布置、高程布置 绘制设计图纸 整理设计计算、说明书 准备毕业设计答辩 起讫日期 2013.3～2013.5 2013.4.15～20135.4 20013.5.15～2013.6.22 2013.7～2013.9 2013.9～2013.10 2013.10～2013.10 2013.10～2013.11 2013.11～2013.12 [1]中华人民共和国环境保护部.2011年环境统计报（综述）http://zls.mep.gov.cn/hjtj/nb/2011nb/201303/t20130327_249980.htm，2013 [2]成都市发改委 全国发展改革系统资源节约和环境保护工作会议 http://www.cddrc.gov.cn/detail.jsp?id=632736 2013 [3]高廷耀 顾国维 周琪 . 水污染控制工程 十二章活性污泥法，2012[4] 国家环境保护总局，科学技术部．城市污水处理及污染防治技术政策[EB/OL]． http://www.zhb.gov.cn/tech/hjbz/bzwb/wrfzjszc/200607/t20060725_91278.htm ，2000 [5]陈新．AAO法污水处理运行浅谈［J］．燃料与化工， 2007年，38（6）：50－52 [6]李建，高沛俊．污水处理技术 [M]．中国建筑工业出版社，2005：145-147 [7] 万年红．工艺的改良与设计应用[J]．中国给水排水，2003，19（8）：81－83 [8]张丽娜．氧化沟污水处理工艺浅析［J］．内蒙古石油化工，2009，（5）：95 [9] 宫宇周，徐建宇．氧化沟工艺的发展及特点[J]．广西轻工业，2009，（4）：106－108 [10]徐全文．SBR法在城市污水处理中的应用［J］．环境保护与循环经济，2008，（2）：32－34 [11] 王志雄．SBR工艺的优点及发展现状[J]．科技创新导报，2008，（26）：95 [12] 邓荣森，张新颖，王涛等．氧化沟工艺的技术经济评估[J]．中国给水排水，2007， 23（16）：37－40 [13] 王涛，楼上游．中国城市污水处理工艺现状调查与技术经济指标评价［J］．城市给排水，2004，30（05）：1－4 [14] 张丽朵，马涛．浅谈污水处理厂污泥的处理[J]．科技情报开发与经济，2008，（33）：217－218 [15] 刘京伟．浅谈城市污水污泥处置的方法[J]．科技资讯，2009，（1）：150－151 [16]中国学术期刊.我国城市污水处理面临的问题及解决对策2012. 10 / 12

指导教师意见 指导教师签名：

年 月 日 开题小组意见 11 / 12

负责人及成员签名： 答辩时间： 年 月 日 注：1. 选题类型：基础型、应用基础型、应用型、调研型； 2. 课题来源：国家级项目、省部级项目、横向合作项目、校级项目、自选项目；

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