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毕业设计开题报告

华东交通大学

毕业设计/论文开题报告

题 目： 福建省石狮市污水处理工程设计

学 院： 土木建筑 教研室： 环境工程 专 业： 08环境工程 学生姓名： 王婧琦

学 号： 20080110150115

指导教师： 向速林 职称： 副教授 教研室审核： 开题日期： 2012/2/10

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论文题目: 福建省石狮市污水处理工程设计

姓 名: 王婧琦

班 级: 08环境工程(1)班 指导教师： 向速林

摘 要 目前，我国许多数地区都没有排水渠道和污水处理系统，污水处理率低，大部分生活污水随意排放直接进入河流、或排出室外空地后任意渗入地下，少部分经化粪池简单处理后渗入地下，严重污染河水和井水，危及地区的饮用水供水安全，生活污水已成为目前我国地区水体污染的主要污染源之一。

为了处理和解决城市居民生活中日益增长的水资源短缺问题以及合理再生利用水资源，不断探索和研究新的技术方法已成为亟待开展的研究课题。

本课题立足于国内外处理污水的最新研究成果，及以往传统工艺，根据所给的工程设计的背景，确定设计规模及污水处理程度，决定采用CAST工艺为主体工艺，从而达到较好的脱氮除磷的目的，使污水达到排水水体或再次使用的水质要求，并被广泛应用于建筑、农业,交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域。

关键词 污水处理；污泥处理；CAST工艺；除磷

一、工程设计的背景、目的及意义

1.1 研究背景 一、城市概况 1.地理位置

福建省石狮市位于我国华东地区，自然资源丰富，交通便利，自改革开放以来，全市工农业生产、城市建设得到了迅猛的发展。

项目服务区现状人口10.8万人， 2015年规划人口为14.8万人。 2.地形地貌

该市地势较平，西南部略高，东北部略低，地面标高在3.0～4.8m。地层自上而下依次为：（1）灰色淤泥，局部呈灰色泥质亚粘土；（2）灰色或黄色砾砂，局部呈灰色中砂、灰色细砂混淤泥；（3）砂砾强风化层，含石英云母等矿物。土壤承载能力为8.5~15吨/平方米。 3.水文状况

该市北面紧临某河流，江面宽22~34米不等，江底标高0.8m，河床水位变幅在1.2m~2.2m之内。 4.气象特征

本项目地处北回归线以南，气候温和，雨量充沛。

气温：年平均温度20℃，历年最高气温40℃，历年最低气温-5℃。月平均最低（1月）：-3.5℃，月平均最高（7月）：38℃

降水：多年平均年降雨量1150.5mm。暴雨强度公式为：i=1436.2/( T +6.5)0.78 风向及风速：全年主导风向为西北风和东南风，年平均风速为2.4m/s，年最大风速21 m/s

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二、 工程资料 1.厂址位置及用地要求

污水处理厂位于该市东北角，厂址属于未开发用地，有少量耕地和植被。污水处理厂建设用地面积约15万m2。

厂区地形较为平坦，地面标高3.2m。 2.污水量预测

污水处理厂服务的范围为：开发区的生活污水、工业废水和其他公共建筑污水。

工业与公共建筑最大日污水量14000 m3/d。

工业与公共建筑最大日污水量一览表 序号 单位 污水量（m3/d） 备注 1 第一小学 30 2 农贸市场 200 3 汽车站 60 4 第二小学 40 5 幼儿园 30 6 政府大院 1300 7 第一中学 150 8 宾馆1 300 9 宾馆2 1240 10 宾馆3 320 11 针织厂 400 12 制药厂 660 13 中心医院 300 14 副食品厂 500 15 商场 120 16 大型超市 160 17 印刷厂 200 18 塑料厂 300 19 汽配厂 100 20 棉织厂 500 21 物资局仓库 30 22 国际贸易中心 700 23 青山公园 800 24 西湖公园 1200 25 水厂 900 26 玩具厂 100 27 化肥厂 1100 28 人民医院 500 29 第二中学 120 30 职业技术学院 300 31 环保局 30 2

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32 洗车场 380 33 大型休闲娱乐中心 140 34 卫生防疫站 40 35 汽车城 100 36 高新工业园 150 37 造船厂 70 38 植物油厂 90 39 建材厂 120 40 屠宰厂 220 3. 污水厂进水水质 本污水处理厂的设计进水水质指标如下表：

设计进水水质 单位：mg/L 项 目 指 标 BOD5 165 CODcr 280 SS 160 TN 35 NH3-N 26.4 TP 2.5 磷酸盐 1.8 4.污水厂出水水质 污水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B类标准。因此，设计出水标准确定为：

BOD5： ≤ 20mg/L CODcr ≤ 60mg/L SS： ≤ 20mg/L TP： ≤ 1.0mg/L TN： ≤ 20mg/L 1.2 研究目的

毕业设计是环境工程专业教学中一个十分重要的实践环节。毕业设计的目的是为了培养提高学生综合运用在校所学的基础理论、基础知识和基础技能解决工程实际问题的能力，以达到总结、巩固扩大和深化所学的知识；培养和调动学生学习的主动性和积极性；激发学生创新精神；使学生进一步了解我国基本建设方面的政策，提高学生对国家建设的责任感。通过毕业设计的综合训练，培养提高学生调查研究、查阅文献、收集运用知识的能力；综合分析、制定设计方案的能力；并进一步培养提高学生的计算、绘图、运用工具书和编写说明书的技能，以及运用计算机计算、绘图和进行外语翻译的能力。 1.3 研究意义

目前，由于现代工业的迅速发展和城市人口的增加，生活用水和工业用水急剧增加,加上我国许多数地区都没有排水渠道和污水处理系统，污水处理率低，大部分生活污水随意排放直接进入河流、或排出室外空地后任意渗入地下，少部分经化粪池简单处理后渗入地下，严重污染河水和井水，危及地区的饮用水供水安全，生活污水已成为目前我国地区水体污染的主要污染源之一。

因此，为使污水达到排水水体或再次使用的水质要求，应对其进行净化处理。污水处理已经被广泛应用于建筑、农业,交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域。

二、本工程设计的国内主要研究进展

2.1传统活性污泥处理工艺

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我国20世纪80年代及其以前建设的污水处理厂。由于当时没有出水氮磷含量的要求。生物处理工艺主要采用传统活性污泥工艺及其改良工艺．其主要功能是大幅度去除污水中呈胶体态和溶解态的有机污染物。而对污水中氮磷的去除率非常低。同时，水体富营养化问题在我国已日益严重。为适应国家对氮磷的排放要求，保护水环境，一些采用传统活性污泥处理工艺的污水厂已对现有工艺进行了改造，增设了除磷脱氮功能。

代表性工艺如下所示：

初曝二 格计曝进水 闸污次次气气 沉门栅量水沉沉泵淀池 淀井槽槽淀池池池 回流 污 泥 一 污级污 泥消泥浓剩余污泥 化泵 缩池房 池 污 二污生泥泥污沼 级脱外泥消气水沼 运贮化发机气池电 池房池机 房图1 传统活性污泥代表性工艺 2.2 常规厌氧—好氧生物处理工艺

2.2.1 AB法(Adsorption—Biooxidation)

该法由德国Bohuke教授首先开发。该工艺对曝气池按高、低负荷分二级供氧，A级负荷高，曝气时间短，产生污泥量大，污泥负荷2.5kgBOD/(kgMLSS?d)以上，池容积负荷6kgBOD/(m3?d)以上；B级负荷低，污泥龄较长。A级与B级间设中间沉淀池。二级池子F/M(污染物量与微生物量之比)不同，形成不同的微生物群体。AB法尽管有节能的优点，但不适合低浓度水质，A级和B级亦可分期建设。

2.2.2 A2/O工艺（Anaerobic—Anoxic—Oxic）

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。利用生物处理法脱氮除磷，可获得优质出水，是一种深度二级处理工艺。A/A/O法的可同步除磷脱氮机制由两部分组成：一是除磷，污水中的磷在厌氧状态下(DO<0.3mg/L)，释放出聚磷菌，在好氧状况下又将其更

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多吸收，以剩余污泥的形式排出系统。二是脱氮，缺氧段要控制DO<0.7 mg/L，由于兼氧脱氮菌的作用，利用水中BOD作为氢供给体(有机碳源)，将来自好氧池混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐还原成氮气逸入大气，达到脱氮的目的。为有效脱氮除磷，对一般的城市污水，COD/TKN为3.5～7.0(完全脱氮COD/TKN>12.5)，BOD/TKN为1.5～3.5，COD/TP为30～60，BOD/TP为16～40(一般应＞20)。若降低污泥浓度、压缩污泥龄、控制硝化，以去除磷、BOD5和COD为主，则可用A/O 工艺。

内循环 2Q 氮气 厌氧反应器（释缺氧反应器（脱好氧反应器（硝化原污水沉淀池

氮） 吸收磷去除BOD） 出水 放磷氮化）

回流污泥 剩余污泥

图2.A/A/O的工艺工艺流程

优点：

（1）该工艺为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间、总的占地面积少与其它同类工艺

（2）在厌氧（缺氧）好氧交替运行条件下，丝状菌得不到大量增殖，无污泥膨胀，值一般均小于SVI100

（3）污泥中含磷浓度高，具有很高肥效

（4）运行中无须投药，两个A 段只用清缓搅拌，以不增加溶解氧浓度，运行费用低。

缺点：

（1）除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限制，不易提高，特别是当P/BOD 值高时更是如此。

（2）脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q 为限，不宜太高，否则增加运行费用。

（3）对沉淀池要保持一定浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现，但溶解氧浓度也不宜过高，以防止循环混合液对缺氧反应器的干扰。

2.2.3氧化沟工艺（Oxidation Ditch）

本工艺50年代初期发展形成，因其构造简单，易于管理，很快得到推广，且不断创新，有发展前景和竞争力，当前可谓热门工艺。氧化沟在应用中发展为多种形式，比较有代表性的有：

Passveer简称单沟式，表面曝气采用转刷曝气，水深一般在2.5～3.5m，转刷动力效率1.6～1.8kgO2/(kW·h)。

Orbal简称同心圆式，应用上多为椭圆形的三环道组成，三个环道用不同的

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DO(如外环为0，中环为1，内环为2)，有利于脱氮除磷。采用转碟曝气，水深一般在4.0～4.5m，动力效率与转刷接近，现已在山东潍坊、北京黄村和合肥王小郢的城市污水处理厂应用。

若能将氧化沟进水设计成多种方式，能有效地抵抗暴雨流量的冲击，对一些合流制排水系统的城市污水处理尤为适用。

Carrousel简称循环折流式，采用倒伞形叶轮曝气，从工艺运行来看，水深一般在3.0m左右，但污泥易于沉积，其原因是供氧与流速有矛盾。

T型氧化沟 (三沟式氧化沟)，此种型式由三池组成，中间作曝气池，左右两池兼作沉淀池和曝气池。T型氧化沟构造简单，处理效果不错，但其采用转刷曝气，水深浅，占地面积大，复杂的控制仪表增加了运行管理的难度。不设厌氧池，不具备除磷功能。氧化沟工艺流程如下：

进水粗格栅提升泵房粗格栅配水井沉砂池出水紫外线消毒系统氧化沟厌氧池外运污泥浓缩脱水机房剩余污泥回流污泥图3. 氧化沟工艺流程

氧化沟一般不设初沉池，负荷低，耐冲击，污泥少。建设费用及电耗视采用的沟型而变，如在转碟和转刷曝气形式中，再引进微孔曝气，加大水深，能有效地提高氧的利用率(提高20%)和动力效率［达2.5～3.0 kgO2/(kW·h)］。氧化沟工艺是一种工艺流程简单、管理方便、投资省、运行费用低、工艺稳定性高的污水处理技术。。

氧化沟技术仍然是当前污水处理的热点。氧化沟属于活性污泥工艺的一种变形，但是在其发展过程中也形成了其很多独有的优点和特点： （1） 构造形式具有多样性

（2） 氧化沟曝气设备的多样性 （3）简化了预处理和污泥处理

2. 2.4 SBR工艺（Sequencing Batch Reactor）

我国于8O年代中期开始对SBR进行研究。目前，对SBR自控系统、滗水器等设备的研究开发。对SBR系统脱氮除磷的研究都为SBR工艺在我国的应用创造了条件。天津市市政工程设计研究院、天津水工业工程设备有限公司开发的DAT_IAT工艺在天津经济技术开发区的成功应用研以及同济大学开发出的

MSBR I羽在深圳盐田污水处理厂的成功应用。表明了我国对SBR工艺的研究已达到了日臻成熟的阶段， 目前，我国对SBR工艺的应用很广泛，主要有CASS、CAST、UNITA NK、ICEAS、DAT—IAT、MSBR等。

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SBR工艺整个运行周期由进水、反应、沉淀、出水和闲置5个基本工序组成,都在一个设有曝气或搅拌的反应器内依次进行。在处理过程中,周而复始地循环这种操作周期,以实现污水处理目的。

CASS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（Sequencing Batch Reactor，序批式处理法）的基础上改进而成。SBR工艺早于1914年即研究开发成功，但由于人工操作管理太烦琐、监测手段落后及曝气器易堵塞等问题而难以在大型污水处理厂中推广应用。SBR工艺曾被普遍认为适用于小规模污水处理厂。

CAST工艺是循环式活性污泥法的简称。整个工艺在一个反应器中完成，工艺按“进水—出水”、“曝气—非曝气”顺序进行，属于序批式活性污泥工艺，是SBR工艺的一种改进型。它在SBR工艺基础上增加了生物选择器和污泥回流装置，并对时序做了调整，从而大大提高了SBR工艺的可靠性及处理效率。CAST整个工艺在一个反应器中完成有机污染物的生物降解和泥水分离过程。反应器分为三个区，即生物选择区、兼氧区和主反应区。生物选择区在厌氧和兼氧条件下运行，是污水与回流污泥接触区，充分利用活性污泥的快速吸附作用而加速对溶解性底物的去除，并对难降解有机物起到酸化水解作用，同时可使污泥中过量吸收的磷在厌氧条件下得到有效释放。兼氧区主要是通过再生污泥的吸附作用去除有机物，同时促进磷的进一步释放和强化氮的硝化/反硝化，并通过曝气和闲置还可以恢复污泥活性。

粗格栅提升泵房进水粗格栅配水井沉砂池出水紫外线消毒系统池外运污泥浓缩脱水机房剩余污泥回流污泥

图4.SBR法工艺流程

SBR工艺的特点：

（1）处理效果稳定，对水量、水质变化适应性强，耐冲击负荷； （2）理想的推流过程使生化反应推力大、效率高；

（3）污泥活性高，浓度高且具有良好的污泥沉降性能，由于有机物浓度存在较大浓度梯度，有利于菌胶团的形成，所以可有效地抑制丝状菌的生长，防止污泥膨胀。SBR在沉淀时没有进出水流的干扰，可以避免短流和异重流的出现，是一种理想的静态沉淀，固液分离效果好，易获得澄清的出水。剩余污泥含水率低，浓缩污泥含固率可达到2.5%~3%，为后续污泥的处置提供了良好的条件。

（4）脱氮除磷效果好，SBR工艺的时间序列性和运行条件上的较大灵活性为其脱氮除磷提供了得天独厚的条件；

（5）工艺简单，工程造价及运行费用低，是小规模污水治理的有效方法。 2.2.5普通曝气法及其变法

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本工艺出现最早，至今仍有较强的生命力。普曝法处理效果好，经验多，可适应大的污水量，对于大厂可集中建污泥消化池，所产生沼气可作能源利用。传统普曝法的不足之处是只能作为常规二级处理，不具备脱氮除磷功能。

近几年在工程实践中，通过降低普通曝气池容积负荷，可以达到脱氮的目的；在普曝池前设置厌氧区，可以除磷，亦可用化学法除磷。采用普通曝气法去除BOD5，在池型上有多种形式(如上文所述的氧化沟)，工程上称为普通曝气法的变法，亦可统称为普通曝气法。 2.3 生物滤池工艺

2.3.1 曝气生物滤池工艺

现代曝气生物滤池(简称BAF)将生物接触氧化与过滤结合在一起，不设沉淀池，通过反冲洗再生实现滤池的周期运行。在废水的二级处理中其保持接触氧化的高效性，同时又可通过过滤获得高的出水水质。以BAF为代表的工艺主要优点如下：

a) 工艺容积负荷可高达6.0kgBOD/m3·d，出水达到或接近生活杂用水标准； b) 占地面积少：曝气生物滤池占地是常规二级生化处理的1/5～1/10； c) 投资省：BAF系统总水力停留时间短，基建投资少，同时出水水质高。 曝气生物滤池可以有多种运行方式，可以下向流的方式运行，也可以是上向流的方式运行，采用上向流的曝气生物滤池往往采用轻质滤料。曝气生物滤池工艺也可与其他生物处理工艺一样采用多级串联工艺。采用两级串联工艺为进一步降解污水中难降解的有机污染物和达到严格的出水水质提供了可靠的保证，可以获得了优良的处理效果，保证了出水的稳定性。

排至江门水道

渣包外运 超越闸 格栅打包机 反冲洗泵 清水池 原污水 格栅 提升泵房 沉砂池 水解池 C/N、N滤池 接触池 反冲洗排 反冲洗排水加氯机 水缓冲池 砂外运 砂水分离器 外运 泥浆泵 污泥均质池 污泥浓缩脱水机

图5.水解(酸化)-上向流曝气生物滤池工艺流程图 2.4 生物处理法的新进展

生物处理法是目前研究得较多、新技术层出不穷的方法， 无论是好氧生物处理技术，还是厌氧生物处理技术都引起了研究人员的极大兴趣。因为用生物法利用的是微生物的新陈代谢作用， 以污染物质为食料， 将其代谢成诸如CO2

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、H2O、NH3、SO2等稳定的小分子， 它的二次污染小， 对处理生活污水及与之性质相近的有机污水有其独特的优势。生物处理法自从问世以来，其技术已获得了极大的发展， 随着人们生活水平的日益提高， 生活污水中的成也日益复杂， 因此用生物处理方法的目的也从以前能处理降解蛋白质、脂肪、碳水化合物等一类物质增加到也能处理合成洗涤剂、脱氮、脱磷及其它一些难降解的复杂有机物。这也就必然要求人们改革工艺，过去由于厌氧生物处理的效率不尽人意， 处理时间也较慢， 所以未引起人们的重视， 仅仅用来处理污泥或高浓度有机污水的预处理，但现在由于能源紧张， 厌氧生物处理由于能产生能源物质—甲烷而越来越引起人们的青睐， 由此也出现了许多新的工艺。 2.4.1 活性污泥法的新发展

到目前为止， 对活性污泥法在运行方式上还没有大的突破， 往往所作的是一些局部的改进， 但在曝气方式上确取得了较大的成果， 如纯氧曝气、深井曝气、射流曝气， 采用微气泡扩散器等， 这些都增大了氧转移率、提高了氧的利用率使曝气池中氧的浓度增加。如美日等国研制出的一种超微气泡扩散器， 气泡直径50Lm， 氧吸收率达90% ， Reid Engineering Company of Frederick shurg 等研制的氧化沟下表面曝气也是一种曝气方式的改进， 把冲刷曝气(Brush Aeration) 改进透平曝气(Turbine Aeration) 避免了产生气溶胶、飞溅、结冰等问题。活性污泥法的另一个发展趋势就是朝多功能方向发展， 采用的方法有： 培养驯化专用细菌，使活性污泥处理对象不局限于生活污水， 还可以处理如酚一类难降解的有毒有机物，甚至驯化可以处理象氰一类有剧毒的无机物；把活性污泥与其它处理方法结合起来，如活性炭—活性污泥法， 它实际上是一种以活性污泥法形式的活性炭吸附、生物氧化法的综合处理法； 固定活性污泥法是提供微生物附着的表面， 如合成纤维、塑料、细沙、粘土焦炭等， 使曝气池同时存在附着相和悬浮相的生物；这些都提高了活性污泥的净化效率，提高了抗有毒物质等冲击负荷的能力， 还具有脱色、脱氮、削减泡沫的效果， 国外已用于合成纤维、化工印染、炼油、炼焦等工业生产的污水处理；活性污泥法与厌氧工艺结合来脱氮、脱磷等，最典型的工艺是A-O(anaerobic-oxic) 流程。活性污泥法还可和化学法结合， 提高净化多氯联苯、有机磷的去除效果。 2.4.2 生物膜处理法的新进展

生物膜法最早出现的工艺是1893年在英国出现的将污水喷撒在粗滤料上而得以净化的普通生物滤池，它是最早出现而至今仍在不断改进和发展的人工生物处理设备。在它的基础上，出现了高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘和生物接触氧化等。近二三十年来，又出现了一些新型的生物膜法处理技术，如生物流化床，它是以砂、焦炭、活性炭等颗粒材料作为载体，其载体表面附着生长着生物膜，充氧后的污水以一定流速自下而上流动使载处于流化状态，载体上的生物膜可以充分地和污水接触，使净化效率提高，它的工艺有空气流床、纯氧流动床、三相流化床和厌氧兼型流化床工艺等。活性生物滤池是将生物滤池、曝气池及二沉池结合为一体的新型污水处理工艺，它的特点是将生物滤池的部分出水回流汇同二沉池的回流污泥一起进入生物滤池，用活性生物滤池处理生活污水和食品加工废水的试验结果表明： 该系统具有处理效果好、效率高、BOD 容积负荷大、不发生污泥膨胀和耐冲击负荷等优点。另外还有空气驱动的生物转盘、生物转盘和曝气池相结合、藻类转盘等。由于生物膜法的生态环境与活性污泥法的不同， 生物膜法生态系统中可以生长藻类、后生动物等， 甚至可以生长硝化菌及反硝化菌等， 因此可以用来脱氮等。

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