污水管理方案计划工艺标准经过流程及其指标计划.doc

/. 污水处理工艺流程及指标 1.1 污水处理工艺流程 图1 污水处理活性污泥法（treatment wastewater）工艺流程图 1.1.1 一级处理（即物理处理） 主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求，经过一级处理的污水，BOD一般可去除30%左右，达不到排放标准，一级处理属于二级处理的预处理。 1、污水进入厂区先通过截流井（让厂能处理的污水进入厂区进行处理）进入粗格栅（打捞较大的渣滓）；2、再经过污水提升泵（提升污水的高度）提升后，经过细格栅（打捞较小的渣滓）；3、之后进入沉砂池（以重力分离为基础，将污水的比重较大的无机颗粒沉淀并排除）；4、经过砂水分离的污水进入初次沉淀池。 1.1.2 二级处理（即生化处理） 图2 生物处理方法分类 生化处理的主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质(BOD、COD、SS和以各种形式的氮或磷)，去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。 生物处理设备的出水进入二次沉淀池（排除剩余污泥和回流污泥，二沉池的污泥一部分回流至初次沉淀池或者生物处理设备，一部分进入污泥浓缩池，之后进入污泥消化池，经过脱水和干燥设备后，污泥被最后利用），二沉池的出水经过消毒排放或者进入三级处理。 1.1.2.1 活性污泥法 活性污泥法是当前应用最为广泛的一种生物处理技术，活性污泥就是生物絮凝体，上面栖息、生活着大量的好氧微生物，这种微生物在氧分充足的环境下，以溶解型有机物为食料获得能量、不断生长，从而使废水得到净化。该方法主要用来处理低浓度的有机废水。本方法的主要设备为反应装置和提供氧气的曝气设备。 传统的活性污泥法由初次沉淀池、曝气池、二次沉淀池、供氧装置以及回流设备等组成，基本流程如图3所示。由初沉池流出的废水与从二沉池底部流出的回流污泥混合后进入曝气池，并在曝气池充分曝气产生两个效果：①活性污泥处于悬浮状态，使废水和活性污泥充分接触；②保持曝气池好氧条件，保证好氧微生物的正常生长和繁殖。废水中的可溶性有机物在曝气池内被活性污泥吸附、吸收和氧化分解，使废水得到净化。二次沉淀的作用有两个：①将活性污泥与已被净化的水分离；②浓缩活性污泥，使其以较高的浓度回流到曝气池。二沉池的污泥也可以部分回流至初沉池，以提高初沉效果。 图3 活性污泥法基本流程 活性污泥法的反应器有曝气池、氧化沟等，在人工充氧条件下，对污水和各种微生物群体进行连续混合培养，形成活性污泥。利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物。然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。 1.1.2.2 生物膜法 生物膜法和活件污泥法一样，同属好氧生物处理方法。但活性污泥法是依靠曝气池中悬浮流动着的活件污泥来分解有机物的，而生物膜法则主要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物。 与活性污泥法相比，生物膜法具有以下特点： a)生物膜对污水水质、水量的变化有较强的适应性，管理方便，不会发生污泥膨胀； b)微生物固着在载体表面、世代时间较长的高级微生物也能增殖，生物相更为丰富、稳定，产生的剩余污泥少； c)能够处理低浓度的污水； d)生物膜法也存在有不足之处：生物膜载体增加了系统的投资；载体材料的比表面积小，反应装置容积负荷有限、空间效率低，在处理城市污水时处理效率比活性污泥法低，因此，生物膜法主要适用于中小水量污水的处理。 生物膜法设备类型很多，按生物膜与废水的接触方式不同，可分为填充式和浸渍式两类。在填充式生物膜法中，废水和空气沿固定的填料或转动的盘片表面流过，与其上生长的生物膜接触，典型设备有生物滤池和生物转盘。在浸渍式生物膜法中，生物膜载体完全浸没在水小，通过鼓风曝气供氧。如载体固定，称为接触氧化法；如载体流化则称为生物流化床。 目前所采用的生物膜法多数是好氧装置，少数是厌氧形式，如厌氧滤池和厌氧流化床等。 这里主要讨论好氧生物膜法。根据装置的不同，可分为生物滤池，生物转盘和生物接触氧化法和生物流化床等。 1.1.2.3 补充 1、 厌氧池：浮选池出水由泵送至厌氧池，废水与池中组合填料上生物膜（厌氧菌）进行生化反应，降解污水中一部分有害物质，同时提高了污水的可生化性，办下段处理创造条件。为了满足厌氧池和缺氧池生化反应的需要，为微生物提供营养物磷源，在厌氧办水吸水井内设置了磷盐投加管道，运行中应根据实际情况进行操作，厌氧池可按以下参数进行操作。（P：～4mg/l；PH:～7.5；水温:～30℃（不得急剧变化）） 2、 缺氧池：缺氧池是生化处理的核心设施之一,在此以进水中的有机物作为反硝化的碳源和能源,以回流水中的硝态氮作为反硝化的氧源,在池中组合填料上的生物膜(兼性菌团)作用下进行反硝化脱氮反应,使废水中的NH3-N、COD等污染物质得以部分去除和降解。为了满足缺氧池和后面的好氧池生化反应的需要，为微生物提供磷和适宜的水温，在厌氧、缺氧吸水井上考虑蒸汽加热设施，运行中应根据实际情况进行操作，缺氧池正常运行时可按以下参数进行操作。（溶解氧：<0.5mg/l；P：3～4mg/l；PH: 7～8；水温: ～30℃） 3、好氧池：好氧池是生化处理的核心设施之一，微生物的生物化学反应过程主要是在好氧池中进行的。废水中的氨氮在此被氧化成硝态-即硝化过程。缺氧池出水流入好氧池与经污泥泵提升后送回到好氧池的活性污泥充分混合，由微生物降解废水中的有机物。为了满足生化要求，通过设置的微孔曝气器来增加好氧池废水中的溶解氧。为微生物提供氧和对混合液进行搅拌。另外还需投加纯碱（Na2CO3）及磷盐。纯碱按好氧池混合液流向分段投加。回流污泥量应为好氧池处理水量的2～3倍，好氧池正常运转时可按以下参数进行操作：（溶解氧（DO）：2～4mg/L；P:～3mg/L以上；PH：～7；碱度以(CaCO3)计:＞200 mg/L；MISS:3 g/L左右；适宜水温:25-30C(但不得急剧变化)）为了保证生化处理的有害物质浓度控制在允许范围内，在好氧池的进水槽中加入稀释水。好氧池上设有消泡水管道，当好氧池中泡沫多时，应打开消泡水管道阀门进行消泡。 1.1.3 三级处理（即深度处理） 进一步处理难降解的有机物，氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。 包括生物脱氮除磷法、混凝沉淀法、砂滤法、活性炭吸附法、离子交换法和电渗析法。 1.2 构筑物能耗与节能 1.2.1 能耗分析 1.2.1.1 污水提升泵房 进入污水处理厂的污水经过粗格删进入污水提升泵房，之后被污水泵提升至沉砂池的前池，水泵运行要消耗大量的能量，占污水厂运行总能耗相当大的比例，这与污水流量和要提升的扬程有关。 1.2.1.2 沉砂池 沉砂池的功能是去除比重较大的无机颗粒.沉砂池一般设于泵站前、倒虹管前，以便减轻无机颗粒对水泵、管道的磨损。也可设于初沉池前，以减轻沉淀池负荷及改善污泥处理构筑物的处理条件。常用的沉砂池有：平流沉砂池、曝气沉砂池、多尔沉砂池和钟式沉砂池。 沉砂池中需要能量供应的主要是砂水分离器和吸砂机，以及曝气沉砂池的曝气系统、多尔沉砂池和钟式沉砂池的动力系统。 1.2.1.3 初次沉淀池 初次沉淀池是一级污水处理厂的主题处理构筑物，或作为二级污水处理厂的预处理构筑物，设在生物处理构筑物的前面。处理的对象是SS和部分BOD5。可改善生物处理构筑物的运行条件并降低其BOD5负荷。初沉池包括平流沉淀池、辐流沉淀池和竖流沉淀池。 初沉池的主要能耗设备是排泥装置。比如链带式刮泥机、刮泥撇渣机、吸泥泵等。但由于排泥周期的影响，初沉池的能耗是比较低的。 1.2.1.4 生物处理构筑物 污水生物处理单元过程耗能量要占污水厂直接能耗相当大的比例，它和污泥处理的单元过程耗能量之和占污水厂直接能耗的60%以上。活性污泥法的曝气系统的曝气要消耗大量的电能。其基本上是联系运行的，且功率较大，否则达不到较好的曝气效果，处理效果也不好。氧化沟处理工艺安装的曝气机也是能耗很大的设备。生物膜法处理设备和活性污泥法相比能耗较低，但目前应用较少，是以后需要大力推广的处理工艺。 1.2.1.5 二次沉淀池 二次沉淀池的能力消耗主要是在污泥的抽吸和污水表明漂浮物的去除上，能耗比较低。 1.2.1.6 污泥处理 污泥处理工艺中的浓缩池、污泥脱水、干燥都要消耗大量的电能。污泥处理单元的能量消耗是相当大的，这些设备的电耗功率都很大。 1.2.2 节能途径 1.2.2.1 污水提升泵房 污水提升泵房要节省能耗，主要是考虑污水提升泵如何进行电能节约。正确科学的选泵，让水泵工作在高效段是有效的手段，合理利用地形，减少污水的提升高度来降低水泵轴功率N，也是有效的办法。定期对水泵进行维护，减少摩擦也可以降低电耗。 1.2.2.2 沉砂池 采用平流沉砂，避免采用需要动力设备的沉砂池，如平流沉砂池，采用重力排砂，避免使用机械排砂，这些措施都可大大节省能耗。 1.2.2.3 初次沉淀池 初次沉淀池的能耗较低，主要能量消耗在排泥设备上，采用静水压力法无疑会明显降低能量的消耗。 1.2.2.4 生物处理构筑物 国外的学者通过能耗和费用效益分析比较了生物处理工艺流程。他们认为处理设施大部分的能量消耗是发生在电机这类单一的设备上，因而节能应从提高全厂功率因数，选择高效机电设备及减少高峰用电要求等方面入手。他们提出的节能措施既包括改善电机的电气性能，也包括解决运转的工艺问题，还包括污水厂产物中的能量回收。 曝气系统的能耗相当大，对曝气系统能耗能效的研究总是涉及到曝气设备的改造和革新，新型的曝气设备虽然层出不穷。但目前仍然可划分为2类：第1种是采用淹没式的多孔扩散头或空气喷嘴产生空气泡将氧气传递进水溶液的方法；第2种是采用机械方法搅动污水促使大气中的氧溶于水的方法，微孔曝气，曝气扩散头的布局和曝气系统的调节这些都是节能的有效措施。在传统活性污泥处理厂曝气池中辟出前端厌氧区，用淹没式搅拌器混合的节能，生物除磷方案，这一简单的改造可以节省近20%的曝气能耗。如果算上混合用能，节能也达到12%。自动控制系统的应用于污水处理节能，曝气系统进行阶段曝气，溶解氧存在浓度梯度，既减少了能耗，又可以改善处理效果.减少污泥量。 生物膜法处理工艺采用厌氧处理可以明显降低能量的消耗。 1.2.2.5 二次沉淀池 二次沉淀池中对排泥设备的研究和排泥方式的改善是降低能耗的有效方法。 1.2.2.6 污泥处理 污泥处理系统节能研究主要集中于污泥处理的能量回收，从污水污泥有机污染物中回收能量用于处理过程早在上世纪初就已投入实践，但能源危机之前一直不受重视。目前有两种回收途径：一是污泥厌氧消化气利用，一是污泥焚烧热的利用。 消化气性质稳定，易于贮存，它可通过内燃机或燃料电池转化为机械能或电能，废热还可回收于消化污泥加热，因此利用消化气能解决污水厂不同程度的能量自给问题。林荣忱等人比较了沼气发电机和燃料电池两种利用形式，认为燃料电池能量利用率高，具有很好的发展前途，对消化气的最大化利用是提高能效的主要方式。沼气发电机组并网发电的研究和应用在国内已有应用实例，是大型污水处理厂的沼气综合利用的可行途径。 另外一种能量回收方式是将城市固体废物焚烧场建在污水处理厂旁，将固废与污水污泥一起焚烧，获得的电能用于处理厂的运转。 城市污水处理的能耗分析研究与节能技术和手段的发展往往并不同步。由于污水处理能量平衡分析方法研究的欠缺，节能措施的制订和实施常常超前，而多数节能途径和手段常常由处理厂的操作管理人员结合各处理设施实际情况提出，具有经验性和个别性，不一定能适用于其他污水厂甚至是工艺相似的污水厂。另一方面，从广义上说，污水处理学科领域的技术创新、新材料和新设备的使用都蕴涵着节能增效的潜力，因而节能的途径和手段往往是很宽泛的。 1.2.3 结论 污水处理是能源密集(Energy Intensity)型的综合技术，一段时期以来，能耗大、运行费用高一定程度上阻碍了我国城市污水处理厂的建设。建成的一些处理厂也因能耗原因处于停产和半停产状态，在今后相当长的一段时期内，能耗问题将成为城市污水处理的瓶颈，能否解决耗污水厂的能耗问题，合理进行能源分配，已经成为决定污水处理厂运行效益好坏的关键因素。能耗是否较低，也是未来新的污水处理厂可行性分析的决定性因素。开发能效较高的污水处理技术，合理设计及运行污水处理厂，必将是未来污水处理厂设计和运行的必由之路。 1.3 各项指标定义 1.3.1 COD化学需氧量 是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。化学需氧量（COD）又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。 1.3.2 BOD生化需氧量 表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指标，它说明水中有机物出于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量，其单位以ppm或毫克／升表示。污水中各种有机物得到完会氧化分解的时间，总共约需一百天，为了缩短检测时间，一般生化需氧量以被检验的水样在20℃下，五天内的耗氧量为代表，称其为五日生化需氧量，简称BOD5，对生活污水来说，它约等于完全氧化分解耗氧量的70%。 1.3.3 NH3-N氨氮 动物性有机物的含氮量一般较植物性有机物为高。同时，人畜粪便中含氮有机物很不稳定，容易分解成氨。因此，水中氨氮含量增高时指以氨或铵离子形式存在的化合氨。当氨溶于水时，其中一部分氨与水反应生成铵离子，一部分形成水合氨，也称非离子氨。 非离子氨是引起水生生物毒害的主要因子，而氨离子相对基本无毒。氨氮是水体中的营养素，可导致水富营养化现象产生，是水体中的主要耗氧污染物，对鱼类及某些水生生物有毒害。 1.3.4 SV污泥沉降比 是指将混匀的曝气池活性污泥混合液迅速倒进1000ml量筒中至满刻度，静置沉淀30分钟后，则沉淀污泥与所取混合液之体积比为污泥沉降比（%），又称污泥沉降体积（SV30）以mL/L表示。 1.3.5 SVI污泥体积指数 曝气池出口处的混合液在静置30min后，每克是悬浮固体所占的体积（mL）称为污泥体积指数（SVI） 1.3.6 MLSS混合液悬浮固体浓度 它表示的是在曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总重量（mg/L)。 1.3.7 MLVSS混合液挥发性悬浮固体浓度 是混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度。相对于MLSS而言，在表示活性污泥活性部分数量上，本指标在精度方面进了一步。 1.3.8 VFA挥发性脂肪酸 挥发性脂肪酸是厌氧消化过程的重要中间产物，甲烷菌主要利用VFA形成甲烷，只有少部分甲烷由CO2和H2生成。但CO2和H2生成也经过高分子有机物形成VFA的中间过程。由此看来，形成甲烷的过程离不开VFA的形成，但是VFA在厌氧反应器中的积累能反映出甲烷菌的不活跃状态或反应器操作条件的恶化，较高的VFA（例如乙酸）浓度对甲烷菌有抑制作用。因此在反应器运行中，出水VFA用作重要的控制指标。VFA包括甲酸，乙酸，丙酸，丁酸，戊酸，己酸以及它们的异构体。在运转良好的高速厌氧反应器中，VFA中乙酸可占有很高的比例，但是当反应器运行状态不好时，丙，丁酸浓度会上升。 1.3.9 SS悬浮在水中的固体物质 悬浮在水中的固体物质包括不溶于水中的无机物、有机物及泥砂、黏土、微生物等。水中悬浮物含量是衡量水污染程度的指标之一。悬浮物是造成水浑浊的主要原因。水体中的有机悬浮物沉积后易厌氧发酵，使水质恶化。 1.3.10 HRT水力停留时间 是指待处理污水在反应器内的平均停留时间，也就是污水与生物反应器内微生物作用的平均反应时间。 1.3.11 SRT污泥龄 是指曝气池中微生物细胞的平均停留时间。 1.3.12 PH pH实际上是水溶液中酸碱度的一种表示方法。pH的应用范围在0-14之间，当pH＝7时水呈中性；pH＜7时水呈酸性，pH愈小，水的酸性愈大；当pH＞7时水呈碱性，pH愈大，水的碱性愈大。 1.3.13 TOC总有机碳 水中的有机物质的含量，以有机物中的主要元素一碳的量来表示，称为总有机碳。 1.3.14 NS污泥负荷 是指单位质量的活性污泥在单位时间内所去除的污染物的量。污泥负荷在微生物代谢方面的含义就是F/M比值，单位kgCOD(BOD)/kg污泥。 1.3.15 DO溶解氧 水中的溶解氧的含量与空气中氧的分压、水的温度都有密切关系。在自然情况下，空气中的含氧量变动不大，故水温是主要的因素，水温愈低，水中溶解氧的含量愈高。在20℃、100kPa下，纯水里大约溶解氧9mg／L。有些有机化合物在喜氧菌作用下发生生物降解，要消耗水里的溶解氧。如果有机物以碳来计算，根据C+O2=CO2可知，每12g碳要消耗32g氧气。当水中的溶解氧值降到5mg／L时，一些鱼类的呼吸就发生困难。水里的溶解氧由于空气里氧气的溶入及绿色水生植物的光合作用会不断得到补充。但当水体受到有机物污染，耗氧严重，溶解氧得不到及时补充，水体中的厌氧菌就会很快繁殖，有机物因腐败而使水体变黑、发臭。