污水处理厂设计开题报告

毕业设计开题报告

题目：南昌市第三污水处理厂工程设计

学院：市政与环境工程学院

专业：环境工程

班级：环境工程1001

学号：1003180120

姓名：肖威

指导教师：胡俊生

填表日期：2014年03月 4 日

一、项目的背景、目的及意义：

1.1项目背景

南昌市地处江西中部偏北，赣江、抚河下游，我国第一大淡水湖鄱阳湖西南岸。南北最大纵距约121公里，东西最大纵距约108公里。全境以平原为主，东南相对平坦，西北丘陵总面积约7402平方公里，占全省总面积4.4%。属于亚热带湿润季风气候，气候温和，日照充足。夏天炎热，有火炉之称；冬天寒冷。年平均气温17℃-17.7℃，极端最高气温40.9℃，极端最低气温-15.2℃。年降雨量1600—1700毫米，降水日为147-157天，年平均暴雨日5.6天，年平均相对湿度为78.5%。年平均风速2.3米/秒。年无霜期251-272天。冬季多偏北风，夏季多偏南风。

南昌市第三污水处理厂服务区域包含城东高校园区以及光伏产业园片区，总规划服务面积为36.6km2。其规划总规模20万3/d，一期工程规模4万m3/d。规划人口，近期150000人，2010年发展为400000人。

1.2 项目目的

为了改善南昌市青山湖区当地的污水处理状况以及远期的规划，拟建一座污水处理厂，并将当地的生活污水、工业废水以及初期的部分截留雨水进行适当处理，使污水经过一定方法处理后，达到设定的某些标准，排入水体、排入某一水体或再次使用。并结合当地的生活水平、土地资源以及材料设备的供应维修情况选择一套适用的污水处理工艺。

1.3 项目意义

随着现在国家对环境问题的重视以及污水排放标准的提高，以往的处理工艺已经得到达不到标准。并且现在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，是城市生态系统的重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，城市污水治理已成当前迫切需要解决的问题之一。

二、城市污水处理在国内外的主要研究现状：

1．关于活性污泥法

当前流行的污水处理工艺有：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。

1.1 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/(m3·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。

1.2 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。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。

1.3 A/A/O法(Anaerobic—Anoxic—Oxic)

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(DO<0.3mg/L)，释放出聚磷菌，在好氧状况下又将其更多吸收，以剩余污泥的形式排出系统。二是脱氮，缺氧段要控制DO<0.7 mg/L，由于兼氧脱氮菌的作用，利用水中BOD作为氢供给体(有机碳源)，将来自好氧池混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐还原成氮气逸入大气，达到脱氮的目的。为有效脱氮除磷，对一般的城市污水，COD/TKN为3.5～7.0(完全脱氮COD/TKN>12.5)，

BOD/TKN为1.5～3.5，COD/TP为30～60，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。

1.4 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。

1.5氧化沟法

本工艺50年代初期发展形成，因其构造简单，易于管理，很快得到推广，且不断创新，有发展前景和竞争力，当前可谓热门工艺。氧化沟在应用中发展为多种形式，比较有代表性的有：

帕式(Passveer)简称单沟式，表面曝气采用转刷曝气，水深一般在2.5～3.5m，转刷动力效率1.6～1.8kgO2/(kW·h)。

奥式(Orbal)简称同心圆式，应用上多为椭圆形的三环道组成，三个环道用不同的DO(如外环为0，中环为1，内环为2)，有利于脱氮除磷。采用转碟曝气，水深一般在4.0～4.5m，动力效率与转刷接近，现已在山东潍坊、北京黄村和合肥王小郢的城市污水处理厂应用。

若能将氧化沟进水设计成多种方式，能有效地抵抗暴雨流量的冲击，对一些合流制排水系统的城市污水处理尤为适用。

卡式(Carrousel)简称循环折流式，采用倒伞形叶轮曝气，从工艺运行来看，水深一般在3.0m左右，但污泥易于沉积，其原因是供氧与流速有矛盾。

三沟式氧化沟(T型氧化沟)，此种型式由三池组成，中间作曝气池，左右两池兼作沉淀池和曝气池。T型氧化沟构造简单，处理效果不错，但其采用转刷曝

气，水深浅，占地面积大，复杂的控制仪表增加了运行管理的难度。不设厌氧池，不具备除磷功能。

氧化沟一般不设初沉池，负荷低，耐冲击，污泥少。建设费用及电耗视采用的沟型而变，如在转碟和转刷曝气形式中，再引进微孔曝气，加大水深，能有效地提高氧的利用率(提高20%)和动力效率［达2.5～3.0 kgO2/(kW·h)］。

2．关于曝气生物滤池

曝气生物滤池实质上是常说的生物接触氧化池，相当于在曝气池中添加供微生物栖附的填(滤)料，在填料下鼓气，是具有活性污泥特点的生物膜法。曝气生物滤池(BAF)70年代末起源于欧洲大陆，已发展为法、英等国设备制造公司的技术和设备产品。由于选用的填料不同，以及是否有脱氮要求，设计的工艺参数是不同的，如要求处理出水BOD5、SS＜20mg/L，去除BOD5达90%以上的工艺，其容积负荷为0.7～3.0 kgBOD5/(m3·d)，水力停留时间1～2h；以硝化(90%以上)为主的工艺，其容积负荷为0.5～2.0kgBOD5/(m3·d)，水力停留时间2～3h。

一般认为，生物膜法处理城市污水，在国内尚需积累经验，处理规模不宜过大，约5× 104m3/d左右为宜。国外(主要在欧洲)处理水量有达到36×104m3/d的，这与其填料材质、自控手段和先进的反冲洗装置有关，也与其有长期积累的运行管理经验有关。

3．关于UNITANK工艺

UNITANK工艺和类似的TCBS工艺、MSBR工艺一样，都是SBR法新的变型和发展。它集“序批法”、“普通曝气池法”及“三沟式氧化沟法”的优点，克服了“序批法”间歇进水、“三沟式氧化沟法”占地面积大、“普通曝气池法”设备多的缺点。

典型的UNITANK工艺是三个水池，三池之间水力连通，每池都设有曝气系统，外侧的两池设有出水堰及污泥排放口，它们交替作为曝气池和沉淀池。污水可以进入三池中的任意一个，采用连续进水、周期交替运行。在自动控制下使各池处在好氧、缺氧及厌氧状态，以完成有机物和氮磷的去除。

UNITANK工艺由比利时Seghers公司首先建在我国的澳门特区，处理水量14×104m3/d(不下雨时平均处理水量为7×104m3/d)，池型封闭，设计采用的容积负

荷为0.58kgBOD/(m3·d)，总的反应池体积为46800m3，曝气池水力停留时间为8h，出水的BOD5、SS＜20mg/L。

这类一体化工艺是传统活性污泥工艺的变形，可以采用活性污泥工艺的设计方法对不同的污染物加以去除，如考虑硝化，其负荷一般在0.05～0.10

kgBOD5/(kgMLSS·d)，硝化率视污水温度而异。而要求污泥稳定化，其污泥负荷和污泥龄要远远超过硝化时的数值。

容积利用率低是此类一体化工艺共同的主要问题，就是说在一个较长停留时间的曝气系统内，有50%左右的池容用于沉淀。

UNITANK工艺的成功与否有赖于系统采用稳定可靠的仪表及设备，因此引进技术，消化、吸收和开发先进的自控系统是应用此工艺的关键问题。一般认为，UNITANK工艺不太适用于大型(>10×104m3/d)的城市污水处理厂。

4. 生物处理法的新进展

生物处理法是目前研究得较多、新技术层出不穷的方法，无论是好氧生物处理技术，还是厌氧生物处理技术都引起了研究人员的极大兴趣。因为用生物法利用的是微生物的新陈代谢作用，以污染物质为食料，将其代谢成诸如CO

2

、

H 2O、NH

3

、SO

2

等稳定的小分子，它的二次污染小，对处理生活污水及与之性质

相近的有机污水有其独特的优势。生物处理法自从问世以来，其技术已获得了极大的发展，随着人们生活水平的日益提高，生活污水中的成也日益复杂，因此用生物处理方法的目的也从以前能处理降解蛋白质、脂肪、碳水化合物等一类物质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。

4.1 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。

4.2 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。

4.3 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。

5．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。

5.1 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：

①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；

②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；

③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；

④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，如日本Ｈｉｒｏｓｈｉｗａ市的Ｈｉｇａｓｈｉ污水处理厂的膜分离系统已连续运行3年。

5.2 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。

三、本设计研究内容

3.1设计要求

南昌市第三污水处理厂位于江西省高新技术产业开发区光伏产业园西北部，紧靠下范排涝渠东北侧的规划预留用地内，规划总占地约190亩，一期征地55亩。主要服务区域包含城东高校园区以及光伏产业园片区，总规划服务面积为36.6km2。其规划总规模20万3/d，一期工程规模4万m3/d。

该市将建设成完备的各种市政设施。规划人口，近期150000人，2010年发展为400000人，生活污水标准为130升/人.天，其总变化系数为1.5，工业最大日污水量为20000m3/d。设计进水水质主要参照南昌市及周边地区同类型的污

水厂的设计进水水质，同时兼顾未来发展确定；进水水质为：BOD

=160mg/L，

5

SS=200mg/L，COD=300mg/L，TP=3mg/L，NH

-N=25mg/L，TN=35mg/L,要求经过处

3

理后水质达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918—2002中一级

≤20mg/L，SS≤20mg/L，COD≤60mg/L，TP≤1mg/L，

标准的B标准（BOD

5

NH

-N≤8mg/L，TN≤20mg/L）。

3

3.2 工艺的比较及选择

南昌市青山湖区污水的排放量比较小，属于小型水厂，而且污水的处理对脱氮除磷的要求比较高经过分析本设计可选择的工艺流程，有两种：

1、氧化沟处理工艺。

2、SBR法处理工艺。

两种工艺比较：氧化沟除了具有SBR的效果外，还具有如下特点：

1）具有独特的水利流动特点，有利于活性污泥的生物凝聚作用，而且可以将其工作区分为富氧区，缺氧区，用以进行硝化和反硝化作用，取得脱氮效果； 2）BOD负荷低，使氧化沟具有对水温、水质、水量的变动有较强的适应性，污泥产率低，勿需进行硝化处理；

3）脱氮效果还能进一步提高；

4）电耗较小，运行费用低；

5）具有很好的除磷效果。

其次，根据本项目水质特点：生活区污水和工业区污水通过各自的收集系统输送至污水厂，考虑到工业区污水量比例较大（约占50%），且该部分污水已经过各企业的预处理和生物处理，容易降解的有机物已被除去，剩余的有机物均较难降解，可生化性较差。

针对以上特点，如果直接将工业区污水与生活区污水混合进行一级处理，会增大污水的处理难度，增加总体处理费用，因此需对工业区污水进行强化一级处理，增强其可生化性。通过方案比较最终确定采用水解酸化工艺，将厌氧发酵阶段控制在水解与产酸阶段，利用水解和产酸菌的反应，将污水中不溶性有机物水解成溶解性有机物、大分子物质分解成小分子物质，提高污水的可生化性，便于后续的生化处理，降低后续构筑物的处理负荷。

经过强化处理的工业区污水在混合池与生活区污水充分混合，水质稳定后，再进行后续的二级生物处理。

二级生物处理采用工艺成熟，运行稳定，具有一定耐冲击负荷的改良型A2/O 氧化沟二级生物脱氮除磷工艺。出水经二沉池沉淀、紫外线消毒达标后排放，污经泥浓缩脱水后，外运焚烧。（见图1）

五、设计具体要求及工作进度：

1.毕业设计图纸

应达到国家和行业设计施工图纸规范的要求，数量不少于10张标准图（A1），其中手画图和AutoCAD画图均分别不少于2张。所有图都要求提供电子文件存档。

主要包括：污水处理厂平面布置图、污水处理厂高程图、污水处理厂管线图、泵站、沉砂池、二沉池、浓缩池、曝气池和贮泥池等单体构筑物的平面布置图和剖面图。

2.上机

⑴进行计算及计算和绘图不少于40－50机时；

⑵要熟练掌握WORD、EXCEL、CAD等软件，具备熟练进行文字编辑和绘图的能力和Internet信息查询等的应用能力。

3.外文资料翻译

要进行与本题目有关的外文翻译资料，要求有3000～5000字（中文），并附外文资料原文（必须复印或下载，且注明资料的来源）。

工作进度如下：

六、参考文献：