15万吨天城市污水处理工艺设计 - 图文

摘要

本设计在既定的水质条件下，根据国家相关排放标准，设计了一套完整的适用于北京地区的污水、污泥处理工艺，并实现了中水的回用。

二级生物处理以《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）作为进化水排放标准，要求满足一级A标准。考虑到出水已基本达到回用标准，因此全部污水深度处理，回用后水满足《城市污水再生利用 城市杂用水水质》。

本设计在综合对比了各种生物处理工艺后，最终选择了应用十分广泛的AA/O工艺作为污水处理的主要单元，在查阅相关手册的基础上完成了相关的设计。最后根据活性污泥2d号模型的思想，在matlab软件建立程序块来模拟各构筑物内污染物实际降解情况，并通过对相关设计参数修改，实现污水处理效果与费用的优化设计。

由于生活污水的水质水量会有一定的变化，保证出水能够一直满足要求，本设计也完成了化学除磷和外碳源投加的设计计算。

一般的城市污水都会有臭气的产生，本设计将恶臭较为严重的细格栅、污泥浓缩池、贮泥池和污泥脱水机房的臭气收集起来，通入曝气池，利用生物的代谢降低其恶臭程度。

关键字：城市生活污水 AA/O ASM2D 污水处理 Abstract

According to related national standard , a complete set of water and sludge treatment design appliable in Beijing are made based on the given water quality, and achieve the reuse of treatment water.

Water after secondary biological treatment need meet the requirements of the first level of A standard of Urban Wastewater Treatment Plant Pollutant Emission Standards.Since basically reached the standard of water reuse,all of emission water is designed to be reuse. Reuse water meet the standard of Urban Wastewater Recycle-Urban Miscellaneous water.

Has comprehensive compared various biological treatment crafts,the design ultimately chooses AA/O as mainly treatment unit,which is widely applied in urban wastewater cleaning.based on relevance design manual ,the preliminary design is

finished,whose data are the original parameter of activated sludge 2d model. Next,according to the ideal of activated sludge 2dmodel,the design simulates the actual degradation of pollutants of every tank with the matlab as simulation platform. Finally,modify the interrelated parameters and searcher for the optimization between treatment effect and expense.

Because the quality and liquate of urban wastewater are during a mutative range,craft of chemical phosphorus removal and external carbon adding are appended to this design to guarantee the water quality.

Offensive gas usually is inevitable in urban wastewater treatment plant, treatment units whose gas is relatively serious are collected to aeration tank ,degrading the degree of stench relying on the metabolism of microorganism.

Keywords:Urban Wastewater AA/O ASM2D Wastewater Treatment

1、总论

1.1、毕业设计题目：ASM2D为基础的15万吨/天城市污水处理厂工艺设计 1.2、设计任务

1、根据设计原始资料、进水水质情况以及处理后的水质要求，结合实际情况，设计提出合理的污水、污泥处理方案。

2、对各处理单元进行工艺选择，并通过分析对比不同的构筑物形式，完成对各个单元的池型选择。

3、对各单元进行设计计算，完成对各污水、污泥构筑物的基本尺寸、主要构造、进出水等的设计。

4、确定污水处理厂的辅助构筑物的规格尺寸。

5、根据厂区实际可利用占地情况，对污水处理厂总体进行规划，包括确定各主要处理构筑物、辅助建构筑物的平面位置，完成对污水管道、污泥管道、空气管道等相关管道的布置，并绘制成平面布置图。

6、对各构筑物的高程进行计算，并绘制出污水处理厂高程图。 7、对污水处理厂进行概预算设计，初步确定污水处理的成本。 8、 编写水厂设计计算说明书。

1.3、毕业设计原始资料： 1.3.1、自然条件

1.地理位置 ：北京，东径:119°36′，北纬:32°18′，我国的首都，北方城市。

2.气象资料

气温：年平均气温 约11.5 ℃； 历年最高气温约 40℃； 历年最低气温约-16℃； 月最高平均气温约29℃。 风 向：以西北风为主。 降雨量：年平均降雨量 531 mm； 年最大降雨量 700 mm； 日最大降雨量106 mm。 冬季冰冻期： 60 天； 最大冰冻线深度： 1米 ；

3.地质资料

土壤承载力 2.1 kg/cm2； 地下水位; -6 ~ -7 m。

地震发生概率以及历年最大地震级：概率较小，最大为四级。

1.3．2纳污水体的水文资料

亮马河位于污水处理厂的附近，成为了污水处理厂处理后排水的收纳水体。亮马河的单位流量最小时约为 30 m3/s，相应的水体流速是0.3-0.8m/s。最小流量时，河段内水体的溶解氧浓度范围是 5-6 mg/L。一些相关数据如下： 项目 排放口处水体最高水位 最低水位 常水位 水体中BOD5 SS 数值 342.76 m 201 m 284.5 m 8-15 mg/L 20-30 mg/L 水体温度T 1.3.3、进出水水质

18℃ 本设计污水处理厂进水水质如下表所示： 名 称 进水水质 平均水量 SS COD (mg/L) 350 BOD (mg/L) 200 NH4-N (mg/L) 32 TN (mg/L) 40 TP (mg/L) 5 （m3∕d） (mg/L) 150000 250 城市污水处理厂的二级处理一般都包含了生化处理工艺，出水水质好。根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》的规定，列出了一级A标水质指标：

COD BOD SS NH4-N (mg/L) ≦5（8） TN (mg/L) TP (mg/L) 大肠杆菌（个/L） 名称 (mg/L) (mg/L) (mg/L) PH 出水水质 ≦50 ≦10 ≦10 ≦15 ≦0.5 ≦1000 6~9 1.3.4、回用水水质标准：

由于本污水处理工艺是适用在我国首都北京，属于北方城市，人口多，水源稀缺，因此本设计考虑了中水的回用。而由于近年来污水处理要求的提升，城市污水处理厂排水标准一级A标的出水水质基本达到了中水回用的要求，本设计二级生化处理之后，又增加了过滤消毒处理，来实现污水的回用。中水回用排水满足《城市污水再生利用 城市杂用水水质》。

2、总体设计

2.1设计原则

1、要保证技术可行。污水处理厂处理工艺的选择首先应确保对污水进行处理过后满足排放标准的要求。否则，便失去了污水处理厂理应具备的功能。结合自身的实际情况，如自然条件、水文条件、地质条件等，设计满足要求的污水处理工艺。

2、污水处理厂所使用的设计方法必须可靠，所选择的各个设计参数也同样必须可靠。为此，污水处理厂在进行工艺设计之前应做好准备工作，需要大量查阅相关资料，并向现有污水处理厂学习，为污水处理工艺设计中参数、池型等的选择提供依据，避免因污水处理单元参数选择不当而造成技术上不达标或者是造

成经济上的浪费。在设计时要从工程的角度出发，全面的考虑多种因素的影响，来进行设计数据的优化选择。同时，我们应该遵守现有的设计规范，保证一定的安全系数。对于研究不够成熟的新工艺、新技术、新材料的使用，采取慎重的态度，多参考使用相关技术的污水处理厂学习经验。

3、污水处理厂工艺及构筑物的设计，在满足技术可行的情况下应充分考虑经济的因素。经济因素是城市污水处理厂考虑的一个重要方面。污水处理在工艺选择、池型选择、相关设施设备选择以及药剂选择等方面都可以做到优化处理，降低污水处理厂的基建以及运行费用。

4、污水处理厂设计必须将安全因素纳入考虑的范围。同其他企业行业相同，城市污水处理厂的安全运行十分重要。目前据国家相关要求，城市污水处理厂必须24小时连续运行，因此污水处理厂应做好相关的安全措施。设计中可以适当设置放空管、超越管线等来提高其运行的安全性。同时，污水处理厂的建造施工以及日常维护管理都应注重设备材料的质量，防止意外事故的发生。

5、污水处理厂的设计应做好远期规划。对于一些不宜采取分期建设的单元，如配水井、泵房以及加药间等，基建时应该一次性建成，同时应做好相关设计，为以后的扩建预留好土建用地。 2.2各污染物去除率的确定

根据进出水水质要求，可以计算出各种污染物质的去除程度。 BOD5的去除率：

EBODCOD的去除率：

200?10??100%?95%

200350?50?100%?85.71%

3505?0.5?100%?90% 5ECOD?TP的去除率：

ETP?TN的去除率：

40?15ETN??100%?62.5%

40

NH3-N的去除率：

ENH3SS的去除率：

28?5??100%?82.14%

28250?10?100%?96%

250ESS?2.3处理工艺流程的确定

城市污水处理厂一般采用二级生物处理作为污水处理的主要工艺，污水在进入二级处理构筑物前，先要经过预处理工艺，而二级出水尚需要经过深度处理来达到中水回用的要求。生化处理有活性污泥法和生物膜法，当然要达到中水回用的要求，可以采用膜生物反应器来处理，但膜生物反应器成本较高。活性污泥法目前比较常用的有AA/O、SBR、氧化沟、CASS等工艺，生物膜法常用的有生物接触氧化池、生物滤池、生物转盘等工艺。

活性污泥法由于工艺简单、运行稳定、经济性高等优势，在城市污水处理中占有很大比重。本设计也采用活性污泥法，下面叙述了几种常用的活性污泥工艺。

AA/O法：AA/O是目前应用最为广泛的城镇污水处理工艺之一，在技术上，它工艺成熟，运行稳定，池体简单，对氮磷有较好的去除效果，污泥沉降性能好；在经济上，它日常维护简单，运行费低，同时厌氧条件下产生的沼气可以作为能源使用；在应用范围上，它更适于用大中型的污水处理厂。

氧化沟：氧化沟是延时曝气中的一种，其中的活性污泥处于生长的后期阶段，污泥活性有所下降，因此有机负荷相比较低，水力停留时间较长，对冲击负荷的抗击能力较好。在经济上，它可以采用在廊道内进行沉淀，以此来完成泥水分离，不必单独设置二沉池，节约了基建费用。但是多数情况下需要设置二沉池。在应用范围上，一般适用于中或小流量的城镇污水或工业废水。

SBR法：SBR是序批式活性污泥法中常用的一种，它最大的特点是在一个池子内完成由进水、反应、沉淀、出水和闲置5个阶段。SBR进出水不连续，因此需要设置多个池子来保证进出水的连续。在经济上，SBR由于所需池体少而节约

了土地和基建费用，但是其池体容积利用率较低。SBR一般在中小型污水处理厂或工业废水应用较多。

考虑到本设计处理水量大，出水要求回用，因此需要较高的稳定性。而氧化沟和SBR的运行稳定性一般，AA/O的稳定性很高，因此本设计采用AA/O法，但是应用AA/O最大的缺点是内回流较大。

由于经过二级生物处理的污水水质已经基本达到回用要求，中水回用只要在经过过滤和消毒即可满足要求，因此本设计的工艺流程见下：

2.4、处理构筑物形式的确定 2.4.1、格栅

2.4.1.1、格栅的作用

对城镇生活污水进行处理，一般都会设置格栅。格栅是由多条金属栅条平行排列制成，常常安置在污水的进水端如提升泵房前处或者是沉砂池前端。设置格栅的作用是，截留入流污水中大粒径的悬浮物和漂浮物，如纤维、毛发、塑料制品等，防止后续的泵、阀门、管道等出现堵塞问题。

2.4.1.2、格栅的种类

格栅栅条可以做成不同的尺寸，栅条间的间距也有多种形式。栅条间距范围在50~100毫米的格栅称为粗格栅，间距范围在10~40毫米的格栅称中格栅，间距范围在1.5~10毫米的格栅是细格栅。而由于格栅横断面形状的不同，格栅又

可以分别制成平面格栅和曲面格栅。粗格栅、中格栅和细格栅均可以分别制成平面格栅和曲面格栅。

格栅的清渣方式有人工清渣和机械清渣两种，人工清渣一般用于水量不大或着是污水中污染物量少的情况，当栅渣量超过0.2m3/d时，则应当采取机械清渣。目前机械清渣方式的格栅种类很多，较常用的有回转式格栅、往复式移动耙格栅、转鼓式格栅、阶梯式格栅。

格栅栅条的断面形状也有多种，常见的有正方形、圆形、方形，也有一些其他流线形状。目前比较常用的是方形格栅，断面是圆形或者按照流线加以修正的格栅，相较与方形格栅，水力条件好，但刚度较差。值得注意的是，一旦格栅断面形状确定，格栅栅条的尺寸也就确定了，只是需要对栅间距进行选择。

2.4.1.3、格栅的选择

目前污水处理厂一般需要选择2道及以上的格栅来对污水进行预处理，常采用的组合形式是：粗格栅+中格栅、中格栅+细格栅或者粗格栅+中格栅+细格栅的处理工艺。

本设计结合了自己的污水水质，综合选择了中格栅+细格栅的处理流程。中格栅采用栅条间距为20mm的回转耙式格栅,细格栅采用栅条间距为8mm的回转耙式格栅，2道格栅均采用机械清渣，格栅断面都是采用锐边矩形。中、细格栅均设置5组，4用1备，4组格栅并联运行。细格栅处设有事故格栅，用于意外情况下污水的紧急处理。格栅处设有时间间隔器，每隔一定时间开启格栅，将栅渣排除。

2.4.2、提升泵房

一般的，污水处理厂在进行设计时，考虑利用各处理单元间自身的静压差来完成的污水的流通，这就意味着处于流程前端的单元需要较高的静压，然而从市政管网接入的污水静压很低，因此，需要对污水进行提升。

污水提升泵房有多种形式，选择何种形式是受多种因素制约的。一般的，

泵房形式的确定可以参考下列条件：

1、当处理水体小于2m3/s，常常选用上方下圆形的泵房。 2、当处理的污水流量大时，则优先选用矩形的泵房。

3、污水泵站一般都是需要常年运转，且大型泵站大多数是连续的开泵，因

此常常选择自灌式的泵房。

4、一般的自灌式泵启动时应该采用合建式的泵房。

考虑到本设计处理水量大，最终选用自灌式泵房，泵房和粗格栅合建。泵房为半地下式，呈矩形。

提升泵房中设有集水池，潜水泵淹没在池内，完成对污水的提升。集水池的有效水深应设置合理，过低，则会造成泵的干转，利用率不高，过高则会造成泵的负担过大，影响泵的寿命。清水池内设有液位计，和泵配合使用，调节泵对污水的提升扬程。

集水池和格栅井合建，整体设计成半封闭的形式。格栅处设置为敞开形式，集水池封闭，从而减少外来物质的进入，减少污染产生。敞开部分应该设置栏杆，保证检查维修时工作人员的安全。

本设计集水池设计成梯形，梯形小口连接着格栅出水口，大口位于提升泵房内，连接着单管出水。 2.4.3、沉砂池 2.4.3.1沉砂池的作用

城镇生活污水难免会存在一些无机颗粒物质，如砂砾、小石子。这些物质会造成泵、搅拌器等设施的磨毁或堵塞，也会在流动过程中对管道造成磨损。若不加以去除还会造成污泥体积增大，既浪费后续污泥处理的药剂，同时增加污泥占地面积。设置沉砂池将它们分离出来，既避免后续处理设施损坏，又减少剩余污泥。

由于本设计选址在北京，北方城市风沙大，因此沉砂池的设计十分必要。 2.4.3.2沉砂池的形式

沉砂池常见的有平流式沉砂池、竖流式沉砂池、旋流式沉砂池和曝气沉砂池。下面叙述了各形式沉砂池的性质特点。

平流式沉砂池：对沉砂去除效果好，结构简单，但占地面积大，需要土地面积大，且存在流速不易控制等缺点。

旋流沉砂池：目前旋流沉砂池的应用在西方国家十分广泛，它沉砂效果好，尤其对于一些细砂，较难用其他形式沉砂池去除，也有不错的去除效果。同时在经济方面，它的基建和运行费用都不高。

曝气沉砂池：曝气沉砂池由于曝气造成水力螺旋流，从而可以对污水进行预曝气、除臭、除泡，且沉砂有机物含量少，不易造成腐臭现象。曝气沉砂池同时也存在运行费用高，易破坏厌氧环境影响磷的释放，进而降低磷的去除率等缺点。 2.4.3.3沉砂池的选择

考虑到除砂效果和费用，本设计最终选用旋流沉砂池，既经济又有效，也不会对后续厌氧池生物释磷造成影响。

旋流沉砂池是利用机械搅动产生水利涡流作用，以此来完成对无机颗粒的去除。旋流沉砂池的进水设在沉砂池中下部，水流从切线方向呈旋转方向进入沉砂池，从池上部溢流流出池外，池内砂石向下沉淀，其余有机物质向上流出池外。在进水渠的末端设置了一道跌水堰，目的是将进水沉积在进水渠中的砂石滑落至沉砂池。在沉砂池与进水相连部分设置了一个挡板，使得进水能够向下流入沉砂池，避免出现短流现象。沉砂池中间部位设置了可以调节速度的桨板，进水的设计、桨板以及挡板的共同作用，水流在旋流沉砂池内保持了螺旋环状流动。而在沉砂斗部分，由于从外向内池径变小，水流速度反而变大，使得沉砂被离心到斗壁上而落入砂斗。 2.4.4、AA/O工艺

随着环保意思的加强，城市生活污水处理厂不仅要去除有机物，同时还要对氮磷等营养元素进行设计去除。目前城市污水脱氮除磷工艺很多，最早应用的是AA/O工艺，同时也是应用十分广泛的工艺。AA/O工艺结构简单，由于厌氧、缺氧和好氧交替的环境，丝状菌不能大量繁殖，污泥的沉降性良好。

本设计曝气池采用鼓风曝气的方式曝气，厌氧和缺氧池中都设有搅拌器。 城镇生活污水进水水质会发生波动，有时会出现碳源不足，导致氮的去除效率下降，出水氮很难达标。目前有效的保证出水氮指标的方法是给予微生物充足的碳源，因此，本设计考虑了外碳源的投加。外碳源采用甲醇，甲醇是目前最为经济的外碳源。本设计同时设计了加药间、加药泵以及溶液池。

同时，由于AA/O本身存在着泥龄的矛盾，本设计生物处理优先保证脱氮效果，泥龄势必会较长，因此磷的去除率难以保证。为此本设计了化学除磷工艺。由于二沉池较大，化学污泥较少，将化学除磷药剂投加在二沉池前的混合池中，和活性污泥一起在二沉池沉降。

2.4.5配水井

在AA/O池和二沉池间，设置配水井，完成对污水的均衡分配。本设计采用2个配水井，将来水均衡分配给4个二沉池。 2.4.6二沉池

根据沉淀池在污水处理流程的位置可以将沉淀池分为初沉池、中沉池和二沉池。二沉池是设置在二级生物处理末端的沉淀池，其作用是完成泥水分离，并提供生物处理单元的回流污泥。

目前常用的二沉池形式有竖流式沉淀池和辐流式沉淀池，平流式沉淀池和斜板沉淀池应用的较少。本设计采用辐流式沉淀池，中心进水，周边出水。

下表列出了几种常见沉淀池的特点性能。 池型 优点 缺点 适用范围 适用于地下水位较平流1抗冲击负荷能1占地面积大，浪费土地； 式沉力强； 2若使用机械排泥时，大多数设浅池深不易过大的淀池 2能够抵抗温度施设于地下，易造成设备的腐蚀； 地区或者是地质状的变化； 3机械排泥各泥斗需要分别设置况不好的情况，大中小型污水处理厂都可以应用。 3结构简单，工排泥管，管路复杂。 程造价较低。 竖流1排泥简单，管1池子深度较大，不利于施工； 处理水量不大，只适式沉理操作方便。 2较差的对温度变化的适应能力用于小型污水处理厂。 淀池 2占地面积小。 以及抗冲击负荷变化的能力； 3造价较高 辐流1运行效果良好 1水流流速不太稳定； 适用于地下水位较式沉2排泥设备有定2容易造成异重流现象的发生； 浅池深不易过大的淀池 型产品。 3池体施工要高，机械排泥较为地区，大中小型污水复杂，造价高

2.4.7滤池

为了达到中水回用的要求，本设计增加了滤池和消毒池。滤池不仅可以有效降低出水SS的浓度，同时可以提高对浊度、BOB、COD、残留微生物、重金属的

处理厂都可以应用。 去除效果。

滤池可以按水流流过滤池的速度分为慢滤池、快滤池以及高速快滤池；按照滤料设置的层数分为单层滤料滤池（石英砂）、双层滤料滤池（石英砂+无烟煤）、多层滤料滤池（石英砂+无烟煤+重质矿石）、纤维球滤料滤池以及陶粒滤料滤池。

下面叙述了一些常用滤池的性能特点。 名称 性能优缺点 特点 适用条件 滤前规模 水浊度 普通快单层优点：1工艺成熟、运行效果可靠； 小于1大中小型污水滤池 滤料；2滤料一般采用砂滤料，价廉易得; 10 水流3采用大阻力配水系统进行配水，池为下体面积可以设计的较大，从而减少池流向；深； 四阀4出水水质好，可以采用降速过滤 滤池 缺点： 1阀门较多，压力损失较大； 2反冲洗设施复杂 双阀滤水流优点： 池 为下1工艺成熟、运行效果可靠； 流向2滤料一般采用砂滤料，价廉易得; 的双3采用大阻力配水系统进行配水，池阀滤体面积可以设计的较大，从而减少池池，滤深； 料一4出水水质好，可以采用降速过滤 般采5阀门较普通快滤池少，节约了成用砂本，减少了维修量，同时水头损失下滤 降 缺点： 小于1大中小型污水10 处理厂均适用； 2单池面积一般不大于100m2 3更适用于采用表面冲洗和空气助洗设备的污水处理厂 处理厂均适用； 2单池面积一般不大于100m2 3更适用于采用表面冲洗和空气助洗设备的污水处理厂 1由于减少了阀门，增加了形成虹吸的设备 2反冲洗设施复杂 V型滤滤料优点： 池 为均1运行稳定，效果可靠； 粒砂2滤料一般采用砂滤料，价廉易得； 滤料，3滤床含污量大，周期长； 水流4出水水质较好，滤速较快； 方向5采用气水联合反冲洗，并带有表面为下扫洗，反冲洗效果好。 流向，缺点： 反冲1池深较深，基建较复杂； 洗一2相应的配套设备多，维修复杂。 般采用带表面扫洗的汽水反冲洗 多 一层 层滤 滤料 料滤 滤水流优点： 方向1纳污能力大； 为下2滤速可以较大，采用降速过滤； 流向，3过滤效果好，出水水质较好。 滤料缺点： 小于1适用于中型污10 水处理厂； 2单池面积一般不能超过小于1大中型污水处10 理厂适用； 2单池面积可达150m2 50-60m2； 3需要配合辅助反冲洗设备使用。 池 池 层采1滤料价格昂贵，且较易流失； 用石2冲洗效果差，容易形成泥球； 英砂 3一般适合于中阻力配水系统 4管理维护复杂 二层滤料滤水流优点： 方向1纳污能力大； 为下2滤速可以较大，采用降速过滤； 流向，3过滤效果好，出水水质较好。 滤料4在现有普通快滤池基础上方便改小于1适用于大中型10 污水处理厂； 2单池面积一般不能超过50-60m2； 3需要配合辅助反冲洗设备使用，宜采用大阻力反冲洗系统。 池 层采造 用石缺点： 英砂1滤料价格昂贵，且较易流失； 和无2冲洗效果差，容易形成泥球； 烟煤 三层滤料滤 水流优点： 小于1适用于处理能力为50000m3/d以下的小型污水处理厂； 2需要配合辅助反冲洗设备使用。 方向1对过滤前进水的要求低，适用范围50-10为下广，可以直接过滤，而不需其他预处0 流向，理设施； 滤料2降速过滤 池 层采3过滤效果好，出水水质较好 用石缺点： 英砂、1工作周期短 无烟2池体正常运转要求高 煤和3滤料价格昂贵，且较易流失； 重质4冲洗效果差，容易形成泥球 矿石 虹吸滤无阀优点： 池 滤池，1不需设置阀门，节省了造价； 水流2不需要专门设置反冲洗水箱和水方向泵； 为下3便于实现自动化操作运行。 流向，缺点： 低水1土建结构复杂； 小于1适应于处理能10 力为20000m3/d-100000m3/d 的中型污水处理厂； 2单池面积一般不过大； 头互2池深大，单池面积不能太大 洗式3反冲洗效果不易控制 滤池 4采用的变水位等速过滤，过滤效果较降速过滤差。 无阀滤水流优点： 池 方向1不需设置阀门，节省了造价； 为下2不需要专门设置反冲洗水箱和水流向，泵； 滤料3便于实现自动化操作运行； 一般4生产方便，可成套定制。 为砂缺点： 滤，是1运行过程观察不到滤层的状况； 低水2清砂较为困难； 头带3池深较大，单池面积较小； 水箱4反冲洗的效果不佳，且反冲洗会造反冲成水量的浪费； 洗的5采用的变水位等速过滤，过滤效果无阀较降速过滤差。 滤池 移动罩水流优点： 滤池 方向1不需要阀门，从而降低了造价； 为下2池体较浅，结构简单； 流向，3降速过滤，过滤效果较好； 滤料4能实现连续自动运行，不需要设置一般反冲洗水塔和水泵； 为砂5节省能耗和基建费用 滤，是缺点： 反洗1需要移动冲洗设备，且设备的材连续质，加工要求较高； 3每组滤池中应包含不少于6个池体。 小于1适用于污水处10 理能力为10000m3/d的小型污水处理厂； 2单池面积不能大于25m2。 小于1大中型污水处10 理厂适用； 2单池面积一般不过（小于10m2）

过滤2对移动罩与隔墙间的密封有较高的低要求； 水头3尽管起始滤速较高，由于降速过无阀滤，滤池内平均滤速较低。 滤池 由于处理水量较大，本设计选用V型滤池。V型滤池过滤效果较好，滤速较高，单池面积最大可达到150m2，其反冲洗系统采用的是气冲洗、水冲洗以及表面扫洗联合冲洗的方式，反冲洗需水量仅为传统滤池需水量的四分之一左右，大大节省了反冲洗用水量，节省了能耗。 2.4.8接触消毒池

污水经过上述处理过后，污染物浓度得到明显去除，但是细菌数量仍相当可观，且不能保证无致病菌的存在，因此有必要在污水排放前对其进行消毒处理，以降低细菌及致病菌的数量。

目前常用的消毒方法有液氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒以及次氯酸钠消毒等，关于这些消毒剂的适用范围及优缺点列于下表。 名称 液氯 优点 缺点 适用条件 价廉易得，效果持有消毒副产物的大、中型污水处理久，投配设备简产生 单，易操作 厂 次氯酸钠 可以现场进行配设备较液氯消毒中、小型污水处理制，使用方便，投复杂 配量便于确定 厂 臭氧 除臭、脱色效果设备复杂，成本对出水水质卫生好，兼具预氧化作高，管理运行复杂 条件要求较高的用，无消毒副产物的产生 污水处理厂 二氧化氯 效果好，产品定型 维修管理复杂 中、小型污水处理厂 紫外 速度快，效果好，对浊度要求高，能下游水质要求较无化学物质参与，耗大 无有害副产物产生 高的污水处理厂 本设计由于处理规模大，收纳水体无特殊要求，考虑到消毒效果及出于经济方面的考虑，采用液氯消毒。

接触消毒池有平流式和竖流式接触消毒池，由于竖流式接触消毒池只适用于小水量，因此本设计采用平流式接触消毒池。 2.4.9污泥浓缩池

二沉池的污泥含水率很高，一般可以达到百分之九十九。高的污泥含水率使得污泥体积增大，因此需要对污泥进行脱水处理。一般的，污泥的脱水首先要经过污泥浓缩池，其主要完成对污泥游离水的去除。较为经济的污泥浓缩池是重力浓缩池，也是城市污水处理厂最常采用的浓缩池。离心浓缩池和气浮浓缩池尽管产生臭气少，效果较重力浓缩池好，但运行费用高，本设计最终确定选择重力浓缩池。

重力浓缩池优点是储存污泥的量大、运行费用低，但是容易造成污水处理厂环境状况的下降，因此，本设计浓缩池封闭建造，将产生的臭气收集起来，通过泵通入生物处理单元，利用微生物的作用，对其进行除臭。

本设计考虑了除臭的单元有细格栅、重力浓缩池、贮泥池、污泥脱水机房。其余构筑物由于臭气较轻，考虑到成本因素，并没有纳入设计工艺。

重力污泥浓缩池常用的形式有竖流式和辐流式两种，竖流式一般适用于小型污水处理厂。由于设及水量大，泥量相应较大，因此采用辐流式重力浓缩池，中心进泥，周边出泥。 2.4.10污泥脱水间

污泥经过污泥浓缩池过后，虽然可以分离一部分水分，但此时污泥的含水率仍然在97%左右，应进一步对污泥进行处理，来降低其含水率。污泥处理常常采用污泥脱水装置来对其进行脱水，脱水方法有真空吸滤方式脱水、压滤法脱水、离心式脱水。常用的脱水装置有带式压滤机、板框式压滤机、真空转鼓过滤机以及离心机。下表列出来常用脱水机械的性能特征。 名称 特点 适用范围 带式压滤机 高的脱水效果、低能耗、应用范围很广，对大中小工作时产生的噪声低，可型规模的污泥都适用。 以实现连续运行，管理操作方便。 板框式压滤机 结构简单，操作容易，但适合小型规模的污泥处不能实现连续工作，劳动理。 的强度大。 真空转鼓过滤机 可以实现连续运行工作，应用范围较少，只适用于易于自动化控制，但是结企业工业污泥处理。 构负杂，操作复杂，运行费用高。 离心机 高的脱水效果，结构简应用范围很广，对大中小单，但是工作时产生的噪型规模的污泥都适用。 声大，所消耗的能耗多。 考虑到处理效果和经济两方面的因素，本设计采用带式压滤机对经过污泥浓缩池的污泥进行脱水。 2.4.11计量设施

为了准确计量水厂实际进水量和出水量，便于进行运行管理，城市污水处理需要设置计量设施。城市污水处理厂常用计量设施包括巴士计量槽、薄壁堰、流量计等，常用流量计包括超声波流量计、涡轮流量计以及电磁流量计等。目前计量设备应用的较多的是巴氏计量槽，其优点是操作简单，水头损失小，不易发生杂物的沉积等。

下表列出来几种常见计量设施。 名称 巴氏计量槽 优点 缺点 适用范围 操作简单，水头损不具备自动记录大、中、小型污水失小，不易发生杂数据的功能，施工处理厂都适用 物的沉积 要求技术较高 薄壁堰 操作简单，运行稳水头损失大，堰前适用于大型污水定，结果可靠 易聚集沉淀物质，处理厂 不具备自动记录数据的功能 超声波流量计 水头损失小，不易造价高，且一旦损适用于大或中型聚集沉淀物质，很坏，维修困难 少发生堵塞，兼具自动记录数据的功能，精度高 涡轮流量计 兼具自动记录数一旦损坏，维修困适用于中或小型据的功能，精度高 难 电磁流量计 污水处理厂 污水处理厂 水头损失小，不易造价高，且一旦损适用于大或中型聚集沉淀物质，很坏，维修困难 少发生堵塞，兼具自动记录数据的功能 污水处理厂 本设计综合各种计量设备的优缺点及适用范围，采用巴氏计量槽来进行计量。由于本设计设计最大流量为2.257m3/s，因此采用的巴氏计量槽的测量范围在0.400m3/s～2.800m3/s。 3.1、活性污泥模型概述

随着我国经济的快速发展，水体的污染日益严重，污水量也持续增加，国家对环境也日益重视，所有城镇污水都必须经处理后达标才能排放。传统的污水处理分为一级处理、二级处理（生物处理）和污水三级处理（深度处理），三级处理用于污水的深度处理，一般用于污水中水回用，而一级处理则适用于地面净水工艺，在城市污水处理中，常常采用二级处理，活性污泥法凭借其独特的优势，成为一种基本而主要的生物处理法，也具有巨大的发展前景。活性污泥法具有对水质水量适应性强，处理效果好、运行灵活，控制性良好，处理成本低、可以通过厌氧、缺氧和好氧区的设置来同时达到脱氮除磷效果等优势。

但是，活性污泥法尚一些问题未能解决，其在深度上的研究还待进行。由于污水成分、运行过程和生物过程的复杂性，要想能完全认清其内部的规律，要考虑从数学模型的角度上去研究，从而能够在尽可能降低复杂程度的同时，最大程

度的涵盖到各因素的影响。

在理论上，应用数学模型不仅可以借助数学这一得力工具来帮助我们理解整个系统的内在过程，提高我们的认识深度；也可以建立模型来模拟系统不同时间各组分的变化，总结其变化趋势与规律，并通过改变不同参数来评估其影响程度；在实践上，我们可以以实际水质为基础，利用模型进行模拟，然后通过调整相关参数进行优化设计，在保证处理效果的基础上达到处理费用的最低化。

活性污泥法数学模型的研究早在一九八二年展开，众多学者提出了许多不同的意见，目前最为认可的是活性污泥法系列数学模型（ASM），它是由国际水污染控制协会（IAWPRC）研究推出，并于一九八七年首次推出活性污泥1号模型（ASM1）。现今，许多学者用ASM1来模拟硝化和反硝化的实际降解情况，并已证实效果可靠。随着研究的不断探索，对活性污泥法认识也有所加深，活性污泥模型也相应的在不断的发展。一九九五年，活性污泥拓展模型—ASM2和ASM2D诞生。三年后，最新研究成果活性污泥法3号模型（ASM3）诞生，弥补了ASM1存在的一些不足。 3.2、活性污泥数学模型简介 3.2.1、活性污泥一号模型

活性污泥一号模型是活性污泥数学模型首先推出的模型，它是基于微生物死亡—再生理论而提出的，涵括了有机碳氧化过程、硝化工程以及反硝化过程，模型并未包括磷的变化过程。在形式上采用矩阵来表达模型，从而使模型更加直观，便于我们理解和使用。

在ASM1中，将活性污泥反应池的物质共分成十三个组分，并根据污染物质的去除途径、微生物生长过程以及其他组分的存在情况分为八个过程。以组分为列，过程为行，将曝气池各组分和过程一一对应于模型矩阵中，行与列的交叉处则表示组分对应于相应过程的化学计量系数。在矩阵最右侧，各工艺过程的速率列于表中。任一组分的总速率等于不同过程的速率与化学计量系数之积再求和，然后根据质量守恒定律：进入量+反应量-排出量=0，可以计算出任意过程任意组分的反应量。化学计量系数可以通过过程的COD、氮和碱度的平衡方程求得。在ASM1中还给出了废水特性、动力学参数的估计方法，但是当条件不足时，也可以采用模型给出的推荐值来实际模拟，以寻求进一步的更精确值。

活性污泥一号模型是目前已经被证实的有效研究模拟硝化和反硝化的工具。应用此模型，我们可以将过程的变量和参数控制在一定变化之中，从来来模拟曝气反应池的实际降解情况和各反应池的实际组分浓度，以此来评断处理工艺是否合理；也可以通过对相关处理情况的设置，来进行曝气反应池的优化设计。但是，活性污泥一号模型仅仅考虑了有机物和氮的去除途径，关于反应池体内磷的降解情况，并没有涉及。因此，在城市污水日益要求严格的今天，模型就有待提高和发展，于是活性污泥二号模型应用而生。 3.2.2、活性污泥二号模型

活性污泥二号模型（包括ASM2和ASM2D）是在活性污泥二号模型基础上的延生。ASM2沿用了ASM1的矩阵表示和质量平衡计算，但它更为复杂，包含了生物除磷过程，划分出了更多的用来描述模型的组分和过程。ASM2与ASM1模型主要不同之处在于其包含的生物区分了细胞结构，因此必须区分出不同作用的微生物，而不能笼统的用微生物质量浓度来表示。另外，除了生物过程，ASM2还定义了二个化学过程，来模拟磷的化学沉淀。

ASM2共划分出来十九种组分，十九个过程、二十二个化学计量系数和四十二个动力学参数。它关于活性污泥法同时去除有机物、氮和磷的研究，给我们提供了一个强很好的借鉴，为我们进一步研究开发出生物脱氮除磷的复合模型打下坚实基础。但是模型中关于生物除磷部分的研究，还未能达到足够高的可靠程度。

ASM2D模型是在ASM2模型的基础上发展起来的延伸模型，沿用了ASM2模型的基本思想。在ASM2模型中，与PAO相关的反硝化问题并未得到很好的解决。在ASM2D中，假设PAO中包含两部分微生物，其中一部分可以利用NO3-为电子受体在缺氧环境中进行聚磷，同时NO3-得以去除，当然，这部分PAO在缺氧环境中的生长及代谢速率都低于好氧环境。

ASM2D模型中共定义了二十个组分、二十一个过程、二十二个化学计量系数以及四十五个动力学参数。与ASM2相比，ASM2D的一大优势在于：对磷酸盐、硝酸盐降解的动力学模拟更为准确。同样的，ASM2D也有其限制因素，主要为：

（1）只适用于PH接近7的城镇污水，应用范围受到限制； （2）温度有效范围是10-25℃，过高过低都受到限制；

（3）模型中组分发酵产物假定为不溢流至好氧池，若出现溢流，模型不能很好说明。

3.2.3、活性污泥3号模型

ASM3模型是最新研究出的活性污泥数学模型，它的思想和ASM1相似，是为了克服ASM1日益出现的问题而生的。ASM3模型包含了有机物的降解、氮的去除过程，对于磷的脱除并未纳入考虑。因此对于包含了厌氧池的污水处理工艺而言，模拟效果可能会有所偏差。

ASM3定义了十三个组分，九个反应过程，目前常常被作为一个模块用于自动编程控制中，应用十分方便。 3.3、ASM2D模型 3.3.1、概念性方法

ASM2是在ASM1的基础上延伸而来的模型，ASM2更为复杂，它划分了更多的组分来描述污水和污泥性质，包括了更多的过程来描述曝气池的生物化学反应，在描述有机物氧化和氮去除的过程的同时，阐明了磷的生物去除过程。ASM2与ASM1模型主要不同之处在于其生物量具有了内部细胞结构，因此必须区分出不同作用的微生物，微生物质量浓度不能笼统的用微生物浓度来表示。在此前提下，模型中才能增加生物除磷过程。

ASM2D则是根据ASM2思想，增加了两个过程来，说明聚磷菌PAO可以在缺氧环境中利用体内贮藏的内碳源，反硝化聚磷，在反硝化脱氮的同时达到聚磷的效果。与ASM2假设不同，ASM2D假设PAO不仅可以在好氧环境中利用氧气做电子受体来吸磷，也包含着一部分反硝化聚磷菌，它们可以在缺氧环境利用硝酸盐（都以硝酸盐计，不考虑反硝酸盐的存在）来做电子受体进行吸磷。

同时，除了生物过程，ASM2D也增加了化学过程，来模拟化学除磷过程。 ASM1是以COD来描述颗粒性有机物和活性污泥的总的质量浓度，ASM2则不同，因为它的污泥中包含了一部分聚磷酸盐，而聚磷酸盐并不对COD有任何贡献，因此ASM2引进一个新的组分—总悬浮固体（TSS）。TSS也同时包括了进水和磷的化学沉淀过程中的无机颗粒。关于这一点，ASM2D中与ASM完全相同。

ASM2没有区分单个细胞的内部结构，只考虑了生物量总体的平均组成。由

于每个细胞不一定处于相同的生长时期，则单个细胞的组成和结构可能和群体有所不同。ASM2所用的动力学表达式是非线性的，因此，平均行为不一定从平均性质来得到。国际水协课题组最终决定从实用性角度出发，采用以平均性质预测平均行为来推导模型。 3.3.2模型基础

3.3.2.1．矩阵符号

ASM2D模型引用ASM1思想，表述上采用矩阵形式。

以组分i为列，过程j为行，将曝气池各组分和过程一一对应于模型矩阵中，化学计量系数?ji对应于相应的行与列的交叉处。在矩阵最右侧，各工艺过程的速率列于表中。过程速率方程为矢量ρj，组分i的反应速率可以用该组分在所有过程中的生成或消耗速率来计算得到：

?i???ji?j

在化学计量的矩阵中，每个过程j中对应的的某一个化学计量系数?jk取值为1或-1，其余化学计量系数则给出了代数方程，该代数方程是根据守恒方程（COD质量守恒、N质量守恒、P质量守恒和电荷守恒）得到。 3.3.2.2．守恒方程

守恒方程的思想即为元素、电荷、电子既不能产生也不会消失。根据守恒思想可以计算得到化学计量系数。

ASM1中的守恒方程包括COD质量守恒、N质量守恒和电荷守恒方程，ASM2D在ASM1的守恒基础上增加了P质量守恒。另外，ASM2D还包含了一个将不同的固体组分都转化为总悬浮固体XTSS的守恒方程。

对任意组分i，其参与的所有过程j和质量平衡涉及到的物质c都符合下述守恒方程：

??jicii?0

式中：?ji:组分i在过程j中的化学计量系数（Mi/Mk）

Ici:转化因子（Mc/Mi）,将组分i换算为参与守恒计量的物质c 每个方程中都包含着一个预测性信息，可将其应用于其相应的过程。若其他系数已知，各守恒方程可以允许有一个化学计量系数通过预测确定，无需再通过实验确定。

在ASM2及ASM2D中，化学计量系数可以通过以下方程估计： SO2、SNO3和SN2可以通过COD守恒估计 SNH4可以通过氮守恒估计 SPO4通过磷守恒估计 碱度SALK通过电荷守恒估计 总悬浮固体可以从总固体守恒估计

下表总结概括了各个转化因子，这些转化因子都是基于化合物为参与守恒的物质，由化学计量学得来。 指标因子i 守恒所对应的组分 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 SO2 SF SA SNH4 SNO3 SPO4 SI SALK SN2 XI XS XH XPAO XPP XPHA XAUT g(O2) g(COD) g(COD) g(N) g(N) g(P) g(COD) mol(HCO3) iCOD,i 单位 (g COD) -1 1 1 -64/14 1 -24/14 1 1 1 1 1 1 iN,i (g N) iP,i (g P) iCharge,i iTSS,i (mole+) (g TSS) iN,SF 1 1 iN,SI 1 iN,XI iN,XS iN,BM iN,BM iN.BM IP,SF 1 iP,SI ip,XI iP,XS iP,BM iP,BM 1 iP.BM -1/64 +1/14 -1/14 -1.5/31 -1 1/31 iTSS,,XI iTSS,,XS iTSS,,BM iTSS,,BM 3.23 0.60 iTSS,,BM g(N) g(COD) g(COD) g(COD) g(COD) g(P) g(COD) g(COD) 17 18 19

XTSS XMeOH XMeP g(TSS) g(TSS) g(TSS) 0.205 -1 1 1 3.3.3模型中的组分

该模型中的组分都可认为是在整个系统中均匀的分布，分为溶解性组分和颗粒性组分两大类，溶解性组分用大写字母S表示，颗粒性的组分用大写字母X表示（不同组分通过下标区分）。假设活性污泥只与颗粒性组分有关，由于活性污泥的生物絮凝作用，颗粒组分可以絮凝到活性污泥上，而溶解性组分与活性污泥无关，他们只在水体中迁移。所有颗粒性组分必须不带有离子电荷，即都为中性粒子，而溶解性组分则无此要求，可以带有电荷。

4.3.3.1.溶解性组分

1发酵产物SA（M（COD）/L）

假设发酵产物可按乙酸来模拟，实际上也包含了其他所有的发酵产物。由于发酵进行在生物代谢过程中，其产物有别于其他溶解性物质，需要单独模拟。

2污水碱度SALK（mol (HCO3)/L）

碱度是用生化反应过程中的电荷平衡来计算得来，划分碱度的目的是判断模型系统中是否会出现低PH值（<7.2）,及时发现并避免低PH对生物的抑制作用。

碱度是以重碳酸盐碱度（HCO3-）为统一标准来进行化学计量学的计算。 3可发酵的易生物降解有机物SF（M（COD）/L） 异养菌直接利用这部分有机物。

由于SF定义为了可发酵的易生物降解有机物，因此不包含SA这部分有机物。 4惰性溶解性有机物SI（M（COD）/L）

溶解性惰性有机物可以来源于颗粒性组分降解而得到，也可以是进水直接带来的。在ASM2D系统中，SI并未得到去除，是COD的一直贡献者。

5氮气SN2（M（N）/L）

ASM2D模型假设反硝化只有氮气一种产物，并无其他未完全反应产物的产生。气体交换容易对氮气产生影响。

6氨氮及铵态氮SNH4（M（N）/L）

考虑到电荷平衡的要求，假设SNH4并无气态氨氮存在，全部都是以铵态氮形式存在的。

7硝酸盐态氮及亚硝酸盐态氮SNO3（M（N）/L）

ASM2D中并没有划分出组分亚硝酸盐，因此SNO3代表着硝酸盐和亚硝酸盐的总和。在相关化学计量学的计算中，SNO3都是以硝酸盐来进行计算的，没有涉及亚硝酸盐。

8溶解氧SO2（M（O2）/L） SO2受气体交换影响。

9溶解性无机磷（主要是正磷酸盐）SPO4（M（P）/L）

考虑到电荷的平衡，假设在ASM2D模型中，50%质量分数的HPO42-和50%质量分数的H2PO4-也被包含在SPO4中，且PH不影响他们的取值。

10易生物降解基质SS（M（COD）/L）

易生物降解基质SS是指一些简单的低分子有机物，他们可以直接被异养菌消耗掉而促进了异养菌的生长繁殖。在活性污泥2D模型中SS主要包括SA和SF。

3.3.3.2颗粒性组分

为了方便表达和模拟，假设慢速生物降解组分都是以颗粒态存在于活性污泥系统中的。（实际上也包含着部分溶解态的基质，他们不能直接被微生物利用，而是需要水解成小分子然后再得以利用）

1硝化菌XAUT（M（COD）/L）

硝化反应需要靠硝化菌来完成，硝化菌能够利用氨氮或铵态氮在好养环境中进行消化反应，由于硝化菌属于自养菌，在此过程中不需要消耗有机碳来提供碳源，而是可以利用无机碳源来完成。硝化菌在硝化反应过程中需要耗费碱度，为保证硝化反应的顺利进行，需要保证好氧环境中存在足够的碱度。

2异养菌XH（M（COD）/L）

关于异养菌有许多假设，这些假设将异养菌视为一种理想态的菌种。它们可以在厌氧、缺氧、好氧不同状态下利用有机基质正常生长，且不仅能够在厌氧环境中发生大分子有机物的水解作用，在缺氧和好氧环境同样能够进行有机物水解。在此，尽管反硝化菌也是属于异养菌，但由于其已被单独划分出来了，这里

所定义的异养菌不包含反硝化细菌。

3惰性颗粒性有机物XI（M（COD）/L）

颗粒性惰性有机物可以来源于颗粒性组分降解而得到，也可以是进水直接带来的。在ASM2D系统中，XI同SI一样，并未得到去除，是COD的一直贡献者。

4金属氢氧化物XMeOH（M(TSS)/L）

划分出金属氢氧化物这一组分目的是通过模拟其与磷酸盐的结合从而来估算出化学过程去除的磷的量。XMeOH可以是通过进水而带进来的，也可能是模拟过程中外投加的。在相关化学计量学系数的计算中，这个组分均以氢氧化铁为基准，当然，也可以采用其他金属氧化物为基准，只是需要相应的改变化学计量系数以及动力学参数。

5金属磷酸盐XMeP（M（COD）/L）

上述所说的金属氢氧化物和磷酸盐结合的产物便是金属磷酸盐，统一以磷酸铁来计。若上述金属氢氧化物采用其他的基准，这里也相应作修改，化学计量系数及动力学参数也随之而作调整。

6聚磷菌（PAO）XPAO （M（COD）/L）

ASM2D中聚磷菌不同于ASM2中的聚磷菌，他认为聚磷菌中包含着一部分具有反硝化聚磷的作用，因此可以在缺氧环境中利用盐酸盐或亚硝酸盐来同时进行反硝化脱氮和吸磷。但应注意的是，聚磷菌XPAO 只是指明了菌体本身，不应包含聚磷酸盐XPP和细胞内贮存无XPHA,他们只是贮藏在菌体内部。

7聚磷菌的细胞贮存物质（PHA）XPHA （M（COD）/L）

聚磷菌的细胞贮存物质即为内碳源，它的主要成分是聚羟基链烷酸。XPHA虽与XPAO有关，但正如前面所叙述的并不包含在XPAO其中。XPHA只是为了模型的方便而划分出来的一个组分，它并不同于分析测定的PHA，也不能用化学法来对它进行测定，但可以以物料守恒的原理被反映在COD中。XPHA在化学计量学计算中都是以与聚β羟基丁酸相同的化学组成来考虑的，即其化学式为：C4H6O2。

8聚磷酸盐（PP）XPP（M（P）/L）

XPHA虽与XPAO有关，但正如前面所叙述的并不包含在XPAO其中。在生物除磷过程中，磷以聚磷酸盐形式被聚磷菌贮藏在体内，从而使得水体的磷浓度下降

模型中假定聚磷酸盐是颗粒态形式存在活性污泥系统的，其化学组成比例式为：（K0.33Mg0.33PO3）n。

9慢速可降解基质XS （M（COD）/L）

慢速可降解基质是指有机物不能直接被微生物利用，而是需要水解后才能得以被异养菌吸收利用。慢速可降解基质包括大分子有机基质、颗粒性有机基质、胶体态有机物。

10总悬浮固体XTSS （M（TSS）/L）

由于ASM2D模型划分出来两个化学沉淀过程，设计了磷的化学去除过程。及考虑到了活性污泥的其他无机成分，因此有必要对总悬浮固体的进行预测。在活性污泥2D号模型中，总悬浮固体的浓度可以利用化学计量学来进行计算。 3.3.4、生物过程

水体中的微生物数目十分庞大，构成了一个复杂的微生物体系，不同的微生物生长不尽相同，同种微生物由于环境的差异也出现不同得生长变化规律。因此，在活性污泥体系中，我们常常看到的是生物体的非均衡生长，这就要求对生物相进行划分，分部分进行模拟研究。

在ASM2D模型中，生物体被划分为三组，分别为异养菌、硝化菌及聚磷菌。这三种菌体用来近似模拟生物反应池中的众多种类的微生物。ASM2D中所涉及到的每一个生物过程都是作用于各基质的多种反应过程，模型中统一用COD来表述这些基质。

ASM2D中所有的过程都是基于各种微生物体的平均行为而表述的，且这些生物体都是在平衡态生长过程来模拟的。

1、水解过程

大分子有机基质、颗粒性有机基质、胶体态有机物等慢速可降解有机基质都不能直接被微生物利用，而是需要经过胞外酶的水解后才能得以被异养菌吸收利用。在ASM2D模型中，区分了不同的电子受体对水解过程的不同影响，即将水解过程划分为厌氧水解、缺氧水解及好氧水解，分别模拟其水解过程。

慢速可降解有机基质的厌氧水解过程表述了厌氧条件下（溶氧SO2≈0，氧化性化合物SNO3≈0）基质的水解过程。其水解速率均低于好氧条件下和缺氧条件下的水解速率。

慢速可降解有机基质的缺氧水解过程表述了缺氧条件下（溶氧SO2≈0，氧化性化合物SNO3>0）基质的水解过程。其水解速率低于好氧条件下的水解速率,高于厌氧条件下的水解速率。

慢速可降解有机基质的好氧水解过程表述了好氧条件下（溶氧SO2>0）基质的水解过程。其水解速率均高于厌氧条件下和缺氧条件下的水解速率。

2、异养微生物的过程

异养微生物参与的过程有：慢速可降解基质的厌氧水解、缺氧水解及好氧水解，厌氧环境中由SF到SA的厌氧发酵，缺氧环境中SF与SA的氧化降解和SNO3的反硝化脱氮，好氧环境中SF与SA的降解，以及异养微生物自身的衰减和溶解。

3、聚磷菌的过程

ASM2D中聚磷菌不同于ASM2中的聚磷菌，他认为聚磷菌中包含着一部分菌体具有反硝化聚磷的作用，因此可以在缺氧环境中以PHA作为内碳源，利用盐酸盐或亚硝酸盐来同时进行反硝化脱氮和吸磷。但是模型中并未考虑糖原的作用，糖原是一种重要的PAO碳贮存物质（ASM2D把PHA作为PAO的碳源贮藏物质，主要组成是聚羟基链烷酸）。

聚磷菌直接或间接相关的过程有：XPHA 的贮存，聚磷酸盐好氧或缺氧储存（好氧吸磷或反硝化吸磷），聚磷菌好氧或缺氧的生长，聚磷菌的衰减和自溶。

4、硝化过程

ASM2D模型中假设硝化反应是从氨氮或铵态氮直接生成硝酸盐，而中间不考虑经过亚硝酸盐状态。这是由于从铵态氮到硝酸态氮的硝化过程中间经历一个亚硝酸态氮，同样的，从硝酸态氮还原为氮气的反硝化过程中间也经历一个亚硝酸态氮，这样造成了模拟亚硝酸盐的复杂性。

硝化过程涉及的过程有：硝化菌的增殖生长，硝化菌的衰减及自溶。 5、磷酸盐的化学沉淀

在城市废水中，难免会有一部分金属离子存在，这样会与聚磷菌释放出的浓度较高的磷酸盐发生化学反应，产生沉淀从而降低了磷的浓度，同时也达到了去除金属离子的效果。

另外，若进水中金属离子浓度较低，为了强化磷的去除效果，也可以人为的投加适量的盐溶液。目前常用的金属离子盐溶液是铝盐和铁盐。

当然，若不需要化学除磷即可达到较好的除磷效果，则此过程可以弃之不用或从模型中删除。

磷酸盐的化学沉淀过程主要涉及到SPO4的沉淀过程以及SPO4的再溶解过程。

3.3.5、化学计量系数

1水解过程的化学计量学系数

下表汇总了水解过程中的化学计量系数，慢速可生物降解有机基质XS一部分降解为易生物降解有机基质SF，一部分转化为惰性溶解性有机基质SI。在此过程中，SNH4、SPO4、SALK可以通过守恒方程来计算得到。 序号 1 2 3

2异养菌XH的化学计量系数

下表汇总了异养菌XH的化学计量系数，下面对各过程的计量系数作如下说明： 序号 过程 4 5 6 7 8 9 利用SF的好氧生长 利用SA好氧生长 利用SF缺氧生长 利用SA的缺氧生长 发酵 溶菌 So2 SF 1 11?YHYH过程 SF SNH4 -YPHA ?2,NH4 ?3,NH4 SPO4 ?1,PO4 ?2,PO4 ?3,PO4 SI fsI fsI fsI SALK ?1,ALK ?2,ALK ?3,ALK XS -1 -1 -1 XTSS ?1,TSS ?3,TSS ?3,TSS 好氧水解 1-fsI 缺氧水解 1-fsI 厌氧水解 1-fsI SA SNO3 1?1YHSN2 XI ?XS XH 1 1 1 1 ?1?YH2.86YH 1?1YH 1 1?YH2.86YH 1?YH2.86YH -1 n?Qmaxsin?Nbh1v?1?YH2.86YH fx 1-fx -1 ——4过程和5过程是异养菌分别基于可发酵有机基质SF及发酵产物SA的好氧的生长过程。这两个过程被认为是两个平行的过程，假设他们有相同的最大生长速率μm和相同的产率系数YH，过程中需要消耗营养物质氮磷（SNH4与SPO3）、溶解氧SO2、可能需要的碱度SALK以及相应过程的可发酵有机基质SF或发酵产物SA。

——6过程和7过程是在反硝化过程中，异养菌分别基于可发酵有机基质SF及发酵产物SA的缺氧的生长过程。这两个过程类似于过程4、5的异养菌好氧生长过程，只是是以硝酸盐替代氧气作为电子受体来进行有机基质的降解和异养菌的生长的。

——8过程是发酵过程。在厌氧条件下，异养菌利用可发酵有机基质SF，使之转化为发酵产物SA，因此过程中可发酵有机基质SF下降而发酵产物SA增加，该工程所需的碱度可以从守恒方程求得。

3聚磷菌PAO的过程化学计量系数

聚磷菌包含了两部分，其中一部分不仅可以在好氧的环境中利用外碳源吸磷，可以在缺氧的环境中利用内碳源来反硝化吸磷，下表汇总了聚磷菌XPAO各过程的化学计量系数，对各过程的计量系数作如下说明：

序号 10 贮存 XPP好过程 XPHA的SO2 -YPHA SA -1 SN2 SNO3 SPO3 YPO4 XI XS XPAO XPP -YPO4 XPHA 1 11 氧贮存 XPP缺 -1 1 -YPHA 12 氧贮存 XPAO好 ?13,O2 -?12,NO3 ?12,NO3 -1 1 -YPHA 13 氧生长 XPAO缺 -iP,BM 1 14 氧生长 XPAO的 -?14,NO3 ?14,NO3 -iP,BM 1 15 溶解 XPP的 ?15,PO4 fX 1-fX -1 16 分解 XPHA的 1 -1 17 分解 1 -1 ——10过程是XPHA在聚磷菌体内的贮存。在厌氧环境中，聚磷菌PAO能够

将体内的聚磷酸盐XPP水解，转化成磷酸盐SPO3释放到水体中，此过程合成的能量可用于将发酵产物SA转化利用，形成XPHA贮存在细胞内。环境中因聚磷菌的活动而导致发酵产物有所降低，而由于磷的厌氧释放而导致其浓度有所升高，为了得到较为准确的化学计量系数YPO4以及动力学参数qPHA，则需要对其分别测定。

——11过程和12过程，分别表示了聚磷酸盐XPP的好氧贮存过程和缺氧贮存过程。水体中溶解性的正磷酸盐SPO3若要以聚磷酸盐XPP的形式贮存在生物体内，则需要相应的能力供给。在好氧环境中，聚磷菌利用好氧呼吸来供能，而在缺氧环境中则利用硝酸盐为电子受体的缺氧呼吸来为聚磷酸盐的形成提供必要的能量。当然，缺氧环境中聚磷酸盐的合成速率小于好氧环境，需要相应的衰减因子来对其进行修饰。不论是好氧环境或者是缺氧环境中的聚磷酸盐的累积，都需要XPHA作为内碳源来为聚磷菌XPAO提供生长所必需的碳素。

——13过程和14过程，分别表示了聚磷菌在好氧环境中和缺氧环境中的生长。聚磷菌在消耗体内的胞内贮存物质来进行生长，同时利用水体中的溶解性磷酸盐提供营养物质。在好氧环境中，聚磷菌利用好氧呼吸来供能，而在缺氧环境中则利用硝酸盐为电子受体的缺氧呼吸来为聚磷酸盐的形成提供必要的能量。当然，缺氧环境中聚磷酸盐的合成速率小于好氧环境，需要相应的衰减因子来对其进行修饰。这也说明只有一部分，而并非所有的聚磷菌都可以进行反硝化，或者是因为反硝化的速率较低。

——15过程、16过程和17过程，分别表示了聚磷菌的自溶以及它的体内物质聚磷酸盐和胞内贮存物质的溶解。ASM2D假设这三个过程的以相同的速率分解，即生物相的组成不会随衰减而发生变化。衰减产物分别为：聚磷酸盐衰减为磷酸盐，胞内贮存物转化为发酵产物。

4硝化过程中的化学计量系数

下表汇总了硝化菌XAUT生长、衰减过程中的化学计量学系数，并对其进行相关的说明。 序号 过程 XAUT的好氧生SO2 4.57?YA?YASNH4 ?18,NH4 SNO3 SPO3 -iP，BM XI XS XAUT 1 18 1YA 长 19 溶菌 ?19,NH3 ?19,PO4 fX 1-fX -1 ——18过程是表述硝化菌的生长过程。硝化细菌是自养菌，可以利用无机碳作为碳素，在好氧环境中发生硝化反应，来完成自身的生长繁殖。他以氨氮作为营养物质，最终生成硝酸态氮，此过程碱度减低。同时好氧环境中发生了磷的好氧吸收，溶解性磷酸盐减少。

——19过程是硝化细菌的溶解。硝化菌的最终溶解产物为慢速可降解有机基质XS和可发酵有机基质SF，因此，硝化菌的衰减和内源呼吸为了异养菌生长 提供了有机基质。

5化学沉淀过程中的化学计量系数

下表汇总了磷的协同沉淀过程中的化学计量学系数 序号 20 21 过程 沉淀 再溶解 SPO4 -1 1 SALK ?20,ALK ?20,ALK XMeOH -3.45 3.45 ＸMeP 4.87 -4.87 XTSS 1.42 -1.42 ——磷的化学沉淀过程。化学沉淀作了假设：参与化学沉淀反应的金属离子盐溶液是铁盐，即氢氧化铁。氢氧化铁和正磷酸盐作用后产生磷酸铁沉淀，从而使得部分磷得以化学去除。在此过程中，溶解性磷酸盐降低，可能产生了部分碱度，总悬浮固体有所增加，碱度和TSS化学计量学系数可有平衡方程求得。 3.3.6、ASM2D中的动力学

ASM2D模型沿用了ASM1的思想，采用开关函数来表达各个过程的速率，很好的说明了各影响因素对过程速率的影响。 下表汇总了ASM2D模型各个过程的速率 序数j 过程 各过程的速率ρ的表达式（ρj≥0(MI /L·T)） 水解过程 好氧水解 1 KSO2XS/XH?XHKO2?SO2KX?XS/XH2 缺氧水解 厌氧水解 Kh?NO3 KO2SNO3XS/XHXHKO2?SO2KNO3?SNO3KX?XS/XH3 KO2SNO3XS/XHKh?feXHKO2?SO2KNO3?SNO3KX?XS/XH异养菌之XH 利用SF4 的生长 利用SA5 的生长 利用SF6 的反硝化 利用SA7 的反硝化 SO2SNH4SPO4SFSFSALK?H?????XHKO2?SO2KF?SFSF?SAKNH4?SNH4KP?SPO4KALK?SALK ?HSO2SNH4SSSSALK?A?A??PO4?XHKO2?SO2KA?SASF?SAKNH4?SNH4KP?SPO4KALK?SALK ?H?NO3KO2KSSSSS?NO3?F?F?NH4?PO4?ALKXHKO2?SO2KNO3?SNO3KF?SFSF?SAKNH4?SNH4KP?SPO4KALK?SALK SO2KNO3SASASNH4SPO4SALK?H?NO3??????XHKO2?SO2KNO3?SNO3KA?SASF?SAKNH4?SNH4KP?SPO4KALK?SALK 8 发酵 qfeKO2KNO3SFSALK???XHKO2?SO2KNO3?SNO3KF?SFKALK?SALK9 溶菌 bHXH 聚磷菌之XPAO 10 XPHA的贮存 qPHASAXPP/XPAOSALK??XPAOKA?SAXPP?XPP/XPAOKALK?SALKXPP的11 好氧贮存 XPP的12 缺氧贮存 XPHA的13 好氧生长 XPHA的14 缺氧生长 15 XPAO的溶解 XPP的分解 XPHA的分解 qPPSO2SXPHA/XPAOSK?X/X?PO4??ALK?maxPPPAOXPAOKO2?SO2KPS?SPO4XPHA?XPHA/XPAOKALK?SALKKPP?Kmax?XPP/XPAO KO2SNO3?12??11?NO3??SO2KNO3?SNO3 ?PAOSO2SNH4SALKSXPHA/XPAO???PO4?XPAOKO2?SO2KNH4?SNH4KALK?SALKKPS?SPO4XPHA?XPHA/XPAO ?14??13?NO3? KO2SNO3?SO2KNO3?SNO3SALKbPAOXPAO?KALK?SALKbPPXPP?SALKKALK?SALK 16 17 SALKbPHAXPHA?KALK?SALK硝化菌之XAUT 18 生长 ?AUTSO2SNH4SALKS???PO4XAUTKO2?SO2KNH4?SNH4KALK?SALKKPS?SPO419 溶菌 bAUTXAUT 磷和氢氧化铁的协同沉淀 20 沉淀 kPRESPO4XMeOH

21 再溶解 kREDXMeP?SALKKALK?SALK3.3.7、ASM2D中化学计量学、动力学常数的典型值 下表列出了ASM2D中化学计量系数典型取值 物质 符号 名称 溶解性物质 iN,SI iN,SfI 惰性溶解性有机物SI中的氮含量 可发酵基质SF中的氮含量 颗粒性物质 氮 iN,XI 惰性颗粒性有机物XI中的氮含量 慢速可降解有机物Xs中的氮含量 生物相XH、XPAO、XAUT中的氮含量 溶解性物质 iP,SI iP,SfI 惰性溶解性有机物SI中的磷含量 可发酵基质SF中的磷含量 颗粒性物质 磷 iP,XI 惰性颗粒性有机物XI中的磷含量 慢速可降解有机物Xs中的磷含量 生物相XH、XPAO、XAUT中的磷含量 总悬浮固体 0.01 g (P)/g (COD) 0.00 0.01 g (P)/g (COD) g (P)/g (COD) 0.02 g (N)/g (COD) 0.01 0.03 g (N)/g (COD) g (N)/g (COD) 数值 单位 iN,XS 0.04 g (N)/g (COD) iN,BM 0.07 g (N)/g (COD) iP,XS 0.01 g (P)/g (COD) iP,BM 0.02 g (P)/g (COD) iTSS,XI iTSS,XS iTSS,BM XI中的TSS/COD的比值 XS中的TSS/COD的比值 生物相XH、XPAO、XAUT中的 TSS/COD的比值 水解 0.75 0.75 0.90 g (TSS)/g (COD) g (TSS)/g (COD) g (TSS)/g (COD) fSI 水解过程中溶解性惰性有机物SI的产生量 异养菌之XH 0.00 g (COD)/g (COD) YH fXI 产率系数 微生物溶解产生的惰性有机物含量 0.625 0.10 g (COD)/g (COD) g (COD)/g (COD) 典型化学计量常数 聚磷菌之XPAO YPAO YPO4 YPHA fXI 产率系数（生物量/PHA） 贮存PHA所需的PP 贮存PP所需的PHA 微生物溶解产生的惰性有机物含量 硝化菌之XAUT YA 硝化菌的产率系数（生物量/硝酸盐） 微生物溶解产生的惰性有机物含量 0.24 g COD)/g (COD) 0.625 0.40 0.20 0.10 g COD)/g (COD) g P)/g (COD) g COD)/g (COD) g COD)/g (COD) fXI 0.10 g COD)/g (COD) 下表汇总了ASM2D中动力学系数典型取值 符号 Kh ηNO3定义 颗粒水解速率常数 缺氧水解速率修正系数 厌氧水解速率修正系数 溶氧的饱和系数 典型参考值 10℃ 20℃ 2.00 3.00 0.60 0.60 0.40 0.40 0.20 0.20 单位 d -1 g [O2]/m3 性组分XS的降ηfe KO2 KNO3 KX μH qfe ηNO3解 硝酸盐的饱和系数 颗粒性有机物的饱和系数 基于基质的最大生长速率 发酵的最大速率 0.50 0.50 0.10 0.10 g [N]/m3 g [XS]/g [XH] 3.00 6.00 g[XS]/g[XH]d 1.50 3.00 g[XF/g [XH]·d 0.80 0.80 0.20 0.40 0.20 0.20 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 0.50 0.50 0.05 0.05 0.01 0.01 0.10 0.10 d-1 g [O2]/m3 g [COD]/m3 g[ COD]/m3 g [COD]/m3 g [N2]/m3 g [N2]/m3 g [P]/m3 g [HCO3-]/m3 g[XPHA]/g[XPAO]d 反硝化速率降低修正系数 溶菌和衰减的速率常数 溶氧的饱和系数 异养菌XH 基于SF的生长饱和系数 SF的饱和系数 基于SA生长的饱和系数 硝酸盐的饱和系数 氨氮的饱和系数 磷的饱和系数 碱度的饱和系数 bH KO2 KF Kfe KA KNO3 KNH4 KP KALK qPHA qpp μηPAO NO3基于XPP的PHA贮存速率常数 2.00 3.00 PP的贮存速率常数 PAO的最大生长速率 缺氧活性下降的修正因子 XPAO的溶菌速率常数 聚磷菌XPAO XPP的分解速率常数 XPHA的分解速率常数 溶氧的饱和系数 硝酸盐的饱和系数 SA的饱和系数 氨氮的饱和系数 PP贮存的磷的饱和系数 磷的饱和系数 碱度的饱和系数 1.00 1.50 g[XPP]/g[XPAO]·d 0.67 1.00 0.60 0.60 0.10 0.20 0.10 0.20 0.10 0.20 0.20 0.20 0.50 0.50 4.00 4.00 0.05 0.05 0.20 0.20 0.01 0.01 0.10 0.10 d-1 d-1 d-1 d-1 g [O2]/m3 g [N]/m3 g [COD]/m3 g [N]/m3 g [P]/m3 g [P]/m3 g [HCO3]-/m3 bPAO bPP bPHA KO2 KNO3 KA KNH4 KPS KP KALK KPP Kmax KIpp KPHA μAUT 聚磷酸盐的饱和系数 XPP/XPAO最大比率 XPP贮存的抑制系数 PHA的饱和系数 XAUT的最大生长速率 硝化菌XAUT XAUT的衰减速率 溶氧的饱和系数 氨氮的饱和系数 碱度的饱和系数 磷的饱和系数 磷沉淀的速率常数 沉淀 再溶解的速率常数 碱度的饱和系数 0.01 0.01 0.34 0.34 g [XPP]/g[XPAO] g [XPP]/g[XPAO] 0.02 0.02 g[XPP]/g [XPAO] 0.01 0.01 g [XPHA]/g[XPAO] 0.35 1.00 0.05 0.15 0.50 0.50 1.00 1.00 0.50 0.50 0.01 0.01 1.0 0.6 1.0 0.6 d-1 d-1 g [O2]/m3 g [N]/m3 g [HCO3-]/m3 g [P]/m3 M3/g[Fe(OH)3]·d d-1 g [HCO3-]/m3 bAUT KO2 KNH4 KALK KP kPRE kRED kALK 0.50 0.50 当然，这些参考值并不是适用于任何情况的，他只是在缺少相关资料数据的情况下给我们提供了一个参考，并不是最准确的。我们在进行水厂的相关设计时，应该根据水厂的实际数据进行参数的检核和优化。

本设计并没有进行模型参数的确定，而是采用了推荐值。 3.3.8、模型限制

活性污泥2D号模型是在活性污泥1号模型与活性污泥2号模型基础之上逐渐发展起来的模型，它集成了活性污泥1号模型与活性污泥2号模型的一些优点，同时又立足于解决他们尚未考虑或解决的一些问题。但是，ASM2D仍处于研究阶段，有许多问题还未完全解决，因此也存在着他的不足与缺陷。ASM2D模型的主要限制问题是：

（1）此模型是针对城市污水研发的，目前只对城市污水有效；

（2）模型中组分发酵产物假定为不溢流至好氧池，若出现溢流，模型不能很好说明；

（3）温度只适用于10-25℃之间； （4）PH值应接近中性；

（5）污水中需要存在足够的K+和M2+。

4、各处理构筑物设计计算 4．1格栅

4.1.1粗格栅的设计

本设计采用粗格栅和进水提升泵房合建的形式。

格栅断面为锐边矩形，粗格栅栅条间距为20mm，共设置5组，4用1备，按4组来设计计算。 4.1.1.1、设计流量的计算

考虑到最大时变化系数为

1.3，则设计最大流量为

Qmax?Q?Kz?150000?1.3?195000m3/d?8125m3/h?2.257m3/s

每组格栅最大设计流量为：

Qmax1?Qmax/4?0.56425m3/s

4.1.1.2、栅条间隙数

由下式计算：

式中：α—格栅

Qmaxsin?n?Nbh1v安装倾角，（o），一般的人工清渣采用

30o~60o，机械清渣采用60o~90o。本设计采用α=60o。

v—污水过栅流速，（m/s），一般取0.6~1.0m/s。本设计取v=0.8m/s。 N—格栅数(个），本设计N=4。

h 1—栅前水深，（m），本设计取h1=0.80m。 b—栅条间隙，（m）,b=0.02m。

所以：

Qmaxsin?2.257?sin60n???42

Nbh1v4?002?0.8?0.84.1.1.3、格栅宽度B

由于采用锐边矩形，则可查得栅条宽度为0.01m,格栅槽总宽度由下式计算：

B?S(n?1)?b?n

式中：S—栅条宽度，(m)。设计中S=0.01m

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