1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1城市污水处理现状

随着我国城市化水平的加快，城镇人口日益增多，城市污水的排放量越来越大，每年污水排放已达到数万亿立方米，而且污染强度不断增大、污染物种类日趋复杂。

我国城镇污水处理起步于20世纪70年代末，进入21世纪，水环境质量恶化趋势加剧，水体富营养化问题日益突出，国家和各级地方政府不断加大对城镇污水处理厂建设和改造的投入。根据《2014 年环境统计年报》，我国环境统计调查的城镇污水处理厂共有6031 座，总设计处理能力1.8亿吨/日，全年共处理污水494.3 亿吨；根据《2015 年中国环境状况公报》，截止2015年，全国城市污水处理率达到91.97%，近日国家发展改革委、住房城乡建设部正式印发《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》，规划提出，到2020年底，实现城镇污水处理设施全覆盖，城市污水处理率要达到95%。地级及以上城市建成区基本实现全收集、全处理；县城不低于85%，其中东部地区力争达到 90%；建制镇达到70%，中部地区力争达到50%。^[1]

虽然城市的污水处理厂增加，污水处理的产量有了提升，技术也有所改进，仍无法满足当前实际需求，我国城市污水处理的现状仍不容乐观。城市污水处理的问题必须有效解决，才能保障城市居民居住环境质量，以促进城市可持续发展。

2. 研究的基本内容与方案

2.1设计的基本内容及目标

本次设计论文（湖北某经济开发区3万m³/d城市污水厂氧化沟处理工艺设计）主要设计内容包括：

（1）设计水量

该污水处理厂位于湖北某经济开发区，设计处理能力为3万m³/d。

（2）设计污水水质

BOD₅：160mg/L；COD_cr：320mg/L；SS：190mg/L；总氮：40mg/L；氨氮：30mg/L；总磷：4mg/L。

（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。

主要指标：BOD₅≤10mg/L；CODcr≤50mg/L；SS≤10mg/L；总氮≤15mg/L；氨氮：5mg/L；总磷≤0.5mg/L。

表2-1污水处理程度

完成的主要任务及要求：

（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（污水处理与回用工艺总平面布置图、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）。

2.2处理工艺比选

2.2.1处理工艺的确定原则

（1）因地制宜。在实际情况下，对于污水处理工艺的选择必须遵守因地制宜的原则，具体来讲就是需要根据当地的实际环境条件来进行污水处理工艺的选择，比如当地的气候特点、污水处理后的去向以及受纳水体的实际功能等很多方面，其中最为主要的就是污水排放去向属于排放与综合利用结合时，在污水处理工艺选择的情况下就需要选用多种污水处理工艺相结合的形式来进行。

（2）满足环境功能的要求。排放标准也会影响城市污水处理工艺的选择，污水中包含的污染物的实际排放的浓度一般会受到很多因素的影响，主要包括：受纳水体的环境功能质量标准、国家相关部门和地区的排放标准以及环境的实际容量，都会影响其排放的浓度，所以确定污水处理工艺所达到的效果以及效率都需要达到设计的要求，只有这样才能够有效的保障相对稳定的处理效果，另一方面，如果排放出污水想要得到综合性的运用，还需要达到用户一定程度的水质要求。一方面需要考虑到受纳水体，另一方面还需要考虑到污水处理厂和自然环境的平衡性，具体来讲就是污水处理厂在正常工作的情况下的噪音以及气味等是不是会影响周边的居民等等，污水处理后的污泥是不是能够完全的实现合理的处理，需要由于污水处理而形成二次污染现象的发生。

（3）技术成熟可行。城市污水处理厂在我国一般是一种市政基础设施工程，城市污水处理厂的服务对象是人们大众，本质上来讲就是针对水环境的质量进行科学合理的改善，一般情况下具有占地面积大以及投资比较高的特征。所以在污水处理工艺的选择方面需要具有一定的科学支持，必须是一些成熟稳定的工艺，针对那些比较不稳定的污水处理工艺一般根据国家的相关的规定来经过一定量的实验后才能够进行使用。

（4）经济合理。对于绝大多数的污水处理厂选择污水处理工艺的来说，经济合理是非常重要的一个原则，这个原则很可能直接的对污水处理厂的运行产生影响。根据污水处理厂的实际功能来讲，其实际的比较多的建立在城市近郊区，所以布置都紧密以征地费用低都是污水处理工艺确定的因素。一方面需要注意节省投入的资金，另一方面还需要考虑到污水处理的成本问题。这就要求污水处理工艺必须在实际的运行过程中保障稳定性的同时，还需要保障污水处理工艺过消耗的电力以及药品比较少。

（5）水质因素。现阶段，我国大多数的污水处理厂实际的处理水体质量和设计的水质、能力都有很大的差异。这种现象出现的原因是：第一，很大一部分的污水收集管网基本都不能够实现同期配套，还有污水收集系统一般都没有实现完全的分流制；第二，是由于污水处理工艺的设计单位没有对之前的污水水质进行全面的掌握，或者是工程设计的实际能力不强而造成的。^[3]

2.2.2污水处理工艺的比选

城市污水处理厂的工艺选取通常要先考虑污水厂的规模。根据我国的具体情况，大体上可分为大型、中型和小型污水处理厂。规模大于10万m³/d的为大型污水处理厂，中型污水处理厂的规模为1～10万m³/d，规模小于1万m³/d的是小型污水处理厂。

本设计中城市污水处理厂的设计流量为3万m³/d，属中型污水处理工程。设计要求出水水质达到GB18918-2002一级A标准，要考虑污水的脱氮除磷。

对于城市污水的处理，其工艺构成多种多样，一般可分为活性污泥法、生物膜法、生物稳定塘和土地处理法等四大类。目前，活性污泥法是城市生活污水的主要处理方法。活性污泥法主要有AB法、A/O法、A2/O法、氧化沟法、SBR法、UCT以及CASS等工艺。

（1）A/O法：即为缺氧、好氧生化处理法。其反应池分为厌氧区和好氧区，由于没有独立的污泥回流系统，从而不能培养出具有独特功能的污泥，难降解物质的降解率较低；要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大运行费用。此外，内循环液来自曝气池，含有一定的DO，使A段难以保持理想的缺氧状态，影响反硝化效果，脱氮率很难达到90％。因此，该工艺适合于处理水产品加工污水含氮量高的污水。

（2）SBR工艺：是序批式活性污泥法的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR工艺中的核心处理设备是一个序批式间歇反应器（SBR反应器），整个运行周期由进水，反应，沉淀，出水和闲置5个基本工序组成，5个工序都在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行。SBR法有以下几个局限性：反应器容积利用率低、水头损失大、不连续的出水、设备利用率低。

（3）CASS工艺：是周期循环活性污泥法的简称；是在SBR的基础上发展起来的，即在SBR池内进水端增加了一个生物选择器，实现了连续进水（沉淀期、排水期仍连续进水），间歇排水。CASS池分为预反应（生物选择区）和主反应区。此工艺的不足之处有：间歇周期运行，对自控要求较高；变水位运行，电耗量较大；容积利用率较低；污泥稳定性不如厌氧硝化好。

（4）氧化沟工艺：氧化沟法一般都不会设置初沉池，所以其实际的占地面积比较小，而且抗冲击的能力是比较强的，对于污染物中的有机物的去除效果是比较好的，能够有效的实现脱氮除磷，而且通过以上工艺进行的污水处理之后形成的污泥能够直接运用于农田的施肥以及填埋等。相比于活性污泥法来说，投入的资金一般低于10%到15%，其实际的操作与管理是比较简单的，对于经济水平一般以及实际的管理水平不高的中小型城市或者是小城镇来说是比较合适的。

经过比较可确定，污水处理的主体工艺采用氧化沟工艺。

通过查阅资料，我选取了以下五个比较常用的氧化沟类型进行比选。

（1）Carrousel氧化沟，是1967年由荷兰的DHV技术咨询公司开发研制的，采用立式低速表面曝气器供氧并推动水流前进。Carrousel氧化沟为多沟串联系统，其特点是表面曝气器设于每沟的端头，在系统中形成好氧、缺氧区，有利于生物脱氮。由于倒伞型立式表曝机搅拌能力强，传氧效率高，设备数量少，易于管理和维护，所以节能效果显著。因此，Carrousel氧化沟在所有氧化沟处理工艺中应用最为广泛，是目前世界上最流行的氧化沟系统。

（2）Orbal氧化沟，是在P型氧化沟的基础上发展起来的一种新工艺，是一种多级氧化沟，采用多孔曝气转盘进行传氧和混合。典型的Orbal氧化沟由3个椭圆形沟渠构成，污水先引入外沟，在其中不断循环的同时，依次引入下一个沟渠， 最后从内沟排水。Orbal氧化沟采用转碟替代转刷进行充氧和推动水流，可通过调整转碟片数和转速调节充氧能力，使其更为灵活。

（3）一体化氧化沟，即连续工作合建式氧化沟，是将沉淀池设置于氧化沟内，集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能为一体。出水由上部排出，回流污泥由沉淀区底部直接进入氧化沟内。

（4）T型氧化沟，是3沟交替运行系统由3个池容相同的氧化沟组建在一起，3沟连通，进水交替进入各沟，从两侧的边沟出水，两侧氧化沟起曝气和沉淀双重作用，中间的氧化沟始终进行曝气，不设二沉池及污泥回流装置，具有去除BOD₅及硝化脱氮的功能。

T 型氧化沟可按6个或8个阶段运行，运行周期一般为8h。中沟始终作为曝气池使用，侧沟交替作为曝气池和沉淀池运行，提高了转刷的利用率。

（5）DE 型氧化沟，是指由2个相同容积的氧化沟组成的双沟半交替工作系统，具有良好的生物除氮功能。2个氧化沟相互连通，串联运行，可交替进出水，终沉池与氧化沟分建，有独立的污泥回流系统。氧化沟内曝气转刷一般为双速，高速工作时为曝气充氧，低速运行时只推动水流，不充氧。通过2沟内转刷交替处于高速和低速运行，可使2沟交替处于缺氧和好氧状态，从而达到脱氮的目的。

下面列举几个实例进行分析：

表2-1几种典型氧化沟的曝气设备及能耗

注：下文中如无特殊说明，实例1-5的数据来源与表2-1相同。

表2-2几个典型实例的环境效益分析

通过以上分析并结合各种氧化沟工艺的特点,可以得出以下结论：Carrousel氧化沟处理效果更好。在去除COD与BOD之外，还具备硝化和一定的脱氮作用，使出水的NH₃-N低于排放标准。由于采用了倒伞型立式表曝机，有极强的混合搅拌与耐冲击负荷能力；曝气功率密度大，传氧效率高，平均传氧效率达到至少2.1kg/（kW*h）；减少了设备数量，易于管理和维护，节能效果显著；氧化沟沟深加大，可达到5.0以上，使氧化沟占地面积减小，土建费用降低。

综上所述，此次污水处理选择Carrousel氧化沟处理工艺。

2.2.3深度处理工艺

污水深度处理是指城市污水或工业废水经一级、二级处理后，为了达到一定的回用水标准使污水作为水资源回用于生产或生活的进一步水处理过程。针对污水（废水）的原水水质和处理后的水质要求可进一步采用三级处理或多级处理工艺。常用于去除水中的微量COD和BOD有机污染物质，SS及氮、磷高浓度营养物质及盐类。

该设计中，污水进入Carrousel氧化沟，经生化处理绝大部分有机污染物及氮，出水自流进入二沉池，去除污水中大量的SS，而这个过程并不足以使出水水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级A标准。因此，需要在其后增加深度处理单元。

此次设计，深度处理工艺采用絮凝沉淀/V型滤池过滤工艺。

混凝剂采用聚合氯化铝（PAC），该产品有较强的架桥吸附性能，在水解过程中，伴随发生凝聚，吸附和沉淀等物理化学过程。聚合氯化铝与传统无机混凝剂的根本区别在于传统无机混凝剂为低分子结晶盐，而聚合氯化铝的结构由形态多变的多元羧基络合物组成，絮凝沉淀速度快，适用PH值范围宽，对管道设备无腐蚀性，净水效果明显，能有效支除水中色质SS、COD、BOD及砷、汞等重金属离子，该产品广泛用于饮用水、工业用水和污水处理领域。其性能如下所示：

a、净化后的水质优于硫酸铝絮凝剂，净水成本与之相比低15－30%。

b、絮凝体形成快、沉降速度快，比硫酸铝等传统产品处理能力大。

c、消耗水中碱度低于各种无机絮凝剂，因而可不投或少投碱剂。

d、适应的源水PH5.0-9.0范围均可凝聚。

e、腐蚀性小，操作条件好。

f、溶解性优于硫酸铝。

g、处理水中盐分增加少，有利于离子交换处理和高纯制水。

h、对源水温度的适应性优于硫酸铝等无机絮凝剂。

2.2.4污泥处理工艺比选

我国城市污水处理厂常规的污泥处理工艺为：剩余污泥─浓缩─消化─脱水─最终处置。污泥经浓缩、机械脱水后，含水率达75%～80%左右，泥饼外运填埋，或经无害化稳定处理后用作农家肥料。

1）污泥处理要求

污水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：

a. 减少有机物，使污泥稳定化；

b. 减少污泥体积，降低污泥后续处置费用；

c. 减少污泥中有毒物质；

d. 利用污泥中可用物质，化害为利；

e. 因选用生物脱氮降磷工艺，故尽量避免磷的二次污染。

2)常用污泥处理的工艺流程

（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

污泥脱水由于本工程污水处理工艺采用生物除磷脱氮工艺，污泥性质较为稳定,剩余污泥量较少,可不进行硝化。若采用硝化处理，需增加硝化池、加热、搅拌和沼气处理利用等一系列构筑物及设备，使投资增加。因此，考虑到本工程规模不大，不宜设硝化池，污泥直接进行浓缩、脱水。

污泥浓缩、脱水有两种方案可供选择，污泥含水率均能达到80%以下。

a. 方案一：污泥机械浓缩、机械脱水

b. 方案二：污泥重力浓缩、机械脱水

综合考虑，本污水处理厂污泥处理工艺推荐采用方案一即机械浓缩、机械脱水方案。

污泥浓缩、脱水机采用一体化设备，有两种类型的设备可以选择：一种是带式浓缩、脱水一体化机；另一种是离心浓缩、脱水一体化机。两种类型相比，带式机在国内应用较早，技术较成熟；离心机在国外使用较多，技术先进，近十几年来开始在国内使用。本工程采用带式浓缩、脱水一体化机。

2.2.5消毒方式的比选

对污水处理厂的尾水进行消毒。目前广泛应用于我国城市污水处理厂的消毒方法主要有液氯、二氧化氯和紫外线消毒等，使其杀灭污水中的细菌和病原体。

（1）液氯消毒：氯作为一种强氧化性消毒剂，溶于水后，产生次氯酸(HClO)，离解出ClO^-，利用极强的消毒能力杀灭污水中的细菌和病原体。液氯消毒具有杀菌能力强、价格便宜、使用简单、消毒可靠又有成熟经验等优点，是应用最广的消毒剂。但采用加氯消毒也可引起一些不良副作用，如废水中含酚一类有机物质时，有可能形成致癌化合物(THMS)等。

（2）二氧化氯消毒：二氧化氯是一种广谱型消毒剂，它对水中的病原微生物，包括病毒、细菌芽孢等均具有较好的杀灭作用，二氧化氯的一个重要特点是在碱性条件仍具有很好的杀菌能力，对藻类也具有很好的杀灭作用，并具有脱色、助凝、除臭等作用。但二氧化氯消毒也存在一些问题，由于从污水中逸出的二氧化氯与空气中的有机物反应，致使二氧化氯消毒水有特殊的气味，此外二氧化氯需现场制备，设备复杂原料具有较强的腐蚀性、操作管理的要求较高，并使污水处理成本升高。

（3）紫外线消毒：细菌受紫外线照射后，紫外线的光谱能量被细菌核酸所吸收，使核酸的结构遭到破坏，从而达到消毒的目的，并具有消毒速度快、接触时间短、消毒效率高，不影响水的物理及化学成份、操作简单、易于实现自动化等优点。但紫外线应用于污水消毒有一定局限性，存在受到出水色度、浊度等的影响而降低消毒效果，紫外线消毒无持续消毒作用，可能出现微生物的光复活现象，一次性投资大等缺点。

综合考虑用于污水消毒工艺的适用性、成熟性、可靠性及操作运转的简单易行和处理费用等因素，该3万m³/d的中型污水处理厂尾水处理拟采用液氯消毒工艺。

2.6工艺流程图

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，了解相关规范，编写开题报告；

（3）6-12周：文书编写及设计计算；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]刘艳英.我国城镇污水处理现状及存在问题分析[j].厦门科技.2017(2):36-38.

[2]郭伟杰,刘燕.我国城市污水处理现状及发展趋势[j].环境科学.2017(5):146.

[3]李睿.我国城市污水处理的工艺及工艺选择分析[j].城市建设理论研究:2017(2):65-166.