某市污水處理廠建設工程可行性研究報告PAGE41陜西省某市污水處理廠可行性研究報告二零零八年十二月編者：陜西省某市城市污水處理廠可行性研究報告一前言某市地處陜西省關中平原中部，介于東經108017’49”—108改革開放以來，某市隨著改革開放政府政策的不斷完善和扶持，某市整體經濟發展水平有了很大的提高。然而城市基礎設施的建設卻趕不上經濟發展的步伐，城市現狀污水系統不完善，有些地段還沒有敷設排水管道，給居民生活帶來不便。已建管道，遇有管理不善，局部排水存在不通暢。已建排水明渠，由于缺乏必要的防滲處理和合理的規劃管理，造成對城市地下水有一定的污染，同時地表收集的污水又直接排入渭河內，污染了渭河的水質，影響了整個城市的環境。根據某市政府及環保部門的相關規定，某市興建污水處理廠后，完成某市的污水處理任務，最終出水排放到渭河的水質達到國家GB8978—1996《污水綜合排放標準》的二級標準。應實現的水環境目標：全市水污染問題有所改善，流域水體質量明顯提高。為了提高環境質量，保護居民身體健康、改善投資環境，努力形成環境優美，人與自然和諧相處的城市生態環境，促進某市的城市環境、經濟和社會持續、協調發展，實現某市國民經濟和社會發展“十一五”計劃和遠景目標。省、市兩級政府高瞻遠矚，決定興建某市污水處理廠，特編制本可行性研究報告。深圳市某環保科技有限公司對某市污水處理廠工程進行可行性研究。本研究通過對某市水環境現狀與發展趨勢的分析，提出適宜某市城市發展規劃的城市污水廠建設方案，以期控制水環境污染，保障經濟可持續發展。本研究報告在編制過程中得到了陜西省水污染治理指揮部辦公室、某市環保局、某市水務局等有關部門及單位的大力支持和協助，在此表示衷心感謝。2概述2.1項目名稱和建設單位項目名稱：某市污水處理廠建設工程建設地點：委托單位：陜西省某市水污染治理辦公室編制單位：2.2項目目的、任務、設計依據、設計資料和設計范圍2.2.1項目目的深圳市某環保科技有限公司對某市污水處理廠工程進行可行性研究。本研究通過對某市水環境現狀與發展趨勢的分析，提出適宜某市城市發展規劃的城市污水廠建設方案，以期控制水環境污染，保障經濟可持續發展。處理目標執行《污水綜合排放標準》的二級標準。工程目標構筑物設計使用年限不低于50年，主要工藝設備設計使用年限不低于20年；污水處理廠技術先進、高效、能耗低、運行穩定可靠、維修次數少；在設計使用年限內，所選處理方案的建設投資成本及將來的運行維護成本的折現值最低。財務目標從使用者身上收取的污水處理費能滿足污水處理廠的建設、維持保本微利及將來的可持續性服務。社會目標通過消減服務區域內的污染物從而改善和提高人們的生活環境質量，并且改善城市水體景觀，同時消減經濟發展與水環境污染的矛盾。2.2.2任務參照建設部頒發的《市政工程設計技術管理標準》的要求，本可行性研究報告的主要任務是：某市污水處理廠工程服務區現狀資料調查分析污水處理廠工程服務區范圍內污水量預測分期建設規模的確定設計進水水質和處理出水水質的設定污水處理廠廠址論述污水、污泥處理工藝選擇污水處理處理廠設計管理機構、勞動定員及建設進度的構想投資估算及資金籌措經濟評價2.2.3編制原則貫徹之行國家關于環境保護的政策，符合國家的有關法規、規范及標準。采取分部實施，近期、遠期結合的方針，充分發揮建設項目的社會效益，環境效益和經濟效益。根據設計進水水質和出廠水質要求，所選污水處理工藝力求技術先進、可靠、處理效果好、節省投資的處理新工藝、新技術、新設備和新材料，確保污水處理效果，減少工程投資及日常運行費用。采用先進的節能技術，降低工程基礎建設投資，降低能耗和生產成本，提高管理水平。妥善處理和處置污水處理過程中產生的柵渣、沉沙和污泥，避免造成二次污染。確保工程的可靠性及有效性，提高自動化水平，降低運行費用，減少日常維護檢修工作量，改善工人操作條件。采用雙回路電源保證污水處理系統正常運行，且污水廠運行設備有足夠的備用率。在污水廠征地范圍內，廠區總平面布置力求便于施工、便于安裝和便于維修的前提下，使各處理構筑物盡量集中，節約用地，擴大綠化面積，并留有發展余地。使廠區環境和周圍環境一致。積極創造一個良好的生產和生活環境，把速水處理廠設計成為現代化的園林式工廠。按現行有關規定，結合地方實際情況進行投資估算和經濟分析。2.2.4編制依據資料《某市城市總體規劃說明書》，陜西省城鄉規劃設計院，2002年12月編制。《關于某市城市污水廠處理項目建議書的批復》，陜西省發展計劃委員會文件，陜計投資：（2002）655，2002年7月。2.2.5設計范圍2.2.5.1編制范圍根據委托書的要求，本可行性研究報告由深圳市某環保科技有限公司公司負責編制，工程服務范圍為陜西省某市城區污水渭河流域。編制內容主要為：污水處理廠廠址選擇；污水處理廠污水量預測及規模確定某市污水處理廠污水污泥工藝流程選擇與論證；某市污水處理廠近期建設工程工藝方案設計及相關專業方案設計；某市污水處理廠近期建設工程投資估算及經濟評價；2.2.5.1編制年限編制年限為：近期2010年，遠期2020年。2.3城市概況2.3.1區位與自然條件2.3.1.1地理位置某市地處陜西省關中平原中部，介于東經108017’49”—108037’7從地理位置上看某市是通向周邊各個縣市的重要通道，在未來必定有很好的發展潛力，同時在不斷的促進周邊各縣市經濟的發展的。2.3.1.2地形地貌某市市域地勢北高男低，由渭河平原和渭北黃土臺塬兩大部分組成，其中平原占總土地面積的63.9%。海拔高度為390—541.8m；渭河平原因渭河干流切割而形成一、二、三級階地。階地發育完整，階面平坦、寬闊，呈梯形傾向渭河，渭北黃土臺塬高地向南呈微傾斜與三級階地相接。臺塬塬面平整，南緣因水土流失侵蝕左右而形成一些狹小的溝壑。2.3.1.3氣候特征某市屬于暖溫帶主濕潤、半干旱大陸性季風氣候，四季分明，雨熱同季、日照充足；年平均氣溫13.1℃，七月份平均氣溫26.4℃，極端氣溫為42.2℃，元月平均氣溫為—0.9℃，極端最低氣溫為—19.9℃。2.3.1.4境內水系渭河沿南端流經某市域，全長30.5km。地下水屬渭河水洗。沿黃土臺塬坡下，東西有地層斷裂縫涌出泉水八處。北部店張凹地屬涇河流域，全境為低產徑流區。地下水主要類型為潛水，含水量甚為豐富，北部黃土臺塬區水位埋深30~65m，單位涌水量1.5~2.5m3/h.m；渭河河谷二級階地水位埋深約6—18m，三級階地水位埋深15~30m，單位涌水量20—40m3/h.m；地下水主要受大氣降水補給，流向為西北—東南，與地形相吻合，含水巖組厚度由南向北漸減，水量也漸減，水質良好、礦化度0.51g/L，PH值7.3—7.5，硬度20—30，主要為HCO3—Na地下水的另一類型為承壓水，北部黃土臺塬區水位埋深30~65m，單位涌水量2~8m3/h.m；渭河河谷階地水位埋深約為4—14m，單位用水量10~26m3/h.m；流向平行渭河，主要是受渭河補給，其次是大氣降水補給，埋深由南向北加深，含水巖組一樣，且厚度遞減，礦化度0.2—0.3g/L，屬HCO3—Na某市具有地熱資源，儲量豐富，現已有部分單位計劃開采地下熱水。2.3.2區域社會經濟概況改革開放以來，特別是進入“九五”時期以來，某市的經濟和社會發展取得了很大的成就，2002年某市實現的國內生產總值為25.5億元（當年價，下同），2002年底人均國內生產總值為4594元，財政支出1.6456億元，社會消費品零售總額為4億元，農民人均純收入為1931元，鄉鎮企業總產值為44.91億元，2002年全市有普通中學30所，在校學生4.14萬人，職業中學11所，在校學生2975人，小學232所，在校學生6.96萬人，少年兒童入學率97.8%。全市域共有醫院28所，擁有病床1367張，專業衛生技術人員1350人，其中醫生448人。2.3.3人口情況2002底某市域人口554933人，人口密度為1091人/平方公里，其中非農業人口114723人，占20.7%，農業人口440210人，占79.3%。市域管轄7個鎮四個鄉，3個街道辦事處。2.4項目背景水是生命之源，也是人類活動和經濟發展的支持要素。當今世界，水在某種程度上限制和決定地區的性質、規模、產業結構、布局與發展方向，自然界及社會對水的依存度越來越高。進入21世紀以后，某市以前所未有的速度推進城市化，與所有發展城市同步，近幾年明顯加大了土地開發的力度，頻頻引進各種建設項目，隨之人口的增加，大量未經處理的污水直接排入河流，致使渭河水系的水質遭受嚴重的污染，這種狀況必需要改變。隨著未來某市的經濟、社會、環境、人口、生活需求的不斷發展，城市排水系統和污水治理將承受更大的壓力，主要表現有：城市生活污水處理率低，而污水總量卻在不斷增加；地區飲用水水質下降，對人的健康造成潛在危險；城市排水系統工程和污水處理工程建設遠落后于城市的發展；城市化水平的提高，使城市自然滯洪能力和保水功能降低，洪澇災害、水污染日趨嚴重。在我國，包括水環境的環境保護已經為一項基本國策加以貫徹，得到了全社會和各級人民政府的高度重視，保護環境和控制污染對城市的經濟繁榮、社會穩定具有重要意義。為此，國務院有關部委頒布了有關的法律和法規，以保證這項基本國策的貫徹和執行。我國早在1989年頒布的《中華人民共和國環境保護法》，是各項有關環境保護法規的基礎和依據，其要點如下：環境監督和管理規定了各級政府在制定環境質量標準和環境監督大綱方面的職責，由中央政府制定國家環境標準，各省、市級政府可根據地方條件補充項目和指標。環境保護與污染防治各級政府必需制定工業排污的程序和制度，并提供各種環境保護措施。法律責任授權給各級政府環保部門采取適當的法律程序來警告和懲罰污染者。2.5區域排水現狀以及存在的問題2.5.1污水排放現狀某市現狀污水排放體系基本為合流制。污水全部排入渭河，最終排入黃河，排入渭河的排水管渠系統大多數都是合流制的。城市生活污水及工業廢水混合流入水渠內后直接流向河流內，這就造成了某市污水水質復雜、水量浮動大的特點。某市現狀污水排水大致分為兩種情況：工業企業：某地區在“五一”期間工業有了很大的發展，但城市基礎設施相對落后，受到當時蘇聯模式的影響，企業辦社會，各個企業自成體系，自給自足，所以，某市區企業大都擁有自備井水源，以供生產和職工生活需要。在當時的確解決了地方基礎建設資金不足的問題，但是同時也給后期對于水資源的管理帶來了很多負面影響。從用水量來看，某市工業企業日均用水量占規劃日均用水量的84%，其萬元產值耗水量為228.5噸，比全省工業企業平均萬元耗水量150噸要高很多，原因是因為某市地區自給井水源供水水價是企業內部自定，工業企業自備井的水價由水資源費（0.05元/噸），供水電費（0.17元/噸），人工工資（0.05元/噸），構成成本價（約0.27元/噸），且大都沒有安裝計量設備。低廉的水成本和管理的漏洞造成企業用水無節制，水回用率偏低，生產和生活用水浪費嚴重。所以按照全省工業企業平均萬元產值耗水量計算，某市工業企業節水量在3萬噸/日左右。居民用水：城區居民大多使用自來水，但仍有相當多的居民、營業浴池、洗車行使用自備井，還有部分單位開采地熱水用于營業，數目多，涌水量大，又難以計量，水成本價格更低，這也是造成某市用水量和排水量大的主要原因之一。綜上所述，自備井管理體質方面存在的漏洞和水成本價格的偏低，是造成某市用水量和排水量最大的主要原因。通過以上分析，某市目前的節水空間3萬噸，其排水量應該為6.7萬噸/日。因此，污水處理規模設計為10萬噸/日是比較合理的。2.5.2存在的主要問題某市大中型企業多，工業廢水排放量大，為保護城市生態環境，規劃提出某市排水體制宜采用雨污分流制。但是由于諸多因素限制，很難成行，故目前仍以雨污合流制考慮。城市排水系統尚不完善，有些地段還沒有敷設排水管道，每逢雨季，給居民生活帶來不便。已建管道，由于管理不善，局部排水不暢通。已建排水明渠，由于缺乏必要的防滲處理，對城市地下水造成一定的污染，影響了城市的環境質量。2.6項目實施的必要性和可能性2.6.1實施本項目的必要性某市現狀污水排放體系基本為合流制。城市生活污水及工業廢水混合流入水渠內后直接流向渭河內，根據某市環境監測站在2003年元月27~元月29日對某市排放的污水進行了連續監測，監測數據見表2—1。在2004年9月20~元月22日又對某市排放的污水進行了連續監測，監測數據見表2—2。2003年元月27~元月29日某市排放污水水質（單位：mg/L）表2—1時間地點PHSS揮發酚NH3-NCODBOD52003.1.27東西口匯合區6.907640.02785.5333134.6總排放口6.595110.028101317130.1渭惠渠6.712360.03030.8238141.12003.1.28東西口匯合區6.953280.02257.2416123.6總排放口6.804040.02665.8320120.3渭惠渠6.93880.0273319231.92003.1.29東西口匯合區6.702520.01865.5285120.7總排放口6.931920.02582.5190118.4渭惠渠6.90640.0269.5158103.9范圍東西口匯合區6.70-6.95252-7640.018-0.02757.2-85.5285-416120.7-134.6總排放口6.59-6.93192-5110.025-0.02865.8-101190-320118.4-130.1渭惠渠6.71-6.9364-2360.026-0.0309.5-33158-23831.9-141.1平均值東西口匯合區6.854480.02269.4345126.2總排放口6.773690.02683.1276122.9渭惠渠6.85129.30.02824.419692.3扣除渭惠渠后總排放口凈均值6.76404.40.02691.76288127.42004年9月20~元月22日某市排放污水水質（單位：mg/L）表2—2時間地點PHSSNH3-NCODBOD52004.9.20二水廠北橋口7.46151.6720430.5小阜村橋口8.661727.24430133.9渭惠渠（興化西橋口）8.00146.975913.42004.9.21二水廠北橋口7.40181.1216849.2小阜村橋口8.422854.30906124.8渭惠渠（興化西橋口）8.451815.8425621.92004.9.22二水廠北橋口8.79111.0812327.6小阜村橋口8.467936.95353138.1渭惠渠（興化西橋口）8.161012.4512840.0說明：二水廠北橋口代表西城區過來的污水水質，小阜村橋口代表現狀流經污水處理廠的所有的污水情況，包括某城區污水，渭惠渠污水及興化廠部分的污水。由上面水質監測數據可知排入渭河水體的污水水質污染程度比較嚴重。而原來某市污水通過水渠管網等未經處理就全部直接排放到渭河水體中，嚴重污染了渭河水體的水質。某市現狀污水系統不完善，因此，應加快污水處理廠、污水收集系統的建設進度，早日將污水通道打通，減少直接排入水體的污水數量。2.6.2工程建設的可能性工程服務范圍內經濟保持高速發展，經濟實力雄厚，各級政府高度重視，為本工程提供了強有力的政策和經濟支持。某市污水處理廠廠址位置及占地面積已經在市政詳規、污水系統布局規劃中得到控制，并留有發展余地。污水廠建設的供水、供電均有來源，交通便利，為本工程的建設與投產創造了外部實施條件。服務范圍內的污水收集官網工程有部分已實施，部分也已開展設計工作，污水處理廠建成后即可發揮作用。3工程規模、進出水水質及污水廠廠址3.1工程規模3.1.1規劃概況近年來，我國城市缺水問題已經非常集中、突出地表現出來，水的供需矛盾日益尖銳，水的問題已經成為制約城市建設和發展的主要因素。隨著城市化率的不斷提高及大中型基礎設施的建設，城市污水排放量也以每年7.7%的速率在增加，這樣，大量的城市污水浪費流失，既浪費了資源，又污染了環境。因此，某市污水處理廠從節約水資源、減少水污染的角度考慮，決定對處理后的部分污水進行不同程度的深度處理，使其達到生活雜用水的水質標準和其他回用水的水質標準，實行中水回用。回用水主要用于工業、市政和農業方面，下面分別敘述：工業回用水興化廠用，回用水水質和水量分為A類水質和B類水質。其中A類水質是指循環水的補充水，B類水質是指工業鍋爐用水。詳細見表3—1表3—1A類水項目水量t/h溫度℃K+Mmol/lCa2+Mmol/l正硬Mmol/l負硬Mmol/lPHHCO3-+CO32-+SO42-+Cl-指標100≤30<5.0<40<4.0<3.07-8<9B類水項目水量t/h溫度℃硬度Mmol/l堿度Mmol/l電導率μs/cmPHSO42-μg/l指標200≤30<0.015<0.1≤157-8.5<100市政用水主要用于市政綠化、苗木，現狀綠地面積為301公頃，折合4515畝，以農業灌溉50噸/畝.時計，用水量約為22.575萬噸，年均澆水4次，合計為100萬噸左右。農業用水主要為富寨鄉、田埠鄉灌溉用水，兩鄉灌溉面積為5萬畝左右，農作物主要為冬小麥和秋玉米，其中冬小麥生長期約為8個月，正常年份澆水3次；秋玉米生長期為3個月，正常年份澆水4—6次。兩鄉農灌用水量約為1750萬噸/年，干旱年用水量更大，可突破2000萬噸。根據調查本地每畝每小時灌溉用水量約為50噸，費用為7.5—8萬元。考慮發展和其他用途，中水回用系統設計水量每天按15000噸是可行而且是非常必要的。3.1.2給水量預測某市自理阿水公司建于1958年，現共有水源井6眼，主要用于老城區生活及部分小廠供水。現在經擴建水廠供水能力2.5萬噸/日，最高供水量17040噸/日，平均日供水量13412噸/日，年供水量489.54萬噸。駐某中央、省地市屬工業及部分地方都建有自備水源井，就地開采，自成系統，自給自足。同時城市部分居民也使用自備井，全市現有水源井121眼，其中工業自備井92眼，除供工業企業用水外，同時保證各廠區職工家屬生活用水，供水能力為12.06萬噸/日，平均日供水量9.2萬噸/日，年供水量3350萬噸。平均供水總量為：自來水日均供水量+自備井日均供水量=10.54萬噸。3.1.3污水量預測3.1.3.1用水量生活用水量目前城市規劃區內人口為15.48萬（含農業人口、非農業人口、暫住人口），人均生活用水量按110升/日計，則某市日均生活用水量約為：110升/日×15.48萬人=17028噸。工業用水量某市規劃區內現有20多家工業企業，其中興化集團、玻璃纖維廠、某造紙廠、秦嶺航空電器公司、華興航空機輪公司、西城紙業公司、三環造紙廠、國營陜西柴油機廠為用水大戶，經調查，規劃區內日均用水量約為8.64萬噸。規劃區內日均用水總量:生活日均用水量+工業日均用水量=10.34萬噸。3.1.3.2排水量生活污水排水量經調查工業企業職工及家屬生活日均用水量約為0.56萬噸，其主要生活污水混入工業企業污水排放污水中。應予以扣除以免重復計算，故生活用污水日均排放量按生活用水量的80%計算約為：（1.7-0.56）×80%=0.912萬噸。工業廢水排水量根據2002年的調查統計情況，規劃區內20多家重點企業日均排水量約為82961噸，某市重點工業企業日均排水量見表3—2。表3—2序號單位日排水量（噸）備注1國營陜西柴油機廠14976.4實測值2華興航空機輪公司10398.4實測值3秦嶺電器公司9432.2實測值4陜西玻璃纖維廠7948.8實測值5陜西建筑機械廠636.6實測值6某化肥廠20078.8實測值7某造紙廠8070實測值8寶塔山尤其股份公司726統計值9魯州糖制品廠768統計值10三環造紙廠2462統計值11西城紙業公司2450統計值12陜西省塑料廠1350統計值13某養路機械廠1480統計值14某市水泵廠360統計值15某鐵路電務處390統計值16貼二十局四處200統計值17某市密封件總公司226統計值18某市化工機械廠5統計值19興化石油助劑廠3統計值合計82961統計值規劃區內日均污水排放量：生活污水日均排放量+工業廢水日均排放量=9.21萬噸實測排放量：扣除渭惠渠日均污水流量后，某市規劃區內污水排放總量為9.76萬噸。詳見渭惠渠污水流量檢測表3—3。總排放口排水量表3—3項目時段平均(m3/s)最大(m3/s)最小(m3/s)總量（萬噸）一日11.281.561.1111.121.331.561.2211.531.291.561.1111.1三日1.301.561.1111.2渭惠渠排水量項目時段平均(m3/s)最大(m3/s)最小(m3/s)總量（萬噸）一日10.180.210.181.5620.180.210.181.5630.140.180.101.21三日0.170.210.101.44注：數據由咸陽水文站提供。2004年9月某市環境保護檢測站對某市城市污水流量又進行了相關監測，其監測結果如下表3—4所示：表3—4項目時段流量(m3/s)流量(m3/h)累計流量(m3/d)小阜村橋口2004.9.2016：001.9717095.6170294.42004.9.2116：001.7666393.6153446.42004.9.2216：001.9847142.4171417.6興化橋北2004.9.2010：00~2004.9.219：00102477.4興化橋北2004.9.2110：00~2004.9.229：00102448.42004.9.2210：00~2004.9.239：00103192.2渭惠渠（興化西橋口）2004.9.2017：000.37301342.832227.22004.9.2117：000.45551639.839355.22004.9.2217：000.37491349.632390.4注：小阜村橋口代表現狀流經污水處理廠的所有的污水情況，包括某城區污水，渭惠渠污水及興化廠部分的污水，興化橋北代表某市城區所有的污水。3.1.4近期規模確定綜合考慮調查統計日均排水量9.2萬噸和實際監測日均排水量9.76萬噸。調查數據中，重復計算和喲嘍部分大致相抵；實際監測數據中，排除干擾因素和偶然因素的影響，二者之間尚有一定的可比性。因此，某市污水處理廠規模定為10萬噸/日。一期處理規模為5萬噸/日，于2008年底完工，二期處理規模為5萬噸/日，于2012年完工。屆時某市日處理13.4平方公里內所有工業污水和生活污水（工業污水先由各企業先處理，達標后與城市污水交匯進入污水處理廠），從而改善某入渭河的水質狀況；另外目前某市的污水排放量雖然比較高，但是通過采取技術革新，改變生產工藝及提高水回用率等措施可以降低污水排放總量，因此規劃10萬噸的污水處理廠是比較合理和可行的。通過以上分析，確定本工程的建設規模為：擬建城市污水處理廠一期規模為5萬噸/日，遠期規模為10萬噸/日。3.2設計進水水質和出水水質3.2.1進水水質預測影響污水水質的主要因素有排水體制、污水管網的完善程度、城市化程度和生活水平的高低、排入城市污水管網系統的工業廢水的種類和數量、工業廢水處理率和處理程度的等。采用分流制排水體制、污水管網愈完善、城市化程度和生活水平愈高，城市污水的濃度相對較大；若采用合流制排水體制、污水管網愈不完善、山水雨水混入的水量愈大、城市化程度和生活水平愈低，城市污水的濃度就相對會較小。城市工業化程度愈高、城市污水中工業廢水所占比例越大、排入城市污水系統的工業廢水的種類和數量越多、工業廢水處理率及處理程度越低，工業廢水對城市污水的水質影響就越大。污水處理廠設計進水水質的確定，通常根據污水水質實測資料、《室外排水設計規范》、國內同類型城市污水處理廠進水水質及城市未來的發展等方面進行綜合考慮。某市污水水質情況，由于監測數據中氨氮的結果比較高（總排口平均值為91.96mg/l），其原因分析為某化肥廠所引起。據悉，2004年1月某環保公司采用I—BAF生物濾池技術對某化肥廠產生的高濃度氨氮廢水進行生物處理的中試，經過一個月的中試，氨氮去除率達到97.7%，氨氮從進水的幾千降到出水的5mg/l，達到了一級排放標準，因此，我們建議某化肥廠在廠內采取相應的環保措施，使得氨氮達標后再進入城市污水處理廠。這樣進入城市污水處理廠的氨氮就不會太高。另外監測結果中揮發酚的指標未超標，在設計水質中就不單獨作考慮。根據某市環境監測站得到的各個排放口污水水質和總排放口水質情況，某市城市污水現狀水質：BOD5=127.4mg/l；COD=287.5mg/l；NH3-N=91.7mg/l；SS=404.4mg/l；TP=5.0mg/l。考慮到某市與周邊城鎮發展態勢以及前景規劃有類似之處，因此，國內城市特別是鄰近地區的同類城市污水處理廠實際進水水質或設計水質對本污水處理廠設計進水水質的確定有著重要的參考意義。3.2.2設計進水水質根據某市環境監測站的監測數據和國內各同等城市污水處理廠的實測數據，結合當地的發展，同時環保部門加強對工業企業污染源的管理，擬定某市污水處理廠工程設計時進水水質按下表3—5計算。某市污水處理廠進水水質（單位：mg/l，℃）表3—5PHCODBOD5SS有機氮NH3-NT—P最低水溫最高水溫6~9400180250103058263.2.3設計出水水質3.2.3.1受納水體污水處理廠排放水體及出水水質要求由受納水體的功能區劃決定。水體功能區劃是區域水資源和水環境保護的宏觀控制指導性準則，原則上以GB8978-1996《污水綜合排放標準》、DB61-224-1996《渭河水系（陜西段）污水綜合排放標準》為依據。避免水體現行功能遭受破壞，污水受納水體的選擇，應：服從某市流域水污染控制重點水域和水環境保護目標適應流域內鎮區經濟發展規劃的要求優先保護集中式飲用水水源，與用涌水水源保持有足夠長的緩沖過渡區協調水體現狀功能與規劃功能的沖突合理利用水體的環境容量和自凈能力某市污水處理廠處理后尾水排入渭河，最后匯入黃河。3.2.3.2出水水質由于某市污水處理后排放水體為渭河，根據陜西省、某市水環境治理部門的要求，本設計采用二級處理工藝，在節省投資和降低運行費用的前提下，使處理后的廢水達到GB8978-1996《污水綜合排放標準》的二級標準，同時又必需達到DB61-224-1996《渭河水系（陜西段）污水綜合排放標準》的二級排放標準。具體執行按照當地環保局的要求進行，本方案確定的出水水質和有關標準的比較見下表3—6：表3—6相關標準的水質要求（單位：mg/l）項目CODBOD5NH3-N揮發酚T—PSSPH《污水綜合排放標準》12030250.51.0306—9GB8978-1996（二級）《渭河水系（陜西段）污水綜合排放標準》DB61-224-1996（二級）12030200.4修改后的城市污水排放標準GB18918—2002，（二級）3003年1003025（30）-3306—9本方案出水水質情況項目CODBOD5T-N糞大腸菌群數NH3-N揮發酚T-PSSPH本方案出水水質≤100≤30≤30≤1000≤20≤0.4≤3.0≤306—93.2.3.3進出水水質和去除率根據以上分析計算，污水處理廠的主要進出水水質指標與處理效果匯總如下表：污水處理廠進出水水質匯總表表3—7污染物進水濃度（mg/l）出水濃度（mg/l）去除率（%）BOD5180≤3083.3COD400≤10075SS250≤3088.0NH3-N30≤2033.3T-N40≤3025T-P5≤3.040糞大腸菌群數106—107≤1000個/L99.93.3大氣污染物排放要求根據設計現狀某市污水處理廠周邊用地情況，考慮大氣污染物排放執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）二級標準，同時還考慮改善廠區環境及對周邊環境的影響。某污水處理廠廢氣排放最高允許濃度如下表3—8。廠界廢氣排放最高允許濃度表3—8廢氣指標排放濃度氨硫化氫臭氣（無量綱）甲烷（廠區最高體積濃度）廢氣濃度（mg/L）1.00.03100.53.4設計采用的主要規范及標準《室外排水設計規范》（GB50014-2006）《室外給水設計規范》（GB50013-2006）《泵站設計規范》GB/T50265-97《給水排水工程設計與施工規范》《鼓風曝氣系統設計規程》CECS97：97《城市污水處理工程項目建設標準（修訂）2001》《城鎮污水處理廠附屬建筑和設備設計標準》CJJ31-89《城市污水處理廠運行、維護及安全技術規程》CJJ60-94《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）《污水排入城市下水道水質標準》CJ3082-1999《地表水環境質量標準》GB38380-2002《建筑結構荷載規范》GB50009-2001《混凝土結構設計規范》GB50010-2002《砌體結構設計規范》GB50003-2001《建筑樁基技術規范》JGJ94-94《建筑抗震設計規范》GB50011-2001《構筑物抗震設計規范》GB50191-93《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002《建筑基礎處理技術規范》JGJ79-91《建筑設計防火規范》GB50016-2006《供配電系統設計規范》GB50052-95《10KV及以下變電所設計規范》GB50053-94《低壓配電裝置及線路設計規范》GB5004-95《建筑防雷設計規范》GB50057-94《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》GB50058-92《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》GB50062-92《通風與空調工程施工及驗收規范》GB50243-97《環境空氣質量標準》GB3095-20013.5建設廠址的確定3.5.1廠址選擇的原則處理廠建設廠址選擇的原則是：符合“總規”和“分區規劃”；位于城市主導風向的下風向，并與城市居民點有一定的防護距離；建設部分與后期預留部分界限劃分應盡可能明晰，以便運行管理；近期施工、運行管理方便，遠期有發展余地；3.5.2廠址的確定某市污水處理廠廠址選擇主要考慮以下兩個原則：污水處理廠的位置符合城市規劃，原理城市水源地，并與周邊有一定的防護帶，接近收納水體，少占良田。污水廠應位于流域的下游，盡量利用坡度使污水自流到污水處理廠。根據以上原則，某市污水處理廠擬建于某市南部小埠村南面。該處北距某市邊緣（西寶中線）1.2km，南距西寶高速路0.7km，東南緊鄰排污渠，西邊為農田，地形開闊，地勢由西北向東南傾斜，地面高程405~415m，地處某市水源地的下游，且是某市所有污水的必經之地。水、電、路均方便，符合建廠條件。4配套截污干管介紹4.1排水體制4.2截流倍數4.3污水系統布置5污水、污泥處理工藝方案5.1污水處理工藝的功能要求污水處理工藝的選擇直接關系到處理后出水的水質指標能否穩定可靠地達到處理要求、運行管理是否方便、建設費用和運行費用是否節省，以及占地和能耗指標是否優化，因此，污水處理工藝方案的選擇是污水處理廠成功與否的關鍵。污水處理工藝的選擇應根據設計進水水質、處理程度要求、用地面積和工程規模等多因素進行綜合考慮，各種工藝都有其適用條件，應視工程的具體條件而定。選擇合適的污水處理工藝，不僅可以降低工程投資，且有利于污水處理廠的運行管理以及減少污水處理廠的常年運行費用，保證出廠水水質。根據第三章節對污水水質的分析，本工程要求的污水處理程度不是很高，對BOD5、CODcr、SS、NH3-N、TN、TP、糞大腸菌群的去除率要求分別達到83.3%、75%、88%、33.3%、25%、40%、99.99%。因此，某市污水處理廠的工藝要求進行有良好的脫氮除磷及去除有機物效果的二級生化處理，并且要進行深度處理。5.2污水可生化性分析污水處理方法大致可以分為物化法和生化法兩大類，其中生化法由于更經濟、更環保的原因成為規模較大的城市污水處理廠污水處理的首選方法。如若滿足生化處理條件，某市污水處理廠的污水處理也應該選擇生化法。一般而言，城市污水采用方法脫氮除磷處理時需要滿足以下條件：表5—1城市污水可生化與生物脫氮除磷標準序號項目要求1BOD5/CODcr≧0.32BOD5/TN≧3.03BOD5/TP≧20BOD5/CODcrBOD5/CODcr是判定污水可生化性是否可行的最簡便易行和最常用的方法。一般認為BOD5/CODcr>0.45時可生化性較好，BOD5/CODcr>0.3時為可生化，BOD5/CODcr<0.3時為較難生化，BOD5/CODcr<0.25時為不易生化。BOD5/TN（即C/N）C/N比值是判定能否有效生物脫氮的重要指標。從理論上講，C/N≧2.86就能進行脫氮，但一般認為，C/N≧3.0時才能有較高的脫氮效率。BOD5/TPBOD5/TP比值是判別能否生物除磷的主要指標。進水中的BOD5是作為營養物供除磷菌活動的基質，故BOD5/TP是衡量能否達到除磷的重要指標，一般認為該值要大于20，比值越大，除磷效果就越明顯。根據進水水質預測，某市污水廠進水水質有關指標比值與判別標準比較如下：表5—2進水水質可生化判別表序號進水水質判別指標判別結果1BOD5=150mg/LBOD5/CODcr進水：0.45滿足較好生化反應的條件標準：≧0.452CODcr=280mg/LBOD5/TN進水：4.5滿足條件標準：≧3.03TN=40mg/LBOD5/TP進水：36滿足條件標準：≧204TP=4.0mg/L由表5—2可以看出，某市污水處理廠污水處理方法選用生化法是可行的。5.2.1污水生化處理級數的選擇根據預測的進水水質可見，某市污水處理廠不僅需要對BOD5、CODcr、SS有較高的去除率，同時還對NH3-N、TN、TP提出了較高的要求，也即要求在去除常規污染的基礎上增加脫氮除磷。我國現行《室外排水設計規范》（GB50014-2006）給處理污水廠采用常規不同處理級數時對有關污染物的去除率，將某市污水處理廠要求的處理效率與之對比可得表5-3.表5-3某市污水處理廠需要效率與規范效率比較表序號處理級別主要工藝SS、BOD5去除率比較結果1SSBOD5本次要求2一級處理沉淀法40-5520-30≧88%≧83.3%不滿足要求3二級處理生物膜法60-9065-90接近要求活性污泥法70-9065-95接近要求由表中可以看出，常規二級處理工藝能有效地去除BOD5、CODcr和SS，但對氮和磷的去除是有一定限度的，僅從剩余污泥中排除氮和磷，氮的去除率約為10~20%，磷的去除率約為12~19%，達不到本工程對氮和磷去除率的要求。因此，需要采用污水脫氮除磷工藝。在常規二級處理工藝上除磷脫氮，對BOD5的去除將進一步提高，大量具備除磷脫氮功能的二級處理工藝工程實踐也表明對BOD5的去除可以達到95%以上，因此，對于BOD5而言，具備除磷脫氮功能的二級處理工藝可以滿足其去除要求。綜上分析，本工程污水處理工藝須以具有脫氮除磷的二級活性污泥法或生物膜法為基礎，增加進一步的高效或深度處理，方能保證出水水質穩定達標。活性污泥法在處理城市污水方面具有處理效果好、出水水質穩定、運轉經驗豐富等優點。是目前國內外大多數城市污水處理廠所普遍采用的方法。5.2.2處理重點及難點分析污水處理廠的工藝選擇與設計主要圍繞重點處理項目進行。BOD5某市污水處理廠要求的出水BOD5指標為≤30mg/L，相應的最低去除率為83.3%。從目前采用的一些污水處理工藝來看，處理后BOD5濃度可消減90%以上，再加上本工程由于除磷脫氮高效處理過程對BOD5的進一步消減，完全能夠保證BOD5出水濃度低于30mg/L，因此，BOD5不是本工程的重點處理項目。CODcrCODcr與BOD5的去除基本同步，在本工程中，出水CODcr達到要求值100mg/L以下，去除率為75%，實現容易，因此CODcr的去除不是本工程的處理重點。SS本工程要求出水SS濃度小于30mg/L，相應去除率為88%。常規的二級處理一般就能使出水SS濃度達到低于20mg/L，但是難以達到穩定在10mg/L以下，但是，出水SS的濃度高低直接影響到出水水質的CODcr、BOD5、P等，因此，SS是本工程的重點處理項目。NH3-N由于該工程出水按照二級出水標準執行，即NH3-N出水濃度小于20mg/L。不考慮進水有機氮、出水有機氮等影響因素，其去除率要求大于33.3%。污水處理廠進水氨氮的去除主要靠消化過程來完成，由于氨氮的硝化過程遠比碳的氧化過程緩慢，硝化將成為生化處理好氧單元設計的控制因素。對于本工程而言，氨氮基本上要求比較完全硝化才能達到出水標準，但是本工程要求不是很高，因此，NH3-N不是本工程的重點難點處理項目。TN本工程要求出水TN小于30mg/L，相應的去除率為25%，要求相對不是很高。污水處理廠進水TN的去除主要在硝化充分的基礎上靠反硝化過程來完成，工程上通過缺氧階段來實現，反硝化成為缺氧池設計的控制因素，但是25%的去除率在常規生化反映中就可以達到，因此，TN也不是本工程的重點處理項目。TP本工程要求出水TP濃度為小于3.0mg/L，相應的去除率為40%。一般而言，通過具有脫氮除磷效果的生化處理后，出廠水質中磷含量可以達到接近1mg/L，但是難以穩定在0.5mg/L以下，而本工程要求在3.0mg/L即可，因此，TP也不是本工程的重點處理項目。綜上所述，根據某市污水處理廠進出水水質，處理率要求較高的為CODcr、BOD5以及SS，即重點處理項目為CODcr、BOD5、SS。5.2.3污染物的去除SS的去除污水中SS的大部分去除主要靠沉淀作用，進一步的去除靠過濾。污水中的無機顆粒和大尺度的有機顆粒靠自然沉淀左右就可以去除，小尺度的有機顆粒靠微生物降解左右去除，而小尺度的無機顆粒（包括尺度大小在膠體和亞膠體范圍內的無機顆粒）則要靠活性污泥絮體的吸附、網絡作用，與活性污泥絮體同時沉淀被去除。污水處理廠出水中懸浮物濃度不僅涉及到出水SS指標，還因為組成出水懸浮物的主要是活性污泥絮體，其本身的有機成分就很高，因此對出水的BOD5、COD等指標也有著很大的影響，所以控制污水處理廠出水的SS指標是最基本的，也是很重要的。為了降低出水中的懸浮物濃度，應在工程中采取適當的措施，如采用適當的污泥負荷（F/M值）以保保持性污泥的凝聚及沉降性能，投加藥劑，采用較小的沉淀池表面負荷、采用較低的出水堰負荷，充分利用活性污泥懸浮層的吸附網絡作用以及增加過濾環節等。在污水處理方案選用合理、工藝參數取值合理，單體設計優化的條件下，完全能夠使出水SS達到設計要求。BOD5的去除污水中BOD5的去除是靠微生物的吸附和代謝作用，然后對污泥和水進行分離來完成的。活性污泥中的微生物在有氧的條件下將污水中的一部分有機物用于合成新的細胞，將另外一部分有機物進行分解代謝以便或得細胞合成所需的能量，其最終產物是CO2和H2O等穩定物質。在這種合成代謝與分解代謝的過程中，溶解性有機物（如低分子有機酸等易講解有機物）直接進入細胞內被利用，而非溶解性有機物則首先被吸附在微生物表面，然后被酶水解后進入細胞內部被利用。由此可見，微生物的好氧代謝作用對污水中的溶解性有機物和非溶解性有機物都起作用，并且代謝產物是無害的穩定物質。根據有關資料，在污泥負荷0.15kgBOD5/kgMLSS.d以下且同時生化除磷脫氮時，就很容易使得出水BOD5達到要求。CODcr的去除污水中CODcr去除的原理與BOD5基本相同。CODcr的去除率取決于塬污水的可生化性，它與城市污水的組成有關。對于那些主要以生活污水及其成分與生活污水相近的工業廢水組成的城市污水，這種城市污水的BOD5/CODcr比值往往接近0.5甚至大于0.5，其污水的可生化性較好，出水CODcr值可以控制在較低水平。而成分主要以工業廢水為主的城市污水，或BOD5/CODcr比值較小的城市污水，其污水的可生化性較差，處理后污水中剩余的CODcr會較高，要滿足出水CODcr≤100mg/L有一定難度。某市污水處理廠進水BOD5/CODcr=0.45，污水的可生化性較好，采用二級處理工藝完全能滿足CODcr≤100mg/L設計排放的要求。氮的去除氮在水體中是藻類生長所需的營養物質，容易引起水體的富營養化，因此氮是污水處理廠出水的控制指標之一。污水脫氮方法主要有生物脫氮和物理化學脫氮兩大類。目前生物脫氮是主體，也是城市污水處理中經濟和常用的方法。物理化學脫氮主要是折點氯化法、選擇性離子交換法、空氣吹脫法等。國外從六十年代開始對污水脫氮的方法進行了大量的研究，結果認為物理化學法脫氮從經濟、管理等方面均不適宜在大中型城市污水處理廠中使用，因此，本工程以生物脫氮法為主。氮是蛋白質不可缺少的組成部分，因此廣泛存在于城市污水中。在原污水中，氮以NH3-N及有機氮的型式存在，這兩種形勢的氮合在一起稱為凱氏氮，用TKN表示。而污水中的NO3—和NO2—量很少。氮也是構成微生物的元素之一，一部分進入細胞體內的氮將隨剩余污泥一起從水中去除，這部分氮量占所去除的BOD5的5%。生物除氮是通過硝化、反硝化過程實現。硝化過程為好氧過程，在有機物貝氧化的同時，污水中的有機氮也被氧化成氨氮，并且在溶解氧充足、泥齡足夠廠的情況下被進一步氧化成硝酸鹽，其反應方程式如下：NH4++1.5O2NO2—+2H++H2ONO2—+0.5O2NO3—第一步反應靠亞硝酸菌完成，第二步反應靠硝化菌完成，總的反應為：NH4++2O2NO3—+2H++H2O經過好氧生物處理后的污水，其中大部分的凱氏氮都被氧化成為硝酸鹽（NO3—），反硝化菌在溶解氧濃度極低或缺氧情況下可以利用硝酸鹽中氮作為電子受體，氧化有機物，將硝酸鹽中的氮還原成氮氣（N2），從而完成污水的脫氮過程，通常稱之為反硝化過程。反硝化菌的生長主要在缺氧條件下進行，并且要有充足的碳源提供能量，才可以促使反硝化作用順利進行。由此可見，要達到生物脫氮的目的，完成硝化是先決條件。因為硝化菌屬于自養菌，其生長率μs明顯小于異養菌的生長率μh，生物脫氮系統維持硝化的必要條件μs≧μh，即系統必需維持在較低的污泥負荷條件下運行，使得污泥的泥齡大于維持硝化所需要的最小泥齡。根據大量的實驗數據和運轉實例，設計污泥負荷≤0.15kgBOD5/kgMLSS.d時，就可以達到硝化及反硝化的目的；污泥負荷≤0.11kgBOD5/kgMLSS.d時，就可以使出水氨氮濃度不高于5mg/L，TN濃度不高于15mg/L。磷的去除將磷從污水中去除，可以采用化學法，也可以采用生物法。常規二級處理工藝磷的去除率僅為12~19%，達不到本工程的要求。化學除磷主要是向污水中投加藥劑，使藥劑與水中溶解性磷酸鹽形成不溶性磷酸鹽沉淀物，然后通過固液分離將磷從污水中去除。固液分離可以單獨進行，也可以與除沉污泥和二沉污泥的排入相結合。按工藝流程中化學藥劑投加點的不同，化學沉淀除磷工藝可分為前置沉淀、同步沉淀和后置沉淀三種類型。前置沉淀的藥劑投加點是除池前，形成的沉淀物與除沉污泥一起排除；同步沉淀的藥劑投加點在曝氣池中，曝氣池出水處或在二沉池的進水處，形成的沉淀物與剩余污泥一起排除；后置沉淀的藥劑投加點設在二沉池之后的混合池中，形成的沉淀物通過另設的固液分離裝置進行分離。化學除磷的藥劑主要有鐵鹽、鋁鹽和石灰。以硫酸鋁和三氯化鐵、硫酸亞鐵混凝劑為例，金屬鹽與水中的磷酸鹽的反應可以表示如下：硫酸亞鐵混凝劑：3Fe2++2PO43-=Fe(PO4)2三氯化鐵混凝劑：主反應：FeCl3+PO43-FePO4+3Cl-副反應：2FeCl3+3Ca(HCO3)22Fe(OH)3+3CaCl2+6CO2硫酸鋁混凝劑：主反應：Al2+(HSO4)3.14H2O+2PO43-2AlPO4+3SO42-+14H2O副反應：Al2+(HSO4)3.14H2O+6HCO3-2Al(OH)3+3SO42-+14H2O+6CO2可見，鐵鹽和鋁鹽均能與磷酸跟離子（PO43-）作用生成難溶性的沉淀物，通過去除這些難溶性沉淀物去除水中的磷。按照德國規范ATV-A131的規定，一般去除1kg的磷需要投加2.7kg鐵或1.3kg鋁。對特定的污水，金屬鹽投加量需通過試驗確定，進水TP濃度和期望的除磷率不同，相應的投加量也不同。化學除磷方法的泥產量將增加，僅由沉淀劑與磷酸根和氫氧根結合生成的干泥量為2.3kgTs/kgFe或3.6kgTs/kgAl，除此之外，還要考慮附帶的其他沉淀物，因此，在實際應用中按每kg用鐵量產生2.5kg污泥或每kg用鋁量產生4.0kg污泥來計算泥量。在初沉池投加化學藥劑，初沉池產泥量將增加50~100%，如設后續生物處理，則全廠污泥量增加60~70%；在二沉池投藥，活性污泥量增加35~45%，全廠污泥量將增加10~25%。因此，化學藥劑的投加使沉淀污泥的產量增加、濃度降低、污泥體積增大，使污泥處理的難度增加。采用化學除磷時還應考慮污泥處理與處置的費用。生物除磷是污水中的聚磷菌在厭氧環境并有充足營養的條件下，受到壓抑而釋放出體內的磷酸鹽，產生能量以吸收快速降解有機物，并轉化為PHB（聚β烴丁酸）儲存起來。當這些聚磷菌進入好氧條件下時就講解體內儲存的PHB產生能量，用于細胞的合成和過量吸磷，形成高磷濃度污泥，隨剩余污泥一起排出系統，從而達到除磷的目的。生物除磷的優點在于不增加剩余污泥量，處理成本較低。缺點是未了避免剩余污泥中的磷再次釋放，對污泥處理工藝的選擇有一定的限制。在厭氧階段釋放1mg的磷吸收儲存的有機物，經好氧分解后產生的能量用于細胞合成、增殖，能夠吸收2~2.4mg的磷。因此磷的吸收取決于磷的釋放，而磷的釋放取決于污水中存在的課快速降解的有機物的含量，有機物與磷的比值越大，除磷效果就越好。一般的活性污泥法，其剩余污泥中的含磷量為1.5~2%，采用生物除磷工藝的剩余活性污泥中磷的含量可以達到傳統活性污泥法2~3倍，在設計中往往采用2~4%。生物除磷工藝的前提是聚磷菌必需在厭氧條件下優勢增長，而后進入好氧階段才能增大磷的吸收量。因此，污水除磷的處理工藝必需在曝氣池前段設置厭氧段，并對污泥中糖的含量進行控制。生物除磷工藝對磷的去除可以達到出水含磷1.0mg/L以下；輔以化學除磷的話，可以保證出水水中磷濃度不高于0.5mg/L。5.3生物脫氮除磷基本原理國外從六十年代開始系統地進行了脫氮除磷的物理處理方法研究，結果認為物理法的缺點是耗藥量打、污泥多、運行費用高等。因此，城市污水處理廠一般不推薦采用。從七十年代以來，國外開始研究并逐步采用活性污泥法生物脫氮除磷。我國從八十年代開始研究生物脫氮除磷技術，在八十年代后期逐步實現工業化流程。目前，常用的生物脫氮除磷工藝有A2/O法、SBR法、氧化溝法等。生物脫氮原理生物脫氮是利用自然界氮的循環原理，采用人工方法予以控制，首先，污水中的含氮有機物轉化成氨氮，而后在好氧條件下，由硝化菌左右變成硝酸鹽氮，這階段稱為好氧硝化。隨后在缺氧條件下，由反硝化菌作用，并有外加碳源提供能量，使硝酸鹽氮變成氮氣逸出，這階段稱為缺氧反硝化。整個生物脫氮過程就是氮的分解還原反應，反應能量從有機物中獲取。在硝化和反硝化過程中，影響其脫氮效率的因素是溫度、溶解氧、PH值以及碳源，生物脫氮系統中，硝化菌增長速度較緩慢，所以，要有足夠的污泥泥齡。反硝化菌的生長主要是在缺氧條件下進行，并且要用充裕的碳源提供能量，才可促使反硝化作用順利進行。由此可見，生物脫氮系統中硝化與反硝化反應需要具備如下條件：硝化階段：足夠的的溶解氧，DO值在2mg/L以上，合適的溫度，最好在20℃，不能低于10反硝化階段：硝酸鹽的存在，缺氧條件DO值在0.2mg/L左右，充足碳源（能源），合適的PH條件。生物脫氮過程如圖5—1所示。N2NH3-—NNH4+—N2NH3-—NNH4+—N含氮有機物（氨化作用）（硝化作用）（反硝化作用）生物除磷原理 磷常以磷酸鹽（H2PO4-、HPO42-和H2PO43-)、聚磷酸鹽和有機磷的形式存在于廢水中，生物除磷就是利用聚磷菌，在厭氧狀態釋放磷，在好氧狀態從外部攝取磷，并將其以聚合形態儲藏在體內，形成高磷污泥，排出系統，達到從廢水中除磷的效果。生物除磷主要是通過排出剩余污泥而去除磷的，因此，剩余污泥多少將對除磷效果產生影響，一般污泥齡短的系統產生的剩余污泥量較多，可以取得較高的除磷效果。有報道稱，當泥齡為30d時，除磷率為40%，泥齡為17d時，除磷率為50%，而當泥齡降至5d時，除磷率達到87%。大量的試驗觀測資料已經完全證實，再說橫無除磷工藝中，經過厭氧釋放磷酸鹽的活性污泥，在好氧狀態下有很強的吸磷能力，也就是說，磷的厭氧釋放是好氧吸磷和除磷的前提，但并非所有磷的厭氧釋放都能增強污泥的好氧吸磷，磷的厭氧釋放可以分為兩部分：有效釋放和無效釋放，有效釋放是指磷被釋放的同時，有機物被吸收到細胞內，并在細胞內儲存，即磷的釋放是有機物吸收轉化這一耗能過程的偶聯過程。無效釋放則不伴隨有機物的吸收和儲存，內源損耗，PH變化，毒物作用引起的磷的釋放均屬無效釋放。在除磷系統的厭氧區中，含聚磷菌的會留污泥與污水混合后，在初始階段出現磷的有效釋放，隨著時間的延長，污水中的易降解有機物被耗完以后，雖然吸收和儲存有機物的過程基本上已經停止，但微生物為了維持基礎生命活動，仍將不斷分解聚磷，并把分解產物（磷）釋放出來，雖然此時釋磷總量不斷提高，但單位釋磷量所產生吸磷能力隨無效釋放量的加大而降低。一般來說，污水污泥混合液經過2小時厭氧后，磷的釋放已經甚微，在有效釋放過程中，磷的釋放量與有機物的轉化量之間存在著良好的相關性，磷的厭氧釋放可使污泥的好氧吸磷能力大大提高，每厭氧釋放1mgP，在好氧條件下可吸收2.0~2.24mgP，厭氧時間加長，無效釋放逐漸增加，平均厭氧釋放1mgP，所產生的好氧吸磷能力降至1mgP以下，甚至達到0.5mgP。因此，生物除磷并非厭氧時間越長越好，同時在運行管理中要盡量避免PH的沖擊，否則除磷能力將大幅度下降，甚至完全喪失，這主要是由于PH降低時，會導致細胞結構和功能損壞，細胞內聚磷在在酸性條件下被水解，從而導致磷的快速釋放。5.4污水生物脫氮除磷工藝類別所有生物除磷脫氮工藝都包含厭氧、缺氧、好氧三個不同過程的膠體循環。按照構筑物的組成形式、運行性能以及運行操作方式的不同，又分為懸浮型活性污泥法和固著型生物膜法兩大類，應用于城市污水廠的懸浮型活性污泥法污水處理工藝主要有三個系列：（1）氧化溝系列；（2）A2/O系列；(3)序批式反應器（SBR）系列。各個系列不斷地發展、改進，形成了目前比較典型的工藝有：A/O工藝，改良A2/O工藝、UCT工藝、改良UCT工藝、CARROUSEL-2000氧化溝工藝、雙溝式DE氧化溝工藝、三溝式T型氧化溝工藝、VIP工藝、倒置A2/O工藝、ORBAL氧化溝工藝、CAST工藝、SBR工藝、CASS工藝、MSBR工藝等。應用于城市污水處理廠的固著型生物膜法工藝主要包括：（1）BAF生物濾池；（2）BIOFOR生物濾池。除了上面所提到的城市生活污水處理廠的三大系列污水處理工藝外，目前國外采用了一種全新的先進工藝技術，深井曝氣的高效好氧處理法，處理工藝名稱稱作VT工藝，是加拿大諾曼公司在原有深井曝氣的基礎上研究改進的一種全新的高效好氧活性污泥法水處理工藝。該工藝以其處理效果好、占地面積小、維修及與運行費用低以及環保等優勢已經在西方國家大量采用，并取得了很好的經濟效益和社會效益。5.4.1氧化溝工藝系列目前在國內外較為流行的氧化溝有：卡羅塞爾氧化溝、奧伯爾氧化溝、雙溝式氧化溝、三溝式氧化溝。氧化溝是活性污泥法的一種改進型，具有除磷脫氮功能，其曝氣池為封閉的溝渠，廢水和活性污泥的混合液在其中不斷的循環流動，因此氧化溝又名“連續循環曝氣法”。過去由于其曝氣裝置動力小，使池深及充氧能力收到限制，導致占地面積大，土建費用高，使其推廣及運用收到影響。近十年來由于曝氣裝置的不斷改進、完善及池型的合理設計，彌補了氧化溝過去的缺點。卡羅塞爾氧化溝卡羅塞爾氧化溝是荷蘭DHV公司開發的。該工藝在曝氣渠道端部裝有低速表面曝氣機。在曝氣渠內用隔板分格，構成連續渠道。表曝機把水推向曝氣區，水流連續經過幾個曝氣去后經堰口排出。為了保證溝中流速，曝氣渠的幾何尺寸和表曝機的設計是至關重要的，DHV公司往往要通過水力模型才能確定工程設計。最近DHV公司又開發了卡羅塞爾2000型，把厭氧/缺氧/好氧與氧化溝循環式曝氣渠巧妙的結合起來，改變了原調節性差，除磷脫氮效果低的缺點，但水力設計更為復雜。卡魯賽爾氧化溝的缺點是池深較淺，一般為4.0m，占地面積大，土建費用高。也有將卡魯賽爾氧化溝池深設計為6m或更深的情況，但需采用潛水推流器提供額外動力。DE型氧化溝和T型氧化溝雙溝式（DE型）氧化溝和三溝式（T型）氧化溝是丹麥克魯格公司開發的。DE型氧化溝為雙溝組成，氧化溝與二沉池分建，有獨立的污泥回流系統，DE型氧化溝可按除磷脫氮（或脫氮）等多種工藝進行。雙溝式氧化溝是由兩個容積相同，交替進行的曝氣溝組成。溝內設有轉刷和水下攪拌器，實現硝化過程，由于周期性的變換進、出水方向（需啟閉進出水堰門）和變換轉刷和水下攪拌器的運行狀態，因此必需通過計算機控制操作，對自控要求較高。三溝式氧化溝集曝氣沉淀于一體，工藝更為簡單。三溝膠體進水，兩外溝交替出水，兩外溝分別作為曝氣或沉淀交替運行，不需設二沉池和回流污泥設備，同DE型氧化溝相同，需要的自動化程度高。由于這兩種氧化溝采用轉刷曝氣，池深較淺，占地面積大。雙溝式和三溝式由于各溝交替進行，明顯的缺點是設備利用率低，三溝式的設備利用率只有58%，設備配置多，使一次性設備投資大。奧伯爾氧化溝奧伯爾氧化溝是氧化溝類型中的重要形式，此法起初是由南非的修斯曼構想，南非國家水研究所研究和發展的，該技術轉讓給美國的Envirex公司后得到的不斷的改進及推廣應用。奧伯爾氧化溝是橢圓形的，通常有三條同心曝氣渠道（也有兩條或更多條渠道）。污水通過淹沒式進水口從外溝進入，順序流入下一條渠道，由內溝道排出。奧伯爾氧化溝具有同時硝化、反硝化的特性，在氧化溝前面增加一座厭氧選擇池，便構成了生物除磷脫氮系統。污水和回流污泥首先進入厭氧選擇池，停留時間約1小時，在厭氧池中完成磷的釋放，并改善污泥的沉降性，然后混合液進入氧化溝內進行硝化、反硝化，實現除磷脫氮。奧伯爾氧化溝的缺點是池深較淺，一般為4.3m左右，占地面積交大，因為池形為橢圓形，對土地的有效利用率較差。綜上所述，氧化溝具有池深淺，占地面積大的缺點；又因采用表面曝氣，具有充氧效率較低的缺點。5.4.2A2/O工藝系列傳統A2/O工藝A2/O工藝是一種典型的除磷脫氮工藝，其生物反應池由ANAEROBIC（厭氧）、ANOXIC（缺氧）和OXIC（好氧）三段組成，其典型工藝流程見圖5—2，其特點是厭氧、缺氧和好氧三段功能明確，界限分明，可根據進水條件和出水要求，人為地創造和控制三段的時空比例和運轉條件，只要碳源充足（TKN/COD≤0.08或BOD/TKN≧4），便可根據需要達到表較高脫氮率。常規生物脫氮除磷工藝呈厭氧（A1）/缺氧(A2)/好氧(O)的布置型式。該布置在理論上基于這樣一種認識，即：聚磷微生物有效釋磷水平的充分與否，對于提高系統的除磷能力具有極端重要的意義，厭氧區在前可以使聚磷微生物優先獲得碳源并得以充分釋磷。常規A2/O工藝存在以下三個缺點：（1）由于厭氧區居前，回流污泥中的硝酸鹽對厭氧區產生不利影響；（2）由于缺氧區位于系統中部，反硝化在碳源分配上居于不利位置，因而影響了系統的脫氮效果；（3）由于存在內循環，常規工藝系統所排放的剩余污泥中實際只有一少部分經歷了完整的放磷、吸磷過程，其余則基本上未經厭氧狀態而直接由缺氧區進入好氧區，這對于系統除磷是不利的。二沉池厭氧池（A)好氧池（O）缺氧池（A）進水出水二沉池厭氧池（A)好氧池（O）缺氧池（A）混合液回流活性污泥回流圖5—2A2/O工藝流程圖改良A2/O工藝為了解決A2/O工藝的第一個缺點，即由于厭氧區居前，回流污泥中的硝酸鹽對厭氧區產生不利影響，改良A2/O工藝在厭氧池之前增設缺氧調節池，改良A2/O工藝流程如流程圖5—3所示，來自二沉池的回流污泥和10%左右的進水進入調節池，停留時間為20~30min，微生物利用約10%進水中有機物去除回流硝態氮，消除硝態氮對厭氧池的不利影響，從而保證厭氧池的穩定性，保證除磷效果。該工藝簡便易行，在厭氧池中分出一格作為回流污泥反硝化池即可。生產性試驗結果表明，該工藝的處理效果與改良的UCT相同甚至優于改良UCT，并節省一個回流系統。改良A2/O工藝在深圳華為污水處理廠及山東泰安城市污水處理工程中已經有成功應用。90%混合液回流出水二沉池好氧池缺氧池厭氧池10%調節池進水出水二沉池好氧池缺氧池厭氧池10%調節池活性污泥回流圖5—3改良A2/O工藝流程圖UCT工藝UCT工藝的流程見圖5—4所示，該工藝與A2/O工藝的區別在于，回流污泥首先進入缺氧段，而缺氧段部分出流混合液再回流至厭氧段。通過這樣的修正，可以避免因回流污泥中的NO3-N回流至厭氧段，干擾磷的厭氧釋放，而降低磷的去除率。回流污泥帶回的NO3-N將在缺氧段中被反硝化。當入流污水的BOD5/TKN或BOD5/TP較低時，較適用UCT工藝。混合液回流混合液回流二沉池厭氧池（A)好氧池（O）缺氧池（A）進水出水二沉池厭氧池（A)好氧池（O）缺氧池（A）活性污泥回流圖5—4UCT工藝流程圖MUCT工藝MUCT工藝的流程如圖5—5所示。該工藝是在UCT工藝的基礎上，將缺氧段一分為二，形成兩套獨立的內回流。因而，MUCT是UCT的改良工藝。進行這樣的改良，與UCT相比有兩個優點：一是克服UCT工藝中不易控制缺氧段的停留時間，二是避免控制不當，DO仍會影響厭氧區。MUCT工藝缺點主要有：MUCT工藝比傳統A2/O工藝多了一級污泥回流，因此系統的復雜程度和自控要求有所提高，耗能有所增加。設兩個單獨的缺氧池，一座缺氧池專門用于去除外回流帶來的硝酸鹽，增加了缺氧池體積。與A2/O工藝類似，剩余污泥只有一部分經歷了完整的放磷、吸磷過程，部分直接經缺氧、好氧后沉淀。與A2/O工藝類似，反硝化在碳源分配上處于不利地位，影響系統的脫氮效果。混合液回流混合液回流缺氧池1厭氧池出水二沉池好氧池缺氧池2進水缺氧池1厭氧池出水二沉池好氧池缺氧池2活性污泥回流圖5—5MUCT工藝流程圖倒置A2/O工藝為了克服上述各個工藝流程的幾大缺點，產生了倒置A2/O工藝，工藝流程見圖5—6。為避免傳統A2/O工藝回流硝酸鹽對厭氧池放磷的影響，通過吸收改良A2/O工藝優點，將缺氧池置于厭氧池前面，來自二沉池的回流污泥和30~50%的進水，50~150%的混合液回流均進入缺氧段，停留時間為1~3h。回流污泥和混合液在缺氧池內進行反硝化，去除硝態氮，再進入厭氧段，保證了厭氧池的厭氧狀態，強化除磷效果。由于污泥回流至缺氧段，缺氧段污泥濃度較好氧段高出50%。單位池容的反硝化速率明顯提高，反硝化作用能夠得到有效保證。再根據不同進水水質，不同季節情況下，生物脫氮和生物除磷所需碳源的變化，調節分配至缺氧段和厭氧段的進水比例，反硝化作用能夠得到有效保證，系統中的除磷效果也有保證。50~70%二沉池缺氧池（A)好氧池（O）厭氧池（A）進水出水二沉池缺氧池（A)好氧池（O）厭氧池（A）30~50%混合液回流活性污泥回流圖5—6分點進水倒置A2/O工藝流程圖分點進水倒置A2/O工藝采用矩形的生物池，設缺氧段、厭氧段及好氧段，用隔墻分開，采用推流式。缺氧段、厭氧段設置水下攪拌器，好氧段設微孔曝氣系統。為能達到硝化階段，選擇合理的污泥齡。5.4.3SBR工藝系列MSBR（改良型SBR）MSBR是80年代后期發展起來的技術，目前其中的專利技術歸美國芝加哥附近的AquaAEROBICSYSTEM，Inc所有。MSBR是連續進水、聯系出水的反應器，其實質是A2/O系統后接SBR，因此具有A2/O的生物除磷脫氮功能和SBR的一體化、流程簡潔、控制靈活等優點。MSBR系統原理圖見表5—7。SBR池SBR池