1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1选题的目的与意义

随着我国经济的快速发展，国家对于环境的保护意识日益重视，生活污水的处理也逐步从城市发展到各个乡镇。污水处理厂是整个城市建设和发展中相当重要的组成部分，在乡镇建立生活污水处理厂能有效改善生活污水的污染问题以及加快乡镇的规划与建设。

通过一个完整的生活污水处理工艺的设计，能够让我结合大学四年所学习过的专业知识以及专业技能，提高综合运用知识以及解决问题的能力，熟悉生活污水处理工艺设计的各个环节以及国家相应的法律法规，掌握生活污水处理的方法以及工程施工的规范。这次毕业设计不仅是一次大学学习的成果的检验，也是对于我的知识和能力的一种锻炼，在设计过程中严格按照规范，出现问题及时解决，能够有效提高自身的能力，深化学习的知识，为我在今后的相关工作和学习中打下坚实的基础。具有十分重要的实践意义。

2. 研究的基本内容与方案

2.1设计的基本内容

该污水处理站位于某乡镇，来水主要为生活污水。设计处理能力为3000 m³/d，处理后污水排放到自然水体中。出水水质要求达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级A标准。设计内容基本如下：

（1）设计说明书和计算书一份，其中说明书字数不少于1.0万字；

（2）设计图纸一套（污水处理工艺总平面布置图、高程图、主体构筑物平面图剖面图、局部大样图、图纸目录、材料设备览表等）；共绘一号图纸七张，其中手绘图纸一张；

（3）翻译一篇与本毕业设计相关的外文参考文献（不少于5000字）。

（4）通过中国期刊网、学位论文网、ACS等途径，查取、阅读有关参考文献20篇, 其中英文文献4篇。

2.2污水水质分析

污水水质：BOD₅：200 mg/L；CODcr：310 mg/L；SS：230mg/L；氨氮：23 mg/L；总氮：50 mg/L；总磷：3.2 mg/L。

BOD₅/CODcr=0.645＞0.45，一般认为BOD₅/CODcr＞0.45可生化性较好BOD₅/CODcr＞0.3可生化，BOD₅/CODcr＜0.25不易生化^[2]。此污水的可生化性较好，可用生化法进行处理；

BOD₅/TN=4，适合生物脱氮；

BOD₅/TP=62.5，一般比值大于18才能进行生物除磷，否则需增加污水中的碳源，比值越大，除磷效果越好，可采用生物除磷。

2.3出水水质要求

出水水质要求达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级A标准。即BOD₅≤10mg／L， CODcr≤50mg／L，SS≤10mg/L，氨氮≤8mg／L, 总氮≤15mg/L，总磷≤0.5mg/L。

2.4工艺比选

2.4.1污水处理工艺选择的原则

污水处理工艺的设计应通过多反面进行考虑，污水的进出水水质要求，污水处理厂的处理规模等都对会影响污水处理工艺的选择。每一种污水处理工艺都会存在着一定的局限性，在工艺合适的情况下可以选择国内外先进的技术及设备。

合适的污水处理工艺可以节省污水的处理费用，使出水稳定排放。污水处理工艺选择的具体原则为：

（1）合理的选择设计工艺，在工艺稳妥的情况下适当采用先进技术，处理工艺应不受水质变化影响，出水能稳定达标；

（2）水厂设计经济上合理，电耗上节省，造价上便宜，用地面积少；

（3）选择的工艺应便于管理，运行上操作方便，选择的设备要可靠；

（4）在污水的处理过程中，更要注意环境保护，防止臭气泄露，控制厂区噪声；

（5）处理工艺最好选择成熟的，国内有经验的处理工艺，确保处理效果良好。生产过程中应做好污泥的处理与处置，防止二次污染。

（6）在可行的实践和实验基础上可以采用一些新工艺或技术等以达到节约能源，降低造价和成本^[3]。

在本次设计中，出水的水质标准为一级A标准，处理程度较高，不仅要求对BOD₅、CODcr进行处理，而且还要处理氨氮、总磷。因此必须选用同时具有脱氮除磷效果的污水处理工艺。

2.4.2备选工艺介绍

（1）A/A/O 法

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，A²/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^[4]

A²/O工艺的特点：

1)厌氧、 缺氧、 好氧三种不同的环境条件和不同种类的微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷功能；

2)在同时脱氮除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其它工艺。

3)在厌氧-缺氧-好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，不会发生污泥膨胀。

4)污泥中含磷量高，一般为 2.5%以上^[5]。

（2）氧化沟法

严格地说，氧化沟不属于专门的生物除磷脱氮工艺。 但是随着氧化沟技术的发展，它早已超出原先的实践范围，出现了一系列除磷脱氮技术与氧化沟技术相结合的污水处理工艺流程。按照运行方式，氧化沟可以分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式。连续工作式氧化沟，如帕斯韦尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟。 奥贝尔氧化沟在我国应用比较多，这些氧化沟通过设置适当的缺氧段、厌氧段、 好氧段都能取得较好的除磷脱氮效果。连续工作式氧化沟又可分为合建式和分建式。交替工作式氧化沟一般采用合建式，多采用转刷曝气，不设二沉池和污泥回流设施。交替工作式氧化沟又可分为单沟式、双沟式和三沟式，交替式氧化沟兼有连续式氧化沟和SBR工艺的一些特点，可以根据水量水质的变化调节转刷的开停，既可以节约能源，又可以实现最佳的除磷脱氮效果^[6]。

氧化沟具有以下特点：

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。有些类型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平均处理水平可达到 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、泥龄长和循环稀释水量大^[7]。

4)污泥量少、性质稳定。由于氧化沟泥龄长。一般为 20～30 d， 污泥在沟内已好氧稳定，所以污泥产量少从而管理简单，运行费用低。

5)可以除磷脱氮。可以通过氧化沟中曝气机的开关，创造好氧、缺氧环境达到除磷脱氮目的，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。

6)基建投资省、运行费用低。和传统活性污泥法工艺相比，在去除 BOD、去除BOD和 NH₃-N及去除BOD和脱氮三种情况下，基建费用和运行费用都有较大降低，特别是在去除 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节省更多^[8]。

(3)CASS工艺

CASS工艺是外国工程师通过对SBR工艺的优化改进，增加了能够精细控制污水内污泥的生物选择器和提高活性污泥的利用效率的一个污泥回流装置。在工艺的顺序上进行了更改，令整个污水处理效果更好。

1）CASS工艺原理

CASS工艺的主体生物反应池分为两个部分，一个是预反应区，微生物在预反应区先通过体内的生物酶将污水进行初步的有机物吸收，有了这个预反应区能够对污水的水质进行一个调节，相当于起到了一个缓冲的作用；第二个部分为主反应区部分，这个部分主要是一个降解的过程，污水在主反应区不断流动，在流动过程中污染物就逐渐被降解了，而微生物则不断在好氧、缺氧、厌氧的周期变化中进行脱氮除磷^[9]。

2）CASS工艺特点

A、运行灵活可靠

根据污水水质情况的不同，生物选择器可以选择不同的运行方式，在需要好氧菌进行污水处理的时候以好氧的方式运行，在需要兼性菌进行时以缺氧方式运行，在需要厌氧菌时以厌氧方式运行。根据水厂进水日改变量的不同，选择器可以在水量变化不大的时候采用恒定容积运行，也可以如果水量改变明显，需要调整容积控制则变容积运行^[10]。

根据所需微生物的生物特性不同，可任意调节运行状态。

选择器容积可变。

抗冲击负荷能力强^[11]。

B、处理构筑物少，流程简单

池子总容积减少，土建工程费用低

不需设二次沉淀池及其刮泥设备，也不用设回流污泥泵站。

只需要调节生物选择器就可以应变多种不同情况。

C、节省投资

构筑物少，占地面积省

设备及控制系统简单

曝气强度小，不须大气量的供气设备

运行费用低

工艺缺点：对自控要求较高；变水位运行，电耗增大；容积利用率较低；污泥稳定性较差。

2.4.3主体工艺比选

CASS工艺在国内及国外有较多应用实例，国内有许多污水处理厂采用了这类型的工艺，运行良好，积累了大量的运行管理经验，其可靠程度高，风险低，符合国家目前的技术政策。到氧化沟技术占地面积大、基建费用高、运行能耗较大，A²/O技术在小型污水厂的处理成本较高等问题本方案建议采用CASS工艺。

2.4.4消毒方案选择

污水处理厂出水中大肠菌群数依国家标准规定一级A出水标准不能超过1000个/L，污水处理厂的出水需要进行消毒处理来降低水中的总大肠菌群数^[12]。

消毒方法目前我国污水处理厂运用较为成熟的主要有加氯发、氧化法和紫外消毒法。

（1）加氯法

加氯法是利用氯气的杀菌作用，通过往污水中加氯来杀死污水中的微生物，来达到消毒的作用。

投加液氯目前在我国的运用是最为广泛的，被多数的污水处理厂采用，液氯处理的成本低于其他消毒方法，而且由于该方法运用的较早，运用的广泛，在技术上也就成熟许多。然而采用投加液氯方法也存在着许多问题，加氯法需要的接触时间较长，一般不低于半小时是，所以接触池的体积往往比较大。而且氯气有剧毒，氯气在存放和使用上都存在着潜在的危险性。

投加含氯化合物一般采用的含氯化合物为次氯酸钠、漂白粉或者二氧化氯。投加含氯化合物的特点与投加液氯差不多，优点是潜在的危险性比液氯小，缺点是加药在操作上比加液氯困难，运行成本上更高^[13]。

（2）氧化法

对于污水处理厂处理出水要求不太高时，可以选择氧化法进行消毒处理，出水可以达到二级标准的要求。氧化法通常选用臭氧作为氧化剂。其优点是氧化后产物为氧气，不会对环境产生影响，杀菌彻底，消毒快，比加氯法需要的接触时间少。缺点是处理费用上较高。

（3）紫外线消毒法

紫外线消毒是近年来在国内的中小型污水处理厂中采用的最多的消毒方法，随着科技的发展变得越发成熟。紫外线消毒能在短时间内达到很高的灭菌效果，对接触池的体积要求较小，并且不需要投加化学药剂，减少了药剂上的成本，运行费用较低，管理维修方便（自动清洗）。但设备费用较高，灯管的使用寿命小于一千小时，先对较短。采用紫外线消毒法对污水水质还有一定要求，如水中悬浮物较多将会影响消毒效果^[14]。

根据本次设计出水质条件的综合考虑，本次污水处理厂设计污水处理消毒方法为成本低较成熟的次氯酸钠投加法。

2.4.5污泥处理

通常，城镇污水处理厂完善的污泥处理工艺为：

剩余污泥——污泥浓缩——污泥消化——污泥脱水——泥饼外运

由于本工程污水处理工艺采用生物脱氮工艺,污泥龄较长,污泥性质较为稳定,可不进行消化。若采用消化处理，需增加消化池、加热、搅拌的沼气处理利用等一系列构筑物及设备，使投资增加，而且，由于厂区用地面积有限，应此，暂不考虑设消化池，污泥直接进行浓缩、脱水^[15]。

本工程污泥处理工艺推荐采用重力浓缩、机械脱水方案。采用带式脱水一体机进行污泥处理。

2.5工艺流程

镇区生活污水管自流进入粗格栅，经过粗格栅去除污水中较大的杂质，然后自流进入钟式沉砂池，进一步去除污水中粒砂等细小杂物，降低后续构筑物的负荷，减少设备磨损。出水进入配水井均衡水量和水质。污水经过配水井均匀分配至各组CAST池的选择池，经过缺氧降解部分有机物，然后进入CASS生化池，在鼓风机提供充一定氧气的情况下，水中的微生物在自身的代谢过程中吸收有机物，并将有机物降解为水和二氧化碳，为了保证自身增长需要的营养物质，同步去除N、P等污染物质^[16]。CASS出水进入中间水池暂存，通过中间水池提升泵进入一体化絮凝沉淀器，经过加药混凝沉淀去除部分磷酸盐。出水自流进入精密过滤器过滤处理，出水经消毒后，计量达标排放。

CASS池剩余污泥、一体化絮凝沉淀器污泥，通过污泥泵排入污泥池，通过带式污泥脱水机脱水后外运填埋。

图2.1工艺流程图

3. 研究计划与安排

（1）1-3周：毕业实习，资料检索；

（2）4-5周：查找相关资料，了解进水水质和出水水质，制定课题设计方案，编写开题报告；

（3）6-12周：熟悉污水处理设备与管道的计算，按相应手册进行计算；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 郑铭.环保设备-原理·设计·工艺.北京：化学工业出版社,2007.

[2] 张林生等. 环境工程专业毕业设计指南[m]. 北京： 中国水利水电出版社，2002.

[3] 北京市政工程设计研究总院.给水排水设计手册[j].城镇排水. 北京：中国建筑工业出版社，2010.