第四章 污水处理等级及工艺选择

第四章 污水处理等级及工艺选择

第一节 处理厂出水水质的确定

一、污水厂出水水质的确定原则

遵照“处理效果稳定可靠，实用、经济；投资及运行费用经济、工程实施切实可行；因地制宜选择工艺”的总原则，结合进厂污水水质的特殊情况，以及受纳水体的环境质量目标，本着实事求是的态度，综合确定本项目污水厂出水水质。

二、污水厂出水水质的确定

为改善城市生态环境，减轻西辽河水污染，本设计污水处理厂的出水指标应符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级(B)标准的要求。据此确定该污水处理厂设计出水水质见表4-1。

污水处理厂出水水质一览表

表4-1

注：表中数据单位除注明者外均为mg/L。

第二节 入厂原污水水质的确定

严格控制进入下水道工业废水中重金属元素及有毒有害物质含

量，对于确保城市污水处理厂的正常运行、保证处理效果至关重要。

所以，项目区城镇有关部门对镇区内的非生活性排污户要作好点源排放水质的控制。如含重金属离子的废水必须在工厂内进行内部处理或回收；医院污水必须进行消毒处理；含油废水必须进行除油预处理；对生化处理产生危害的各类废水也要在排放前进行预处理。各类排入管网污废水的水质要求按《污水排入城市下水道水质标准(CJ3082-99)》的规定严格控制和管理。

根据八仙筒镇总体规划，综合考虑镇区排水体制和排水水质现状，同时参照国内同类型城镇污水处理厂进厂污水水质情况，本工程预测污水处理厂进水水质见表4-2。

污水处理厂进水水质一览表

表4-2

注：表中数据单位除注明者外均为mg/L。

城市污水处理一般均采用生物处理，但前提条件是污水可生化。判断污水可生化性的一种最简单方法是根据原水B0D 5/CODcr 的比值来判断，一般的判断标准如表所示。

本污水厂进水B0D 5/CODcr=210/420=0.5,按上表标准判断属易生化范围。

第三节 设计目标处理程度(去除率)

污水处理厂的设计处理程度(去除率) ：

第四节 污水处理工艺的选择

一、工艺的选择遵照的原则

1、从整体优化的观念出发，整体工艺协调；

2、选择切实可行的工艺，考虑工艺的稳定性和可靠性；

3、因地制宜，密切结合当地的实际条件和要求；

4、考虑项目的经济性(建设投资和运行管理费用) 、工程实施的切实可行性和运行管理的方便性，密切结合当地的社会经济和环境条件，坚持实事求是的原则；

5、工艺的实用性、经济性和可靠性各方面的因素，不仅重视项目的建设，也顾及到工程运行的可能性。

6、水的资源化目标相结合。

根据设计确定的出水水质和总去除率目标值，本项目污水处理工艺必须采用“二级生物处理工艺”方可达到要实现的出水目标。

二、常用二级生物处理方法概述

目前广泛用于城市污水处理的工艺有：传统活性污泥法以及在此基础上发展起来的其它方法，如AB 法、A/O、A2/O、SBR 、CCAS 等工艺；接触氧化法、土地处理法、氧化塘工艺及人工湿地技术等。

1. 人工湿地技术分为表流湿地、潜流湿地及潜表结合湿地系统三种类型，根据我国北方冬季冰冻期长的气候特征，常采用潜表结合型湿地系统。

这种湿地系统具有以下特点：

§进入湿地系统的污水是经二级生物处理后的出水。

§湿地系统挖方需在1.8～2.1米的深度。

§湿地表层以下需有1.2～1.8米厚度砾石填料的人工滤层，并且滤层下要有人工防渗膜防止污水渗入地下污染地下水。

§适合于规模较小，原污水污染物浓度较低的情况。

§人工湿地系统一次性投资较高(1500～1600元/吨·日) ，但运行费用较低(约为0.35元/吨，沈阳满堂河污水厂指标) 。

§湿地系统占地面积较大，一般不小于3～5m2/吨·日。

由于人工湿地技术应用有局限性，适合小规模，一般应设在二级生物处理后，一级处理出水进入湿地的一般难以达标。另外，人工湿地技术的应用在我国尚无相应技术规范可依。该技术在我国城市污水处理厂的建设中(尤其是北方城市) 尚无一级处理进入人工湿地应用

的成功先例。因此，本设计不推荐使用该技术。

2、设计选择了三个应用普遍的方案进行比较和论述：

第一方案：A/O工艺

第二方案：CCAS 工艺

第三方案：百乐克工艺(浮链式多级A/O活性污泥工艺)

下面分别加以论述。

(1) A/O工艺

工艺论述：

A/O工艺即缺氧/好氧生物脱氮工艺，是一种较为成熟的具有生物脱氮功能的工艺。该工艺将生化池分为缺氧段和好氧段两个功能分区，利用原污水中的有机物作为碳源，将回流混合液中的大量硝态氮(NOX-N)还原成N2，而达到脱氮的目的。

A/O工艺具有如下优点：

※ A/O系统不需外加碳源，可充分利用原污水中的有机物做碳源进行反硝化，既获得良好的BOD5去除效果，又达到一定的脱氮目的。

※ A/O系统中缺氧反硝化设在好氧硝化段之前，因此当原水中碱度不足时，可利用反硝化过程中所产生的碱度来补偿硝化过程中对碱度的消耗。

※ A/O工艺中只有一个污泥回流系统，混合菌群交替处于缺氧和好氧状态及有机物高和低的条件，有利于改善污泥的沉降性能及控制污泥的膨胀。

※ 该工艺流程简单，控制方便，总的水力停留时间也少于其他

同类工艺。

其缺点是为了降低回流污泥中的硝酸盐，必须提高混合液回流量，回流量的提高增加电耗。

工艺处理构筑物：

※ 预处理

在A/O工艺中，原污水在进入处理系统前首先经粗格栅将水中的大漂浮物、悬浮物去除，然后经泵站提升进入处理系统；经细格栅将较小的漂浮物及在水中较细小的杂物去除掉，之后在旋流沉砂池的作用下将水中的较大的无机颗粒及泥砂去除经初沉池进入曝气池。

※ 初次沉淀池

由于原水中悬浮物浓度比较高，为保证二级生化处理效果，设定初次沉淀池。

预计经初次沉淀池后BOD5去除率可达到10%以上，SS 去除率可达到30%以上。出水BOD5≤225mg/L，出水SS≤210mg/L。

※ 二级生化处理

污水经初次沉淀池进入A/O生化池，该生化池前段为缺氧段，后段为好氧段，其容积比为1:9。二级生化池之后是辐流式二沉池，其功能是混合液的泥水分离，澄清液除大肠菌群数外均达到排放标准。

预计经生化二级处理后BOD5去除率可达到90%以上，SS 去除率可达到90%以上。出水COD≤100mg/L、BOD5≤30mg/L、SS≤20mg/L，NH3--N≤25mg/L。

※ 消毒处理

消毒处理采用液氯消毒。

※ 污泥处理与处置：污泥定时排入污泥池，然后经螺杆泵打入污泥脱水机脱水处理。 ※ 粗格栅间、细格栅间、污泥脱水间均设除臭装置。

※ 曝气方式：鼓风曝气。

(2) CCAS工艺

工艺论述：

CCAS 工艺即连续循环曝气系统工艺(Continuous Cycle Aeration System) ，是一种连续进水式SBR 曝气系统。这种工艺是在SBR 的基础上改进而成。1968年澳大利亚的新南威尔士大学与美国ABJ 公司合作开发了“采用间歇反应器体系的连续进水，周期排水，延时曝气好氧活性污泥工艺”。1986年美国国家环保局正式承认CCAS 工艺属于革新代用技术(I/A)，成为目前最先进的电脑控制的生物除磷、脱氮处理工艺。

CCAS 工艺对污水预处理要求不高，只设间隙15mm 的机械格栅和沉砂池。生物处理核心是CCAS 反应池，除磷、脱氮、降解有机物及悬浮物等功能均在该池内完成，出水可达标排放。

经预处理的污水连续不断地进入反应池前部的预反应池，在该区内污水中的大部分可溶性BOD 被活性污泥微生物吸附，并一起从主、预反应区隔墙下部的孔眼以低流速(0.03-0.05m/min)进入反应区。在主反应区内依照“曝气、闲置、沉淀、排水”程序周期运行，使污水在“好氧-缺氧”的反复中完成去碳、脱氮，和在“好氧-厌氧”的反复中完成除

磷。各过程的历时和相应设备的运行均按事先编制，并可调整的程序，由计算机集中自控。

CCAS 工艺的独特结构和运行模式使其在工艺上具有独特的优势：

※ 曝气时，污水和污泥处于完全理想混合状态，保证了BOD 、COD 的去除率，去除率高达95%。

※ “好氧-缺氧”及“好氧-厌氧”的反复运行模式强化了磷的吸收和硝化-反硝化作用，使氮、磷去除率达80%以上，保证了出水指标合格。

※ 沉淀时，整个CCAS 反应池处于完全理想沉淀状态，使出水悬浮物(SS)极低，低的SS 值也保证了磷的去除效果。

※ 抗冲击负荷能力较强，能有效地控制污泥膨胀从而使系统稳定运行。进水高峰负荷或水力冲击不会使活性污泥转移到传统活性污泥法中的二沉池中去。

CCAS 工艺的缺点是各池子同时间歇运行，人工控制几乎不可能，全赖电脑控制，对处理厂的管理人员素质要求很高，对设计、培训、安装、调试等工作要求较严格。间歇出水，后续流程不易控制。

工艺处理构筑物：

※ 预处理

在CCAS 工艺中，原污水在进入处理系统前首先经粗格栅将水中的大漂浮物、悬浮物去除，然后经泵站提升进入处理系统；经细格栅将较小的漂浮物及在水中较细小的杂物去除掉，之后在旋流沉砂池的作用下将水中的较大的无机颗粒及泥砂去除后进入曝气池。

※ 二级生化处理

污水经旋流沉砂池进入CCAS 生化池，该生化池集进水、曝气、沉淀、排水于一体，曝气后经沉淀分离，澄清液除大肠菌群数外均达到排放标准。

预计经生化二级处理后BOD5去除率可达到90%以上，SS 去除率可达到90%以上。出水COD≤100mg/L、BOD5≤30mg/L、SS≤20mg/L，NH3--N≤25mg/L。

※ 消毒处理

消毒处理采用液氯消毒，由于CCAS 池间歇出水，所以设计流量较大。

※ 污泥处理与处置：CCAS 池污泥定时排入污泥池，然后经螺杆泵打入污泥脱水机进行脱水。

※ 粗格栅间、细格栅间、污泥脱水间均设除臭装置。

※ 曝气方式：鼓风曝气。

(3)百乐克工艺

百乐克工艺是一种具有除磷脱氮功能的多级活性污泥污水处理系统。它是由最初采用天然土池作反应池而发展起来的污水处理系统。自1972年以来，经多年研究形成了采用土池结构、利用浮在水面的移动式曝气链、底部挂有微孔曝气头的一种具有一定特色的活性污泥处理系统。

由于采用土池而大大减少了建设投资，采用曝气链曝气系统进一步强化了氧的砖移效率，并减少运行费用，大大提高了处理效果。工

艺设计简捷，不需复杂的管理，在适宜的条件下具有较大的经济和社会效益。百乐克工艺特有的优势：

※ 低负荷活性污泥工艺：

百乐克工艺污泥回流量大，污泥浓度较高，生物量大，相对曝气时间较长，所以污泥负荷较低。龙田污水厂BOD5污泥负荷率为 0.05kgBOD/kgMLSS.d，污泥浓度为4000mg/L,污泥龄为29d, 所以剩余污泥量很少。

※ 曝气池采用土池结构：

大的钢筋混凝土池不仅价格昂贵，而且施工难度大。但对于许多种曝气工艺来讲，都不考虑采用土池，因为土池会造成地下水的侵蚀，同时也由于在土池基础上安装曝气头是十分困难的。

为了减少投资，百乐克技术在研究土池结构的曝气池上做了大量工作，首先是使用HDPE 防渗膜隔绝污水和地下水，其次是悬挂在浮管上的微孔曝气头避免了在池底池壁穿孔安装。

这种敷设HDPE 防渗膜的土池不仅易于开挖、投资低廉，而且完全能满足污水处理池功能上的要求，并能因地制宜，极好地适应现场的地形，在某些特殊的地质条件下，如地震多发地区、土质疏松地区，其优点得到更充分的体现。敷设HDPE 防渗膜的土池使用寿命远远超过钢筋混凝土池。

※ 高效的曝气系统：

百乐克曝气系统的结构是，曝气头悬挂在浮链上，停留在水深4一5m 处，气泡在其表面逸出时，直径约为50um 。如此微小的气泡

意味着氧气接触面积的增大和氧气传送效率的提高。同时，因为气泡向上运动的过程中，不断受到水流流动，浮链摆动等扰动，因此气泡并不是垂直向上的运动，而是斜向运动，这样延长了在水中的停留时间，同时也提高氧气传递效率。运行表明:百乐克悬挂链的氧气传递率，远远高于一般的曝气工艺以及固定在底部的微孔曝气工艺。百乐克曝气头悬挂在浮动链上，浮动链被松弛地固定在曝气池两侧，每条浮链可在池中的一定区域蛇形运动。在曝气链的运动过程中，自身的自然摆动就可以达到很好的混合效果，节省了混合所需的能耗。

采用百乐克系统的曝气池中混合作用所需的能耗仅为1.5W/m3，而一般的传统曝气法中混合作用的能耗为l0一l5W/m3。由于百乐克曝气头(BIOLAK)-Friox)特殊的结构，即使在很复杂的环境里曝气头也不至于阻塞，这意味着曝气装置可运行几年不维修，所需维护费用很少。

曝气系统与配套的高效鼓风机保证了很高的氧气传递效率，供氧能力为2.5kgO2/kW·h ，而传统的污水处理厂供氧能力lkgO2/lkW·h 。鼓风机就设在池边，减少了鼓风机房和空气输送管道的费用。

简单而有效的污泥处理

百乐克工艺的另一特点是回流污泥量大，其剩余污泥比传统工艺少许多。

在恒定的负荷条件下，百乐克工艺的污泥在曝气池中的停留时间是传统工艺的几倍。由于污泥池中的污泥是完全稳定的，它不会再腐烂，即使长期存放也不会产生气味，这就是它同传统工艺相比污泥更

容易处理的原因。

※、简单易行的维修

百乐克系统没有水下固定部件，维修时不用排干池中的水，而用小船到维修地点将曝气链下的曝气头提起即可。实践表明，曝气头运行几年也不用任何维修，这主要是因为曝气管是由很细的纤维(直径约0.003mm) 做成，并用聚合物充填，以达到防水和防脏物的目的。同时，曝气头有大约80%的自由空隙和20%的表面，和传统曝气头刚好相反。因此，微生物可生长的面积很小，并很容易被去除。当曝气头必须维修时，也不影响整个污水处理场的运行。该工艺的移动部件和易老化部件都很少。在选择设备和材料时，都采用了可靠耐用的材料。该工艺无需太多的自动化。它既不需要任何易损的探测器，也不需要任何复杂的控制系统，而操作这些控制系统还需要专门的技术和昂贵的配件。

※ 二次曝气池

为了保证负荷变化时用水质量，百乐克工艺利用一个相对独立的池来进行二次曝气，以保证出水清洁，保证水中有足够的溶解氧。

※ 二 沉 池

曝气池中产生的污泥在二沉池中被分离，并重新回到曝气池参与污水净化。有的百乐克工艺的二沉池和曝气池合并到一起，进一步节省了土建费用和占地面积。二沉池沉淀污泥由漂浮式刮泥机、吸泥机排入污泥槽回流。

百乐克工艺污水处理厂的基本运行原理是生物活性污泥法。在曝气池中，通过灵活的曝气控制方式，实现多级A/O工艺串联运行，可以在池内形成多个兼氧、好氧区域，强化脱氮效果。另外，缺氧与好氧区域不断交替，能有效抑制专性好氧丝状菌的过量繁殖，形成微生物絮体，不易发生污泥膨胀，运行效果稳定，便于管理。

工艺处理构筑物：

※ 预 处 理

在百乐克工艺中，原污水在进入处理系统前首先经粗格栅将水中的大漂浮物、悬浮物去除，然后经泵站提升进入处理系统；经细格栅将较小的漂浮物及在水中较细小的杂物去除掉，之后进入曝气池。

※ 一体化综合池

污水经细格栅二次截留后进入一体化综合生化池，该综合池包括酸化水解区、曝气区、沉淀去、稳定区，稳定区出水达到排放标准。

预计经生化而二级处理后BOD5去除率可达到90%以上，SS 去除率可达到90%以上。出水COD≤100mg/L、BOD5≤30mg/L、SS≤20mg/L，NH3--N≤25mg/L。

※ 消毒处理

由于一体化综合池包含1.5小时的稳定区，消毒采用二氧化氯消毒。 ※ 污泥处理与处置：二沉池污泥经污泥泵提升进入污泥缓冲池，然后经螺杆污泥泵打入污泥脱水机脱水处理。脱水后的污泥运至农村作为肥料，改善土壤。

※ 粗格栅间、细格栅间、污泥脱水间均设除臭装置。

※ 曝气方式：鼓风曝气。

三种方案都能实现要求的处理出水水质标准，所以在确定工程的推荐方案时应在综合分析各方案的技术经济指标的基础上，从工艺技术的先进性、工程投资和运行成本的经济合理性、运行操作和管理是否简便等方面对上述两个方案进行详细的比较后确定。

三种方案的技术经济比较见下表5-3。

综上所述，三种方案的预处理工艺、污泥处理工艺都是相同的，其主要区别在于：

①A/O工艺需初次成沉淀池，CCAS 、百乐克工艺根据其特点，取消初次沉淀池。

②生物处理系统的运行机理不同。

③生物处理构筑物的构造形式和运行方式不同。

④消毒方式相同，均采用液氯消毒。

⑤工程投资及运行费用不同。

百乐克工艺不论在投资、运行上均占有优势，本设计推荐百乐克工艺作为本污水处理厂的工艺方案。

类似规模的城市污水处理厂，百乐克工艺在国内已有较多应用，其运行效果和公众反应良好。其次，由于百乐克工艺具有明显不同于传统工艺的特点，因而，工程投资和运行成本明显降低。百乐克工艺高效率的曝气系统，大大降低鼓风机能耗。同时，因产生的过剩污泥量少，也节省了污泥处理运行费用，总之运行成本大大降低。

综上分析认为，采用德国百乐克污水生物处理工艺，在技术上是可行和可靠的，建设成本低，经济效益明显。其工艺流程为：

第五节 污泥处理工艺的选择

污水处理后，水中的大多数有机物和无机物都转化为污泥，如果污泥处置不当，将会造成二次污染，形成新的公害，使城镇污水处理事半功倍，根据我国污泥处理经验，结合本工程实际情况，现提出两种可行的处理方法。

方法一：污泥浓缩——机械脱水——卫生填埋、肥料

方法二：污泥自然干化(污泥干化场) ——卫生填埋、肥料

污泥干化场适用于村镇小型污水处理厂的污泥脱水，建设投资少，运行维护费用低但卫生条件较差。故本工程推荐采用污泥浓缩——机械脱水—卫生填埋或作为肥料的污泥处理工艺。

由于城镇污水处理采取了点源治理措施，污泥中的重金属等有毒

有害物质将会得到有效控制，脱水后的污泥可送农村堆肥，不但成本低，而且改良土壤。