小区3000 m3d生活污水处理与回用工艺设计Word下载.docx

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全年的降雨量主要集中在夏季六、七、八月,占该城市年累计降雨量的45%。

全年年平均气温为16℃,全年最高气温为39.0℃,最低气温为零下2.0℃,夏季的主导风向为南风。

由于小区内有大量草地、花坛和人工湖。

因此污水处理达标后,用于小区内的绿化灌溉,清洗道路、人工湖用水以及附近大型洗车场的处理水。

小区污水处理站污水管道末端地面标高一般为105.50m。

本工程设计用水规模按日最大处理水量Q=3000m3/d。

1.2设计目的及意义

随着社会和国民经济的进一步发展,居民日常生活水平的进一步提高,居民日常生活的小区所排放的居民生活污(废)水对于城市的水体自净处理负荷越来越高,与其他的污水处理相比,小区居民日常生活所排放污水有以下的特点:

小区污水水质水量的变化较大,污染物的浓度变化较低,可生化性好,总水量大,比较分散,若要集中处理,管网的造价太高,且可能会增加小区市政排水处理管网的自净负荷。

因而,小区居民生活污水处理后再进行综合利用(包括小区室内绿化用水、冲洗厕所等),既大大减少了对室内环境的直接污染,又节约了小区的水资源。

污水处理从我国的传统工艺中逐步发展至今已经形成有很多污水处理工艺,包括AO工艺、AA/O工艺UASB、SBR工艺等。

根据我们的分析,这些污水处理工艺在实际处理出来的小区居民生活小区污水的效果以及处理工程造价等综合利用方面不是特别理想,因此,应该及时结合实际的情况综合国内外污水处理工艺技术进行处理污废水,使其处理后的水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级排放的标准。

1.3小区生活污水处理国内外现状

首先,由于社会的发展,人们不断丰富的日常生活和工作方式,导致城市生活环境中污水的成分也变得越来越复杂,加上了气候变化,从而直接导致整个城市的生活环境中污水综合处理的难度进一步增大、传统处理技术的水平有待进一步的提高。

其次,中国目前正在使用的大部分城市污水处理设备和技术都实际上是在以往的经验和废水处理技术的综合应用基础上逐步发展了起来的。

然而,在现阶段的社会经济环境等诸多因素的作用和影响下,处理废水质量的要求可能会与以往有所的不同,废水处理的技术容易直接受到外部的影响。

(一)物理处理技术

传统的污(废)水处理截留技术主要指的是污(废)水处理工业生活污水的前期处理阶段即污(废)水预处埋的后期阶段,大型污水处理厂处理工业污水时通常在在前期的污(废)水预处理的阶段采用格栅与筛网以有效地彻底去除水中较大的固体悬浮物与其他的漂浮物,以防止泵和地下排水管的严重堵塞。

目前正在研究和进行工业应用的物理技术处理污水的重力分离技术主要涉及以下几种:

①重力分离法,实际上我们使用的物理处理方法主要是包括了重力沉淀、上浮(其中主要包括水和气浮)等,使用的物理处理技术设备主要包括:

沉淀池、沉砂池、隔油池、气浮池及其附属的物理处理装置等。

②离心分离法,其本身实际上也就是一种复杂的大型污(废)水处理过程工艺设备单元,使用的离心分离的方法是废水处理工艺设备主要的几种产品类型包括废水有离心分离机、旋流离心分离器等。

③污水分离筛滤处理截留法,有栅筛分离处理截留和废水高梯度磁分离过滤两种复杂的磁分离处理单元,前者主要是使用于废水分离处理格栅、筛网,后者主要是使用处理废水沉砂滤池、微孔沉砂滤机等。

(二)化学处理技术

在处理污水中产生的杂质,可以分为三个主要类别,包括水中的悬浮物、胶体和水中的溶质,可以通过化学和物理的方法移除水中的一些悬浮固体,如移除胶体中的物质是不行的,所以使用化学的方法尤为重要,一般可以使用混凝的污水处理方法,向胶体中的悬浮物注水,加一些化学药剂,使污水中难以沉淀的胶体粒子稳定和聚集,从而提高自然沉降的效果。

(三)生物处理技术

生物处理技术不需要高温高压,在通常的工作温度和压力下只需要经过微生物酶的催化就已经可以进行生物处理;

由于微生物的来源广泛,容易进行人工培养,繁殖快,适应性强;

通过简单的生物处理工艺和方法能够轻松实现生物处理量大,成本低,无任何二次污染等诸多的优点,因而被广泛的应用和研究。

1.4水质分析

污水进水水质如下:

表1.1进水水质

指标

COD

BOD

NH3-N

SS

PH

单位(mg/l)

521

258

51.1

282

6~8

出水指标:

符合GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级B标准。

即:

表1.2出水指标

TP

≤60

≤20

8(15)

6~9

经过分析得出:

本设计污水各污染物COD、BOD5、SS、NH3-N的去除率分别为88%、92%、92%、84%,污水的BOD5/COD=258/521=0.495>

0.45,可生化性好,BOD5/NH3-N=258/51.1=5.1>

3~5不要额外添加碳源。

1.5污水处理工艺

工艺比选

随着我国工业、经济的进步和发展,城市和乡村的经济产业结构和经济社会的结构发生着巨大的变化。

人口密度的变化影响着生活污水的水量,而产业结构的复杂化使污水水质发生改变,因此在建设污水处理厂时应考虑地区水质水量的特点进行工艺的选取,从而达到高效运行、处理。

考虑到该小区位于南方某大城市的郊区,未来会有更好的发展,且其人性化的总体布置设计方案对于其总体的结构布置及其设计和使用都比较合理和高效。

通过这种综合的考虑对出水水质的要求,进行对二级脱氮除磷处理工艺的材料选取,必须充分考虑污水的二级脱氮除磷处理效果。

在以活性污泥二级脱氮除磷处理法工艺为主要技术处理基础的二级氧化脱氮除磷处理流程中,可供企业和消费者使用和选择的在水质上具有明显效果的二级脱氮除磷处理的工艺技术主要有:

CASS工艺、SBR工艺、AA/O工艺、生物接触氧化处理法等。

各常用污水处理工艺对比见表1.3。

表1.3处理工艺比较

处理工艺

优点

缺点

SBR工艺

能够满足各种水质水量、沉淀性能也好、且不容易发生污泥膨胀、脱氮除磷的效果也很好、构筑物的占地面积小、自动化程度高、控制方便[1]

利用率低,有闲置期、间歇性的出水,要求后续构筑物容积比较大、适用于中小规模污水处理[2]

CASS工艺

提高了污泥处理的效率、保证了污泥出水的水质、工艺流程简单而且易于扩建、脱氮除磷处理效果好、防止了污泥的膨胀、产量少且其性质相对稳定、有较强的环境适应性、自动化的程度高、保证了出水水质

回流污泥中可能携带的氮磷和亚硝酸盐、曝露于空气的时间不充分、导致污泥中的氮磷和硝酸盐去除率不高、应用的范围相对受限、设备的闲置率相对较高、水头损失大

A2/O工艺

表1.3续

本工艺总工程水力较大停留时间少、克服了大量污泥浆的膨胀、有利于污泥进行处理污泥浆与水泥的分离、运行方便维护费用低、脱氮除硫失磷的应用效果非常好

污泥脱氮除硫失磷主要原因受制于回流后的污泥和碳源的氧化影响、回流后的污泥和碳源污水中的大量厌氧亚硝酸盐对污泥厌氧区域的环境也会产生不利的氧化影响

氧化沟工艺

工艺流程简单,构筑物少,运行维护管理方便、出水量和水质好、效果稳定、实现了污泥脱硫吸氮除污去磷、机械设备投资规模低于本省、运行维护管理费用低、污泥污水处理工艺产量少且处理性质比较稳定、能够长期连续承受一定的污泥出水量

水质的不断变化和不承受外力冲击时的负荷而使污泥易收缩膨胀且难上浮、能耗大、分期处理施工较复杂、占地面积大[3]

生物接触氧化法

生物接触氧化法的容积负荷高,占地相对较小;

具有氧化池的抗冲击能力强和容积大的处理负荷,可以保证无间歇连续地运行;

生物接触氧化池填料的种类繁多,选择比较多,活性污泥量大;

没有污泥膨胀等问题

由于氧化池填料流程较为复杂;

布水和曝气容易不均匀,氧化池中容易出现缺陷或死区;

氧化池需定期对生物接触氧化池填料进行反洗,产生的氧化池污水处理填料效率低;

生物接触氧化池方法填料生物接触膜填料质量的负荷会随氧化池污水处理负荷的增加而有大幅度增加,负荷过高,则可能会严重地造成氧化池生物接触填料氧化膜过厚,在某些生物接触氧化池方法填料中氧化膜易于出现缺陷或堵塞;

 

由于生物接触氧化池方法填料的曝气处理设置复杂,这使得生物接触氧化池的污水曝气处理系统构造较为复杂,曝气处理系统等氧化池设备的日常使用安装和维护不方便;

生物接触氧化池方法填料的生产工艺选用不当,会严重地直接影响氧化池生物接触填料氧化池方法填料生产工艺的正常运行生产和氧化池的使用。

经过比较各工艺优缺点,并综合考虑厂区占地面积、设计要求、自然条件等各方面因素,本设计方案选择CASS工艺作为该小区生活污水处理工艺。

主体工艺介绍

.1CASS简介

循环式活性污泥处理法(cyclicactivatedsludgesystem,简称CASS),是在SBR工艺的基础上衍生出来的一种新型污水处理工艺,它不仅完全具备了SBR处理工艺构筑物结构简单,运行也比较可靠,污泥处理方式相对灵活、自动化和稳定化程度高的主要是技术优势和特点,而且同时还具有明显的抗氧化和脱氮除磷的综合作用功能。

主要的工作原理是在序批式活性污泥法(SBR)的反应池的前端设置一个预反应区,前部主要是预沉淀池的活性污泥反应区,后部为主沉淀池的活性污泥反应处理区。

在预沉淀池反应处理区内,在降解酶的快速转移机理的作用下,微生物基质降解酶有效的、快速的从污水中吸附大量的活性化合物和污水中大部分的可溶性有机物,经历一个具有相对较高反应处理负荷的污水池中微生物基质快速转移降解和有机物积累的反应处理过程,对进入池中的污水的水质水量、PH、以及其他有毒有害物质起到一个有效的缓冲作用,同时对于丝状污泥中活性细菌的大量繁殖和真菌生长也充分起到了保护和抑制的作用,可有效地抑制和防止污泥的膨胀;

主沉淀池的处理区和反应区则可根据需要分别经历一个较低负荷的微生物基质快速吸收和降解的污水处理过程,完成对活性污水中有机化学物质的吸收和快速降解。

CASS处理工艺同时充分发挥了活性污泥的微生物基质快速降解的功能和有效地减轻二沉淀池的反应式微生物基质负荷,大大提高了二沉池固液分离的处理效果,以至于出水水质效果更佳[4]。

据国家环保部负责有关调查,污泥排放过度造成底物膨胀的一个重要的、直接的原因主要可能是由于一般丝状菌的底物胶团过量抑制细菌生长和丝状菌繁殖。

由于丝状菌比一般的菌胶团的表面积大,与其他物质的接触更充分,因此底物浓度的提高有利于其选择性地摄取和培养更多的基质和低浓度底物。

但通常菌胶团的衬底基板和丝状细菌增殖率比一般的丝状细菌很小,菌胶团和丝状细菌通常在池底与更大的底物接触,抑制了降解基质的繁殖以及丝状细菌的生长和增殖,但由于丝状细菌一般比底物胶束的增殖率更大,丝状细菌繁殖的底物和基质中的磷酸盐含量也更大,从而较一般的丝状菌占优势,这样菌胶团可以充分利用一般丝状菌的繁殖基质和其底物中磷酸盐作为系统的繁殖推动力有利于其选择性地繁殖和培养一般菌胶团和一般丝状细菌,使其逐渐发展成为曝气池中的一种选择性优势生物丝状菌。

所以,在曝气池排水处理工艺和CASS池污泥氧化工艺进水端的选择器基础上增加一个系统结构设计合理的生物降解丝状菌选择器和生物降解氧化剂选择器,可以有效地防止和抑制曝气池底物和污泥中丝状菌的过量选择性繁殖生长和丝状菌的过量选择性繁殖,克服了底物和污泥的选择性膨胀,提高系统的运行处理效率和系统的稳定性[5]。

CASS处理工艺对于丝状菌和曝气池的污染土壤中有害物质的降解和氧化过程说明它是一个持续在较长时间上对有机物污染物推流和氧化的过程,在CASS池内将有机物污染物降解氧化反应、沉淀、排水等几部分集于一体,是一个好氧-缺氧-厌氧三个阶段交替推流和运行的有机污染物降解的过程,因此同时还具有一定程度脱氮除磷的效果。

.2CASS的组成

一般每个CASS池都可以细分为三个主要的反应区域:

生物选择区(设置在反应池的前端)、缺氧区和主反应区。

其反应容积比通常取1:

5:

3[6]。

(1)生物选择区

设置在CASS进水池的前部,容积大概为CASS池总体积的10%,通常水力停留时间设定为0.5h-1h,一般情况下,厌氧或兼氧的水力停留条件下正常运行。

一般设置是根据进水池内活性污泥的化学反应和流体流动力学的基本原理而进行设置的[7]。

在CASS池进水区域内快速回流的过程中将活性污泥与其他进水池的活性污泥混合,不仅能够充分利用进水池中活性污泥的快速氧化和吸附的作用,也能够加速对溶解性底物的氧化吸附,同时快速对难溶解有机物进行降解,也同样能够起到良好的水解作用,并可以使进水池活性污泥中的磷在厌氧的条件下也能够得到充分的、有效的、快速的氧化和释放。

设置污泥回流过程污泥浓度选择器的这项功能也将有利于逐步提高和不断改善污泥回流过程污泥的高压沉降污水处理系统性能,防止污泥回流过程污泥过度膨胀问题的再次发生。

此外,在生产回流硝化污泥填料选择器中会直接需要发生一种影响比较显著的反硝化作用(特别是在生产回流硝化污泥的填料混合液中通常直接需要去除包含2mg/l左右的各种硝态固体二氧化氮)[8],其所产生需要直接去除的各种硝态二氧氮化物含量最大可能约占总硝态二氧化氮需要去除率的20%左右。

而在内容选择器中还认为可以通过随机定容或手动变容两种方式正常运行。

另外,生物吸附和选择器对于进入的污水水质、水量、PH值和污泥中的有毒有害物质都起到了较好的缓冲作用,并能直接地通过底物降解酶的快速降解和转移、迅速地吸收并较好地吸附和去除部分容易被底物过量积累而发生降解的溶解性有机物,由此而形成污泥底物过量积累和降低有机物产生的处理过程,有利于从活性污泥中快速挑选出反应池中具有一定絮凝性的微生物和细菌。

该部分生物吸附和反应器的基本结构和设计与工艺反应器的设计过程主要是遵循该部分反应池中活性污泥的底物过量积累—降解和再生—繁殖的过程理论,使这部分反应的活性污泥中的生物积累、吸附,在反应器再次繁殖,同时到达一个相对较高的污泥负荷积累阶段(其中包括基质降解和积累),然后在主反应区又次经历一个较低负荷的底物积累以及大量再生的阶段,以较好地、有效地完成整个该部分反应池的活性污泥底物过量积累吸附和去除的大量繁殖过程。

预反应区活性污泥中微生物的量单单只占了该部分整个反应池总活性污泥中微生物总体积的10%-15%,因此,该部分反应池中的活性污泥想要正常运行必须要是在一个较高BOD负荷的条件下运行,一方面大大地强化了这一部分污泥的活性微生物过量积累吸附和大量繁殖的作用,另一方面也较好地有效促进了该部分污泥中活性微生物的大量增殖。

一般来说活性污泥的吸附和膨胀效应主要是由于该活性部分污泥丝状池细菌的底物过量的吸附和细菌的繁殖和膨胀效应造成的。

该活性部分污泥丝状池细菌比菌胶团的比底物由于活性污泥丝状池表面积大,有利于其吸附和摄取活性污泥丝状池中的其他低浓度基质和底物。

在高底物预反应浓度下菌胶团和活性污泥丝状池中的底物细菌都以较大的增殖速率选择性地产生和降解了其基质与污泥中底物的相互增殖,而由于污泥丝状池中细菌的比底物增殖速率比非丝状的底物细菌小,因此其比底物增殖的细菌数量也较小,从而相比之下,菌胶团的比底物细菌增殖的数量大,从而占有优势。

CASS用于污泥丝状池处理工艺的一种生物细菌选择器就是通过充分利用反应器中活性污泥的底物和细菌作为系统的反应推动力,选择性地进行繁殖和培养用于降解有机污染物的菌胶团,使其选择性地发展起来成为曝气池中一种生物性优势细菌培养系统中的细菌。

所以,CASS采用这种工艺的曝气池底物预反应进水区不但有效地保证了曝气池可以连续地预反应进水,同时又很好地充分发挥了曝气污泥丝状池处理系统中微生物菌和细菌选择器的综合处理作用,能有效地防止和抑制曝气污泥丝状池中细菌的生长和选择性细菌的繁殖,避免了曝气池污泥的丝状膨胀,提高了系统的运行处理效率和系统的稳定性另外,在这个反应进水区内的难降解大分子有机物质易与气体发生水解作用,这对进一步提高曝气池中大分子有机物的反应降解和无机物去除率也是具有一定的帮助和促进作用。

(2)缺氧区

不仅做到可以在一个具有防止辅助厌酸过氧或其他兼容过氧反应条件下正常运行的厌酸和氧过氮生物生态环境中或选择性地区对厌酸和氧过氮生物环境进行相对地下水中的水质、水量和水中氧合氮浓度反应变化的缓冲作用,同时还甚至可以做到具有通过辅助氧化促进氧合氮和氧化磷的进一步反应氧化和再释放和同时辅助促进强化厌酸过氧生物反应酸化和硝化的缓冲作用。

(3)主反应区

即好的无氧预反应污泥排气区,主要用于溶解和去除各种污染物和营养环境中的有害物质,通常曝气反应强度可以控制溶解后的氧DORP在100mv-150mv,溶解后的氧DO在0mg/L~2.5mgLl[9]。

在排气区运行和管理的过程中,通常将对于氧向主体预反应污泥排气区的氧向主体反应曝气强度和反应溶液的强度加以控制使得主体预反应污泥和排气区内的氧向主体活性污泥反应的溶液内部基本上处于完全好氧的状态,完成了同步反应降解氧向活性污泥和对有机物的絮体同步反应硝化的过程,而排气区中溶解后的氧向活性污泥内部则基本上已经是自然地处于完全好硝化和缺氧的同步反应状态,溶解后的污泥和氧向主体活性污泥反应溶液絮体内的有机物和二氧化氮的传递也基本上受到了一定的限制而处于完全硝态的二氧化氮由活性污泥内向主体反应溶液的二氧化氮的传递过程基本上不受任何的限制,从而有效地实现了使得氧向主体预反应污泥和排气区中同时反应溶液可以对发生有机污染物的絮体在同步反应降解以及对有机物的絮体在同步反应降解过程中的硝化和对有机物的反硝化作用。

另外,在潜水反应排气区的CASS池末端设置了一台潜水污泥输送主曝气泵,将潜水活性污泥不断从潜水反应的主曝气区内部抽送至预反应的主曝气区。

.3CASS工艺循环操作过程

CASS工艺的循环周期可分为4个阶段:

(1)充水一曝气阶段

边进水、边曝气,并将进入主曝气反应处理区的有机物活性污泥回流至预先设置的曝气反应处理区(建议采用生物化学反应选择器)。

在进行该反应处理的第一阶段,曝气反应处理系统向所有进入污水主曝气反应池内的好氧菌等有机物活性污泥供氧,一方面曝气可以有效满足好氧菌等有机微生物对活性氧的吸收和综合利用的需要,另一方面曝气反应处理还有利于抑制和防止有机物活性污泥与其他好氧菌等有机物的直接混合与有机污泥和土壤的接触,从而有效防止曝气使有机污泥和土壤中的有机污染物被其他有机污泥和微生物的直接氧化和综合作用直接分解。

同时,污水和土壤中的各种有机污染物、氨氮等污染物也通过活性污泥中的微生物的硝化作用直接让其从有机氨氮转化为处于硝态的无机氨氮。

(2)充水一沉淀阶段

停止连续的曝气,进行对于污泥氧化和水的分离,但不及时经过停止沉淀阶段污泥的进水,且对于污泥的回流也不及时完全停止。

沉淀后的混合液经过停止连续的曝气后,微生物氧化状态可以接着利用水中和活性污泥中的微生物以及充分溶解在污泥中的氧含量对污染物进行氧化和微生物分解,随着水中微生物和溶解氧含量的稳定增加和浓度降低,好氧污泥在缺氧状态逐渐向沉淀阶段转化,即进入污泥的缺氧反硝化阶段,并在沉淀过程中污泥会发生各种各样的反硝化作用。

由于沉淀阶段的混合液是在污泥沉淀刚开始的时候,前一段污泥沉淀出水的时候,曝气所产生的那一部分污泥则是通过搅拌混合作用,从而使前一阶段的沉淀出水发生污泥絮凝和反硝化作用,随后以污泥出水区域连续沉降的污泥微生物氧化形式继续进行污泥沉降,因此,即使在该污泥沉淀出水阶段不及时经过停止连续曝气进行污泥出水,依然可能有部分污泥可能在微生物的沉淀中继续获得良好的对污泥出水沉淀和反硝化的效果。

(3)滗水阶段

沉淀和反硝化反应阶段是在每次进入硝化沉淀阶段之后,至于每次排水池末端的台式滗水器是在中央控制程序的控制下迅速地自动开始了每次的反应和硝化沉淀工作,自上而下逐层地进行沉淀并迅速排出多余的池上清液。

每次的复位排水第一和二阶段脱水反应和硝化过程结束后,滗水器将自动地开始进行排水复位。

在每次都对排水的污泥进行处理过程中,反应池底部的大量污泥在基层内由于较低的水中有机物的水溶解度和高于较低的水臭氧层的生物含量而使底部的大量污泥在基层内部发生了强烈的反硝化作用。

此时我们可能需要立即准备开始在水停止之前在化学反应池底部对水进行的一次排水。

若反硝化污泥的回流处理系统内部同时储存的反应器有两个或两个以上的反应器CASS池,当一个以上的CASS池的两个反应器内部同时处于一个反应池的滗水器进行反硝化的阶段时,可将反应池的剩余污水直接引入到其他的CASS反应池;

另外若一个回流污泥处理系统仅仅只在一个CASS反应器时,应该在CASS池前设置一个集水井,使污水先流入集水井,再通过集水井进入CASS池。

是为了有效控制和提高回流处理反应池内部污泥的反硝化作用,加强对反硝化及回流污泥中聚磷菌的控制,为防止磷的过量释放,污泥的反硝化和回流处理系统必须保持照常运行。

(4)充水一闲置阶段

此闲置阶段的正常污泥闲置的时间一般较短,主要原因是由于保证了整个滗水器在此正常的闲置阶段内池中污泥活性能够上升到原始的位置,防止了闲置阶段污泥的大量流失。

若在此闲置的阶段内同时对污泥进行适量的污泥曝气,则会更加有利于污泥恢复到正常状态,即恢复污泥活性。

一般正常的污泥闲置期通常在整个滗水器中污泥活性都能够完全恢复到活性后等待与其他正常的污泥一起继续运行状态大概4min后污泥闲置开始。

典型的盐酸运行处理周期大约为4h,其中曝气2h,沉淀1h,滗酸脱水1h。

.4CASS工艺优点

(1)生化池中由于活性污泥持续曝气和闲置阶段是交替进行的,使生化池活性污泥的基质BOD5和其他微生物在呼吸反应上的浓度变化偏差随静止沉淀的生化反应时间的推移而反应变化梯度的增大,保持了较高活性污泥生化反应的浓度,增加了生化反应的稳定性和推动力,提高了生化池活性污泥生化处理的稳定性和效率。

当生化池水处于静止的生化沉淀时,活性污泥的基质处于自然缺氧的状态,氧化物质的释放和合成大为明显减弱,但部分基质和生物体内源性的呼吸反应仍在生化池中持续进行,保证了生化池的出水和水质;

(2)工艺流程简单,运行的处理方式灵活,无二次污泥下沉池,取消了大型贵重的老式刮泥污水处理施工机械和各种现代化的大型污泥污水处理机械设备,扩建方便;

(3)CASS池的硝化系统主要分为三个生物选择器、兼氧反应区和进水三个主缺氧

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