污水处理可行性研究报告（5）
作者：刘虹 刘佳奇 文章来源：本站原创 点击数： 更新时间：2009-2-26
第五章 污水处理厂工艺论证
5.1 城市污水处理工艺选择原则
城市污水处理厂工艺方案的选择一般应满足以下总体要求：技术可行、经济合理。在保证处理效果、运行稳定的前提下，使工程造价和运行费用最为经济合理，同时工艺方案要运行简单、控制调节方便，占地和能耗小，污泥量少。并且要求具有良好的安全、卫生、景观和其他环境条件。5.2 典型的城市污水处理工艺
典型的污水处理工艺主要包括机械处理、生化处理（水线）、污泥处理(泥线)等工段。由机械处理和生化处理构成的系统属于二级生化处理系统，其BOD5和SS去除率可达到90%~98%。具有生物脱氮除磷功能的二级处理系通常为深度二级处理系统。1、机械处理工段 机械处理工段或称一级处理工段，一般包括粗细格栅、沉砂池、初沉池等构筑物及配套设备，以去除大颗粒和悬浮物为目的，处理原理在于通过物理法实现固液分离，将污染物从污水中分离出来，机械处理是污水处理工程的必备工段，城市污水一级处理的BOD5和SS分别为25%和50%。
2、污水生化处理工段 污水生化处理属于二级处理，以去除不可沉悬浮物和溶解性可生物降解有机物为主要目的，生物处理的原理是通过生物作用，尤其是微生物作用，完成有机物的分解和生物体的合成，将有机污染物转化成无害的气体产物（二氧化碳）、液体产物（水）以及富含有机物的固体产物（活性污泥）；多余的污泥在沉淀池中经沉淀法固液分离，从净化后的污水中除去。 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，已经研发出了各种各样的生物处理方法。活性污泥法主要有AB法、A/O法、A2/O法、氧化沟法、SBR法、以及CASS等工艺。生物膜法包括：普通生物滤池、高负荷生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、嚗气生物滤池等工艺。生物稳定塘包括：好氧塘、厌氧塘、兼性塘、曝气塘等。土地处理法主要包括：人工湿地（表层流湿地、潜流湿地）、人工快速渗滤、污水地下渗滤处理等。以下简单介绍几种具典型工艺：
A、A/O法、A2/O法 A/O法、A2/O法处理系统的工艺流程与常规活性污泥法基本相同，不同之处就是在普曝池前设置厌氧区和缺氧区。本工艺成熟可靠，可以满足一般工程的脱氮除磷要求，但需要有庞大的内回流系统（包括污泥回流、混合液回流），因此在运行管理上比较复杂。 主要优点：运行费用较传统活性污泥法低，曝气池池容小，需气量少；具有脱氮除磷功能；BOD5和SS去除率高，出水水质较好，运行稳定可靠，有较成熟的设计、施工及运行管理经验，产泥量较传统活性污泥法少；污泥脱水性能较好；无需设初沉池；对水质和水温度化有一定适应能力；另外，从节省能耗的角度看，A2/O工艺的优点是可以充分利用硝化液中的硝态氧来氧化BOD5，回收了部分硝化反应的需氧量，反硝化反应所产生的碱度可以部分补偿硝化反应消耗的碱度，因此对含氮浓度不高的城市污水可以不另外加碱来调节pH。 主要缺点：存在于该工艺本身，如必须设置污泥回流泵房，需要设置单独的二次沉淀池，占地面积较大。系统流程长而复杂、构筑物及设备多；工艺控制较传统活性污泥法复杂；系统运行较难控制、管理；如要达到满意的脱氮除磷效率，其基建投资较高。
B、AB法 AB法处理工艺，是吸附－生物降解工艺的简称。 AB工艺是由超高负荷活性污泥系统（A段）和中低负荷活性污泥系统（B段）串联组成，A段的主体为吸附池及中间沉淀池，B段的主体为曝气池及二次沉淀池，AB两段各自拥有独立的污泥回流系统。两段完全分开，各自有独特的生物群体，有利于系统功能稳定。A段属高负荷低供氧，可去除BOD5约50-60%曝气时间仅0.5h，污泥负荷在
C、CASS工艺 CASS（Cyclic Activated Sludge System）工艺全称循环式活性污泥法，其前身是ICEAS工艺，CASS的整个工艺为一间歇反应器，在反应器中活性污泥法过程按照曝气和非曝气阶段不断重复，将生物反应过程和泥水分离过程结合在一个池子中进行。它是SBR工艺的一种更新变型，随着计算机的日益普及，CASS 工艺由于其投资和运行费用低、处理性能高，尤其是有效的脱氮除磷功能而越来越受到重视。
主要特点： 1）在反应器入口处设置一生物选择器，并进行污泥回流，保证了活性污泥不断地在选择其中经历一个高絮体负荷的阶段，从而有利于系统中絮凝性细菌的生长并提高活性污泥活性，进一步有效地抑制丝状菌的生长和繁殖。 2）具有良好的污泥沉降性能。 3）具有良好的脱氮除磷功能。 4）工艺流程简单，自动化程度高。 D、氧化沟法 氧化沟属延时曝气法。 主要优点：氧化沟内混合液流态是无终端循环流动，稀释能力强，污泥负荷低，曝气时间长，故耐冲击负荷，出水水质较好，污泥量较少且稳定，一般可不设初沉池，维护管理简单。 主要缺点：需要设置单独的二次沉淀池，使得占地面积较大，处理水量较大时，能耗较高。 E、曝气生物滤池 曝气生物滤池是近年来新开发的一种污水生物处理技术，它是集生物降解、固液分离于一体的污水处理设备。 其主要优点是：（1）气液在滤料间隙充分接触，由于气、液固三相接触，氧的转移率高，动力消耗低；（2）不需要设沉淀池，占地面积少；（3）滤料比表面积大，微生物附着力强；（4）池内能够保持大量的生物量，再由于截留作用，污水处理效果好；（5）不需要污泥回流，也无污泥膨胀之虑，如反冲洗全部自动化，则维护管理也非常方便。（6）不同的曝气生物滤池组合可以达到脱氮除磷的功能。
5.3 C 县污水水质、水量及经济现状分析
1、水质分析 根据第三章污水水质分析可以看出，C县生活污水属于典型低浓度生活污水，BOD5/COD>0.45，污水可生化性好。并且由于当地气候属亚热带季风湿润气候，降雨丰富。又由于污水收集管网系统采用沟渠的形式，很容易使雨水渗入，从而使污水污染物浓度降低。 2、水量分析 根据第三章C县水量分析，近期C县污水量为1.0万t/d，污水处理规模较小，属典型小城镇污水处理规模的范畴。 3、经济现状 C县属老、少、边、穷地区，全县年财政收入为4000万元，属经济不发达地区，经济实力较弱，科技水平不是很高，城镇管理不够健全，目前C县，没有完善市政建设，建设污水处理厂存在资金严重不足的状况。 鉴于上述分析，建设C县污水处理厂属于小城镇污水处理设施建设的范畴，因此在选择污水处理工艺时，应充分考虑小城镇污水处理厂建设的特点和方针。
5.4典型小城镇污水处理厂的建设方针
就全国来讲，小城镇污水处理厂具有如下特点：1）人口少，用水量标准低，污水处理规模比较小；2）产业结构因地域差异以及雨季的影响时变华系数较大，污水水量水质变化大。3）经济发展水平偏低，经济承受能力弱，可供选择的适用技术少。建设污水处理厂的方针：1）选择污水处理技术要求一般，管理简单方便。2）机械设备少，维护工作量小。3）不一定要求自动控制；4）由于资金受限制，可以采用“全面规划，分期实施”的安排，总体布置中留有余地。5.5 典型小城镇污水处理工艺
A、污水土地处理——人工湿地 污水土地处理系统也属于污水自然处理范畴，就是在人工控制的条件下，将污水投配在土地上，通过土壤——植物系统，进行一系列物理、化学、物理化学的净化过程，使污水得到净化的一种污水处理工艺。 人工湿地是一种由人工建造和监督控制的、与沼泽地类似的地面 ,它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化。这种湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中 ,由土壤和填料 (如砾石等 )混合组成填料床 ,废水可以在床体的填料缝隙中流动，或在床体的表面流动，并在床的表面种植具有处理性能好、成活率高、抗水性能强、成长周期长、美观及具有经济价值的水生植物 (如芦苇、茳芏等 )，形成一个独特的生态环境，对污水进行处理。 主要优点： 1）高效率。人工湿地的显著特点之一是其对有机物有较强的降解能力。二级处理后的污水中不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快地被截留而被微生物利用；污水中可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解去除。 2）低投资、低运转费、低维持技术。 3）处理量灵活，建设施工方便，处理构筑物、处理设备少。 4）低能耗。人工湿地属生态处理方法，基本上不耗能。 5）处理效果好。 主要缺点： 1）占地面积较大； 2）需要经过两三个植物生长季节，形成稳定的植物和微生物系统后才能达到设计处理要求。B、人工快速渗滤床 人工快速渗滤是将污水有控制的投配到具有良好渗滤性能的土地表面，在污水向下渗滤的过程中，在过滤、沉淀、氧化、还原以及生物氧化、硝化、反硝化等一系列物理、化学及生物的作用下，得到净化处理的一种污水处理工艺。 主要特点： 1） 产生的污泥少； 2） 由于采用人工建造，机动灵活，不受场地条件限制，不会因渗漏而造成对地下水环境的影响； 3） 采用人工介质回填，水力负荷大大提高，系统的占地比RI系统面积大大减小； 4） 该系统抗冲击负荷强，COD处理范围可以从几十到几百，最高负荷可达500mg/L；系统停止运行3~4个月后，3~5天就能恢复至原有的处理能力。
C、导流曝气生物过滤处理工艺 导流曝气生物过滤法充分借鉴了下向流曝气生物滤池法、上向流曝气生物滤池法、接触氧化法、生物膜法、人工快滤法、沉降分离法、给水快滤法、无泵污泥回流法等八者的设计手法，集曝气、快速过滤、悬浮物截留、两曝两沉、无泵污泥回流、定期反冲于一体，使污水在U型双锥这一个单元体内，综合实现三级、三区、三相导流、无泵污泥外排及回流处理全过程，是一种典型的高负荷、淹没式、固定化生物床的三相导流，脱氮除磷反应器，处理后的污水优于排放标准，实现中水回用。 主要特点：
1、技术前瞻性 导流曝气生物过滤法充分借鉴了下向流曝气生物滤池法、上向流曝气生物滤池法、接触氧化法、生物膜法、人工快滤法、沉降分离法、给水快滤法、聚磷排泥法等八者的设计手法，集曝气、快速过滤、悬浮物截留、两曝两沉、无泵污泥回流、定期反冲于一体，使污水在U型双锥这一个单元体内，综合实现三级、三区、三相导流、无泵污泥外排及回流处理全过程，是一种典型的高负荷、淹没式、固定化生物床的三相导流，脱氮除磷反应器，处理后的污水优于排放标准，实现中水回用，因此技术前瞻性。
2、工艺创新性 导流曝气生物过滤法采用U型双锥结构，巧妙地将污水处理分为下向流对流接触氧化区、导流沉降无泵污泥回流区、上向流曝气生物过滤区三个污水处理区域，实现了两曝两沉和无泵污泥外排的工艺结构，具备下向流曝气生物滤池法、上向流曝气生物滤池接触法、接触氧化法、生物膜法、人工快滤法、沉降分流法、给水快滤法、聚磷排泥法的处理工艺技术特征，在导流曝气生物过滤法污水处理池内，综合实现三级、三区、三相导流、无泵污泥外排及回流的全过程，是典型的高负荷、淹没式、固定化生物床的三相导流、脱氮除磷反应器，因此工艺创新性。
3、工程投资经济性 导流曝气生物过滤法的BOD5容积负荷大，几乎是常规二级生物处理的5～10倍，所以它的池容积和占地面积较常规二级生物处理工艺要小得多。同时，在导流曝气生物过滤法污水处理池中，具有上下结构的沉降无泵污泥外排回流区，因此无需二次沉淀池，大大节省了占地面积和土建费用。污水处理厂采用导流曝气生物过滤法工艺的总占地面积只有氧化沟工艺的1／3。装置内高比表面积和粗糙多孔的粒状生物填料，使其可能积聚多达10～15g／L的微生物量，高浓度的微生物量将使得导流曝气生物过滤法技术的容积负荷大为提高，减少池容积及占地面积，此对拟建的污水处理设施具有重要意义。由于导流曝气生物过滤法技术对污水中悬浮物的生物截留作用，使出水中的SS很少，完全达到国家所要求的排放标准，故滤池后面不需设置二沉池，因此工程投资经济性。
4、处理效果稳定性 处理系统的出水水质好，是由于整个系统中存在着较高浓度的微生物，生化反应速率高，并可通过控制供气量使装置中存在好氧和缺氧环境，使得该装置组合可实现硝化、反硝化。同时，由于高浓度的微生物以生物膜的形式固定在粒状滤料的表面，无污泥膨胀之虑，不会因滤池受水力负荷的冲击而造成微生物流失，因此，导流曝气生物过滤法技术对水力负荷及有机负荷都具有较强的抗冲击能力。即使污水是减少一半以下或停水后再启用，只需很短的时间内就能正常运行，因此处理效果稳定性。
5、处理流程简化性 由于导流曝气生物过滤法技术的生物和物理综合截留作用，处理后水中的SS很少，故不需设置二沉池，加上系统中具有沉降污泥无泵回流系统，因此无需污泥回流泵房，使处理流程得以简化，进一步节省占地面积，因此处理流程简化性。
6、投资和运转费用经济性 由于导流曝气生物过滤装置法工艺流程短、池容小和占地省，使工程费用大大低于常规二级生物处理工艺。同时，采用装置专用曝气系统并利用粒状滤料对气泡的切割及阻挡作用，使得气泡在滤层中进一步被细碎，强化气、液传质效应，增加滤层内的微生物与空气的接触面积和时间，导致滤池总体充氧效率大为提高，氧的利用率达30%以上，从而节省能耗，因此投资和运转费用经济性。
7、操作管理简单性 由于相关工业技术的发展，一些先进的自动化设备如液位传感器、在线溶氧测定仪、定时器、变频器、PLC中央程控系统及微电脑等产品的出现，使得DB导流曝气生物过滤系统运行管理自动化得以顺利实现，其运行管理变得简单易行。一般来说，导流曝气生物过滤法系统可以对进水水质、水量以及污水中溶解氧浓度进行在线检测，并通过PLC控制系统方便地调整曝气时间的长短，控制风机的供氧量，易于优化运行，特别是对各大、中、小污水处理厂更显突出，因此操作管理简单性。
8、脱氮除磷典型性
8.1、导流曝气生物过滤法脱氮除磷基本原理 导流曝气生物过滤法的脱氮原理是在将有机氮转化为氨氮的基础上，通过硝化和反硝化菌的作用，将氨氮通过硝化转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化作用将硝态氮转化为氨气，从而达到从废水中脱氮的目的。 导流曝气生物过滤法除磷的原理是在厌氧条件下，聚磷菌将其细胞内的有机磷转化为无机态磷，并加以释放，利用此过程中产生的能量摄取废水的溶解、溶解性有机物质的合成PHB，从而在好氧的条件下，聚磷菌则将PHB降解以提供其从废水中摄取磷所需的能量，从而完成聚磷的作用。
8.2、导流曝气生物过滤法的除磷 基于导流曝气生物过滤法的上述原理，结合导流曝气生物过滤法污水处理工艺，在导流曝气生物过滤法污水处理单元的前面设有厌氧池、缺氧池二段，加上导流曝气生物过滤法污水处理池的内锥，即下向流对流接触氧化生物过滤区和外锥即上向流曝气生物过滤，这两个好氧段后形成了较为完整的厌氧、缺氧、好氧三段脱氮除磷工艺。与此同时，在导流曝气生物过滤法的内锥及下向流接触氧化生物过滤区中有硝化和反硝化作用（见原理图），因此较其它通用污水处理技术更有除磷的技术优势。特别是积水在内锥和外锥的曝气条件下，聚磷后和污泥一道下沉于无泵污泥回流区底部，并在上部水下作用下，含有高浓度磷的污泥通过无泵污泥排泥管排出池外，流入污泥干化池，无与伦比污泥中80～90%的磷夹带在干化污泥中被外运处理，从而被去除，其它部分磷随干化池中的上清液和污泥干化过程中的废液回流到污水处理池前端，进入厌氧池进行释放，达到反硝化。 在重力的条件下回流到下部的导流沉降无泵污泥回流区，在缺氧的条件下满足反硝化的运行条件，从而完成脱氮作用，同时将通过上部的压力作用将沉降分离无泵污泥回流区污泥压入，并通过回流管流经污泥干化池，上清液和污泥干化过程中产生的废液又回流到无氧池中，以满足聚磷菌对磷的释放。再进一步在好氧段①和好氧段②聚磷菌过量摄取磷，从而达到从水中去除磷的目的。
8.3、脱氮除磷效果差的原因 除磷的好坏取决于聚磷菌在厌氧段能否将磷彻底释放和排泥的好坏，如果厌氧段不能彻底释放磷，工艺系统中无法很好地排泥，除磷效果是不好的。例如A2／O工艺是前些年较为典型的脱氮除磷工艺，但是尽管如此，除磷效果还是不尽人意，其原因是：①由于混合液中的NO2-N、NO3-N在二沉池中反硝化，使N2附着在污泥表面上而上浮，造成二沉池表面负荷较低，停留时间长，使二沉池的污泥沉降效果不理想。②由于无氧池依靠二沉池底泥造成无氧条件下的释放，但是在回流污泥中由于含有硝酸盐及亚硝酸盐，从而在无氧池中反硝化释放氮气，使无氧池不能形成很好的无氧条件，从而使得无氧段氧化还原电位偏高，聚磷菌对磷酸的释放不彻底，有机磷水解不充分，除磷效果不理想。为了在工艺中避免上述问题，采取增大二沉池，增长停留时间，但带来的问题是表面负荷降低，不仅造成工程投资大，而且出水中SS高，除磷效果差，由于系统中污泥停留时间长，部分污泥硝化，排泥量少，除磷效果低。 基本结构：导流曝气生物过滤池底部设有进水和排泥管，中上部是填料层，厚度一般为2.5～3m，填料顶部装有挡板，防止悬浮填料的流失。挡板上均匀安装有出水滤头。挡板上部空间作反冲洗水的储水区，其高度根据反冲洗水头而定，在导流曝气生物过滤法的下部设有沉降分离无泵污泥回流区，将内锥即下向流对流接触氧化区曝气后的水在重力和导流板的作用下沉于底部，并通过排泥管外排，有较好的排泥作用，加上导曝前有预处理的厌氧段和好氧段，能较好的释放磷，因此导流曝气生物过滤法整个处理工艺比A2／O有较好的处理效果。
9、气温及运行方式适应性 由于大量的微生物生长在粒状填料粗糙多孔的内部和表面，微生物不会流失，即使长时间不运转也能保持其菌种的活性。如长时间停止不用后再恢复运行，可在进水、供气后的几天内恢复正常运行；由于导流曝气生物过滤法装置所特有的高微生物量，使得该装置对气温变化的适应性也较强，因此气温及运行方式适应性。
10、检修换件方便性 导流曝气生物过滤法系统所需的主要设备和材料，国内均可配套生产，基本不需进口。只有少量自控检测仪表和执行机构需进口。
11、工程建设灵活性 导流曝气生物过滤法系统单元为模块化结构，可集中设计，也可分开设计，还有利于扩建，能较好地适应各个地区地貌。
5.6 C 县污水处理工艺选择
C县污水处理规模小，属典型的小城镇污水处理，水质浓度比较低，属典型的低浓度生活污水，因此在考虑选择工艺时应采用适合当地实际情况的小城镇污水处理工艺。见于当地属经济欠发达地区，污水处理建设资金不足，因此在考虑污水处理工艺时结合当地的地形特点以及当地经济发展状况，综合分析各种污水处理工艺的特点，按照方案的环保、生态、经济的标准，本可研选择导流曝气生物过滤作为C县污水处理工艺方案。 本可研在确定具体的工艺时，本着因地制宜的原则，结合实际情况有所侧重选择不同的处理工艺，同时根据《城市污水处理及污染防治技术政策》2.4条指出：城市污水处理设施建设，应采用成熟可靠的技术。根据污水处理设施的建设规模和对污染物排放控制的特殊要求，可积极稳妥地选用污水处理新技术。因此本可研选择具有池容较小，占地面积较小、抗冲击负荷能力强、运行管理简单的导流曝气生物滤池作为C县污水处理工艺，同时选择典型城市污水处理方案CASS工艺作为比选方案。
详见第六章工程设计部分。
5.7 污泥处理工艺方案比较
5.7.1 污泥处理方案选择原则
污泥处理方案的选择，应根据污泥的性质与数量；投资情况与运行管理；环境保护要求及有关法律与法规；城市农业发展情况与当地气候等条件，综合考虑选择。
5.7.2 污泥处理常规工艺
5.7.3 污泥处理工艺选择
C县所在地区属经济欠发达地区，选择一种比较经济的处理方法是非常符合当地实际情况的。综合比较上述各种处理方案，选择利用污泥干化场使污泥自然干化，是污泥处理种最经济的一种方法，具有建设投资省运行费用低的特点。污泥自然干化的缺点是产生大范围的恶臭，蚊蝇孳生，卫生环境差。 鉴于C县污水处理厂离城镇比较远，同时采取一定的处理措施可以适当的改善污泥干化场的环境，比如在自然干化场周围种植植物。因此，本可研推荐在C县污水处理过程中产生的污泥采用自然干化的方法。由于污水水质属典型的生活污水，污泥中含有大量的有机物，重金属含量低，因此干化后泥饼可以作为农家肥进行肥田。
5.8 本章小结
1、本章根据C县污水污染物浓度低、污水可生化性好、污水量相对较小以及C县当地的经济发展状况等特点，通过对目前典型污水处理工艺及其原理的介绍，本着因地制宜的原则，选择了适合小城镇的污水处理工艺导流曝气生物滤池，该工艺可以降低污水处理建设投资及运行费。经过分析论证该工艺完全可以达到污水排放标准，是一种典型的经济、环保的污水处理工艺。2、C县污水属典型生活污水，污水中含有大量有机物以及含有重金属少等特点，同时考虑到该地区的经济能力，本可研在对污泥常规处理工艺的简单介绍的基础上，选择污泥自然干化的方法，泥饼外运堆肥。该方法具有处理简单，易于管理、投资运行成本低等优点。
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