新农村一体化污水处理站及成套设备设施可行性研究报告Word格式.docx
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d)l、污水处理量按用水量的70%计.
1.3.4处理站处理量计算
每座污水处理站处理污水量计算公式如下:
污水量Q=人均综合生活污水量指标q×
人口数N
经计算l、本村总处理污水量约为305m3/d.
1.4进、出水水质
设计原水为生活污水l、因此进入反应池的水质按照一般生活污水设计l、各项指标见下表;
表1.1设计进水水质
水质指标
COD
(mg/L)
BOD5
SS
NH4+-N
TN
TP
进水水质
400
200
220
35
40
5.0
出水水质需满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中“一级B”标准.具体指标见下表;
表1.2设计出水水质
NH3-N
执行一级B标准
≤60
≤20
≤8(15)*
≤15
≤1
*括号外数值为水温>
12℃时的控制指标l、括号内数值为水温≤12℃时的控制指标.
2工艺处理技术原理
2.1工艺方案选择原则
工艺能否达到各项出水指标的要求;
工艺是否可靠;
工艺方案造价的高低;
运行管理是否方便;
运行成本的高低;
现场条件是否允许等.根据出水水质要求l、处理工艺主要以去除污水中的COD、BOD5、SS、TN、TP、NH4+-N等污染物为目的.目前l、国内城市污水处理厂大多采用二级生化污水处理工艺及深度处理工艺l、一般为活性污泥法及其变型工艺处理城市污水l、这类工艺工程实际使用历史最长、应用最为广泛、可靠度高、运行费用低、运行管理经验最为丰富l、部分脱氮除磷工艺对TN、TP的去除效果很高l、但要达到高标准的污水深度处理仍有一定困难.
2.2生物处理的可行性分析
2.2.1悬浮物的去除及分离
一般采用物理方法——主要通过格栅拦截、设置沉砂池等手段去除废水中大块悬浮物和砂粒等物质.污水中的无机颗粒和大直径的有机颗粒靠自然沉淀作用就可去除l、细小直径及胶体有机颗粒靠微水解及生物降解作用去除l、而小直径的无机颗粒(包括尺度大小在胶体和亚胶体范围内的无机颗粒)则要靠活性污泥絮体的吸附、网罗作用l、与活性污泥絮体同时沉淀去除.
出水悬浮物浓度不单涉及到出水SS指标l、且出水的BOD5、COD等指标也与之有关.这是因为组成出水悬浮物的主要活性污泥絮体l、其本身的有机成份就很高l、因此较高的出水悬浮物含量会使得出水的BOD5、COD均增加.因此l、控制污水厂出水的SS指标是最基本的l、也是很重要的.
为了降低出水中的悬浮物浓度l、在普通活性污泥法工艺中采取适当的措施l、例如采用适当的污泥负荷以保持活性污泥的凝聚及沉降性能l、采用较小的二次沉淀池表面负荷l、采用较低的出水堰负荷l、充分利用活性污泥悬浮层的吸附网罗作用等.在再生水回用处理工艺方案选用合理、工艺参数取值适当和单体设计优化的条件下l、活性污泥法工艺完全能够使出水SS指标达到20mg/L以下.
2.2.2有机污染物的可生化性分析
污水中有机污染物主要以BOD5、COD表示l、它们的去除主要是靠微生物的吸附作用和生物代谢作用l、然后通过对泥水分离来完成的.
活性污泥中的微生物在有氧的条件下将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞l、将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量l、其最终产物是CO2和H2O等稳定物质.在这种合成代谢与分解代谢过程中l、溶解性有机物(如低分子有机酸等易降解有机物)直接进入细胞内部被利用l、而颗粒有机物则首先被吸附在微生物表面l、然后被酶水解后进入细胞内部被利用.由此可见l、微生物的好氧代谢作用对污水中的溶解性有机物和非溶解性有机物都起作用l、并且代谢产物是无害的稳定物质.因此l、可以使处理后污水中的残余BOD5浓度很低.
BOD5/COD值是鉴定污水可生化性的最简便易行和最常用的方法l、一般认为BOD5/COD>
0.40可生化性较好l、BOD5/COD<
0.3较难生化l、BOD5/COD<
0.25不易生化.
城市污水的可生化性l、与污水的成分有关.对于那些主要是生活污水及其成分与生活污水相近的工业废水组成的城市污水l、这种城市污水的BOD5/COD比值往往接近0.5甚至大于0.5l、其污水的可生化性较好l、无需设置特殊处理构筑物l、其出水COD值即可控制在较低的水平.本工程进水BOD5/COD=200/400=0.5l、可生化性较好l、可以采用生化处理方法去除有机物.
2.2.3生物脱氮除磷
污水脱氮除磷可供选择的处理方法通常有生物处理法及物理化学法两大类.国外从六十年代开始曾系统地进行了脱氮除磷的物化处理方法研究l、结果认为物化法的特点是耗药量大、污泥产量多、运行费用高等l、因此l、城市污水处理厂一般不推荐采用.从七十年代以来l、国外开始研究并逐步采用活性污泥法生物脱氮除磷.我国从八十年代初开始研究生物脱氮除磷技术l、在八十年代后期逐步实现工业化流程l、目前l、国内新建及改扩建的污水处理工程大多数都采用活性污泥法生物脱氮除磷工艺.
生物脱氮基本原理:
污水中的有机氮、蛋白氮等在好氧或无氧条件下首先被氧化或水解转化为氨氮l、然后在好氧自养硝化菌的作用下氧化为硝酸盐氮l、此阶段称为好氧硝化.随后在缺氧条件下l、由反硝化菌作用l、并由存在的碳源提供电子及质子l、硝态氮作为电子受体l、使硝态氮还原成氮气从污水中逸出l、此阶段称为缺氧反硝化.
在硝化与反硝化过程中l、影响其脱氮效率的因素是温度、溶解氧、pH值以及反硝化碳源浓度.生物脱氮系统中l、硝化菌增长速度较缓慢l、所以l、要有足够的污泥龄.反硝化菌的生长主要在缺氧条件下进行l、并且要有充足的碳源作为电子供体l、才可促使反硝化作用的顺利进行.
按照上述原理l、要进行污水的生物脱氮l、必须具有缺氧/好氧过程l、可组成缺氧池和好氧池;
也可在一座生物池的不同阶段创造缺氧、好氧环境;
即都需要有缺氧/好氧(AN/O)系统.系统设计中需要控制的几个主要参数就是足够长的污泥龄和进水的碳氮比.
生物除磷基本原理:
生物除磷是利用污水中的聚磷菌在厌氧条件下l、受到压抑而释放出体内的磷酸盐l、产生能量用以吸收快速降解有机物(VFA)l、并转化为PHB(聚B羟丁酸)储存起来.当这些聚磷菌进入好氧条件时就降解体内储存的PHB产生能量l、用于细胞的合成和过量吸收污水中溶解的磷以储存能量l、形成含磷量高的污泥l、随剩余污泥一起排出系统l、从而达到除磷的目的.
影响生物除磷的因素是要有厌氧条件(混合液中既无溶解氧DO=0l、也无结合氧-如硝酸盐)l、同时要有可快速降解的有机物l、BOD5/P比值恰当.生物除磷系统一般要求较短的污泥龄l、以便使含磷污泥快速排出系统.
按照上述原理l、要进行生物除磷必须具备厌氧过程l、如在生物脱氮系统前设置一个厌氧池l、这样就形成A2/O系统l、即厌氧-缺氧-好氧生物脱氮系统.
本项目生物脱氮除磷的可行性:
根据进水水质及出水水质要求可知l、本工程有较高的除磷脱氮要求l、因此l、分析进厂污水生物脱氮除磷的可行性是十分必要的.
BOD5:
N:
P的比值是影响生物脱氮除磷的重要因素l、氮和磷的去除率随着BOD5/N和BOD5/P比值的增加而增加.
BOD5/TN值是鉴别能否采用生物硝化工艺的主要指标.因为l、只有经过生物硝化以后l、将污水中的氨氮通过生物硝化反应转化为硝酸氮l、才能进行后续的生物反硝化(脱氮)反应.对于活性污泥系统l、由于硝化菌的比增长速率低l、世代期长l、如果泥龄较短l、将使硝化菌来不及大量增殖l、就从系统中排出.为使活性污泥系统得到良好的硝化效果l、就必须有较长的泥龄.活性污泥中硝化菌的比例与污水的BOD5/TN值有关l、这是因为产率不同l、以及在活性污泥系统中异养菌与硝化菌竞争底物和溶解氧l、使硝化菌的生长受到抑制.
3污水处理工艺比选
3.1国内的农村污水处理工艺
国内的农村污水处理工艺概括起来分为庭院式人工湿地、自然氧化塘、复合厌氧—人工湿地、复合厌氧—稳定塘、沼气池—人工湿地、化学强化絮凝—人工湿地、组合式生物—生态处理、复合厌氧—接触氧化等.下表中列举的技术是目前常见的农村污水处理技术.
表3.1国内农村处理工艺
处理工艺
组成单元
成本
适用范围
处理效果
管理与维护
投资成本及占地
运行维护
庭院处理系统
人工湿地工艺
人工湿地
1m3水/d约1000~2000;
3~5人的单户式约500~1000;
单户占地面积3~6m2(其中化粪池0.5~1m2l、人工湿地2.5~5m2)
无动力消耗l、单户式处理系统约0.025元/d
单户或相邻两户合建生活污水处理系统
有机物、氨氮和总磷的去除率达90%以上;
处理效果可达城镇污水厂二级排放标准;
单户设计污水量约0.55m3/dl、水质:
COD≤350mg/L,BOD≤180mg/L,SS≤200mg/L,出水可达一级标准
需根据季节对植物进行定期收割
小型分散处理系统
自然稳定塘工艺
植物和微生物组成自然塘
基本无建造成本l、仅需植物种植费用约50~150元/户;
占地面积为100~200m2/户.
仅需少许植物打捞、污泥清理费用l、每户每天的运行费用约为0.005元左右
小型分散村落l、可充分利用农村废弃的坑洼池塘、河道l、就地布置
处理效果可以达到上海市综合排放二级标准
植物需定期打捞l、夏季每月一次;
底泥5~10年清理一次
分散式污水处理设备
均化池-厌氧生物滤池-接触氧化池-沉淀池-消毒池
土建、材料、管配件及设备费l、约1500~2500元/户;
占地面积为2~4m2/户.
动力费、检修维护费和药剂费l、每户每天约0.05~0.25元.
无可利用空闲地、处理程度要求较高的小型分散村落l、以及农村宾馆、别墅区的生活污水处理
处理效果可以达到上海市综合排放二级标准.
需定期清除污泥l、周期为每年清除1~3次.
分散处理系统
复合厌氧-人工湿地工艺
格栅-均化池-复合厌氧处理池-人工湿地
土建、基质、植物、管配件及设备费l、约300~500元/户;
占地面积为6~10m2/户.
仅污水提升过程消耗少许电能l、每户每天的运行费用一般为0.025~0.1元.
有可利用空闲地的村镇l、以及农村宾馆、别墅区的生活污水处理.
有机物、氨氮和总磷的去除率均在90%以上;
复合厌氧池需定期反冲洗和排泥l、人工湿地需根据季节定期收割植物.
复合厌氧-稳定塘工艺
格栅-均化池-复合厌氧处理池-稳定塘
土建、管配件及设备费l、约300~400元/户;
占地面积约为30~80m2/户.
仅污水提升过程消耗少许电能l、每户每天运行费用约为0.025~0.1元.
厌氧池需定期反冲洗和排泥l、稳定塘需定期打捞植物和清理底泥.
污水净化沼气池-人工湿地工艺
格栅-净化沼气池-人工湿地
土建、基质、植物、管配件及设备费l、约1000~2000元/户;
占地面积6~10m2/户.
仅污水提升过程消耗少许电能l、沼气回收可获得一定经济效益l、每户每天约0.025~0.05元.
有可利用空闲地的村庄和集镇l、以及农村宾馆、别墅区生活污水处理.
处理效果可以达到上海市综合排放一级标准.
污水净化沼气池需定期(1~2年一次)清淘残渣l、人工湿地需定期收割植物
集中处理系统
化学强化絮凝-人工湿地工艺
格栅-均化池-反应沉淀池-人工湿地(另含浓缩池)
格栅、均化池、化学强化絮凝池和人工湿地的建设费用l、约为300~500元/户.占地面积为6~10m2/户
药剂费、污水提升消耗的电费和管理维护费l、每户每天的运行费用一般为0.1~0.3元.
对出水水质要求高的村镇、学校、住宅小区l、以及农村宾馆、别墅区的生活污水处理.
处理效果可以达到城镇污水厂一级排放标准.
需定期排放污泥和配制化学絮凝剂l、人工湿地需根据季节定期收割植物.
组合式生物-生态工艺
格栅-生物反应池-人工湿地-稳定塘
土建、管配件及设备费l、约1500~2000元/户;
占地面积约为40~90m2/户.
每户每天的运行维护费用约为0.1~0.2元.
对出水水质要求很高、有可利用空闲地的新型农村社区.
需定期排泥l、人工湿地和稳定塘需定期清理植物.
复合厌氧-接触氧化工艺
格栅-均化池-复合厌氧处理池-接触氧化池
土建、管配件及设备费l、约为800~1500元/户;
占地面积为1.0~1.5m2/户.
包括动力费和检修维护费l、每户每天的运行维护费用一般为0.2~0.4元.
对出水水质要求高的新型农村社区l、以及农村宾馆、别墅区的生活污水处理.
处理效果可以达到城镇污水厂二级排放标准.
厌氧池需定期反冲洗和排泥l、接触氧化池需定期清理生物膜和防堵.
可以看到l、这里列举的工艺l、很多是比较传统的技术l、出水达不到一级排放标准l、在此不应当考虑.从上表可知l、现有村镇污水处理工艺中l、只有以湿地为主的生态处理能够达到一级标准.但湿地中除磷依托吸附l、脱氮依托吸附和微生物l、吸附会饱和l、需要更换填料.而村镇建设中从投资预算、维护管理方面考虑不可能定期(依据吸附材料的多少l、更换吸附材料的周期一般为几个月至1年)大规模更换填料l、此外l、冬季低温时无法达标运行、污泥处理处置问题都是现有村镇污水处理无法克服的难题.要解决村镇污水处理难题l、必须要在技术、管理两个方面进行创新突破l、只有如此l、才能够发挥污水处理投资的环境效益、社会效益l、避免污水处理工程成为废弃工程.
3.2推荐工艺
A/O膜-生物反应器(MembraneBioreactorl、MBR)是将膜分离技术与生物处理单元相结合的水处理新技术.整个反应系统主要由核心膜组件、主体反应器、出水系统、曝气系统、清洗系统等组成.它以高效膜分离代替传统活性污泥法工艺中的二沉池l、省却了传统活性污泥法中二沉池浓缩后剩余污泥的回流l、相比于传统工艺MBR还具有以下优点:
Ø
膜组件能高效地实现固液分离l、分离效果好于传统的沉淀池l、无需顾虑污泥膨胀l、出水水质良好且稳定l、以城市污水为进水时l、膜出水可以直接回用;
由于膜的高效截留作用l、可使微生物完全截留在生物反应器内l、实现反应器水力停留时间和污泥龄的完全分离l、使运行控制更加灵活稳定;
膜-生物反应器能在高的污泥浓度下运行l、抗水质波动能力强l、容积负荷高l、占地面积小;
长污泥龄有利于增殖缓慢的微生物(如硝化细菌)的截留和生长l、系统硝化效率得以提高.也可增加一些难降解有机物在系统中的水力停留时间l、有效地将分解难降解有机物的微生物滞留在反应器内l、有利于难降解有机物降解效率提高;
膜-生物反应器可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行l、剩余污泥产量低l、降低了污泥处理费用;
建设周期短l、施工费用省l、安装灵活l、并且根据不同处理规模可以灵活调整l、易于标准化和设备化.同时l、普通生物处理工艺改造为MBR也较为方便;
易实现自动控制l、操作管理方便.
膜-生物反应器相较于传统工艺l、具有上述7大优势l、但传统概念上认为MBR的投资建设成本较高.然而l、随着土地价格增长、膜组件价格的下降、膜性能的改善l、膜-生物反应器的投资已经和常规工艺相当l、当应用在现有工艺的升级改造上l、投资甚至还可低于常规工艺.
目前l、膜-生物反应器在小规模污水处理上也已经得到了广泛的应用在出水水质要求高、占地面积小的地区更是体现处理常规工艺无法替代的优势l、一体化设备示意图如下所示.
好氧MBR池
缺氧池
图3.2MBR一体化设备示意图
在除磷方面l、如前文所提l、根据本工程的出水要求l、生物除磷很难达到l、同时对于MBR工艺又考虑一下几方面因素:
1)由于出水水质较高l、出水总磷需要达到1mg/L以下l、因此单靠生物除磷较难稳定满足要求.
2)由于场地受限l、因此应尽量减小占地.
3)生物除磷效率高低的主要影响因素是整个系统的泥龄l、除磷效果好l、则需要选择相对较短的泥龄l、这与冬季低温时l、需要延长泥龄来确保硝化效果相矛盾.
4)处理规模较小l、整体的药剂投加量也相对较小.
因此l、统筹考虑整个系统的稳定运行及技术经济可行性l、工艺选择采用化学除磷.
综上l、从水质达标的稳定度、占地面积、施工及运行管理角度而言l、A/OMBR工艺更适合用于“一级B”达标工艺.
4污水处理核心工艺介绍
4.1工艺原理
在一种流体相内或两种流体相之间l、有一薄层凝聚相物质将流体相分隔成两部分.该薄层物质就是所谓的“薄膜”l、简称“膜”.当一定的推动力作用于膜两侧时l、膜能按照物质物理化学性质使物质进行分离l、示意过程下图所示.
图4.1膜分离过程示意图
膜-生物反应器是一种膜技术和污水生物处理技术有机结合产生的废水处理新工艺l、与传统工艺相比具有如下优点:
置于MBR池内的平板膜组件取代了传统的沉淀池l、达到泥水分离的效果.此外l、膜组件不仅能够高效地进行固液分离l、而且出水性质不再依赖于活性污泥的沉降特性l、克服了常规活性污泥法中容易发生污泥膨胀的弊端l、系统的操作比常规污水处理工艺大为简化.出水水质明显优于传统工艺l、出水悬浮物和浊度接近于零l、可以直接排放或进行回用.
生物反应器内能维持高浓度的微生物量l、处理装置容积负荷高l、占地面积小.
有利于增殖缓慢的微生物(如硝化细菌)的截留和生长l、系统硝化效率得以提高.也可增加一些难降解有机物在系统中的水力停留时间l、有效地将分解难降解有机物的微生物滞留在反应器内l、有利于难降解有机物降解效率提高.
膜-生物反应器一般都在高容积负荷、低污泥负荷下运行l、剩余污泥产量低l、降低了污泥处理费用.
采用化学加药除磷方式l、针对除磷问题l、将化学除磷和膜分离原理进行优化组合l、强化了除磷效果l、减少了化学药剂投加量l、有效克服了吸附法和化学法的缺点l、减少了排泥量.
5工艺设计
5.1设计流程
图5.1污水处理设备工艺流程图
5.2工艺流程介绍
本污水处理设备自调节池进水至膜出水.
其中各处理单元的功能如下:
调节池:
均匀水质和水量l、抵御水质、水量对处理设备造成的冲击负荷.
缺氧池:
利用微生物降解有机物l、同时进行反硝化l、达到去除总氮的目的.
MBR池:
通过微生物代谢活动l、去除水中有机污染物;
设置曝气管l、除供给微生物活动所需要的氧气l、还对膜面进行冲刷l、有效控制膜污染;
膜单元:
进行分离作用l、去除悬浮颗粒物、病菌等有害微生物;
除磷系统:
通过投加化学药剂l、达到去除总磷的目的;
化学清洗系统:
当平板膜组件受到污染时对其进行在线化学清洗;
加药消毒系统:
对膜出水进行加药消毒l、保证出水达到排放标准;
污泥处理:
污泥经浓缩脱水后排放至化粪池.
5.3污泥处理工艺选择
传统污泥处理工艺一般都适用于具有一定规模的污水处理厂或配套大型污水处理设施l、由于本项目处理规模较小l、且MBR工艺本身污泥产率系数低l、污泥产量少l、因此选择占地面积小l、处理效果好的平板膜污泥同步浓缩消化(MSTD)技术l、配套主体MBR工艺l、实现污泥减量90%以上.
MSTD技术l、是将每日产生的剩余污泥全部集中在反应器内l、通过膜将剩余污泥中的水分过滤l、实现污泥的体积减量;
同时利用微生物和后生动物的活动l、实现污泥的消化和减量l、最终实现污泥的总量消减.
5.4工艺平面布置图
一体化的污水处理设备(钢混结构)+地上机房(砖砌结构)l、主体污水处理设备占地12.5×
9.7ml、吨水占地面积0.40m2.
图5.2一体化污水处理设备平面布置图
调节池
数量:
1座
池体尺寸:
4400×
10600×
2600mm
有效水深:
2.0m
有效容积:
93.28m³
总停留时间:
7.34h
主要设备:
A.调节池出水泵
参数Q=12.7m3/hl、H=5ml、P=0.4kWl、380V
数量1台
B.调节池鼓风机
参数Q=1.09m³
/minl、水深3.0ml、P=1.5kWl、380V
缺氧池
5300×
总有效容积:
46.64m³
停留时间:
3.67h
A.缺氧池搅拌机
叶轮直径260mml、N=0.85kWl、转速740r/min
MBR池
6300×
55.44m³
4.36h
A.平板膜组件
型号ZDA1000
数量10套
B.MBR池膜出水泵
参数Q=7m³
/hl、全扬程13.5ml、P=0.40kWl、220V
数量3台l、两用一备
C.MBR池回流泵
参数Q=30m³
/hl、H=8.5ml、P=1.5kWl、380V
D.MBR池鼓风机
参数Q=7.5m³
/minl、水深3.0ml、P=7.5kWl、380V
数量2台l、一用一备
E.除磷加药
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