1. 研究目的与意义（文献综述）

1研究背景

中国水资源总量为2.8万亿立方米。其中地表水2.7万亿立方米，地下水0.83万亿立方米，中国目前有16个省(区、市)人均水资源量(不包括过境水)低于严重缺水线，有6个省、区(宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏)人均水资源量低于500立方米，为极度缺水地区。目前，我国水资源存在以下几点特征：

1资源短缺

我国城市水资源存在极其匮乏且涉及面广的问题，全国城市每年缺水 60 亿m3，每年因缺水造成经济损失约2,000 亿元10。在我国，城市水资源的需求几乎涉及到国民经济的方方面面，如工业、农业、建筑业、居民生活等，严重的缺水问题导致我国城镇现代化建设进程、gdp 的增长和居民生活水平的提高都受到了限制。

2. 研究的基本内容与方案

2国内外城市污水处理现状

2.1主体工艺

2.1.1 A²O工艺

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。高瑶远等人^[1]通过增加水力停留时间,在溶解氧为 0.3~ 0.5mg/L 范围内成功启动低氧全程硝化,并在 70d 后出水达到稳定。信心等人^[2]采用AGS-SBR系统在低氧条件下长期运行,在反应器中检测 Denitratisoma 的相对丰度为0.89%,印证了好氧池中出现的好氧硝化反硝化现象。

2.1.2好氧同步脱氮除磷工艺

好氧同步脱氮除磷是利用好氧颗粒污泥自身的结构特点以及氧扩散梯度的存在，在污泥颗粒上形成好氧区——缺氧区——厌氧区，为除磷脱氮所需的各种微生物菌群提供合适的生长环境。通过适当的定向培养，可以在 3 个区域中培养出不同的微生物菌群（硝化菌、反硝化菌、聚磷菌、反硝化聚磷菌等），最大限度地发挥其群体优势，使其实现同步除磷脱氮。研究证实，好氧颗粒污泥粒径的大小受溶解氧浓度的影响，当氧的饱和度为 20 ％ 时，生物膜厚度达到最大值。R.L. Meyer 等对硝化和反硝化的耦合过程进行研究，发现溶液中氨氮浓度和载体表面硝化细菌活性影响缺氧区的形成。此后，这些学者在对反硝化过程中 N₂O 积累原因的研究中首次发现聚磷菌在厌氧环境储存的 PHA（聚羟基脂肪酸酯） 促进反硝化过程。

2.1.3 ANAMMOX-SHARON 组合工艺

厌氧氨氧化（简称 ANAMMOX）其优点是：可以大幅度降低硝化反应的充氧能耗；免去反硝化反应的外加碳源；可节省传统硝化反硝化反应过程中所需的中和试剂；产泥量少。

Jettern提出 ANAMMOX 工艺的温度范围是 20～43 ℃，最佳温度为 40 ℃，pH 值在 6.7～8.3 （最佳 pH＝8）时运行得最好，但乙炔、磷酸和氧都会强烈抑制 ANAMMOX 中菌群的活性。Stijn Wyffels等首次使用示踪剂 15N 对 N2 的形成原因进行研究，实验证实两个氮原子分别来自于氨盐和亚硝酸盐，这一发现为研究厌氧氨氧化菌的代谢过程提供了帮助。

SHARON工艺是由荷兰 Delft 工业大学运用短程反硝化原理开发的脱氮新工艺，即在高温（30～35℃）条件下，利用亚硝化菌的生长速率快、最小停留时间短的特点，控制系统的水力停留时间使其介于硝化菌和亚硝化菌的最小停留时间之间，硝化菌被自然淘汰，严格控制 pH 值，进行反硝化过程，以节省有机碳源。此外，C. Picioreanu等运用 AQUASIM 技术模拟出多孔载体上生物体的分布区域，真实反应了生物膜厚度变化和各菌种的生长过程。

2.1.4 UNITANK工艺

UNITANK 污水处理工艺是由比利时 SEGHERS 公司提出的 SBR 的变形工艺，不仅具有 SBR 系统的主要特点，还可像传统活性污泥法那样在恒定水位下连续运行。 该工艺通过时间及空间上的控制及曝气、 搅拌的控制， 使 3 个池内形成好氧、缺氧或者厌氧环境，省去了污泥回流，并利用斜管的 布置实现了污泥沉淀的过程，最大程度了的节约的建设用地。 高负荷、反应和沉淀一体实现是 UNITANK 污水处理工艺的独到之处，但亦因此，大大增加了提标改造的难度：

（1）总有效池容和曝气量不足，难以满足去除 BOD5 和NH3-N 的要求；

（2）污泥龄较短，缺氧时间不足，难以满足反硝化脱氮的要求，出水 TN 难以满足要求；

（3）没有独立厌氧池，厌氧时间不足，出水 TP 难以满足出水水质要求。

2.1.5氧化沟工艺

卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制的。该工艺具有投资省、处理效率高、可靠性好、管理方便和运行维护费用低等优点。

PI(Phase Isolation)型氧化沟，即交替式和半交替式氧化沟，是七十年代在丹麦发展起来的，其中包括DE型、T型和VR型氧化沟，随着各国对污水处理厂出水氮，磷含量要求越来越严，因而开发出现了功能加强的PI型氧化沟.

杨等人^[3]和罗等人^[4]利用监测和数值模拟的方法研究了集成氧化沟流动模式的特点，并提出了流量分配优化和沉积问题校正的研究。HELEN等人^[5]利用动量计算和分析曝气轮运行方式对流态和溶解氧分布的影响，建立了氧化沟数值模型。杨等人^[6]建立了氧化沟流动模式和溶解氧分布模型，提出了曝气轮和水下螺旋桨的最佳运行方式。通过他们的工作，提高了系统的脱氮效率，实现了稳定达到排放标准和节能的目标。刘等人^[7]在氧化沟的小型试验系统和氧化沟的先导系统中研究了溶解氧，进水负荷与SND之间的关系，得到了最佳运行方式。郭昌梓等^[8]对 Carrousel 氧化沟的脱氮除磷性能进行研究，研究表明氧化沟的溶解氧对出水有较大的影响，在好氧区和缺氧区体积相同的条件下，溶解氧越低出水水质越好。刘艳臣等^[9]，对氧化沟内的微生物分布及活性进行研究，研究表明氧化沟系统内优势菌种与其它工艺相近的常规菌种为主,菌群种类特征主要受进水水质条件影响。马迎霞等^[10]对氧化沟流速与沉泥之间的关系进行研究得出，当流速平均不小于 0.3m/s 时氧化沟内不会产生沉泥现象。

2.2工艺比选

表2-1不同处理工艺运行效果比较（以相对值表示）

表2-2不同脱氮流程的经济性比较（以相对值表示）

由于入流污水B/C比=0.7，可生化行较好，适合于生化处理，考虑到基建与运行成本，同时考虑污水处理效果，最后选用的主体工艺为：前置厌氧的卡鲁塞尔氧化沟工艺处理污水。

3设计内容与基本流程

3.1基本内容

本设计课题是嘉鱼开发区3万吨/d规模污水处理工艺设计，嘉鱼县经济开发区范围包括鱼岳镇、官桥镇部分区域，边界范围北至小湖；西至白湖西岸；南至规划武深高速；东至蜀茶湖，总面积约 23.54 平方公里。

该设计旨在通过对污水处理进行工艺技术分析比较，确定最佳处理工艺，经本项目处理后的废水各污染物排放应达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A排放标准，并提供污水处理厂工艺路线、设计参数及采用方案。

表3-1 污水处理厂设计进水水质 单位（mg/L）

表3-2 污水处理厂设计出水水质要求 单位（mg/L）

3.2工艺流程

选用的主体工艺为：前置厌氧的卡鲁塞尔氧化沟工艺处理污水。

污水首先经过粗格栅与细格栅，去除较大的漂浮物及悬浮物；然后进入旋流沉砂池，使易沉降的无机性颗粒沉淀出去；接着进入调节池，使进水的水质水量均匀；之后部分污水进入预缺氧池，用于去除回流污泥中的硝酸盐，大部分污水直接进入厌氧池，部分有机物得以去除，同时释放磷；然后进入卡鲁塞尔氧化沟系统，有目的地控制卡鲁塞尔氧化沟各段的溶解氧，使其具有A／O法脱氮功能，通过曝气设备控制氧化沟入水溶解氧大于2mg/L，随着微生物对溶解氧的利用，逐渐形成缺氧区，达到反硝化脱氮的目的，污水直接在氧化沟内循环以提高脱氮效率。采用多端A/O/A/O··布置，使系统具有更优良的硝化/反硝化过程。接着进入辐流沉淀池进行固液分离；然后将水通入高效澄清池，在入水处投加絮凝剂，去除水中残留的悬浮固体，同时进一步去除残余的磷；之后再通入纤维转盘滤池，用于降低SS和COD；然后处理水进入消毒池，利用次氯酸钠配合紫外线进行消毒，最后出水。回流污泥回流至预缺氧段，避免硝酸盐影响厌氧释磷过程；剩余污泥进入污泥浓缩池，之后进行带式压滤，所产生的滤液与入流水混合后进入处理系统。

图3-1 嘉鱼开发区污水处理厂设计工艺流程图

该工艺具有以下特点：

1该工艺在厌氧池前设置了预缺氧区,进水在预缺氧区进行反硝化反应,去除回流污泥中的硝酸盐氮,解决了硝酸盐氮干扰厌氧区磷的释放的问题,从而保证厌氧区的厌氧效果,提高系统的除磷效果。

2预缺氧区、厌氧区均设置进水点,并配置调节阀门,运行时根据进、出水水水质情况调节各段进水量,确保碳源合理分配,对进水碳源较低的合流制污水有很好的脱碳除磷效果。实际运行中预缺氧区设施配水(0.1-0.3)Q 、厌氧区配水为(0.7-0.9)Q。

3传统A2/O工艺采用混合液提升泵进行混合液回流,电机功率大,该工艺采用低速大叶轮潜水推进器,推动混合液在环形沟内进行内循环,较传统采用提升泵进行混合液内回流的工艺节省能耗约50%

4采用了循环的氧化沟池型,水流具有完全混合和推流的特性,混合液回流量可达到6Q,远远高于传统A2/工艺(2.0~3.0)Q,大大提高了该工艺的脱氮效果。

5该工艺采用鼓风微孔曝气方式,生物池水深可达6~8m,改变了传统氧化沟表面曝气效率低、池深浅、占地大的特点。

3. 研究计划与安排

4进度安排

3月22日-3月28日：编写开题报告，并经指导教师讨论后确定工艺技术方案；

3月29日-4月11日：开始课题的实施；

4. 参考文献（12篇以上）

参