1. 研究目的与意义（文献综述）

一、论文研究的背景和意义

近年来，广东省潮安县经济增长快，但环境质量尤其是水环境质量恶化的趋势尚未得到遏制，严重影响了城市的形象。因此，社会经济要实现可持续发展，就必须有效地控制和治理水污染，及早完善城市污水系统和建设城市污水处理厂，使城市实现供水和排水的良性循环，恢复城市的风貌，使城市赖以生存和发展的生态环境得到有效的改善。

目前广东省多处已建成污水处理厂，但潮安县污水处理率仍然为零，可以看出，潮安县市政设施建设速度目前还较缓慢，城市功能还不够完善。因此，为确保潮安县城的水污染得到有效的控制，改善县城居民的生活环境和投资环境，创建国家卫生城市，把潮安县建设成为经济繁荣、社会文明、环境优美的现代化城市，兴建城区污水处理厂已势在必行。相信在潮安县污水处理厂建成后，将会极大地改善周围水体环境，对治理水体污染，保护当地流域水质和生态平衡具有十分重要的作用。

此次毕业的课题是“潮安县4.0万吨/日污水处理初步设计”，本次设计所要处理的废水是潮安县南部的生活污水以及经工厂内处理后的二级污水，处理水量为8万msup3;/d，分两期建设，每期水量为4万msup3;/d。设计拟采用氧化沟工艺对废水进行处理，经处理后的废水达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（gb18918—2002）一级b标准后排放。

2. 研究的基本内容与方案

一、污水处理工艺比选

3.1 SBR污水处理技术

SBR是序批式活性污泥法的简称，从传统的活性污泥法改进而来，在国内外广受欢迎的污水生物处理技术。

SBR处理工序是间歇、周期性的，整个运行过程分成进水期、反应期、沉降期、排水期和闲置期，各个运行期在时间上按序排列，称为一个运行周期[4]。在进水期时，要求反应池中残存着高浓度的活性污泥混合液，不断进行曝气，使污泥再生；在反应期能够去除大量的BOD，对污水进行脱氮、除磷处理等；在沉降期具有澄清出水、浓缩污泥的作用；在排水阶段，经处理达到一定要求的水排出处理系统，剩余污泥被引出排放，闲置期是为下一个运行周期创造良好的初始条件。此流程主要处理高浓度的BOD及氨氮废水。

SBR污水处理技术的优点是水质较好，速度快，工艺简单，造价低；对高浓度有机废水中氮、磷、硫的去除效果独特；沉淀性能较好，污水处理效果大幅提升等。当然，此方法也有其缺点，主要是设备长时间闲置，不能够得到充分利用；不适用于大型处理厂；在我国北方寒冷地区，受温度限制，易出现不稳定的现象等。

3.2 氧化沟技术

氧化沟法是城市生活污水处理常见的方法，是利用活性污泥中的微生物通过分解、合成完成自身生长过程来处理净化污水的技术。

氧化沟处理污水的主要原理是将污水处理过程中的反应池设置为椭圆形，污水和活性污泥在沟内进行几十圈甚至更多的循环，并利用曝气器对反应池不断进行曝气，让其进行水平流动，再排出系统从而达到污水进化的效果。氧化沟系统基本结构通常包括氧化沟池体、曝气设备、进水出水设备、导流和混合装置以及附属构筑物等。该方法主要处理水体中的BOD5，去除N、COD、SS等。常见的氧化沟类型有Orbal氧化沟、一体化氧化沟、T型氧化沟等，它们的工艺也有微妙的差别。

氧化沟污水处理技术的优点是该方法处理效果好、运行稳定，污泥量少，构筑物少运行管理方便，运行费用低等。

3.3 化学混凝法

化学混凝法是向废水中加入一定的化学混凝剂，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集成较粗大的颗粒而沉淀，并与水分离，以污泥形式排出，从而达到净化的目的。化学混凝法可以去除水体中的BOD，COD，SS等。

化学混凝法可以应用于处理制革废水的重金属离子，造纸废水中高浓度的COD，受污染的采油废水等。利用化学混凝法对制革废水中的Cr6 、总铬的去除效果发现，以不同的絮凝剂为基础，聚合硫酸铁投药量较小，处理效果好；以PAC作为混凝剂，PAM作为助凝剂联合处理造纸厂的生产废水时，对CODcr的去除效率较高；利用聚合氯化铝和聚合硫酸铁混凝处理城市生活污水，效果较好。

化学混凝法在运行的过程中，它的优缺点也渐渐显现出来。优点主要是混凝剂种类繁多，无二次污染，高效、无毒，应用前景广阔，缺点主要是技术不够先进，要向废水中不断投药，成本较高等。

3.4 MBR污水处理技术

MBR，即膜生物反应器，是以酶、微生物或动植物细胞为催化剂进行化学反应或生化转化，同时借助膜分离技术装置不断的分离出反应产物并截留催化剂而进行反应的装置，主要有膜组件、生物反应器、物料输送三部分组成。MBR污水处理技术近年来在国内外已经取得了飞速的发展，是一种高效的污水处理技术。其工艺流程主要是原水→格栅→调节池→提升泵→生物反应器→循环泵→膜组件→消毒装置→中水贮池→中水用水系统等。

MBR污水处理工艺的原理是利用膜分离装置将反应池中污水的水与泥分离，并利用大量的微生物有效地降解污水中各种有机物，将反应器内的硝化细菌转化污水中的氨氮，通过中空纤维膜进行高效的固液分离出水，从而达到水质得到净化的目的。MBR技术的形成起始于20世纪60～80年代，并不断改进发展。MBR污水处理工艺的特点是反应池内的微生物浓度浓度高，主要是由于微生物在里面不断生长，具有较高的冲击负荷，对污染物的去除效率较高，可以去除大量的细菌、病毒等。

然而，随着MBR工艺的不断发展，其弊端也不断显现出来，主要是膜污染特别严重，这主要与膜材料的性质有关，如表面电荷性质、亲疏水性、粗糙度等，还与料液的性质、操作条件等有关；膜的造价昂贵，运行费用较高等。针对上述膜污染特别严重的状况，可以通过改进相关的膜材料，调节pH值，改进运行的工艺条件等方法解决。目前MBR技术主要用于中水回用、城市污水处理、工业废水处理、粪便污水处理、微污染饮用水净化等领域。

3.5 潮安县污水处理厂污水处理工艺确定

通过对上述几种污水处理方法的分析和比较，了解到氧化沟污水处理技术具有出水水质好，运行稳定，管理方便等特点，故确定潮安县污水处理厂采取的污水处理工艺为氧化沟工艺，下面对几种氧化沟工艺进行比较选择。

3.5.1 氧化沟技术的发展及现状

氧化沟（oxidation ditch）又名连续循环曝气池（Continuous loop reactor），是活性污泥法的一种变形。氧化沟工艺是20世纪50年代由荷兰卫生工程研究所（RNO）的帕斯维尔（A.Passver）博士通过研究和设计收线研发的。第一座氧化沟污水处理厂是帕斯维尔与1954年在荷兰的伏肖汀建造的，它将曝气、污泥稳定等处理过程集于一体，间歇运行，BOD5去除率高达97%，运行效果稳定，适用于中小村镇的污水处理。60年代起，这项技术在欧洲、大洋洲、北美和南非等各国得到了迅速的发展和运用，工艺和构造上也得到了很大的发展和改进。由于其出水水质好，运行稳定、管理方便等工艺特点，现已在国内外广泛的运用于生活污水和工业污水的处理。经过30多年的实践和发展，这项技术在各种形式的活性污泥法中处于领先地位，被评价为处理效果可靠、基建费用低而运行费用又较省的污水生物处理方法。目前，此项技术已被广泛应用于城市污水，石油废水、化工废水、造纸废水、印染废水、食品加工废水等的工业废水处理之中。特别是在荷兰、德国、美国、丹麦、瑞典、瑞士、希腊、加拿大、巴西、南非、澳大利亚、新西兰、印度、前苏联、日本及中国等，这项技术发展十分迅速，不仅处理工艺的数量急剧增长，而且处理规模也在不断扩大。

3.5.2 氧化沟技术的特点

氧化沟是一种改良的活性污泥法，最早属于完全混合延时曝气过程。长年运行实践表明，氧化沟处理的出水水质好，它能够完全地去除含碳化合物，可以产生高度的硝化作用，运行维护容易，可靠性高。与传统活性污泥法曝气池相比，氧化沟具有以下各项特征。

(1)在构造方面的特征

①氧化沟一般呈环形渠状，平面多为椭圆形或圆形，总长可达几十米，甚至百米以上，沟深取决于曝气装置，为3～7m。

②氧化沟的进水装置比较简单，只需伸入一根进水管即可，多沟平行工作时，则应设配水井，采用交替工作系统时，配水井内还应设自动控制装置，以变换水流投配方向。

（2）在水流混合方面的特征

污水在氧化沟内做几十次甚至上百次的循环流动，在这点上可以认为在氧化沟内混合液的水质几乎一致，即认为氧化沟内的流态是完全混合的。但又具有某些推流式的特征，如在曝气装置的下游，溶解氧浓度从高向低变动，甚至可能出现缺氧段。

(3)在工艺方面的特征

①操作单元少。原水经过格栅沉砂后，即可进入氧化沟，而不需在系统中设置初沉池和调节池。还可考虑不单设二次沉淀池，使氧化沟和二次沉淀池合建，省去污泥回流装置并节省占地。

②耐冲击负荷。有机负荷、水力负荷和有害物质的冲击负荷对氧化沟工作的影响不明显，氧化沟有完全混合的特征且其中有大量的活性污泥，这就提高了系统对这些不良因素的抵抗能力。

③处理效果好，运行稳定。氧化沟中的污泥总量比普通曝气池高10～30倍。在供氧充足的情况下，氧化沟中污水被完全净化，处理效果好。氧化沟即使是在严冬季节运行，出水仍能达到排放标准。只要BOD5负荷不超过0．16kgBOD5／(kgMLSS·d)，就可得到高质量的出水，其出水BOD5平均含量在20mg／L以下，而普通曝气池的污泥负荷率一般是0．3～0．7kgBOD5／(kgMLSS·d)。

④污泥产泥率低，剩余污泥较稳定，没有臭味，脱水快，可以不经消化而直接脱水。

⑤适用范围广。氧化沟不仅能处理生活污水，还能处理工业废水；不仅能用于温暖地区，还能用于寒冷地区。

⑥氧化沟具有脱氮能力。以普通Carrousel氧化沟为例，其脱氮水平为40％～70％，而不需另加建造费和运行费。按A2／O工艺方式设计建造，还能除磷脱氮。

(4)在技术方面的特征

①构造形式的多样性 氧化沟沟的基本形式呈封闭的沟渠形，而沟渠的形状和构造则多种多样。沟渠可以呈圆形和椭圆形等形状，可以是单沟或多沟，多沟系统可以是一组同心的互相连通的沟渠（如奥贝尔氧化沟），也可以是互相平行、尺寸相同的一组沟渠（如三沟式氧化沟），有与二沉池分建的氧化沟，也有合建的氧化沟。

②氧化沟的曝气设备的多样性 常用的曝气装置有转刷、转盘和微孔曝气等。

③曝气强度的可调节形 氧化沟的曝气强度可以调节，其一式通过出水溢流堰调节堰的高度改变沟渠内水深，进而改变曝气装置的淹没深度，改变氧量已适应运行的需要。淹没深度的变化对于曝气设备的推动力也会产生影响，从而也可对水的流速起一定的调节作用。其二式通过曝气器的转速进行调节，从而可以调整曝气强度和推动力。

(5)在经济方面特征 氧化沟是一种经济的污水处理系统，凡是适宜采用活性污泥法的地方都可以修建氧化沟。

氧化沟技术发展的强势在于氧化沟的环流，这种环流是造成氧化沟长久不衰的内在原因，外在原因则是其具有多功能性、污泥稳定、出水水质好和易于管理。氧化沟有别于其他活性污泥法的主要特征是环形池形，或者说只要保持沟渠首尾相接，水流循环流动，选用特定设计参数、沟型和运行方式，就会给运行者和设计者带来极大方便，其灵活性和适用性也非常强，有进一步研究、发展和应用的广阔空间。目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：帕斯韦尔（Pasveer）氧化沟、卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟 、奥尔伯（Orbal）氧化沟、T型氧化沟（三沟式氧化沟）、DE型氧化沟和一体化氧化沟。这些氧化沟由于在结构和运行上存在差异，因此各具特点。

尽管氧化沟具有出水水质好、抗冲击负荷能力强、除磷脱氮效率高、污泥易稳定、能耗省、便于自动化控制等优点。但是，在实际的运行过程中，仍存在一系列的问题。

（1） 污泥膨胀问题

当废水中的碳水化合物较多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化沟中污泥负荷过高，溶解氧浓度不足，排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀；非丝状菌性污泥膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷较高时。微生物的负荷高，细菌吸取了大量营养物质，由于温度低，代谢速度较慢，积贮起大量高粘性的多糖类物质，使活性污泥的表面附着水大大增加，SVI值很高，形成污泥膨胀。

（2） 泡沫问题

由于进水中带有大量油脂，处理系统不能完全有效地将其除去，部分油脂富集于污泥中，经转刷充氧搅拌，产生大量泡沫；泥龄偏长，污泥老化，也易产生泡沫。

（3） 污泥上浮问题

当废水中含油量过大，整个系统泥质变轻，在操作过程中不能很好控制其在二沉池的停留时间，易造成缺氧，产生腐化污泥上浮；当曝气时间过长，在池中发生高度硝化作用，使硝酸盐浓度高，在二沉池易发生反硝化作用，产生氮气，使污泥上浮；另外，废水中含油量过大，污泥可能挟油上浮。

（4） 流速不均及污泥沉积问题

在氧化沟中，为了获得其独特的混合和处理效果，混合液必须以一定的流速在沟内循环流动。一般认为，最低流速应为0.15m/s，不发生沉积的平均流速应达到0.3～0.5m/s。氧化沟的曝气设备一般为曝气转刷和曝气转盘，转刷的浸没深度为250～300mm，转盘的浸没深度为480～530mm。与氧化沟水深（3.0～3.6m）相比，转刷只占了水深的1/10～1/12，转盘也只占了1/6～1/7，因此造成氧化沟上部流速较大（约为0.8~1.2m，甚至更大），而底部流速很小（特别是在水深的2/3或3/4以下，混合液几乎没有流速），致使沟底大量积泥（有时积泥厚度达1.0m），大大减少了氧化沟的有效容积，降低了处理效果，影响了出水水质。

3.5.3 氧化沟工艺的进展

通过对多种连续流生物除磷脱氮工艺时空关系分析，并结合新的除磷脱氮理论，继续贯彻简易污水处理的思想，研究出改良型氧化沟工艺。改良氧化沟的构建是在一体化简易污水处理技术的思想上，依托于卡鲁赛尔氧化沟、一体化氧化沟和奥贝尔氧化沟而建立的。它是以连续流的方式，不作专门的时空调配，通过空间分析和空间顺序及对溶解氧的优化控制，将污水净化和固液分离功能集于一体，以水力内回流的方式替代机械内回流的反应器。构建的总原则是以连续流的方式，在更少的和合理的空间中完成C、N、P和SS的同时去除。

改良氧化沟的优化分析：

（1）改良型氧化沟采用奥贝尔氧化沟三沟道串联的特性，将各分区考虑成串联，从而有利于难降解有机物的去除，并可减少污泥膨胀现象的发生。
（2）改良型氧化沟借鉴奥贝尔氧化沟的溶解氧梯度分布，具有较好的脱氮功能。在外沟道形成交替的好氧和大区域的缺氧环境，较高程度地发生“同时硝化/反硝化”，即使在不设内回流的条件下，也能获得较好的脱氮效果。由于外沟道溶解氧平均值很低，氧传递作用是在亏氧条件下进行的，所以氧的传递效率有所提高，有一定的节能效果，一般约节省能耗15%~20%。加之外沟道内所特有的同时硝化/反硝化功能，节能效果更为明显。内沟道作为最终出水的把关，一般应保持较高的溶解氧，但内沟道容积最小，能耗相对较低。
（3）改良型氧化沟将奥贝尔氧化沟布置相对困难的圆形或椭圆形沟型设计为环状跑道型，降低了占地面积和工程造价。同时取消了无效占地的中心岛，进一步节省占地面积和造价。
（4）改良型氧化沟借鉴卡罗塞尔氧化沟水力条件，使内沟的好氧区向外沟的缺氧区回流实现了水力内回流，简化了处理环节、节省了设备和能耗。
（5）改良型氧化沟借鉴一体化氧化沟将集曝气净化和固液分离于一体的优势，不单独建二沉池和污泥回流泵站，污泥自动回流，简单、节能且节省占地和基建投资。

二、设计思路及拟定方案

本设计课题是潮安县4.0×10⁴ t/d规模污水处理工艺设计，服务人口为15万人，处理工艺以Carrousel氧化沟技术为主体工艺。进水水质见下表。

表4-1 处理污水进水水质指标

出水水质要求符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级B标准，见下表。

表4-2 处理后污水出水水质指标

本设计内容为城镇污水处理厂工艺流程设计，日处理量4万t，出水水质要求符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级B标准，对出水水质要求较高，要求COD去除率达到81.8%、BOD去除率达到87.5%、NH₃-N去除率达到80%、SS去除率达到91.7%、TP去除率达到66.7%方可达标排放。

本项目污水处理的特点为：

① 污水以有机污染为主，BOD/COD≈0.5，可生化性较好，重金属及其他难以生物降解的有毒物一般不超标，且进水污染物水平总体较一般城镇污水较低；

② 污水中主要污染物指标BOD₅、CODcr、SS值在国内城市污水指标范围；

③ 出水要求达到一级B标准，对脱氮除磷的要求较高。

针对以上特点，结合现有城市污水处理技术的特点，以采用二级处理最为经济。根据国内外已运行的大、中型污水处理厂的调查，要达到确定的治理目标，决定采用Carrousel氧化沟对废水进行处理。工艺流程图如下：

3. 研究计划与安排

一、毕业设计完成进度安排

3月2~21日按任务书要求查阅文献资料，并准备好设计工作；

3月22~28日写开题报告，并经指导教师讨论确定工艺技术方案；

3月29~4月11日开题；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]邓荣森.氧化沟污水处理理论与技术.北京:化学工业出版社,2006.4

[2]沈耀良等.废水生物处理新技术理论与应用.北京:中国环境科学出版社,1999

[3]高延耀,顾国维,周琪.水污染控制工程,四版,下册.北京:高等教育出版社,2005.4