江南农村污水处理工程设计开题报告
2020-05-28 23:19:50
1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
活性污泥法江南农村污水处理中的应用
摘要：作为农村基础设施的重要组成部分和水污染控制的关键环节，农村污水处理工程的建设和运行意义重大。污水处理站的建设和运行耗资较大，受多种因素的制约和影响。应从整体优化的观念出发，结合设计规模、污水水质特性以及当地的实际条件和要求，选择切实可行且经济合理的处理工艺方案，经全面比较后优选出最佳的总体工艺方案和实施方式。
关键词：农村 生活污水 处理工艺 生态
Abstract: As an important part of the rural infrastructure and the key of water pollution control, the construction and operation of the rural sewage treatment project is of great significance. The cost sewage treatment station which is restricted by many factors is large, . By analyzing the waste water characteristics, the local conditions and requirements, we choose the feasible and economic reasonable process scheme.
Key words: rural; domestic sewage; treatment technology; ecological
1．村镇污水处理现状和建设污水处理工程的必要性
十六届五中全会，中央提出了建设社会主义新农村的建议，社会主义新农村建设已经成为我国一项重大历史任务和当前政府工作的重点之一，是一项全局性的工作，其实质是要以新农村建设为统领来加快我国三农问题的解决，实现我国社会、经济和环境的可持续发展。在新农村建设和城镇化发展过程中，我国村镇社会经济发展面临资源和环境等方面的众多严峻挑战。在生态环境方面主要表现在：生态破坏、环境退化和环境污染及环保基础设施缺失等。严重影响我国农业和村镇的可持续发展。
水环境是江南农村的主要特色。因此水环境问题成为江南农村生态与环境保护的关键问题之一，对于维持农村区域生态平衡和生态环境健康，推动农村社会、经济和生态环境的可持续发展具有重要意义。农村水环境是指人群集中居住的农村内部和周边自然和人工水体，包括自然河流，人工水渠，自然池塘和湖泊及人工池塘和湖畔等。由于居住人口密度较高，工农业生产较为集中，排水和水处理等基础设施缺乏，所产生的大量生活污水、生产废水都直接排入水体。同时村落周围都是农业生产集中的区域，所产生的面源污染也通过暴雨径流汇入水体。造成农村水环境的严重污染。而农村水体通常较小，环境容量有限，在长期的污染下，已经基本丧失了自净功能，水体的其他功能也丧失怠尽，成为”污水沟”或”污水塘”。这一现象的普遍存在，已经造成严重的区域水环境问题，严重影响村镇环境健康和生态景观及村镇的社会经济发展，成为社会主义新农村建设和城镇化发展过程中必须优先加以解决的环境问题。
村镇污水处理厂建设工程，是水污染综合整治工程的重要组成部分，是村镇基础设施完善程度和衡量场镇现代化的标志之一，不仅反映了村镇的经济实力、社会发展和人口素质，同时还能随着环境的改善，增强对内资和外资的吸引力。污水处理系统的完善与否与地区的经济发展息息相关，经济的发展和环境的优美，是持续发展的根本保证。因此，兴建污水处理工程是十分必要的，产生的社会效益、环境效益和经济效益是无法用金钱来衡量的，亦造福子孙后代[5]。
2.农村污水处理处理原则
在本污水处理工艺方案确定中，将遵循以下原则：
(1)技术成熟，处理效果稳定，保证出水水质达到任务书规定的排放要求。
(2)基建投资和运行费用低，以尽可能少的投入取得尽可能多的效益。
(3)运行管理方便，运转灵活，并可根据不同的进水水质和出水水质要求调整运行方式
和工艺参数，最大限度的发挥处理装置和处理构筑物的处理能力。
(4)选定工艺的技术及设备先进、可靠、成熟。
(5)便于实现工艺过程的合理自动控制，提高管理水平，降低劳动强度和人工费用。
3.农村实际情况
该村镇生活污水有以下特征和处理要求：
(1)村镇人口较少，分布广而且分散，生活污水水质、水量波动性大，排水管网不健
全。
(2)村镇经济力量薄弱，因此污水处理应充分考虑造价低，运行费用少、低能耗或无能
耗的工艺。
(3)位于高速铁路和公路旁，管线受一定影响。
(4)村镇缺乏污水处理专业人员，所选工艺应运行管理简单，维护方便。
(5)已铺设污水管网和三格式的化粪池。
4.污水处理方法
4.1 工艺原理[1,2,8]
农村生活污水处理是将生活污水中的有害物质和污染环境成份清除、降解做无害处理。目前国内外应用农村生活污水治理的处理技术比较多，名称也多种多样，但从工艺原理上通常可归为两类：第一类是自然处理系统。利用土壤过滤、植物吸收和微生物分解的原理。第二类是生物处理系统，又可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。
4.1.1 人工湿地处理系统
污水湿地处理系统分自然和人工湿地处理系统，自然湿地就是自然的沼泽地，人工湿地污水处理技术是一种基于自然生态原理，使污水处理达到工程化、实用化的新技术。将污水有控制地投配到土壤经常处于饱和状态、生长有象芦苇、香蒲等沼泽生植物的土地上，利用植物根系的吸收和微生物的作用，并经过多层过滤，来达到降解污染、净化水质的目的，它是一种充分利用地下人工介质中栖息的植物、微生物、植物根系，以及介质所具有的物理、化学特性，将污水净化的天然与人工处理相结合的复合工艺。
4.1.2 地下土壤渗滤净化系统
分散的几户或十几户人家适合采用地下土壤渗滤净化系统。
地下土壤渗滤净化系统是一种基于自然生态原理，予以工程化、实用化而创造出的一种新型小规模污水净化工艺技术，是将污水有控制地投配到经一定构造、距地面约50
cm深和具有良好扩散性能的土层中。投配污水缓慢通过布水管周围的碎石和砂层，在土壤毛管作用下向附近土层中扩散。表层土壤中有大量微生物，作物根区处于好氧状态，污水中的污染物质被过滤、吸附、降解。
4.1.3 好氧生物处理系统
好氧生物处理系统是新农村污水处理中最常用的一种处理技术。好氧生物处理工艺众多，各有优缺点，选择时要根据实际情况仔细论证和比选，注重经济适用。
生物处理法就是通过风机等设备给污水输氧，培养生物菌种和微生物，通过菌种和微生物把污水中的大部分有机物分解为无污染的二氧化碳、水等物质，少部分合成为细胞物质，促使微生物增长，并以剩余污泥的形式排出，使污水得以净化排放
4.1.4 厌氧生物处理系统
厌氧生物法目前技术上还存在一些问题，主要表现在生物处理效率较低，尤其表现为氮磷去除率很低，在一定程度上限制了其应用。
实践证明，以上方法都能很好的解决农村生活污水治理的问题，但在运用中要考虑到建设与运行成本等费用，要根据实际情况加以选择。
4.2 传统生化处理工艺[6]
根据任务书对污水水质的分析，本工程要求对BOD5、COD、SS去除率要求较高。本方案设计的污水处理工艺选择将针对该农村的污水量和污水水质以及当地经济条件、管理水平等考虑采用适应能力强、调节灵活、低能耗、低投入、占地少和操作管理方便的成熟处理工艺。对各种工艺进行分析比较：
1）BOD5/CODCr比值
污水BOD5/CODCr值是判定污水可生化性的最简便易行和最常用的方法。一般认为BOD5/CODCrgt;0.45可生化性较好，BOD5/CODCrlt;0.3较难生化，BOD5/CODCrlt;0. 25不易生化。
分析村污水处理厂进水水质，BOD5=200mg/L，CODCr=300mg/L，BOD5/CODCr=200/300 =0.66，其可生化性属于较好类型的污水，因此本工程适宜于采用生物处理工艺进行处理。
2）BOD5／TN（即C/N）比值
C/N比值是判别能否有效脱氮的重要指标。从理论上讲，C/N≥2.86就能进行脱氮，但一般认为，C/N≥3.50才能进行有效脱氮。
分析确定的进水水质，C/N=200/67=2.985。
3）BOD5／TP比值
该指标是鉴别能否生物除磷的主要指标。BOD5／TP的比值是衡量能否达到除磷效果的重要指标，一般认为该值要大于20，且比值越大，生物除磷效果越明显。
本工程的进水水质，BOD5／TP=200/2.2=90.9，满足采用生物除磷工艺的条件。
综上所述，该村污水处理站进水水质适宜于采用二级生化处理工艺，适宜于采用生物脱氮除磷工艺。
近年来，常用的生物脱氮除磷（二级强化生化处理）成熟的工艺有：A/O法、A/A/O法、AB法、SBR等。
4.2.1 A/O（厌氧/好氧）法
回流活性污泥被回流至厌氧区中，污泥中的聚磷菌在厌氧条件下，受到压抑而释放出体内的磷酸盐，产生能量用以吸收快速降解有机物，并转化为PHB（聚β羟丁基酸）储存起来。然后混合液进入好氧区，聚磷菌在好氧条件下降解体内储存的PHB产生能量，用于细胞的合成和吸磷，形成高浓度的含磷污泥，随剩余污泥一起排出系统，从而达到生物除磷的目的。
在具有足够泥龄的条件下，BOD5在好氧池内被降解的同时，也完成硝化反应。
因为回流活性污泥被回流至厌氧区，在好氧区按硝化设计时，该系统也同时具有脱氮功能，其脱氮效率取决于活性污泥回流比。
A/O工艺有硝化时存在以下缺点：
为了避免回流活性污泥中所含硝酸盐氮破坏厌氧系统影响除磷效果，污泥回流量需要控制，因此其脱氮效率有限。也就是说该工艺的主要功能在于除磷。
因为要进行硝化反应，系统的泥龄比无硝化A/O工艺的要长，从而使除磷效率有所降低。
4.2.2 A/A/O法
在系统上，该工艺是最简单的除磷脱氮工艺，在厌氧、缺氧、好氧交替运行的条件下，可抑制丝状菌的繁殖，克服污泥膨胀，使得SVI值一般小于100，有利于泥水分离，在厌氧和缺氧段内只设搅拌机。由于厌氧、缺氧和好氧三个区严格分开，有利于不同微生物菌群的繁殖生长，脱氮除磷效果好。目前，该法在国内外广泛使用国内大中型污水处理厂。
A2/O法的缺点主要在于该工艺本身。脱氮需要保持较低的污泥负荷，以便充分进行硝化、达到较高的脱氮率，而生物除磷需要维持较高的污泥负荷、得到较大的剩余污泥量，以便达到较好的除磷效果，因此在设计中还需要采取必要的措施和进一步的优化，使两者有机结合在一块，以便达到最佳的除磷脱氮效果。
A2/O系列的缺点是流程复杂，必须设置单独的二沉池和鼓风机房，通常也需要前置初沉池，占地面积大，系统水头损失高；同时还需专门的回流设备和回流构筑物，管理水平要求较高。尽管如此，但该工艺相对成熟可靠，处理效果稳定,一般适用于具有较高运行管理水平的大型污水厂。
4.2.3 AB法
AB法是一种生物吸附－降解两段活性污泥法，A段负荷高，曝气时间短，约0.5 h，污泥负荷高达2～6 kg BOD5/kg MLSS#183;d；B段（可按A/A/O设计）污泥负荷较低，为0.1～0.3 kg BOD5/kg MLSS#183;d；该法对有机物、氮和磷都有一定的去除率。它适用于进水浓度高（通常要求进水BOD5≥250mg/L）、处理程度较高、水质水量变化大的污水。
4.2.4 SBR法
在同一容器中进水时形成厌氧（此时不曝气）、缺氧，而后停止进水，开始曝气充氧，完成脱氮除磷过程，并在同一容器中沉淀，再加上撇水器出水，完成一个程序。这种方法与以空间进行分割的连续系统有所不同，它不需要回流污泥，也无专门的厌氧、缺氧、好氧分区，而是在同一容器中，分时段实行搅拌、曝气、沉淀，形成厌氧、缺氧、好氧过程。
SBR工艺的特点如下:
运行灵活，可根据水量、水量的变化调整各阶段的时间，或根据需要调整或者增减工序，以保证出水水质符合要求。
类似于静止沉降的特点，使泥水分离不受干扰，出水SS（悬浮物）低而且很稳定。
生物反应、沉淀均在一个构筑物内完成，节省占地，造价低。
承受水量、水质冲击负荷能力较强。
污泥沉降性能好，不易发生污泥膨胀。
对有机物和氮的去除效果好。
这种方法厌氧池的氧化还原电位较高，除磷效果差，总容积利用率低，一般小于50％，适用于污水量较小场合。
与其他处理工艺相比较，SBR可采用鼓风曝气，也可采用机械曝气，由于系统总处于曝气与不曝气状态，设施也处于停、开相间的状态，所以节能效果好。生物反应在一个池体内完成，无需设置二沉池，有效水深较深，相应占地面积较少。
5.总结
以活性污泥法作为主体工艺的城市污水处理技术发展已近百年，社会生产的发展、科学技术的进步、水环境质量标准的日趋严格，促使污水处理技术得以不断发展与革新。污水处理技术的研究方向重点在于降低能耗、改善出水水质、降低基建与运行费用、改善管理条件等。就我国目前污水处理现状而言，污水处理技术市场需求很大，中小城镇以及农村地区污水处理问题受到重视。
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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
1、研究背景
我国是一个水资源相对匮乏的国家，随着经济的发展，城镇化进程不断加快，我国水资源问题日益突出，水资源短缺和水环境污染成为我国亟需解决的问题。随着工业化的不断推进，资源能源消耗仍然会保持在一个相对较高的水平，各类污染物的产生量还会增加。因此，我国面临的节能减排任务依然严峻，水环境保护仍是环保工作的重中之重，污染物总量控制、严格控制污染源排放、加快现有污染水域和地下水环境的综合整治应是改善水环境质量的重点工作。
丹阳市开发区某村庄位于通港路北侧，京沪高速铁路东侧，交通便捷。本村生活污水处理设施的服务总户数189户，总人口680人。本村已经铺设了污水管网4206米，并建有三格式的化粪池。
2、方案设计
在研究所接纳污水水质和水量基础上，结合当地的地形、经济、远近期处理目标等情况，对国内外主流的污水处理工艺进行比选，并对其进行可行性研究。最终确定一种生态净化处理方法进行处理，污水处理后的水质需达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准以上。
2.1 水质水量要求
据预测，拟建污水处理厂近期总污水量为1800 m3/d，处理规模为2000 m3/d；远期总污水量为3700m3/d，处理规模为4000 m3/d。工程建设规模分两期建设，2016年为一期工程，2017-2025年间根据镇区发展具体状况进行二期工程，根据一次规划分期建设的原则，污水处理厂一期工程建设规模为2000 m3/d，进水水质及出水水质要求如下：（ 单位：mg/L）
|
项目 |
CODcr |
BOD5 |
SS |
NH3-N |
TN |
TP |
|
进水水质 |
300 |
300 |
200 |
45 |
67 |
2.2 |
|
出水水质 |
≤60 |
≤20 |
≤20 |
≤8 |
≤20 |
≤1 |
|
去除率% |
≥ 80.0 |
≥ 93.3 |
≥90.0 |
≥ 82.2 |
≥ 78.3 |
≥54.5 |
2.2 拟采用的研究手段
(1)通过查阅相关资料，了解污水处理现状及方法。
(2)根据污水处理厂的实际情况和设计要求，选择合适的污水处理方法，即采用生物方法进行处理。
(3)根据所选的污水处理方法，确定合适的处理工艺。
(4)查阅工艺设计中构筑物参数的选取和计算方法，根据污水的实际情况，完成构筑物的设计。
(5)得出污水处理工艺及污水处理厂总设计方案。绘制出主要构筑物的CAD图纸及流程图，并核算工程造价及运行费用，对其进行技术校核和经济效益评估。
2.3 主要设计依据
1）《室外排水设计规范》 (GB50014-2006)-2014版
2）《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》 (CECS138:2002)
3）《室外给水排水和热力工程抗震设计规范》 (GB50032-2003)
4）《地面水环境质量标准》 (GB 3838-2002)
5）《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB 18918-2002)
6）《污水综合排放标准》 (GB 8978-1996)
7）《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备标准》 (CJJ31-1989)
2.4 工艺方案选择
本工程生活污水及工业污水均通过污水收集系统送至污水处理厂进行处理，排污企业必须按照《污水综合排放标准》的三级排放标准要求排放污水。污水厂出水水质按GB 18918－2002一级A排放标准执行，对脱氮除磷有要求，故选取二级强化处理，可供选取的工艺有氧化沟工艺，SBR工艺，CASS工艺，A2/O工艺等。
（1）氧化沟在国内外中小型城市应用广泛，改良型Carrousel 2000 氧化沟污水处理效果显著，BOD去除率达95%～99%，COD去除率达95%，脱氮、除磷效率能够达到90%以上。同时氧化沟工艺流程简单，构筑物少，可不设初沉池，运行管理方便。此外污泥量少，污泥性质稳定，不需要另设污泥消化硝化池。但占地面积较大，由于采用机械曝气，动力效率低，能耗也较大。
（2）SBR工艺沉降性能好，有机物去除率90%以上，氨氮去除率75%-80%，除磷率可达90%以上，不需要污泥回流，工艺简单。但不能达到连续进水、连续出水的要求，对于多个SBR反应器，其进水和出水阀门自动切换频繁，设备的闲置率较高。CASS工艺是SBR工艺的变形工艺，主要特点是反应器前端设置生物选择器，并可实现连续进水，增强了系统运行的稳定性。
（3）A/A/O工艺在我国大中型城市应用广泛，总的水力停留时间少于其他同类工艺，在厌氧、缺氧、好氧交替运行条件下不易发生污泥膨胀。但脱氮除磷效果有限，总氮去除率在80%-85%左右，总磷去除率在85%左右，并且很难同时取得好的脱氮除磷的效果。此外构筑物较多，基建费用大，适用处理水量大的污水厂。
本工程处理水量较小，对去除效果要求高，结合国内小城镇污水处理厂的应用现状以及当地的经济等实际情况，采用改良型Carrousel 2000 氧化沟工艺，主要考虑以下几个方面：
（1）、改良型Carrousel 2000 氧化沟由厌氧区和Carrousel 2000 氧化沟反应器系统组成，一定程度上有利于难降解有机物的去除，同时耐冲击负荷能力强；
（2）、保留了前置反硝化的一切优点，可实现硝化液的高回流比，达到较高程度的总去除率。厌氧区的设计能够保证释磷充分，为磷的去除创造条件；
（3）、氧化沟缺点主要在占地和能耗，但本工程处理水量小，建设规模不大,另一方面该农村有一定空地和田地。厌氧池可以降解部分有机物，降低好氧氧化沟的需氧量，从而有效降低了曝气设备的能耗，降低生产过程运行成本；
（4）、氧化沟工艺流程简单，可以省去初次沉淀池和污泥消化池，运行管理方便。
我国部分卡罗塞尔氧化沟污水处理厂
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污水处理厂 |
处理对象 |
规模/（m3/d） |
沟渠形式与功能特征 |
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昆明市兰花沟污水处理厂 |
城市污水 |
55000 |
6廊道用于脱单除磷 |
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桂林市东郊污水处理厂 |
城市污水 |
40000 |
4廊道 |
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上海市龙华肉联废水处理厂 |
肉联废水 |
1200 |
4廊道 |
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山西针织厂废水处理厂 |
纺织废水 |
5000 |
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西安杨森制药厂废水处理厂 |
制药废水 |
1000 |
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2.5 工艺流程
本工程拟采用工艺流程如下：
