城镇生活污水处理工程设计方案氧化沟工艺设计.doc

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1、某城镇生活污水处理工程设计摘 要：XX市XX镇生活污水处理厂设计处理规模12000m3/d，采用氧化沟工艺作为废水脱氮除磷阶段核心处理工艺，该工艺流程简单、构筑物少、处理效率高、投资省。经处理后出水水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级B标，总投资约1600万元。关键词：生活废水；氧化沟工艺； 前言XX镇位于四川XX市境内中部平原地区。东邻XX镇、XX乡，南接XX乡、XX镇，西连XX镇，北靠XX镇。1985年并乡入镇，仍名XX镇。幅员面积50.7平方公里，耕地面积3975亩。XX镇历来是XX市商贸重镇，享有大蒜之乡、川剧之乡与兰花之乡美誉。1992年被XX市列为优

2、先发展经济一条线乡镇，1995年被列为成都市小城镇建设试点镇，同时被评为四川省文化先进乡镇，并首批被命名为成都市特色文化之乡，连续4年被列为国家级农业综合开发区。隆丰镇基础设施完备，初步形成了工业、农业与第三产业综合发展格局，已由农业经济向城乡型经济发展。基于新农村建设要求，基础配套设施完善，新建污水处理站是必须也是必备。为改善该城镇及下游地区环境质量，保障人民身体健康，建立污水处理厂是完全必要，也是十分迫切；该污水处理站将收集该镇八成以上生活污水，处理后出水水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级B标，满足排水与环保要求1。同时及农民居住区环境改善与新农村建设总体

3、思路完全吻合。设计任务及依据设计任务12000 m3/d乡镇生活污水站初步设计。设计依据及原则.1 设计依据地表水环境质量标准（GB3838-2002）污水综合排放标准 (GB8978-1996)生活饮用水卫生标准 (GB5749-2006) 污水排入城市下水道水质标准 (CJ3082-1999) 城市污水处理厂污水污泥排放标准 (CJ3025-93)中华人民共与国环境保护法； 建设项目环境保护设计规定； 彭州市建设项目环境管理； 水污染物排放限值（DB44/26-2001）中一级标准；污水综合排排放标准（GB8978-1996）中一级标准； 建筑给水排水设计规范（GBJ 15-88）； .2

4、 设计原则（1）选用运行安全可靠、经济合理工艺流程。（2）采用先进技术与设备，合理利用资金，提高污水处理站自动化程度与管理水平。（3）根据基础设施统一规划、分步实施方针，在方案设计中充分考虑远、近期结合，为发展留有余地。（4）污水处理厂位置，应符合城市规划要求，位于城市下游，及周边有一定卫生防护带，靠近受纳水体，少占农田。（5）严格执行国家与地方现行有关标准、规范与规定。 设计范围本方案设计范围为：通过对类似生活污水水质情况综合分析，提出可行性方案，最终推荐最优方案；内容主要包括污水处理工艺流程、设备选型、污水构筑物及附属工程等进行综合规划设计。1.2 设计水量及水质 设计人口根据统计，隆丰镇

5、2005年人口共43000人，结合当地70/00人口年增长速度，以等比数列推算法2预计到2020年人口总数达48000人左右。1.2.2 设计水量根据居民生活污水定额2145 L /(人d)，设计水量平均总流量为6525m3/d,平均时流量272m3/h,即75 L/s。所以时变化系数Kz=1.7,小时最大流量Qmax=12000m3/d。1.2.3 设计水质根据本地城镇污水原始资料，与该污水处理厂出水直接排放到河流内，而该河流是饮用水源保护区，所以，处理出水应该达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级B标。表1 设计水质BOD5CODcrSST-NNH3-NTP水温p

6、H进水水质(mg/L)20035030040308高25低1269出水水质(mg/L)20602020151处理程度(%)905050872处理工艺方案选择作为乡镇基础设施重要组成部分与水污染控制关键环节，乡镇污水处理厂工程建设与运行意义重大。由于乡镇污水处理厂建设与运行不但耗资较大，而且受多种因素制约与影响，其中处理工艺方案优化选择对确保处理厂运行性能与降低费用最为关键，因此有必要根据确定标准与一般原则，从整体优化观念出发，结合设计规模、污水水质特性以及当地实际条件与要求，选择切实可行且经济合理处理工艺方案，经全面技术经济比较后优选出最佳总体工艺方案与实施方式3。在污水处理厂工艺方案确定中，

7、将遵循以下原则：（1）技术成熟，处理效果稳定，保证出水水质达到国家规定排放要求。（2）基建投资与运行费用低，以尽可能少投入取得尽可能多效益。（3）运行管理方便，运转灵活，并可根据不同进水水质与出水水质要求调整运行方式与工艺参数，最大限度发挥处理装置与处埋构筑物处理能力。（4）选定工艺技术及设备先进、可靠。（5）便于实现工艺过程自动控制，提高管理水平，降低劳动强度与人工费用。本工程要求污水处理程度较高，对污水处理工艺选择应十分慎重。本方案设计污水处理工艺选择针对该城镇污水量与污水水质以及经济条件考虑适应力强、调节灵活、低能耗、低投入、少占地与操作管理方便成熟先进工艺4。下面将对各种工艺特点进行论

8、述，以便选择切实可行方案。2.2污水处理工艺流程确定 厂址及地形资料XX镇污水处理站选址应综合考虑管网布置与现有人口分布特点，将其分别布置在龟背型场镇两边。2气象及水文资料.1水文地质资料该地区地处成都平原。地形复杂，有低山、丘陵与平原，多条河流直贯其中，地势北高南低。.2气象资料(1) 风向及风速：常风向为北风，最大风速m/s；(2) 气温：月平均最高气温37.3,最低气温-2.72.2.3可行性方案确定本项目污水处理特点为： 污水以有机污染为主，BOD/COD=0.5，可生化性较好，重金属及其他难以生物降解有毒物一般不超标； 污水中主要污染物指标BOD5、CODcr、SS值比国内一般城市污

9、水高；针对以上特点，以及出水要求，现有城市污水处理技术特点，以采用生化处理最为经济。生活污水生物处理技术是以污水中含有污染物作为营养源，利用微生物代谢作用使污染物降解，它是生活污水处理主要手段，是水资源可持续发展重要保证5。根据国内外已运行大、中型污水处理厂调查，要达到确定治理目标，可采用：普通活性污泥法、氧化沟法、A/O工艺法、AB法、SBR法等等。a.普通活性污泥法方案普通活性污泥法，也称传统活性污泥法，推广年限长，具有成熟设计及运行经验，处理效果可靠。自20世纪70年代以来，随着污水处理技术发展，本方法在艺及设备等方面又有了很大改进。在工艺方面，通过增加工艺构筑物可以成为“A/O”或“A

10、2/O”工艺，从面实现脱N与除P。在设备方面，开发了各种微孔曝气池，使氧转移效率提高到20%以上，从面节省了运行费用。国内已运行大中型污水处理厂，如西安邓家村（12万m3/d）、天津纪庄子（26万m3/d）、北京高碑店（50万m3/d）、成都三瓦窑（20万m3/d）普通活性污泥法如设计合理、运行管理得当，出水BOD5可达1020mg/L。它缺点是工艺路线长，工艺构筑物及设备多而复杂，运行管理管理困难，基建投资及运行费均较高。国内已建此类污水处理厂，单方基建投资一般为10001300元/(m3/d)，运行费为0.20.4元/(m3/d)或更高。b.氧化沟方案氧化沟污水处理技术，是20世纪50年代

11、由荷兰人首创。60年代以来，这项技术在欧洲、北美、南非、澳大利亚等国已被广泛采用，工艺及构造有了很大发展与进步。随着对该技术缺点（占地面积大）克服与对其优点（基建投资及运行费用相对较低，运行效果高且稳定，维护管理简单等）逐步深入认识，目前已成为普遍采用一项污水处理技术。目前常用几种商业性氧化沟有荷兰DHV公司60年代开发Carrousel氧化沟，美国Envirex公司开发Orbal氧化沟，丹麦Kruger公司发明DE氧化沟等。在我国，氧化沟工艺是使用较多工艺4。氧化沟工艺一般可不设初沉池，在不增加构筑物及设备情况下，氧化沟内不仅可完成碳源氧化，还可实现硝化与脱硝，成为A/O工艺；氧化沟前增加厌

12、氧池可成为A2/O（A-A-O）工艺，实现除磷。由于氧化沟内活性污泥已经好氧稳定，可直接浓缩脱水，不必厌氧消化。氧化沟污水处理技术已被公认为一种较成功革新活性污泥法工艺，及传统活性污泥系统相比，它在技术、经济等方面具有一系列独特优点。 工艺流程简单、构筑物少，运行管理方便。一般情况下，氧化沟工艺可比传统活性污泥法少建初沉池与污泥厌氧消化系统，基建投资少。另外，由于不采用鼓风曝气空气扩散器，不建厌氧消化系统，运行管理要方便。 处理效果稳定，出水水质好。实际运行效果表明，氧化沟在去除BOD5与SS方面均可取得比传统活性污泥法更高质量出水，运行也更稳定可靠。同时，在不增加曝气池容积时，能方便地实现硝

13、化与一定反硝化处理，且只要适当扩大曝气池容积，能更方便地实现完全脱氮深度处理。 基建投资省，运行费用低。实际运行证明，由于氧化沟工艺省去初沉池与污泥厌氧消化系统，且比较容易实现硝化与反硝化，当处理要求脱氮时，氧化沟工艺在基建投资方面比传统活性污泥法节省很多（当只需去除BOD5时，可能节省不多）。同样，当仅要求去除BOD5时，对于大规模污水厂采用氧化沟工艺运行费用比传统活性污泥法略低或相当，而要求去除BOD5且去除NH3-N时，氧化沟工艺运行费用就比传统活性污泥法节省较多。 污泥量少，污泥性质稳定。由于氧化沟所采用污泥龄一般长达2030d，污泥在沟内得到了好氧稳定，污泥生成量就少，因此使污泥后处

14、理大大简化，节省处理厂运行费用，且便于管理。 具有一定承受水量、水质冲击负荷能力。水流在氧化沟中流速为0.3/s，氧化沟总长为L，则水流完成一个循环所需时间t=L/S,当L=90600m时，t=520min。由于废水在氧化沟中设计水力停留时间T为1024h，因此可计算出废水在整个停留时间内要完成循环次数为30280次不等。可见原污水一进入氧化沟，就会被几十倍甚至上百倍循环量所稀释，因此具有一定承受冲击负荷能力。 占地面积少。由于氧化沟工艺所采用污泥负荷较小、水力停留时间较长，使氧化沟容积会大于传统活性污泥法曝气池容积，占地面积可能会大些，但因为省去了初沉池与污泥厌氧消化池，占地面积总来说会少于

15、传统活性污泥法。c. A/O与A2/O法A/O工艺自被开发以来,就因为其特有经济技术优势与环境效益,愈来愈受到人们广泛重视.通常称为A/O工艺实际上可分为两类,一类是厌氧/好氧工艺,另一类是缺氧/好氧工艺.厌氧状态与缺氧状态之间存在着根本差别:在厌氧状态下既有无分子态氧,也没有化合态氧,而在缺氧状态下则存在微量分子态氧(DO浓度100100100一般一般一般需脱氮除磷污水处理厂氧化沟9095100100稳定简便适应适用于中小型污水厂,需要脱氮除磷地区AB法8595100100约100一般简便适应适应可分期建设达到不同要求SBR法9099100100100稳定简便适应适用于中、小型污水处理厂注：

16、*将传统活性污泥法100作为相对经济指标基准。从上面对比中我们可以得到如下结论：根据综合分析，为使该废水达到排放标准则应考虑使用具有脱氮除磷功能生物处理工艺。由以上内容知，处理工艺上优先选择A/O法与氧化沟法，两种工艺都能达到预期处理效果，且都为成熟工艺，但经分析比较，氧化沟法工艺方案在以下方面具有明显优势。 氧化沟法方案在达到及传统活性污泥法同样去除BOD5效果时，还能有更充分硝化与一定反硝化效果； 氧化沟法管理较简单，适合该污水处理管理技术水平现状； 氧化沟法相对A/O法具有更强适应符合波动能力6。 综合以上对比分析，本工程以氧化沟法污水处理厂工艺方案作为推荐方案，如图1所示。第 51 页

17、图1 氧化沟法污水处理厂工艺流程3 污水处理工艺设计计算3.1污水处理系统格栅2。设计参数：栅条间隙e=20.00mm，栅前水深h=0.4m,过栅流速=0.9m/s， 安装倾角=60,10圆钢为栅条阻力系数 =1.79。 图2 格栅示意图 栅条间隙数n 式中： n栅条间隙数，个； Qmax最大设计流量，Qmax =0.129 m3/s；a格栅倾角，取60；b栅条间隙，m ，取2 m；h栅前水深，m，取0.4 m；v过栅流速，m/s，取 m/s；则： =16.67 条 取17条 栅槽宽度 BB=S(n-1)+bn式中： S栅条宽度，m ，取0.01 m 。则： B=S(n-1)+bn(17-1)

18、217= 通过格栅水头损失h1=h0k 式中： h1设计水头损失，m ； h0计算水头损失，m ；G 重力加速度， m/s2 ，取g= m/s2；K 系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用 =3；阻力系数，其值及栅条断面形状有关； 形状系数，取 =1.79（由于选用断面为锐边矩形栅条）。则： = m h1=h0k=0.033= 栅后槽总高度 H H=h+h1+h2 式中：h2栅前渠道超高，取 =0.3 m。则： H=h+h1+h2 =0.4+0.09+0.3=0.79 。 栅槽总长度 L式中： 进水渠道渐宽部分长度，m ； B1进水渠宽，m ，取B1=0.35m ； a1进水渠道渐宽

19、部分展开角度，取a1=20 ； 栅槽及进水渠道连接处渐窄部分长度，m ； H1栅前渠道深， m.则： m =0.11 mH1=h+h2=0.4+= mL=l1+l2+0.5+1.0+=0.22+0.11+0.5+1.0+= 每日栅渣量 W式中：W1栅渣量，m3/(103m3)污水，取W17 m3/(103m3)污水。则： W= m3/d m3/d , 宜采用机械清渣污水提升泵池 设计计算 设计流量：Q=301L/s，泵房工程结构按远期流量设计 泵房设计计算采用氧化沟工艺方案，污水处理系统简单，对于新建污水处理厂，工艺管线可以充分优化，故污水只考虑一次提升。污水经提升后入平流沉砂池，然后自流通过

20、厌氧池、氧化沟、二沉池及接触池，最后由出水管道排入关渠堰。根据最大流量设计，选用4台150QW-180-6-5.5潜污泵（3用1备）7，Q180m3/h，H=6m；采用高、中、低水位分别启动水泵，通过液位计来实现自动控制；出水管上设置管式流量计，对出水流量进行监测与控制。污水提升泵池尺寸：1000mm900mm1500mm数量：1座材质：钢筋混凝土构造：全地埋平流式沉砂池 设计说明 污水经提升泵提升后进入平流沉砂池，共两组对称于提升泵房中轴线布置，每组分为两格4。每格宽度B1=沉砂池池底采用多斗集砂，沉砂由螺旋离心泵自斗底抽送至高架砂水分离器，砂水分离通入压缩空气洗砂，污水回至提升泵前，净砂直

21、接卸入自卸汽车外运。 设计流量为Qmax=464 m3/h=0.129 m3/s，设计水力停留时间t=30s，水平最大流速=0.25m/s，城市污水沉砂量X=30 m3/(106m3)，清除沉砂间隔时间T=2d。每格池平面面积为A=m2 沉砂池水流部分长度（L）式中： L沉砂池水流部分长度，L； V曝气沉砂池有效容积，m3 ； t 设计水力停留时间t=40s则： m 池宽度 B B=nB1=20.65= 式中： B沉砂池总宽度； B1单个沉砂池宽度； n沉砂池个数。 则： B=nB1=20.65= 有效水深 h2 h2=式中： h2有效水深； A池平面面积； B沉砂池总宽。则： h2= m 沉

22、砂斗所需容积 （V） V =式中： V沉砂斗所需容积； Qmax最大设计流量，Qmax =0.129 m3/s； X城市污水沉砂量，m3/(106m3)； T清除沉砂间隔时间，d。 水流量变化系数， 取1.7。则： V= 池总高度 (H) H= h1+h2+h3式中：h1沉砂池超高，取0.3m; h2有效深度, h2=； h3沉砂室高度，取则： H= h1+ h2+ h3厌氧池a.设计参数设计流量：最大日平均时流量为Qmax= 129L/s污泥浓度：X=3000mg/L污泥回流液浓度：Xr=10000mg/L考虑到厌氧池及氧化沟为一个处理单元，总水力停留时间超过15h，所以设计水量按最大日平均

23、时考虑8。 b.设计计算 厌氧池容积：V= Q1 T=12910-33600=1161m3 厌氧池尺寸：水深取为h=。 则厌氧池面积：A= 厌氧池直径：D=m （取D=20m） 考虑超高，故池总高为H=h+0.3=4+0.3=。 污泥回流量计算： 回流比计算 R = 污泥回流量129=L/s=4792m3/d氧化沟.1 设计参数（进水水质如表1所示）进水BOD5 =200mg/L 出水BOD5 =20mg/L进水NH3-N=30mg/L 出水NH3-N=15mg/L污泥负荷Ns=0.14 KgBOD5/(KgVSSd)污泥浓度MLVSS=5000mg/L污泥f=0.6，MLSS=3000mg/

24、L。拟用卡罗塞（Carrousel）氧化沟，去除BOD5及COD之外，还具备硝化与一定脱氮除磷作用，使出水NH3-N低于排放标准。氧化沟按设计分2座，按最大日平均时流量设计Qmax=11092 m3/d= 129 m3/s，每座氧化沟设计流量为Q1= 65L/s。总污泥龄：20d5 则MLSS=2700曝气池：DO2mg/LNH3-NNO3-N还原0.9 5-1NO3-N/kgMLVSSdK1=0.23d-1 Ko2剩余碱度100mg/L(保持PH7.2):NH3-NNO3-N还原.2 设计计算.碱度平衡计算：出水处理水中非溶解性BOD5值 BOD5f； BOD5f Ce1.42（1-e5）式

25、中：BOD5f出水处理水中非溶解性BOD5值，mg/L； Ce出水中BOD5浓度，mg/L；则：BOD5f 201.42（1- e5）=13.6 mg/L则出水处理水中溶解性BOD5值，BOD5=20- BOD5f =6.4 mg/L.设采用污泥龄20d，日产污泥量 Xc Xc =式中：Q为氧化沟设计流量，11092 m3/d； 为污泥增长系数，取 kg/kg； 污泥自身氧化率，取0.05 L/d; Lr为（L0-Le） 去除BOD5浓度，mg/L； L0进水BOD5浓度，mg/L；Le出水BOD5浓度，mg/L；污泥龄，d。则 Xc = kg/d根据一般情况，设其中有12.4为氮，近似等于总

26、凯式氮（TKN）中用于合成部分9，即：644= kg/d 即：TKN中有 mg/L用于合成。 需用于氧化NH3-N =34-2=24.81 mg/L 需用于还原NO3-N =24.81-11.1=13.71 mg/L.碱度平衡计算一般去除BOD5所产生碱度（以CaCO3计）约为BOD5，设进水中碱度为250mg/L。 mg碱度/mg NH3-N24.81= mg/L氮产生碱度3.0 mg碱度/ mg NO313.71=41.1 mg/L计算所得剩余碱度=250-+Lr=+193.6=13 mg/L 计算所得剩余碱度以CaCO3计，此值可使PH7.2 mg/L.硝化区容积计算：曝气池：DO2mg

27、/L mg/mg NH3-N mg/mg /NO3-N还原0.9 5脱氮速率： qdnNO3-N/(kgMLVSSd)K-1 Ko2剩余碱度100mg/L(保持PH7.2):NH3-NNO3-N还原 硝化速率为 =0.204 d-1 故泥龄： d d 原假定污泥龄为20d，则硝化速率为： L/d 单位基质利用率： kgBOD5/kgMLVSS.d 式中： a污泥增长系数，0.6； b污泥自身氧化率，0.051/d。5 则： MLVSS=f53600=2700 mg/L 所需MLVSS总量= 硝化容积： m3 水力停留时间： h.反硝化区容积： 12时，反硝化速率为： 式中： F有机物降解量，即

28、BOD5浓度，mg/L M微生物量，mg/L； 脱硝温度修正系数，取 1.08 。 T温度，12。 则： = NO3-N /kgMLVSS.d还原NO3-N总量=kg/d 脱氮所需MLVSS=kg 脱氮所需池容： m3 水力停留时间： h.氧化沟总容积： 总水力停留时间：t=tn+tdnh 总容积：V=Vn+Vdn=4074+2962.9=m3.氧化沟尺寸： 氧化沟采用4廊道式卡鲁塞尔氧化沟，取池深，宽7m，则氧化沟总长: m。其中好氧段长度为，缺氧段长度为m。弯道处长度: 则单个直道长: (取54m) 故氧化沟总池长=54+7+14=75m，总池宽=74=28m（未计池壁厚）。需氧量计算：

29、采用如下经验公式计算: 氧量 式中：A经验系数，取0.5； 去除BOD5浓度，mg/L； B经验系数，取0.1； Nr11092103=275.2 kg/d 其中：第一项为合成污泥需氧量，第二项为活性污泥内源呼吸需氧量，第三项为硝化污泥需氧量,第四项为反硝化污泥需氧量。需要硝化氧量：Nr=21109210-3=275.2 kg/d=2988.95 kg/d=124.54 kg/h30时, 采用表面机械曝气时脱氮充氧量为： 式中：经验系数，取0.8； 相对密度，取1.0； 20时水中溶解氧饱与度，取9.17 mg/L; 30时水中溶解氧饱与度，取7.63 mg/L； C混合液中溶解氧浓度，取2m

30、g/L; T温度，30。 则： =231.4 kg/h查手册，选用DY325型倒伞型叶轮表面曝气机10，直径3.5m,电机功率N=55kW,单台每小时最大充氧能力为125kgO2/h，每座氧化沟所需数量为n,则 取n=2台回流污泥量： 可由公式求得。式中：XMLSS=3.6g/L，回流污泥浓度，取10g/L。则： （50100，实际取60）考虑到回流至厌氧池污泥为11%，则回流到氧化沟污泥总量为49%Q。剩余污泥量： 如由池底排除，二沉池排泥浓度为10g/L，则每个氧化沟产泥量为：.3 氧化沟计算草草图如下：图3 氧化沟设计草图（1）图4 氧化沟设计草图（2） 二沉池该沉淀池采用中心进水，周边

31、出水幅流式沉淀池，采用刮泥机11。.1设计参数 设计进水量：Q=11092 m3/d=463.2 m3/h 1.5 m3/ m2.h ，取q=1.0 m3/ m2.h 固体负荷：qs 一般范围为120 =140 kg/ m2.d 水力停留时间（沉淀时间）：T=2.5 h/s.m，取2.0 L/(s.m).2设计计算 沉淀池面积:按表面负荷算： m2 沉淀池直径： 沉淀部分有效水深为 h2 =2.5= m3/h。选用1PN污泥泵Q= 7.216 m3/h, H=14-12m, N=3kW 剩余污泥泵房: 占地面积LB=4m3m，集泥井占地面积 污泥浓缩池采用两座幅流式圆形重力连续式污泥浓缩池，用

32、带栅条刮泥机刮泥，采用静压排泥，剩余污泥泵房将污泥送至浓缩池。.1设计参数 进泥浓度：10g/L 污泥含水率P199.0，每座污泥总流量:Qw1524.1kg/d=152.4 m3/d= m3/h 设计浓缩后含水率P2 =96.0 污泥固体负荷：qs =45kgSS/( m2.d) 污泥浓缩时间：T=13h 贮泥时间：t=4h.2 设计计算 浓缩池池体计算：每座浓缩池所需表面积 浓缩池直径 水力负荷 有效水深h1=uT=0.2113=2.73m 取h1=2.8m浓缩池有效容积V1=A h1=2.8=m3 排泥量及存泥容积:浓缩后排出含水率P296.0污泥,则Qw= 按4h贮泥时间计泥量，则贮泥区所需容积 V24Qw46.16 m3 泥斗容积 式中：h4泥斗垂直高度，取 r1泥斗上口半径，取 r2泥斗下口半径，取 设池底坡度为0.08，池底坡降为： h5= 故池底可贮泥容积： 式中： R1浓缩池半径, m； r1泥斗上口半径，m。 因此，总贮泥容积为