小城镇生活污水处理工程设计开题报告

2020-06-12 08:06

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文献综述

小城镇污水处理工艺浅析

Abstract : The capacity of urban sewage treatment plants in China are normally below 10,000,000 kilograms per day. As china has a widespread territory, the characteristics of sewage from different regions are also different. Therefore, there are a wide variety of treatment processes that applied for treating the urban sewage. In this paper, we summarized the most popular process that adopted by those regions to treat the sewage and described the newest theories and methods in this field. This paper aims to provide some references for the future design and reconstruction of urban sewage treatment plants.

摘要：我国小城镇污水处理厂的规模通常在10000吨/天以下。由于我国地域广，各地小城镇污水的特点也有一定的差异，因此所应用的污水处理工艺也各不相同，种类繁多。本文总结了最近几年来常用的小城镇生活污水处理的方法并且列举了该领域一些新的理论成果和方法,旨在为将来新建或改建的小城镇污水处理厂的设计提供参考。

关键字：小城镇污水处理工艺因地制宜

随着我国经济的不断发展，环境问题日渐突出。而小城镇污水的排放治理也成为重中之重，特别是各级政府及民众对于城镇污水的治理重视也前所未有。在传统工艺不能满足需求时，一些新工艺新技术新装置相继应运而生，工程师们在设计建造污水处理厂时更需要掌握各种技术和工艺因地制宜，选择出最有效最经济最节能的方案。以下是对目前小城镇污水处理工艺的介绍。
1 小城镇污水处理常见工艺

1.1 A²O工艺

A²O(Anaerobic-Anoxic-Oxic)中文全称为”厌氧-缺氧-好氧”污水处理工艺，它是目前生物脱氮除磷工艺中应用较多的一种方法，是最简单的同步脱氮除磷工艺，通过厌氧-缺氧-好氧实现有机物的降解，原污水首先进入厌氧区，转化为小分子发酵产物，随后进入缺氧区，达到脱氮的目的，释放能量供本身生长繁殖，吸收周围环境中的磷，有机物经厌氧区、缺氧区后，浓度相应减少。

1.2 氧化沟工艺

通过把污水聚集到氧化沟中，与活性污泥直接进行接触，完成生化反应，达到使污水净化的目的。氧化沟法工艺步骤是格栅、氧化沟、二沉池、消毒池、出水。其具备一定的优势，一是工艺设计简单，可以省去部分中间环节，二是管理难度不大，三是具有较好的处理效果。

1.3 SBR法

SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)是序批式活性污泥法的简称，它是在一个反应池中完成污水的生化反应、沉淀、排水、排泥，可以省去初沉池，污泥消化池，二沉池和回流污泥泵房，处理设施比氧化沟还要简单，处理效果良好，同时还具有很强的脱氮除磷能力。因而SBR 工艺得到大力推广，成为业内人士十分关注的一种工艺。

1.4 A²/O氧化沟工艺

采用卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟工艺对某城镇生活污水进行处理，经改进，在氧化沟前面增设厌氧池（A-anaerobic）与缺氧池（A-anoxic），可以实现对氮、磷更高的去除率，适用于对脱氮除磷要求较高的中小型城镇生活污水的达标处理，也称 A²/O氧化沟工艺。

1.5 AB法

AB(Absorption Biodegradation)法是一种生物吸附#8212;降解两阶段活性污泥法，A 段负荷高，曝气时间短，仅0.5h左右，污泥负荷高达2-6 kgBOD₅/kgMLSS#183;d，B 段污泥负荷较低，为0.15-0.30 kgBOD₅/kgMLSS#183;d。该法对有机物、氮和磷都有一定的去除率，适用于处理浓度较高、水质水量变化较大的污水，通常要求进水BOD5≥250 mg/L，AB 法才有明显的优势。

1.6 活性污泥法

活性污泥法已被广泛使用，它是通过用人工充氧，分解污水中存在的各类微生物群体，再经过连续混合培养，培育出大量活性污泥，能全面分解有机污染物质。工艺步骤主要为进水、格栅、初沉池、曝气池、二沉池、出水。此工艺具备较多的优势，一是出水效果非常科学，二是BOD去除率高达九成以上，三是整体工艺简单，运行可靠。

1.7 人工湿地

在浅池内或低洼地上、填充选定的填料、在填料表层土壤中种植一些处理性能好、成活率高、生长周期长、根系发达、甚至具有经济价值的植物，构成一个完整的湿地生态系统。人工湿地通过物理化学生物等方法来净化污水。

2 城镇污水处理新工艺

2.1 CAST工艺

CAST（Cyclic Activated Sludge Technology）工艺是澳大利亚开发的一种循环式活性污泥法，是在传统SBR工艺和ICEAS（Intermittent Cyclic Extended Aerenation System）工艺（周期循环延时曝气系统）基础上发展起来的一种新技术。它虽未被广泛使用但前景广阔。

2.2 复合式生物滴滤池工艺

复合式生物滴滤池是在传统生物滴滤池基础上改进的，并增加了除磷填料和改善了水流系统，有污泥量少、能耗低、供氧不受限制的特点，能在节省能耗的前提之下，供应生物滴滤池中微生物生长所需的氧气。改进后的生物滴滤池工艺在较低有机负荷、适宜温度下能有效去除生活废水中的CODcr，NH₃-N，TN 和TP。

2.3 生物转盘法

生物转盘法(rotating biological disk）核心处理装置是表面附有生物膜的盘片。生物转盘工艺是污水灌溉和土地处理的人工强化，这种处理法使细菌和菌类的微生物、原生动物一类的微型动物在生物转盘填料载体上生长繁育，形成膜状生物性污泥－生物膜。污水经沉淀池初级处理后与生物膜接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机污染物作为营养，使污水得到净化。

2.4 人工快渗工艺

人工快渗（Constructed Rapid Infiltration，CRI）污水处理工艺流程简单，污水经预处理后可直接进入人工快渗池进行二级生化处理，无需曝气，污泥量少并且处理简单，因此其建设成本、运营成本均较低。人工快渗作为一种强化土壤生态系统污水处理工艺，已被应用在各种污水处理场合，尤其在以处理生活污水为主的小规模城镇污水方面显示出明显的优势。

2.5 MST一体化装置

MST(Mini Sewage Treatment)小型污水处理装置，它将一个或多个装满填料的模块淹没在曝气池内组成一个完整的污水处理系统，实现了不同的物理、生化处理过程在同一个反应器内完成。采用该新型一体化技术来处理小城镇生活污水。该新型污水处理技术占地面积小、投资省、耗能低、运行管理方便，特别符合小城镇生活污水对处理工艺的要求。

2.6 IBR VFCW工艺

一体化生化反应池(IBR)与垂直流人工湿地(VFCW)混合工艺。IBR集中了生化反应与沉淀功能于一池中，能有效去除颗粒有机物和部分溶解性有机物，防止VFCW 堵塞, VFCW 具有独特的填料结构和布水模式，能够达到较高的水力负荷，充分地发挥了湿地系统降解污染物的能力。

3 我国城镇污水处理工艺应用现状

根据《城镇排水统计年鉴》（2011）和《全国投运城镇污水处理设施清单》，我国城镇污水处理厂采用的主题工艺主要包括8类，具体情况见表1。从表1可以看出，目前我国城镇污水处理厂中Aⁿ/O工艺、氧化沟工艺、SBR类工艺占污水处理厂总数量的81.44％、占总设计处理能力的84.44％，为现阶段我国城镇污水处理的主力。

表1 城镇污水处理厂处理工艺及运行情况

工艺分类	污水处理厂数量/座	总设计处理能力/万 msup3;/d	单座平均设计处理能力/万 msup3;/d	最大处理能力/万 msup3;/d	最小处理能力/万 msup3;/d	运行负荷率/％	平均单位电耗/Kw#183;h/msup3;
活性污泥法类工艺	27	138.60	5.13	36	0.50	67.467	0.268
Asup2;/O及其改良工艺	536	4486.95	8.37	200	0.10	60.270	0.313
氧化沟类工艺	523	1920.50	3.67	30	0.20	73.678	0.306
SBR工艺	323	1226.85	3.80	40	0.10	71.273	0.28
百乐卡类工艺【注】	71	251.90	3.55	12	1.00	68.969	0.339
人工湿地类工艺	28	49.30	1.76	5	0.10	67.328	0.186
生物膜类工艺	90	440.50	4.89	40	0.10	81.730	0.35
其他类处理工艺	99	527.00	5.32	65	0.10	67.158	0.361

【注】：百乐卡工艺为活性污泥法的一种改进，起源于德国,由氧化塘工艺发展而成。

4 结语

城镇生活污水处理是水处理工程建设重点内容之一,其处理始终从当地经济环境，地理环境出发，坚持因地制宜,满足人们生活和工作的需求。在城镇生活污水工程设计中，在确保使用功能完善、控制经济成本等前提要求的同时也要从节水节能的角度出发进行科学、合理的优化，同时依靠科技进步，通过不断采取新工艺、新材料、新设备来达到人民生活用水需求。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

1 研究背景

小城镇生活污水处理工程具有不同于城市生活污水处理工程的特点，主要在于处理规模小，水量变化大，维护管理专业人员较缺乏。当前，国内城镇污水处理工程刚刚起步，已建项目多集中在三峡库区、南水北调沿线或其它重点流域，大部分小城镇污水处理工程均采用常规处理工艺。在对已建小城镇污水处理工程的调查中发现，以上常规处理工艺并不适用于小城镇污水处理厂，主要问题在于建设投资高、运行电耗高、处理成本高、管理复杂等方面。因此，规模不大的城镇污水处理厂在处理工艺选择上应注意符合小城镇的技术经济特点，处理工艺稳定性高，且易于维护管理。

北方某小城镇，地处山区，经济落后。目前，由于城区内没有系统的污水处理设施及排水管道系统，生活污水直接就近排入河流。随着城市化进程的加快，村镇人口的不断集中，污水排放量成倍增长，生活污水已成为当地水环境的重要污染源。因此，污水处理设施的修建十分迫切而且极为重要。

因此本课题的任务是为该地设计一座污水处理厂(设计规模 4000 t/d)。根据当地环保及水务部门提供的资料，并参考相近地区的数据，拟进入污水处理厂进行处理的污水水质指标如表1所示：

表1 进水水质

污染物	BOD₅	COD	SS	NH₄-N	TN	TP
浓度	140	290	90	23	41	2.4

污水厂出水按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级B标准执行，其污水排放控制标准指标见下表2：

表2 出水水质

项目

COD_cr

(mg/L)

BOD₅

(mg/L)

NH₄-N

(mg/L)

出水水质

≤60

≤20

≤8

≤20

≤1.0

2 方案设计

2.1 设计任务

1) 通过方案比选，选出最佳的废水处理工艺;选择合理的废水处理工艺。

2) 计算出处理工艺各构筑物的基本尺寸; 对处理工艺各构筑物（包括附属构筑物）进行平面和高程布置;对该处理工艺进行初步成本估算。

2.2 工艺的选择

根据当地实际的情况选择适于小规模城镇污水处理工程的工艺技术。参考已有的小城镇污水处理工程，以预处理人工强化自然处理工艺在处理以生活污水为主的乡镇生活污水方面显示出明显的经济技术优势，是适合我国国情的小规模城镇污水处理工艺，其主要特点是：

1) 投资省，运行费用低。与采用常规处理工艺的传统二级污水处理厂相比，通常可以节省较大的投资。

2) 整个处理工艺流程简单，便于操作，易于维护管理。

3) 可有限去除氮和磷，出水水质稳定。

4) 抗冲击负荷能力强。

5) 不产生剩余污泥，避免了二次污染。

2.2.1 预处理工艺的对比分析

在采用人工强化自然处理工艺时，为减少占地、保证出水水质和避免系统堵塞，

需在前段设置预处理单元，预处理方式采用生物处理，生物处理方式主要有活性污泥法、生物接触氧化法、膜生物反应器、曝气生物滤池等。

表3 各生物处理方式特点比较

工艺类型	优点	缺点	基础投资
活性污泥法	对不同性质的污水适应性强	运行稳定性差，易发生污泥膨胀和污泥流失，分离效果不够理想	较低
生物接触氧化工艺	抗冲击负荷能力高，运行稳定；容积负荷高，占地面积小；污泥产量较低；无需污泥回流，运行管理简单	部分脱落生物膜造成出水中的悬浮固体浓度稍高	中
膜生物反应器	抗冲击负荷能力强，出水水质优良稳定，有效去除SS和病原体；占地面积小；剩余污泥产量低甚至无	气水比高，膜需要进行反洗，能耗及运行费用高	高
曝气生物滤池	出水水质好；运行可靠性高；抗冲击负荷能力强；无污泥膨胀问题；容积负荷高且省去二沉池和污泥回流占地面积小	需反冲洗，运行方式比较复杂；反冲洗水量较大	较高

通过对各生物处理方式的比较，可以看出，对于乡镇生活污水处理，生物接触氧化工艺、膜生物反应器以及曝气生物滤池具有：抗冲击负荷高，占地面积小，污泥产生量小，出水水质好，系统稳定等优势；同时考虑到乡镇的污水处理设施管理方面的限制，运行方式较为复杂，需要反冲洗的膜反应器和生物滤池无法满足要求。比较之下，具有较低基础投资，运行费用低，管理运行较为简单的生物接触氧化工艺更适合乡镇污水处理工程。因此，选择主要的预处理工艺为生物接触氧化工艺，可降低后续处理负荷、减少自然处理系统的占地面积，并且可有效的去除氨氮。

2.2.2 人工强化自然处理工艺选择

目前人工强化自然处理常用的工艺有两类：

1）湿地处理技术

人工湿地，即以人工筑成水池或沟槽，地面铺设防渗漏隔水层，填充一定深度的土壤或填料层，种植芦苇一类的维管束植物或根系发达的水生植物，污水由湿地的一端通过布水管渠进入，以推流方式与布满生物膜的介质表面和溶解氧进行充分的植物根区接触而获得净化。人工湿地分为表面径流人工湿地和人工潜流湿地。人工湿地处理技术属于一种生态治理污水的方法，它根据生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的再生潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益，是一种较好的生态废水处理方式。在去除污染物的同时，湿地植物还起着维持湿地的过滤条件，防止淤塞的作用；系统可以实现连续进水。管理上应注意防治湿地植物病虫害，残体需要及时收割，并补种。

其主要污染物的去除原理为：

BOD₅的去除：包括过滤、吸附和生物氧化作用。

SS的去除：通过预处理和土壤(或填料层)的过滤作用。

N的去除：主要包括植物吸收、生物脱氮以及挥发。其中植物直接吸收只占很少的一部分，主要的去除途径是通过微生物的硝化、反硝化作用来完成的。

P的去除：通过植物的吸收、微生物的积累及湿地床的物理化学作用等几个方面共同完成。污水中的无机磷在植物的吸收和同化作用下，被合成为ATP、DNA和RNA等有机成分，通过对植物的收割而将磷从系统中去除。近年来，人工湿地处理技术的研究和应用较广泛，但由于人工湿地对植物适应性要求较高，受温度、季节影响较大、占地面积大、后期处理效果不明显，因此该工艺未能广泛推广。

2）人工快渗处理技术

人工快渗处理技术(constructed rapid infiltration，简称CRI)，是开发的新型污水

土地处理技术。人工快渗处理技术既能应用于生活污水处理，也能应用于受污染河流水质的净化改善。该系统采用渗透性能良好的天然介质作为主要渗滤材料代替天然土层。采用人工填充的天然河砂(天然河砂选用一定的颗粒级配)，并掺入一定量的特殊填料，以保证既有较高的水力负荷，又能满足出水的处理目标。

CRI系统采用干湿交替的运转方式，即在各快渗池里淹水和落干相互交替。通

常间歇进水，一次进水后待全部渗出才再次进水，干湿交替运行。可采用自动控制和人工管理相结合的方式，并定期进行翻耕。CRI系统净化机理包括过滤、生物膜作用以及吸附三个过程。BOD₅的去除主要由过滤截留、吸附和生物降解作用共同完成；SS通过预处理和过滤作用去除；氨氮通过硝化(落干)和反硝化作用(淹水)脱氮；磷则与渗滤池内的特殊填料形成磷酸钙沉淀而去除。CRI系统对于乡镇生活污水处理效果良好，配合行之有效的预处理工艺，人工快渗技术在乡镇污水处理中得到了广泛的应用。因此本设计拟采取的工艺如下图所示：

图1 本设计拟采用的工艺流程图

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