台州市污水处理厂初步设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1目的及意义（含国内外的研究现状分析）

1.1研究目的及意义

城市污水的处理是我国环境工程中重要的环节,关系到我国建设环境有好型社会的进程,也关系到我国生态文明的建设.但是,由于各种因素的影响,我国的城市污水处理情况严峻,污水处理效果差,污水处理难以达到排放标准,同时在处理过程中,造成了其他的污染比如噪声,臭味等。

（1）污水处理率低。根据中国环境状况公报的数据显示，截至2014年底，全国设市城市污水处理厂达1797座，污水处理能力为1.31亿立方米/日，同比增加611万立方米/日。全国城市污水处理厂累计处理污水382.7亿立方米，同比上升5.9%，城市污水处理率达到90.2%。截至2015年6月底，全国设市城市建成运行污水处理厂共计2149座，形成污水处理能力1.32亿立方米/日。全国已有1427个县城建有污水处理厂，占县城总数的88.4%;累计建成污水处理厂1653座，形成污水处理能力0.29亿立方米/日。

（2）管理不善，投资紧缺。我国污水处理事业始于1921年，改革开放以来取得了迅速的发展，但仍滞后于城市发展的需要。我国污水处理事业的实际情况是污水处理率低，经济短缺，投资力度不够，管理不善，很多老城区的排水管网甚至不成系统。城市污水处理能力增长缓慢和污水处理率低是造成我国水环境污染的主要原因，由此导致了水环境的持续恶化，并制约了我国经济与社会的发展。

（3）环境保护要求。中共中央十三五规划“建议”指出：实行最严格的水资源管理制度，以水定产、以水定城，建设节水型社会。合理制定水价，编制节水规划，实施雨洪资源利用、再生水利用、海水淡化工程，建设国家地下水监测系统，开展地下水超采区综合治理。

因此,建立城市污水处理厂对改善城镇水环境,对加快我国的环境质量改善和居民生活水平的提高,有着十分重要的经济意义和生态效益.

1.2国外研究现状

（1）美国洛杉矶Hyperion是洛杉矶市历史最悠久、最大的污水处理厂，于1925年开始运行，处理规模174万吨/日。处理工艺包括粗格栅、沉砂池、初沉池，纯氧活性污泥工艺、二沉池，该厂有27座初级沉淀池，池内有链条式刮泥机，初沉池前投加三氯化铁及阴离子聚合物提高SS及BOD₅去除率。二沉池之后是20座厌氧消化池，每天产生的500吨污泥运输至Green Acres Farm用做农肥。农场生长的植物用做牛奶场的饲料，每天45吨的污泥用于堆肥，可产生750万立方英尺的沼气用于发电。

（2）埃及开罗Gabal el Asfar污水处理厂的处理规模为174万吨/日，位于开罗东北部，处理着开罗城里600万居民的生活污水。处理工艺包括格栅、提升、除砂、初沉池、生物处理、加氯消毒，污泥处理采用浓缩、脱水、消化，沼气用于发电。该厂的出水灌溉着40多公顷的试验农田，农田种植着橄榄、柠檬、各种鲜花、棉花。

（3）日本东京森崎污水处理厂的处理规模是157万吨/日，是日本最大的污水处理厂。它由东、西两部分污水设施和进行污泥处理的南部污泥成套处理设备构成。处理后的水大部分排入东京湾。其一部分经过砂滤后被用于中心内部的冷却和冲洗厕所等。另一部分提供给环卫工厂。产生的污泥大部分使用连接设施被压送到南部污泥成套处理设备进行处理，部分污泥在中心脱水后用船从海上运到南部污泥成套处理设备。

1.3国内研究现状

我国的现代自来水厂由上海杨浦水厂开始，其工艺经历了简单沉淀，慢滤处理，依靠外国专家“照搬照抄”新建大型水厂，采用平流池、双层过滤技术以及絮凝、消毒等，随后不断发展起来。目前应用最为广泛的城市污水处理模式，是以曝气池（氧化沟）、二沉池为主要功能单元，其中根据曝气池（氧化沟）内构筑物建造形式的不同又可以区分多种水处理工艺，处理目标以达到污水排放要求为标准。

（1）生物处理：在我国现有的城市污水处理厂中，80%以上的采用活性污泥法，其余的采用一级处理、强化一级处理、稳定塘法及土地处理法等。其中，AB法、氧化沟法、A/O工艺、A/A/O工艺、SBR法在我国城市污水处理厂中得到了广泛应用。

目前，氧化沟工艺是我国采用较多的污水处理工艺技术之一。应用较多的有奥贝尔氧化沟工艺，DE型氧化沟和三沟式氧化沟等。

（2）膜处理技术：膜技术近年来发展迅速，是替代传统工艺的最佳选择。目前我国主要用于桶装、瓶装高品质饮用水的处理，欧美则已建成了日处理水量几万到几十万立方米规模的水厂。其应用包括有反渗透、电渗析、钠滤、超滤和微滤等5种。膜处理效果较好，但膜组件的集成化，膜破损的检测，膜污染的控制及洗涤，膜成本降低等等问题还需深入研究。

（3）分质供水和水的高效利用技术：水的循环利用技术和废水处理回用技术的运用是当前水资源紧缺的现实要求和水处理技术水平提高的具体表现。可缓解水危机和满足可持续发展及环境保护的要求，同时推动水处理产业的发展壮大。

1.4台州城市污水现状

目前台州市滨海工业区内有污水处理厂1座，椒江岩头污水厂，处理规模5.0万吨/天，主要收集处理区内西侧过境城市污水。其余区域排水设施尚不完善，雨污水经合流管道收集后直接排放水体，城区水环境没有达到明显改善，部分时段污水处理厂处于超负荷状态运行。现有排水设施已逐渐不能适应城市建设发展和环境水平提高的要求。

现存在的主要问题如下：雨污水未经处理直接排放，污染了河流水体水质，造成水体环境恶化；很多管渠年久失修，管道堵塞，淤积严重，使部分地区排水不畅；由于河道水位较高，地坪较低，在部分地区有倒灌现象发生。且根据台州市人口发展，椒江岩头污水厂的处理能力将不足以支撑污水排放负荷。

根据上述问题，在台州拟建一个污水处理厂。根据城市用水量采用折污系数法预测城市污水量，依据污水水质进行污水厂的初步设计。

表1 台州市人口预测

2. 研究的基本内容与方案

2设计的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1设计基本内容

按设计要求对城市污水处理厂进行初步设计，使处理后出水达到污水排放一级B标准，并提供污水处理厂工艺路线、设计参数。

1.了解学习国内外城市污水处理研究现状与进展。

2.确定拟建污水厂的服务人口和范围。

3.规划设计年限和建设年限。

4.根据服务人口，污水来源，供水量，管网收集率等因素进行区域污水量预测。确定各规划期污水处理厂及管网规模。

5.根据所给工程参数以及排放要求确定污水处理厂设计水质，计算废水中污染物去除率，确定污水处理程度。

6.结合当地地形地势，考虑经济要素与运行模式等确定污水处理厂厂址。

7.综合污水处理程度、经济成本、占地面积等多方面要素，拟定污水生物处理工艺，消毒技术，污泥处理工艺，管道布设，各构筑物和设备设计等。

8.对该厂的经济效益和环境效益进行综合分析。

工程参数：

设计污水量Q=4.0万m³/d；流量变化系数1.30；多年平均气温15℃；水厂地面标高26.60m，进水标高21.00m，出水标高23.70m。

进出水水质：

经处理后出水要求达到污水排放一级B标准。

注：括号外数值为水温12℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。

2.2设计目标

1.完成台州市污水处理厂的初步设计，确定厂址、工艺路线、各设备和构筑物选型，完成平面、管线布置，进行设备概预算，最终使污水厂出水水质达到一级B标准。

2.提交初步设计说明书以及厂区平面布置图、管道平面布置图、高程图各主要构筑物平面图和剖面图等有关图纸8张以上。

2.3拟采用的技术方案及措施

2.3.1工艺流程

2.3.2主体工艺氧化沟比选

氧化沟工艺在有机物和悬浮物去除方面，有比传统活性污泥法更好且更稳定的效果。（1）氧化沟流程简洁，一般不需设初沉池。有机物去除较为彻底,剩余污泥高度稳定,污泥一般不需厌氧消化。（2）具有推流特性,沿池长方向具有溶解氧梯度,分别形成好氧、缺氧和厌氧区。通过合理设计和控制可使N、P得到较好去除。（3）操控灵活,如曝气强度可以通过调节转速或通过出水溢流堰来改变曝气机的淹没深度，交替式氧化沟各沟间交替运行的动态控制等。

（1）奥贝尔氧化沟

Orbal氧化沟简称同心圆式，也是分建式，有单独二沉池，采用转碟曝气，沟深较大，脱氮效果很好，但除磷效率不高，要求除磷时还需前加厌氧池。应用上多为椭圆形的三环道组成，三个环道用不同的DO，有利于脱氮除磷。水深一般在4.0～4.5m,动力效率与转刷接近。

图1 奥贝尔氧化沟

（2）传统的卡鲁塞尔氧化沟

卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制的。它的研制目的是为满足在较深的氧化沟沟渠中使混合液充分混合，并能维持较高的传质效率，以克服小型氧化沟沟深较浅，混合效果差等缺陷。至今世界上已有850多座Carrousel氧化沟系统正在运行，实践证明该工艺具有投资省、处理效率高、可靠性好、管理方便和运行维护费用低等优点。Carrousel氧化沟使用立式表曝机，曝气机安装在沟的一端，因此形成了靠近曝气机下游的富氧区和上游的缺氧区，有利于生物絮凝，使活性污泥易于沉降，设计有效水深4.0－4.5米，沟中的流速0.3米/秒。BOD5的去除率可达95%－99%，脱氮效率约为90%，除磷效率约为50%，如投加铁盐，除磷效率可达95%。

图2 卡鲁塞尔氧化沟

（3）AAC卡鲁塞尔氧化沟

缺氧区与好氧区合建式氧化沟式是美国EIMCO公司专为卡鲁塞尔系统设计的一种先进的生物脱氮除磷工艺（卡鲁塞尔2000型）。其构造上的主要改进是在氧化沟内设置了一个独立的缺氧区。缺氧区回流渠的端口处装有一个可调节的活门。根据出水含氮量的要求，调节活门张开程度，可控制进入缺氧区的流量。缺氧和好氧区合建式氧化沟的关键在与于对曝气设备充氧量的控制，必须保证进入回流渠处的混合液处于缺氧状态，为反硝化创造良好环境。缺氧区内有潜水搅拌器，具有混合和维持污泥悬浮的作用。

图3 AAC卡鲁塞尔氧化沟

在卡鲁塞尔2000型基础上增加前置厌氧区，可以达到脱氮除磷的目的，被称为AAC卡鲁塞尔氧化沟。

表4 氧化沟工艺比较

通过综合比较，AAC卡鲁塞尔氧化沟具有构成简单、投资省、污染物去除效率高、设备运行可靠、维护工作量小、大大减小占地面积，且氮磷去除率高等优点。因此本次污水厂初步设计拟用合建式Carrousel DenitIR AAC Carrousel 2000工艺(简称AAC氧化沟)。

2.3.3污水处理

（1）格栅：将粗格栅安装在泵房集水井的进口处，截流污水中较粗大漂浮物和悬浮物，防止堵塞和缠绕水泵机组、曝气器、管道阀门、处理构筑物配

水设施、进出水口，减少后续处理产生的浮渣，保证污水处理设施的正常运行。 根据水泵叶轮间隙允许通过的污物能力，泵站收水范围的地区特点决定格栅间隙。拟采用格栅清污机，格栅在最高水位以上设置钢板，下部设栅条。栅条宜采用不锈钢材质。

将细格栅设置在污水处理构筑物前，栅条间隙一般采用1.5~10mm。

（2）进水泵房：泵房的设计内容需要考虑以下几个方面：

1.泵房结构形式（泵房类型）的确定；

2.内部布置和尺寸确定；

3.整体稳定设计、防渗设计；

4.泵房通风、采光等设计；

5.结构设计。

（3）沉砂池：沉砂池的功能为去除比重较大的无机颗粒。按水流方向的不同可分为平流式、竖流式、曝气沉砂池和旋流沉砂池四类。

目前国内外普遍采用的沉砂池包括以下几种：平流式沉砂池、曝气沉砂池、旋流式沉砂池(钟氏及比氏)、多尔沉砂池等。竖流式沉砂池则很少在污水厂中使用。传统的平流式沉砂池进入20世纪80年代以后，越来越多地被曝气沉砂池所代替；90年代以后，随着国外设备的引进，旋流式沉砂池越来越多地在城市污水处理厂中得到应用。

1.平流式沉砂池：采用分散性颗粒的沉淀理论设计，只有当污水在沉砂池中的运行时间等于或大于设计的砂粒沉降时间，才能够实现砂粒的截留。因此，沉砂池的池长按照水平流速和污水中的停留时间来确定。由于实际运行中进水的水量及含砂量的情况是不断变化的，甚至变化幅度很大。因此当进水波动较大时，平流式沉砂池的去除效果很难保证。

2.曝气沉砂池：曝气沉砂池的特点是通过曝气形成水的旋流产生洗砂作用，以提高除砂效率及有机物分离效率。其具有良好的耐冲击性，对于流量波动较大的污水厂较为适用。但往往也会存在过度曝气的问题，浪费能量。从操作环境看，曝气沉砂池的操作环境较差，特别是夏季对空气的污染较大。另外，如果不设消泡设施，会有相当多的悬浮物随泡沫带出池体而污染环境。

3.旋流式沉砂池：近年来新建的污水厂中，旋流式沉砂池得到了越来越多的应用。从运行情况看，反映普遍良好。这类沉砂池具有占地省、除砂效率高、操作环境好、设备运行可靠等优点。但对水量的变化有较严格的适用范围，对细格栅的运行效果要求较高。

结合考虑各方优缺点，以及国内现有的沉砂池工艺建设经验，拟采用旋流式沉砂池。

（4）消毒。

1.紫外线消毒法。具有不投加化学药剂、不增加水的嗅和味、不产生有毒有害的副产物、消毒速度快、效率高、设备操作较传统消毒工艺安全简单和实现自动化等优点, 运行、管理、劳务和维修费用低。但不能提供剩余的消毒能力。

2.液氯消毒。价格便宜, 杀菌力强, 该工艺简单, 技术成熟, 药剂易得, 投量准确, 有后续消毒作用, 不需要庞大的设备。液氯储存不是十分安全, 容易发生泄漏。且氯可与水中多种物质形成致癌或致病变的产物, 致使该工艺在应用上开始受到限制。

3.臭氧消毒。高效无二次污染, 既能氧化有机物, 又能杀菌除色、嗅、味， 可氧化铁、锰等物质,对各种病毒和芽胞等生命力强的生物也有很大的杀伤效果。不受污水中NH₃和pH的影响,而且其最终产物是二氧化碳和水,不产生致癌物质。

4.二氧化氯消毒。二氧化氯的消毒效果与氯气相当,不受pH 的干扰。二氧化氯不稳定且具有爆炸性,因此现产现用。制备含氯低的二氧化氯较复杂, 且原料(NaClO₂)的价格较其他消毒方法高,故限制了该方法的广泛采用。所以国内目前只是在一些中小型的污水处理工程中采用了二氧化氯消毒工艺。

综合分析：液氯消毒运行费用低, 操作简单, 主要运用于大型污水处理厂。中小型污水处理厂主要采用二氧化氯和紫外线消毒, 但由于紫外线消毒效果不稳定, 且设备维护费用较高等因素, 二氧化氯消毒在中小型污水处理厂中运用越来越广泛。臭氧消毒主要运用于中水处理, 具有较强的消毒效果及脱色效果, 同时再辅以加氯消毒, 以保证出水中余氯要求。

从安全性、经济性、处理效果等方面考虑，本设计拟采用紫外线消毒工艺。

表5 消毒工艺比较

2.3.4污泥处理

将初沉污泥与剩余活性污泥一起，进入同一座浓缩池进行浓缩。由于剩余活性污泥的浓缩性能差，重力浓缩困难，当剩余活性污泥的比例较高时，浓缩效果较差。因此要控制好剩余活性污泥和初次沉淀污泥之比。目前城镇污水厂普遍采用污泥调理后，直接进行机械浓缩和脱水的方式，随后以泥饼的形式外运.

3. 研究计划与安排

3进度安排

3月2-21日按任务书要求查阅文献资料，并准备好设计工作；

3月22-28日写开题报告，并经指导教师讨论确定工艺技术方案；

4. 参考文献（12篇以上）

4参考文献

[1]北京市市政工程设计研究总院主编.给水排水设计手册(第1、3、4、5、6、10册)[m].中国建筑工业出版社,2003.

[2]上海市政工程设计研究总院主编.室外排水设计规范（gb50014-2006）[s].中国计划出版社,2006.