乡镇污水处理工艺选择研究 52页

'万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国工程物理研究院或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志在本研究所做的任何贡献己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：蕾cl、卡和签字日期：≯‘，f忤多月乙1日学位论文版权使用授权书本学位论文的作者完全了解并接受中国工程物理研究院研究生部有关保存、使用学位论文的规定，允许论文被查阅、借阅和送交国家有关部门或机构，同时授权中国工程物理研究院研究生部可以将学位论文全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。学位论文作者签名：雀J、林导师签签字日期：沙l忙歹月1日签字日期：加l忤 万方数据摘要我国乡镇地区污水处理起步较晚，随着经济的发展乡镇污水的处理亟待加强。由于乡镇地区对污水处理工程建设的和运行的限制性特点，使得乡镇地区污水处理工艺的选择尤为重要。常规的生物处理工艺以及人工湿地、人工快渗等土地处理工艺总有一些限制性的因素，对于温度、曝气和设备的维护有所要求，而强化混凝技术则比较灵活，其占地较少、流程简单，对于各类乡镇环境具有较好的适应性。通过对乡镇污水采用强化混凝处理的试验，PAM和PAC混合使用可以取得较好的处理效果和经济效果。在PH为7．0的条件下，当进水CODcr平均浓度为122mg／L、TP平均浓度为4．05mg／L时，PAM为1．0mg／L、PAC为50mg／L即可满足达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GBl8918—2002)一级B的要求，PAM和PAC混合投加理论药剂成本为0．08元／吨；PAM为1．0mg／L，PAC为100mg／L时即满足城镇污水处理厂污染物排放标准(GBl8918．2002)一级A的要求，理论药剂成本为0．16元／吨。强化混凝的方法在夏天低浓度有机物的情况下处理成本较低，处理效果可以满足相应的国家标准；而参考城市污水一级强化处理的效果，对于较高浓度的生活污水，强化混凝技术也可以达N-级的排放标准，同时可以通过增加后续处理设施达到较高的处理效果，所以强化混凝技术是适宜在乡镇地区推广的污水处理工艺。关键词：乡镇地区；污水处理；强化混凝 万方数据AbstractInChineseruralareassewagetreatmentstartedlate，thesewagetreatmentshouldbestrengthenedwiththeeconomicdevelopmentofruralareas．Fortherestrictivefeaturesoftheconstructionandoperationofsewagetreatmentworksinmralareas，theselectionofthesewagetreatmentprocessisparticularlyimportant．Conventionalbiologicaltreatmentprocesses，artificialwetlands，andartificialrapidinfiltrationlandtreatmentprocesshavesomelimitingfactorssuchastemperature，aerationandthemaintenanceofequipment．However,enhancedcoagulationtechnologyismoreflexible，whichcovetsanareaoverthesmall，simpleprocessforalltypesofruralenvironmentshasbeaeradaptability．EnhancedcoagulationtestsontheruralsewagetreatmentfoundthatthemixedPAMandPACcallgetbeaertreatmenteffectsandeconomiceffects．WhenthePHis7．0andtheinfluentCODeraverageconcentrationoftheinfhentis122mg／L，TPaverageconcentrationoftheinfluentis4．05mg／L，PAMof1．Omg／LandPACof50mg／LcouldmeettheurbansewagetreatmentplantpollutionemissionIBstandards(GB18918-2002)，thetheorypharmaceuticalcostsisO．08yuardton；PAMof1．Omg／LandPACoflOOm∥Lcouldmeetthepollutionemission1Astandards(GBl8918—2002)，thetheoreticaldrugcostsisO．16yuan／ton。SOenhancedcoagulationmethodinthecaseoflowconcentrationoforganicmatterinthesummergetlow-costtreatment，andthetreatmenteffectcouldmeettherelevantnationalstandards．Referingtothestrengtheningeffectofurbansewagetreatmentforhigherconcentrationsofsewage，enhancedcoagulationtechnologyCanachievesecondaryemissionstandards，whichisalsoacceptablefortheruralareas，soenhancedcoagulationtechnologyissuitablefortheimplementationofruralsewagetreatmentprocessKeyword：ruralareaS；sewagetreatment；enhancedcoagulationlI 万方数据目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．IAbstract⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯II目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯III第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．1国外乡镇污水处理概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2国内乡镇污水处理概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．2．1我国生活污水处理现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．2．2我国乡镇污水处理现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31．2．3我国乡镇污水的特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3第二章常用小型污水处理工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52．1人工湿地⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．52．2氧化沟工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72．3SBR工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．92．4人工快渗技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1l2．5A／O或A／A／O工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14第三章乡镇污水处理工艺研究的目的和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．16第四章己建乡镇污水厂污水处理工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．174．1己建乡镇污水处理厂的工艺组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17III 万方数据4．2已建乡镇污水处理效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．17第五章强化混凝技术在污水处理中的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．225．1强化混凝技术机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．225．2强化混凝技术在污水处理中的应用概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯25第六章乡镇污水强化物化处理试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．276．1试验材料和方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．276．2分析方法和仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．276．3试验结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．286．4结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．376．5小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．38第七章总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯40致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．43参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44附录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯47IV 万方数据1．1国外乡镇污水处理概况第一章绪论美国乡镇污水处理主要针对小规模人口聚集区(一般小于l万人)以及郊区分散住户的生活污水处理，采用的是分散式污水处理机制。美国分散式污水处理起源于19世纪的现场污水处理，二战后美国环保部门开始广泛研究的现场污水处理技术，20世纪80年代美国国家环保部门出版了现场污水处理技术指南。87年美国国会通过《清洁水法》，要求严格控制污染物进入水体环境，帮助改善水质，以供水生生物生存及人们娱乐之用。按照其要求美国各州建立了水污染控制的滚动基金，该基金其中的80％由联邦政府拨款，另外20％的相关配套资金则由各地方州政府提供。这些资金一般作为低息或者无息贷款提供给某些重要的污水处理及其相关的环保项目。随后美国大规模建造集中式污水处理厂，90年代起开始重新重视并鼓励各州研究和发展各类分散污水处理工艺。90年代末期美国开始盛行分散污水处理，并提出了分散式污水处理管理的概念。为了解决分散式污水处理管理的问题美国国家环保局于2005年出版了《分散式污水处理系统管理手册》其中提供了多种管理工具和指导方针，并对少数民族、民族部落地区出版了《现场污水处理的部落管理》，详细地介绍了适应少数民族地区的管理工具和方法，指导少数民部落地区合理使用分散式污水处理。目前美国常用的分散污水处理技术分为三类：一类是土地处理、人工湿地等利用土地作为处理载体和排放载体的自然处理系统；一类是轻质管道污水收集系统，利用其埋较浅、施工容易地特点将分散污水收集处理；一类是类似于集中式污水处理的技术，复杂的处理流程和复杂处理设备，aPd"型化的污水处理厂【11【2】。在日本，上世纪五十年代日本政府制定了两部环境法律即《清扫法》和《下水道法》以规范和促进城市环境治理，《下水道法》只涉及到乡镇地区的排水收集并未重视乡镇的污水治理。直至上世纪八十年代日本针对乡镇制定了《净化槽法》，全面规范和引导日本乡镇地区的污水处理工作。目前日本乡镇地区的污水通过三种方式得到处理：其一是通过排水管网收集至大型污水厂集中处理；其二是家庭个人的净化槽处理；其三是住户集体处理。日本乡镇地区多数采用是二、三这种小规模分散型的污水处理，而且污水处理设施的维护管理原则上是由对象村落的居民自己负责。日本乡镇这种污水处理方式的优点在 万方数据于：在人口不太密集的乡镇地区，小规模分散污水处理设施处理效率较高；施工可以在短时间内完成，并可以马上投入使用；污泥可以返回农田；处理后的水可以作为农业用水有效利用；因居民参与维护管理，所以对污水排放处理的认识普遍较耐2】【3】【4】。在欧洲许多国家也根据本国特点开发了不同形式的小型污水处理装置。德国从2003年起开始进行“分散市镇基础设施系统”项目研究，有关技术目前已基本成熟。该系统采用的办法是在没有接入排水网的偏远村镇里建造先进的膜生物反应器，平时把雨水和污水分开收集，然后通过膜生物反应器净化污水。挪威仅生活污水的分散处理厂就有2473家。在挪威，居民房分布比较分散，很多是建立在岩石上，无法采用±地渗滤进行污水处理，故发展了以SBR、移动床生物膜反应器、生物转盘、滴滤池技术为主，并结合化学絮凝除磷的集成式小型污水净化装置，如Uponor、BioTrap和Biovac等工艺【5】。1,2国内乡镇污水处理概况1．2．1我国生活污水处理现状根据环保部发布的环境统计年报，2012年，全国共调查统计4628座城市污水处理厂，设计处理能力为15313．8万吨／日。全年共处理废水416．2亿吨，其中，处理生活污水361．8亿吨，占总处理水量的86．9％。再生水生产量18．0亿吨，再生水利用量12．1亿吨。共去除化学需氧量1013．1万吨，氨氮88．6万吨，油类4．6万吨，总氮73．1万吨，总磷12．5万吨，。污水处理厂的污泥产生量为2418．6万吨，污泥处置量为2418．5万吨【6j。依据全国城镇污水处理及再生利用设施建设“十二五’’规划，至“十一五”末期，我国的城镇生活污水设施处理能力已达到1．25×108m3／d，市级城市污水处理率已超过75％，不过目前我国依然存在着污水配套管网建设比较滞后、设施建设相对不平衡、部分处理设施难以满足环保的新要求、多数污水处理厂的污泥没有得到有效地无害化处理处置、城市污水的再生利用程度比较低、污水处理设施建设和运营资金不足以及运营监管不太理想等等一系列问题。根据规划到十二五末期将逐步完成对以下目标的实现：全国所有市级城市和县城都要具有相关的污水集中处理能力。城市污水处理率要进一步提高至85％(对于直辖市、省会城市和计划单列市城区实现污水全部收集和处理，要求地级市达到85％，县级市则提高至70％)，县城污水处理率平均提高到70％，建制镇污水处理率平均提高至30％。直辖市和省会城市以及计划单列市2 万方数据的污水处理厂污泥无害化处理处置率要提高至80％[7]1引。1．2．2我国乡镇污水处理现状我国乡镇地区污水处理起步较晚，随着经济发展，水资源紧缺的出现，较发达地区的乡镇建设了小规模的污水处理厂，进入“十一五"之后，部分地区爆发严重的用水危机，全国重点城市先后建设了大量的乡镇污水处理设施，特别是江苏省环太湖地区，实施了严格的污水排放标准16l【引。小城镇和农村污水治理受地理条件、生活方式、经济发展程度等多方面因素的影响，一直是环境保护中的一道难题。中国长期城乡二元结构导致在污水处理方面城乡之间差别显著：占全国总面积近90％的广大农村，96％的村庄没有排水渠道和污水处理系统。统计显示，中国农树每年产生的生活污水量约为80亿t。未经处理的生活污水通过点源和非点源排放，将各类污染物带入河流，严重污染各类水源，导致出现了包括蓝藻、水华等诸多生态环境问题。中国乡镇农村人口数量大，居住分散，造成农村生活污水量大且难于收集，并且由于经济发展水平不高，大部分农村地区没有采取任何生活污水的收集和处理措施。农村污水已经对农村地区居住环境和人群身体健康造成了越来越大的威胁，成为了威胁国家水环境安全的重要因素【9】【Ⅷ。1．2．3我国乡镇污水的特点乡镇污水具有不同于城市污水的一系列特征：(1)污水水量较少，进水的水量与水质在时间上变化较大。乡镇的人I：3密集度较低，人口基数也较小，所以产生的污水量也较少。乡镇面积较小，农业人口占比重较大，人们大多从事同一生产活动，生活规律比较相同，用水时间相抵一致，其污水排放时间也相对集中，污水量变化较大。而且农业人口具有较强的不稳定性和流动性，一年内可能随农业生产的季节需要发生较大的变化【9】【ll】O乡镇污水主要由生活污水和工业废水组成，生活污水成分比较固定。但同大城市相比乡镇并不具备完善的工业体系，常常单一产业主导以乡镇，这样产生的工业废水水质也比较单一。不同的地方，不同发展目标的乡镇的工业废水的成分则多种多样。(2)排水管网不完善。在乡镇地区一般来说地形较为复杂，人口聚集区缺乏科学地规划，污水收集也不太完善；乡镇地区排水管网的建设经常长期滞后于乡镇生活污水处理厂的建设，乡镇多采用的是合流制的排水体制，排水管网3 万方数据的建设标准较低，容易出现污水漏失以及地下水渗入或明渠输送污水等现象【9】【111。(3)污水厂建设用地有保障。由于乡镇较低的人口密度和较低的土地的利用率，乡镇地区容易得到保证生活污水处理厂的建设用地【1l】【翻。(4)各乡镇地区之间差异大。各乡镇地区不仅有自然环境如地貌、气候等不同，经济条件社会发展程度也不尽相同，这样就导致各地区的区别较大。因此乡镇地区的生活污水处理工程必须因地制宜，充分利用当地的地理条件和人力优势。比如在西南的某些地区其地形的落差比较大，因而在进行污水处理设施的设计、建设和运行时，就可以充分利用其地形的高差以降低能耗，减少运行成本【11】【12】。(5)乡镇地区污水处理相关的技术力量薄弱，乡镇地区较难确保在污水处理厂的设计、建设、维护以及管理等方面相关的专业技术人员。乡镇地区的污水处理厂缺乏有效约束机制，环境监管难到位【9】【11】。(6)乡镇地区缺乏足够的建设及运行资金筹措能力。乡镇地区污水处理厂的工程建设缺乏足够的资金来源，经常见到的现象是污水处理厂主体建筑已建好，其附属工程资金还没落实，而且更多的是运行费用得不到落实，这样就浪费了较高的建设费用【9】【11】【12】。综合来说，乡镇地区的污水水量较小，水量和水质在时间上变化较大，乡镇地区的污水处理设施建设和运行缺乏足够的资金来源，在运行管理上也缺乏相关的专业技术人员。4 万方数据第二章常用小型污水处理工艺乡镇污水处理由于进水量较少，从规模上来说是小型的污水处理厂，工艺上当然适用于采用小型污水处理工艺。目前我国小型污水处理厂常常采用的污水处理工艺有人工湿地、氧化沟、氧化塘、SBR工艺及其变形工艺、A／o工艺、A2／O工艺、接触氧化法、生物流化床、生物滤池以及人工快渗技术等。2．1人工湿地湿地是位于陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡性地带，在土壤浸泡在水中的特定环境下，生长着很多湿地的特征水生植物。湿地生态系统具有十分强大的生态功能，其作用包括提供水源、补充地下水、调节水流量控制洪水、保护海岸和河流岸堤、去除污染物，保护生物多样性以及为人们提供休闲和教育科研等。人工湿地是通过人工学习和利用湿地生态系统的特点，模拟出人工的湿地生态系统。而人工湿地技术处理污水是，将污水分配至人工模拟的湿地生态系统中，利用湿地生态系统各组成部分的综合作用，比如土壤的吸附和过滤，生物多样性带来的各种层次的对污染物的吸收分解，从而达到去除污染物净化水质的作用。人工湿地通过人为的控制增强其对污水处理能力，可以更高效的处理生物废水，人工湿地不仅能够去除污水净化环境，另外人工湿地本身也是一m物糸绶搏’t系统絮蓄垂耀薹鬟然．；茹窀鍪穰薹鞠匿蠢嚣函秽k靼行麓蓑缱／＼壤承薰缝瓣图2．1．1种景观可以起到美化环境的作用。人工湿地作为一个综合生态系统，通过利用生态系统中各营养级别的能量 万方数据流动和物质循环，在此过程中实现对污染物的吸收和转化，已达到去除污染物的目的，同时通过生态系统地循环可以发挥污染物的资源特点，获得污染物去除和资源利用的双重效益防止污水，而且可以避免二次污染的潜在原因【161[17】。人工湿地处理系统可以分为以下几种类型：自由水面人工湿地处理系统、潜流型人工湿地处理系统、垂直水流型人工湿地处理系统等。人工湿地系统去除的污染物范围比较广泛，包括有机物、N、P、病原体、SS等。在进水污染物浓度较低的条件下，人工湿地可以实现对BOD5的去除率达85％以上，COD去除率也在80％以上，出水qbBOD5的浓度可以控制在10mg／L，而SSd,于20mg／L。废水中大部分有机物则可以作为异养微生物的养分，并最终被转化成Tc02、微生物有机体和H20。人工湿地处理系统一般具有工艺简单、投资少、缓冲能力较强、处理效果较好而且运行费用低等优点，非常适合中、小型乡镇生活污水的集中处理。【13，人工湿地污水处理技术易受气候条件影响，而且我国南北差异较大，北方的大部分地区冬季温度较低，难以维持人工湿地生态系统的正常运行或者能够保证污水处理效果。在选用该技术时，要选取合适的植物，并且还要充分考虑当地植物的过冬问题【Ⅻ。采用人工湿地处理技术，主要注意以下几点：1．人工湿地处理技术必须做好防渗系统，对于农村地区湿地防渗可采用土工膜或三灰土夯实等简易实用的方法。2．人工湿地植物的选取。湿地植物是湿地处理系统最明显的生物特征，它是人工湿地的主要组成部分，在污水处理过程中起着重要作用。湿地植物选取时应因地制宜，综合考虑植物的以下特征：耐水、根系发达、多年生、耐寒、吸收氮、磷量大、兼顾观赏性和经济性、要尽量选择当地的土著种。目前，常用的有芦苇、香蒲、菖蒲、美人蕉、风车草、彩虹鸟、水竹、水葱、大米革、鸢尾、蕨草、灯芯草等。3．人工湿地植物栽种初期的管理主要保证其成活率。湿地植物栽种最好在春季，植物容易成活。如果不是在春季栽种而在冬季，应做好防冻措施，在夏季应做好遮阳防晒。总之，要根据实际情况采取措施以确保栽种植物的成活率。4．植物栽种初期为了使植物的根扎得比较深，需要通过控制湿地的水位，促使植物根茎向下生长。5．做好日常护理防止其他杂草滋生并及时清除枯枝落叶，防止腐烂污染。6．对不耐寒的植物在冬季来临之前要做好防冻措施或及时收割。人工湿地缺点：目前人们对人工湿地净化过程的了解多基于“黑箱”理论，而对于污水在湿地系统的净化过程了解不多，因此导致了人们在建造人工湿地时主要借助于经验，从而造成了各地人工湿地净化效率差异很大。低温限制和氧含量状况也是影响该技术处理效率及推广的重要因素。由于湿地系统中植物与微6 万方数据生物的生长及生理与生化活性不可避免地受到温度季节性变化影响，使得一些寒冷地区的人工湿地冬季运行受到限制，因此对温度如何影响湿地及怎样克服温度的影响这两个问题的研究将大大地扩大该技术的应用范围。湿地系统中氧含量是影响湿地N和P净化效果的关键因素，这也将影响人工湿地在高原地区的应用【181。2．2氧化沟工艺氧化沟是市政污水处理中经常采用的工艺技术，氧化沟又名氧化渠(Dxidafionditch，简写O．D)，因其构筑物呈封闭的沟渠形而得名。氧化沟一般呈环状沟渠形，也可以是长方形、圆形等。常用氧化沟工艺有奥贝尔氧化沟、DE型氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟以及三沟式氧化沟等。氧化沟工艺是活性污泥法的发展工艺，氧化沟中的活性污泥以污水中的有机物作为底物，通过生化反应使其无机化。在氧化沟的系统中，利用转刷或转盘以及其他类型的曝气设备，让污水氧化沟的环形沟渠内不断地循环流动，与此同时氧化沟的曝气设备对污水也达到了曝气的目的。污水通过曝气设备时通过曝气其溶解氧的浓度会被提高，而在其后沟渠内的流动过程中又逐渐降低。氧化沟的运行方式一般为延时曝气，其水力停留时间约为lO至24小时，其污泥泥龄约为20到30天。氧化沟通过灵活地设置进出水的位置、污泥回流位置和回流量以及曝气设备安排可以使氧化沟实现硝化和反硝化的功能【l9】【20】。2．2．1氧化沟工艺流程氧化沟的技术特点(1)氧化沟工艺具有混合式和推流式两种流态的特征。污水进入在氧化沟沟渠之后，通过曝气设备的推动污水和沟中混合液进行快速、均匀地混合。氧7 万方数据化沟中的混合液一般的流速为O．3．0．5m／s，水流在氧化沟沟渠内完成一个循环需要10．30min。根据氧化沟工艺的10．30小时的水力停留时间，可以得到污水在环形沟渠内要完成20．200次不等的循环，这样污水从流态上呈现完全混合式的特点。从局部上看氧化沟的流态，其从曝气位置到下一个曝气位置之间又表现为推流式的特点。所以从整体上说，氧化沟兼具完全混合和推流两种流态特点。完全混合的特点使其具有较强的缓冲能力，在水量水质变化较大的条件下依然可以稳定运行；推流式的特点使其在空间上有不同氧含量的分布，这样可以利用其氧的不同分布进行硝化和反硝化从而实现脱氮的目的【201。(2)氧化沟工艺流程简单，管理运行方便。氧化沟简化了污水的预处理过程，污水经格栅和沉砂池之后妻接进入氧化沟的处理流程之内；氧化沟的延时曝气特点使其剩余污泥很稳定，不需要污泥消化池就可以直接进行浓缩和脱水。这样氧化沟工艺除了主体的沟渠部分其他附属设施较少，运行管理起来比较方便‘201。(3)氧化沟的整体体积功率密度较低，氧化沟中的混合液一旦被推动即可使液体在沟内循环流动，一定的流速可以防止混合液中悬浮固体的沉淀，同时充入混合液中的溶解氧随水流流动也加强氧的传递。水流在循环中仅需要克服沟的沿程损失和局部损失，而这两部分的水头损失通常很小。另外，氧化沟中的曝气设备不是沿沟长均匀分布，而是集中布置在几处，所以，氧化沟可在比其他系统低得多的整体体积功率密度下保持液体流动、固体悬浮和充氧，能量的消耗自然降低。当污泥固体在非曝气区逐步下沉到沟低部时，随着水流输送到曝气区，在曝气区高功率密度的作用下，又可被重新搅拌悬浮起来，这样的过程对于污泥吸附进水中的非溶解性物质很有益处【2们。(4)氧化沟的工艺类型多种多样，可以灵活运行使用。氧化沟有圆形、椭圆形、马蹄形的单沟，也有相互连接的多沟还有同心圆的多沟，这样的多样的构型可以满足多种需要，对于不同的出水要求，氧化沟通过灵活的构型，曝气的设置以及水流的控制都可以满足各异的要求【20】。(5)处理效果稳定，出水水质较好。由于氧化沟用于完全混合式的特点，可以通过运行使其实现较低的污泥负荷，这样就提高了对污水的处理能力，使得出水水质稳定。在脱氮方面，氧化沟通过有效的运行管理可以实现95％以上的去除率，具有较好的脱氮能力【20】。氧化沟工艺缺点：氧化沟工艺一般占地较大，基建费用较高，另外氧化沟工艺还会发生污泥膨胀，这对于缺乏资金来源和专业技术人员的乡镇地区并不合适，同时氧化沟工艺也有对温度和氧含量有所要求，这样对于低温地区和缺氧的高原地区也不太适宜，如果采取保温措施和高浓度氧气曝气，其运行成本也是乡镇地区无法承受的【2¨。8 万方数据2．3$BR工艺SBR是序批式活性污泥法(SequencingBatchReactor)的简称，这种技术是由美国Natre大学的R．Ivine教授于20世纪70年代研发并建造了世界上第一座SBR污水处理厂，80年代末引入我国，目前已经是我国城市污水处理的主要工艺之一。SBR工艺是传统活性污泥法的一种变形，它的反应机理以及污染物的去除机制和传统污泥法基本相同，只是在运行操作有所区别。SBR是按周期运行的，一个完整的操作工程包括进水、曝气、沉淀、排水和闲置五个工序。在一个运行周期之中，各个阶段的运行时间、反应器混合液体积变化和运行状态都可以根据具体的进水性质，出水要求以及运行要求等灵活调控。SBR的反应器运行过程中，反应器内的混合液处于完全混合的状态，而在时间序列上又是一个完整的推流式反应装置。SBR工艺的灵活性特点使其易于调节厌氧、缺氧、好氧条件，通过运行方式的调整实现消化反硝化的脱氮过程以及厌氧／好氧生物除磷过程【22】【23】。图2．3．1SBR工艺的一般操作过程SBR工艺的特点：(1)工艺流程简单，基建成本低。SBR污水处理工艺的核心是它的反应池，一个反应池集聚了初次沉淀、水质均化、生物反应、二次沉淀等功能。与普通活性污泥法相比，它不需要另设二沉池，多数情况下可以省去初沉池，整个工艺简洁，操作过程通过自动控制装置完成，这样投资成本较低。此外SBR工艺布置比较紧凑从而可以节省占地面积。(2)生物处理效率较高，出水质量好。根据生化反应动力学，活性污泥的生化反应速度与基质浓度呈正比关系。基质浓度越高反应速度就越快。在完全混合反应器中，基质浓度等于出水基质浓度，反应推动力较小，反应速度很慢。而在理想的推流式反应器中，基质浓度从进水处的进水基质浓度沿着反应流程递减直至出水处与出水基质浓度相同，这样它的平均生化推动力高于完全混合式反应器，处理能力也高于完全混合式反应器。SBR工艺集合了这两种反9 万方数据应器的优点，其基质在空间上是完全混合式的，这样能够充分地进行生化反应，消解基质。而反应器的基质浓度和微生物的浓度是随着反应在时间上呈现推流式的特点，这样就可以实现较高的生化推动力，提高反应的速率【2列。(3)具有较好的脱氮除磷效果。SBR工艺可以根据不同的净化要求，通过调节运行方式实现。SBR工艺不仅可以比较容易地实现厌氧、缺氧和好氧状态的微生物环境条件，利于基质的降解，而且也比较容易在时间序列上实现厌氧／缺氧／好氧以及厌氧／好氧的配合并能够给予每一部分适当的时间比，为生化处理中实现脱氮除磷提供有利的条件【221。(4)污泥的沉降性能较好，沉淀的效果好。SBR反应器在沉淀过程没有进水的扰动，沉淀状态比较理想，沉淀的效果较好。另外SBR工艺可以有效地控制丝状菌的繁殖，在进水期，反应器的有机浓度较高，有利于菌胶团的形成，使耐低浓度基质的生长处于竞争劣势。而当生化反应末期，虽然底物浓度低，但可以调节供氧量使其维持在较低的水平。大多数丝状菌都是专性好氧菌，而SBR工艺的运行是在好氧和厌氧状态的交替运行，这样的运行环境可以对大多数的丝状菌产生不利的影响f23】。(5)对于进水水质波动具有较好的适用性，耐冲击性较好。基于SBR工艺的完全混合式特点，当进水浓度剧烈变化时，进入反应器中的污水完全混合后，就消减了进水的剧烈变化，使得生化处理面对的污水水质发生较小的变化。对于短时间的水质变化，长时间的进水然后完全混合，SBR具有较强的抗冲击能力{22】【23l。SBR工艺的发展出现了一些变形工艺如ICEAS工艺、CASS工艺、UNITANK工艺、MSBR工艺等，其中最常用的是ICEAS工艺和CASS工艺。ICEAS(IntermittentCyclicExtendedActivatedSludge)工艺是间歇式循环延时曝气活性污泥法的简称，ICEAS工艺一般采用两个矩形池为一组的SBR反应器，与传统的SBR工艺相比，其最大不同在于ICEAS工艺的反应器进水端位置增加了一个预反应区，这样每个池子分为了预反应区和主反应区两个部分。其中一般预反应区要求处于厌氧或者缺氧的状态，其容积占整个池子的10％左右。另外ICE,aS采用连续进水的方式，在生化反应阶段、沉淀和滗水阶段都可以进水，然后是间歇出水，没有明显的闲置阶段。与传统的SBR工艺相比，ICEAS工艺具有以下不同：(1)ICEAS工艺的污泥在沉淀期间会受到进水的干扰，这样就破坏了理想沉淀的条件。所以为了减少进水带来的扰动，池子一般会设计成长方形，使其出水近似予平流沉淀的形10 万方数据式。(2)由于污水的连续进水，ICEAS工艺就没有了传统SBR理想的完全混合式和时间上推流的特点以及去除难降解物质的优势，另外其采用设置选择区的方法已达到对污泥膨胀的控制刚。CASS(CyclicActivatedSludgeSystem)工艺全称为循环式活性污泥法，此工艺是在ICEAS工艺的基础上开发而来的。如图2．3．2它是在反应池前部设置了生物选择区，后部设置了可升降的自动滗水装置。其工作过程可分为曝气、沉淀和排水三个阶段，周期循环进行。污水连续进入预反应区，经过隔墙底部进入主反应区，在保证供氧的条件下，使有机物被池中的微生物降解。根据进水水质可对运行参数进行调整。CASS工艺分预反应区和主反应区。在预反应区内，微生物能通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大部分可溶性有机物，经历一个高负荷的基质快速积累过程，这对进水水质、水量、PH和有毒有害物质起到较好的缓冲作用，同时对丝状菌的生长起到抑制作用，可有效防止污泥膨胀；随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解过程。CASS工艺集反应、沉淀、排水、功能于一体，污染物的降解在时间上是一个推流过程，而微生物则处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中，从而达到对污染物去除作用，同时还具有较好的脱氮、除磷功能【25J。进水一图2．3．2CASS工艺基本构造SBR及其变型工艺缺点：SBR及其变型工艺形成一系列工艺，具有诸多优点，可以适用多种条件，但是它们具有同一个特点就是自动化程度较高，维护需要高级的专业技术人员而且维护成本较高，这对于乡镇地区并不具有优势【拍】o人工快渗系统(ConstructedRapidInfiltrationSystem简称CRI系统)是在解决传统污水土地处理系统存在的问题如水力负荷低、单位面积处理能力小等的基 万方数据础上，同时吸收了污水快速渗滤土地处理系统和人工构造湿地系统的优点，然后发展起来的一种颇具特色的新型污水处理技术。人工快渗利用了人工湿地和土地处理系统的优点，其主要通过渗滤介质以及介质上生长的微生物对污水中有机物质的过滤、截留、吸附和分解作用，实现对废水的净化过程【2‘71。快速渗滤系统(RapidInfiltrationSystem，简称Rl系统)是污水土地处理系统的一种。传统的RI系统占地面积大，水力负荷低，最高的日水力负荷也仅0．03m，这是由于传统的RI系统主要是利用天然的砂土地进行渗滤，场地土层不均一而使得水力负荷无法提高。为此，研究人员致力于人工快速渗滤系统(ConstructedRapidInfiltrationSystem，简称CRI系统)的研究，成功地从试验研究转向实际工程应用。CRI系统的渗滤池为人工填充的具有一定级配的天然河砂，并掺入一定量的特殊填料，以保证既有较高的水力负荷，又能满足出水的处理要求。CRI系统是利用快渗池内的人工介质和特殊填料进行的过滤、吸附以及微生物的降解等多种作用的相互结合，使废水中的有机物进行分解去除，从而达到水质诤化目的的一种生态学处理方法，它适用于河流污水资源化和生活污水处理。CRI系统不仅具有操作简单、运行管理方便、低能耗、低投资和低运行管理费用等优点，同时也有水力负荷高和出水水质好等特点【27】。CRI系统工艺流程如下：图2．4．1预处理的作用主要是降低污水中的固体悬浮物，以便提高人工快渗池的渗滤速度，以防堵塞。污水通过快渗池，产生综合的物理、化学和生物反应去除污染物，其中起主要作用的是生物化学反应。一般预处理系统可以采用普通沉12 万方数据淀、砂滤工艺以及一级强化絮凝工艺等。清水收集系统的功能是收集经过快渗系统处理的的清洁水以供回用。经过CRI系统处理后的出水可以回用作为绿化、冲洗路面和冲厕用水。CRI系统对污染物的去除效果为：COD达85％以上，BOD达90％以上，SS的去除率达到95％以上，氨氮去除率为90％左右，总磷的去除率可达50”70％以上。城市污水经该工艺处理后一般达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918．2002)的一级A的要求或者达到人体非直接接触的景观回用水及绿化回用水的水质要求：受污染的水体经过该工艺处理后，可达到《地表水环境质量标准》(683838．2002)中的V类标准甚至I|I类标准，是河流水体水环境修复工程的重要手段阳。人工快渗系统具有以下优点：(1)人工快渗的渗滤介质一般为砾石、河沙、卵石和大理石等常见介质，很容易获得，而且价格便宜，所以投资上会比较节省。(2)人工快渗的主体结构可以建在地上也可以建在地下，选择机动灵活。(3)采用人工介质回填。系统水力负荷高(一般大于1．Omg／1)，相比经典土地处理工艺占地面积较小(4)可以节省曝气和反冲洗部分，而且无污泥产生，根据地形特点还可以做到处理系统不需要动力。工艺简单，而且布局灵活，处理成本较低。(5)出水稳定，抗冲击负荷强。人工快渗系统主要缺点：目前CRII艺主要的问题就是系统易堵塞。造成渗滤系统孔隙堵塞的原因很多，也非常复杂，但一般认为由于水力负荷的提高，污染物负荷也相应提高，那么造成介质孔隙堵塞的可能性也就加大。发生堵塞的部位主要集中在系统与进水相接触的初始地段，由于进水悬浮物的截留以及微生物的活动使水中有机污染物初步分解形成多糖而造成其堵塞。可以采用加大进水的预处理程度、降低进水悬浮物浓度、定期人工翻动系统的初始地段或人工剥离更换堵塞层等方法解决。另外CRI工艺系统易受气候的影响。由于CRI系统基本处于室外自然环境下，所以气候的变化(如气温、降水等)必然影响到CRI的稳定运行。夏季气温高，微生物活性大，系统处理效果好；冬季气温低，微生物活性大大降低，系统处理能力降低。而降水会改变污水在系统中的流速，降低水力停留时间，从而使出水水质变差。因此，在进行CRI系统设计时要充分考虑当地气候特征，进行合理设计，以减小气候对系统的影响。CRI系统出水COD、NH3．N、SS13 万方数据去除率均在85％以上，满足一级A要求，但是TN、TP的处理效果不理想，未能达标【281。2．5A／O或A／A／O工艺A／O是Anoxic／Oxic的缩写，它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理。A／O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0．2mg／L，O段DO=2～"4mg／L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，可提高污水的可生化性及氧的效率；在缺氧段，异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化(有机链上的N或氨基酸中的氨基)游离出氨(NH3、NH4+)，在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3．N(NH4+)氧化为N03。，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO}还原为分子态氮(N2)完成c、N、O的循环，实现污水无害化处理。生图2．5．1A／O工艺流程A2／o工艺是Anaerobic．Anoxic．Oxic的英文缩写，它是厌氧一缺氧一好氧生物脱氮除磷工艺的简称。A2／o工艺于70年代由美国专家在厌氧一好氧工艺(A／O)的基础上开发出来的，该工艺同时具有脱氮除磷的功能。该工艺在好氧工艺(A／O)中加一缺氧池，将好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端，该工艺同时具有脱氮除磷的目的。混合液回流‘内回流)图2．5．2A／A／O工艺流程A2／o工艺原理是：首段厌氧池，流入原污水及同步进入的从二沉池回流的含磷污泥，本池主要功能为释放磷，使污水中P的浓度升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水中的BOD5浓度下降；另外，NH3．N因细胞的合成而被去除一部分，使污水中的NH3．N浓度下降，但N03．N含量没有变化。在缺氧14 池中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液中带入大量N03．N和N02．N还原为N2释放至空气，因此BODs浓度下降，N03．N浓度大幅度下降，而磷的变化很小。在好氧池中，有机物被微生物生化降解，而继续下降；有机氮被氨化继而被硝化，使NH3．N浓度显著下降，但随着硝化过程使N03．N的浓度增加，P随着聚磷菌的过量摄取，也以较快的速度下降。A2Io工艺它可以同时完成有机物的去除、硝化脱氮、磷的过量摄取而被去除等功能，脱氮的前提是N03．N应完全硝化，好氧池能完成这一功能，缺氧池则完成脱氮功能。厌氧池和好氧池联合完成除磷功能。A2Io工艺的优点：污染物去除效率高，运行稳定，有较好的耐冲击负荷；污泥沉降性能好；厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能；脱氮效果受混合液回流比大小的影响，除磷效果则受回流污泥中夹带DO和硝酸态氧的影响，因而脱氮除磷效率不可能很高；在同时脱氧除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其他工艺；在厌氧一缺氧一好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，不会发生污泥膨胀；污泥中磷含量高，一般为2．5％以上。A2IO工艺的缺点：反应池容积比A／O脱氮工艺还要大；污泥内回流量大，能耗较高；用于中小型污水厂费用偏高；沼气回收利用经济效益差；污泥渗出zkq20160323液需化学除磷。15万方数据 第三章乡镇污水处理工艺研究的目的据统计我国90％以上的乡镇水体环境受到不同程度的影响，78％的乡镇河段不宜作饮用水，50％的乡镇地下水受到污染【11l。随着城镇化和新农村建设不断推进，乡镇水环境问题越来越突出，乡镇污水处理越来越受到重视。同时农村生活污水处理几乎处于空白，因此还要考虑农村的污水处理。国家环境保护“十二五”规划要求至“十二五”末所有县和重点建制镇都要有相应的污水处理能力，随着“十二五”规划的逐步落实，许多乡镇开始建造起自己的污水处理设施，考虑到乡镇污水以及乡镇地区经济特点，选择适宜的污水处理工艺尤为重要，乡镇地区的污水处理应在考虑经济的基础上利用乡镇地区土地、人员等优势提高处理能力达标排放，实现乡镇地区环境经济协调发展。【5H6l由于乡镇污水处理限制性特点，使得乡镇污水处理正常建设运行和达标排放受到较大挑战，因此在乡镇污水处理中，工艺选择和设备选型需要深入探讨充分利用乡镇的土地、人员方面的优势突破资金和其他限制，实现对乡镇污水的处理以及乡镇水环境的改善。强化混凝技术在我国主要用于饮用水的处理，在生活污水处理中作为主要工艺还比较少见，一般来说强化混凝技术处理生活废水由于缺少了生化处理构zkq20160323筑物和曝气实施，所以减少了投资，运行费用也低了，但是同时药耗增加，污泥量增大。所以通过乡镇污水强化物化处理的试验，确定药剂用量，分析乡镇地区采用强化混凝技术投资运行成本，对比投资和运行费用效用，验证强化混凝技术在乡镇污水处理中的可行性。16万方数据 第四章已建乡镇污水厂污水处理工艺4．1已建乡镇污水处理厂的工艺组成在国内选取了江苏省、成都市、西安市、湖北省、广州市、沈阳市等六个地方的157座规模小于10000m3／d的污水处理厂进行调查，调查结果显示，如图4．1．1，在所选取的六个地区小型污水处理厂的污水处理工艺包括有人工湿zkq20160323地、氧化沟、氧化塘、$BR工艺及其变形工艺、MO工艺、A2／o工艺、接触氧化法、生物流化床、生物滤池等或着接入市政管道。其中，人工湿地技术的应用最为广泛，占所调查地区工艺的46％；其次则为氧化沟工艺，占22％；而其他工艺的使用率较低，所占比例在1％．7％范围内【¨】。就成都而言，2009和2010年间共建设乡镇污水处理厂108座。就规模而言，其中10000m3／d一座，1000．3000m3／d23座，500．1000(不包含1000)m3／d29座，100．500(不包含500)m3／d55座。就工艺而言，成都市的乡镇污水厂工艺选择，根据污水处理厂的规模大小，分别针对100．800m3／d选择人工快渗工艺，针对600．1000n13／d选择人工快渗或者生物膜流化床工艺，针对1000．5000rn3ld选择生物流化床或者CASS工艺，而对于6000．10000m3／d选用了CASS工艺或者氧化沟工型29】。4．2已建乡镇污水处理效果通过文献调研，选取了具有代表性的工艺进行分析。17万方数据 陈铭等【30】在SBR污水处理技术在乡镇污水处理中的应用中报道，某乡镇污水处理厂其进水水量最大为2500m3／d，BOD5为170mg／L，pH值为7．40，SS200mg／L，TN为38mg／L，TP为5mg／L。采用的工艺流程如下污水一I旃糖毯阵坠卜_堆驴棒敖ll污泥秉污混消化滟I■■一Il螺轩泵●■■■■■■■■■■●●■■■■■一膈式艨滤机卜—一污潍井远图4．2．1该乡镇污水经过6个月运行调试后，出水BOD为20mg／L，去除率为97％，SS为20mg／L，去除率为92％，氨氮为15mg／L，去除率为70％，出水达到了GB8978—2006《污水综合排放标准》一级排放标准刘峰等【3l】于江南某小城镇污水处理厂工程设计及运行效果中报道，污水处理厂占地800m2，工程总投资320万元，每日进水来源生活污水1lOOm3，污水管网渗入量150m3，部分雨水和工业废水进入官网量450m3，一共1700m3，设计规模2000m3／d。设计进水水质COD为300mg／L，氨氮40mg／L，总氮zkq2016032350mg／L，总磷3-4mg／L，出水执行《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB32／1072--2007)标准相当于城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准。由于污水的处理要求较高，采用了多级处理，生化处理采用两级生物处理，第一级采用滴滤床，这个部分主要去除大部分有机污染物和氨氮：第二级利用接触氧化池进一步去除水中的氨氮和部分有机污染物，保证出水氨氮和COD达标；最后考虑到生物法除磷难以达标，特采用加药絮凝处理。污水处理流程如下图4．2．2污水处理厂建成后，经过两个月运行调试，系统运行稳定，出水COD稳定18万方数据 在50mgn以下，水质达到设计要求。运行成本包含以下几个部分电费为0．23元／m3、人工费费用约0．02元／m3；、药剂费费用为0．11元／m3，所以总运行成本O．36元／m3。俞姗姗、匡恒等【32】在滴滤床在小城镇生活污水处理中的应用中报道，苏州某镇生活污水设计水量为500m3·d-1，排放要求为GB18918．2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。进水水质，CODer浓度在200-400mg／L范围内，氨氮在30-40mg／L之间，SS在200-300mg／L范围内。它的污水处理工艺流程如图4．2．3：生滔污水回用图4．2．3采用两级生物膜法，第一级采用无需机械曝气的滴滤床，第二级采用曝气zkq20160323生物滤池。生活污水经过化粪池处理后进入集水井，然后通过水泵泵入滴滤床布水器，污水均匀地洒在填料上，滴滤床出水大部分内部循环回流．其它则由泵提升送至曝气生物滤池处理。污水处理系统于2004年8月底开始进水，经过1年时间的运行，处理能力一直保持在设计值(500m3·d01)以上，系统出水COD始终稳定在50mg／L以下，达到中水回用标准。出水排至苏浜河内，在较短的时间内就大大改善了此段河水的水质。在运行成本上，电耗为吨水电耗费用为0．26元，人工费吨水费用约0．02元，药剂费为约0．02元·m-3，总的吨水运行费用约为0．3元。王海莉、温学友等【33】在CASS法工艺在小城镇污水处理中的应用中报道，河北省某县位于山区，生活污水处理厂主要收集和处理县城区的生产和生活废水，进水CODcr为500medL，TP为4．0mg／L。TN为40mg／L，排水执行一级A标准。它的工艺流程如图4．2．4。经过调试，出水水质稳定，达到设计要求。运行成本包括人员工资福利费、加药费及电费。本工程电费0．44元／m3，加药费O．06删，人工费o．02元／m3，因此总的运行费用为o．52；元Jm3。19万方数据 城市污农产鼍苫反彳17鲷咂蚓嚣鑫I盎H耋羹H过滤H誉厂—1ll；l蕾莲是I!I杭砂外运沉砂辫遥l游裹‘o曲泥：外运图4．2．4根据王艳华等[341在小城镇人工快渗工艺污水处理厂投资及运行成本探讨中报道，其选取9座采用CRI工艺的污水处理厂做投资及运行成本探讨，该地区城镇污水处理厂的执行城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918．2002)一级B标准。研究表明规模750~2800m3／d的CRI工艺污水处理厂工程投资从2660元／m3到3937元／m3之间，总投资成本在3918元／m3至6172元／m3之间，工程规模越大单位投资成本越低，其中厂区主要投资主体为钢筋混凝土CⅪ池，约占总投资的36％。而从运行成本分析得到，药剂成本约0．07元／m3，单位电耗约为O．06元，m3，各污水处理厂工资及福利费为7．2万元／a左右，年污泥处理成本在100至1600之间，这样总的运行成本在0．18．0．46元／m3之间。zkq20160323宋志文，毕学军掣35】对于人工湿地处理小城镇生活污水处理效果和经济分析得出，人工湿地工程造价较低，运行成本也较低，出水效果可以达到城镇污水处理厂的二级排水标准，如深圳某人工湿地系统运行费用为0．2元／吨，山东采用人工湿地处理系统的某污水处理厂经过三年运行，出水水质稳定，出水COD小于120mg／L，，BOD5小于30mg／L，处理后出水水质优于国家二级排放标准，处理成本仅为0．16元／吨。根据各种常用小型污水处理工艺的特点和处理效果来看，不论是人工湿地、氧化沟工艺还是SBR工艺、人工快渗技术以及各种复合工艺，对于乡镇污水的处理都可以取得较好的处理效果和一定的经济性。但是这些常用的小型污水处理工艺总有一些限制性特点。比如人工湿地由于湿地系统中植物与微生物的生长及生理与生化活性不可避免地受到温度季节性变化影响，使得一些寒冷地区的人工湿地冬季运行受到限制，因此对温度如何影响湿地及怎样克服温度的影响这两个问题的研究将大大地扩大该技术的应用范围。氧化沟工艺一般占地较大，基建费用较高，另外氧化沟工艺还会发生污泥膨胀，这对于缺乏资金来源和专业技术人员的乡镇地区并不合适，同时氧化沟工艺也有对温度和氧含量有所要求。人工快渗工艺主要的问题就是系统易堵塞。造成渗滤系统孔隙堵塞的原因很多，也非常复杂，另外CRI工艺系统易受气候的影响。由于CRI系万方数据 万方数据统基本处于室外自然环境下，所以气候的变化(如气温、降水等)必然影响到CRI的稳定运行。而且这些工艺大都需要曝气，曝气设备的维护和修理需要专业的技术人员，当乡镇污水厂较多时也是一个限制性特点。如果采用物理化学的方法处理就可以避免以上的很多问题，对于采用强化混凝技术的污水厂，首先会减少构筑物的规模，降低基建费用，其次就是化学药剂对于环境的适应性要比生物好很多，由于不用曝气也不需要自动化的控制系统，它在设备维护和修理上就要简单许多。2l 万方数据第五章强化混凝技术在污水处理中的应用混凝技术是通过投加混凝剂，利用混凝剂吸附电性中和、吸附架桥、卷扫沉淀等作用将污染物凝聚成大质量的矾花，然后通过沉淀和过滤工序去除。混凝剂具体的作用机理主要有4种即双电层压缩机理、吸附电中和作用、吸附架桥和卷扫机理【36】【37】。双电层压缩指的是向胶体分散体系中投加可产生高价反离子的电解质，通过增大溶液中反离子浓度，降低扩散层厚度，使胶体粒子的毛电位降低的过程。胶体结构中，胶粒表面的反离子浓度由里向外逐渐降低，直至与溶液中的；离子浓度相平衡。由图5．1．1可见，当向溶液中投加无机混凝剂时，溶液中离子浓度增大，扩散层的厚度将由图上的aa减少至ab，由于扩散层厚度的减少，乏电位相应降低，胶粒间相互排斥力相应减少，并且由于距离靠近使得吸引力增加，当超过某一临界点，胶粒间的排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以吸引力为主，胶粒得以迅速凝聚【36】【3‘71。毯爱卜卜鼍岖Db口图5．1．1吸附电中和作用是指非静电性质的作用，包括化学键合、表面络合、疏水缔合、氢键作用甚至范德瓦尔斯作用等，当反离子与胶粒表面发生吸附电中和作用时，会使粒子表面电荷得到中和，同时引起毛电位降低，通过吸附电中和作用造成表面电荷减少，这与通过压缩双电层使价电子减少的过程机理是不同的。当足够异号离子由于吸附电中和作用而吸附在胶体或颗粒表面时，可以使 万方数据粒子电荷减少到某个临界值，这时静电斥力不足以阻止胶体与微粒之间的接触，从而发生凝聚，异号离子的进一步吸附不但会使粒子表面电荷变号，并且有可能使表面电位变得足够高，以致引起胶体的重新稳定。无机混凝剂铁盐或铝盐投加量过高时就会发生再稳现象以及电荷变号的现射36】【371。吸附架桥作用，是指高分子化合物加入到混合液中，由于其架桥作用而使悬浮液中的胶体粒子脱稳的现象。高分子化合物一般具有很长的分子链，比如常用的聚丙烯酰胺(PAM)，而且分子链上有很多能够通过静电键合、氢键键合和共键键合作用在颗粒表面进行吸附的活性基团，一条高分子链能够同时吸附两个或两个以上胶粒，把胶粒像架桥一样连接起来形成絮团。当高分子混凝剂用量过大时，会将颗粒几乎完全包括，因而就不利于絮凝剂同时与其他颗粒作用，使得絮凝作用减弱，从而产生再稳现象，而对于用量过小又会起不到架桥的作用(36】【翊。卷扫作用是指向污水投加含有金属离子的化学混凝剂如FeCl3、A12(S04)3等，当药剂投加量和溶液介质的条件足以使金属离子迅速生成金属氢氧化物沉淀如Fe(OH)3、AI(OH)3等，或者金属碳酸盐沉淀时，所生成的难溶分子就会以胶体或者细微悬浮物作为晶核形成沉淀物，或者是对胶粒产生吸附力，并以卷扫的形式使水中的胶体微粒随其一起下沉。在水处理中，以上四种混凝机理往往可能同时发生作用，只是在特定的情况下才以某种机理为主而已136儿38J。在生活污水处理中，混凝技术可以应用在一级处理、二级处理、深度处理以及污水处理厂后续污泥处理中。通过混凝技术强化的一级处理可以很好地提高COD的去除率，增强对SS、TP等的去除效果，经过混凝强化一级处理后的污水，然后进行二级处理时，就可以较好地缩短水力停留时间，从而减少能耗，并提高了出水的水质；而在二级处理之中，通过添加混凝剂，可以有效去除污水中的TP，使出水的TP很好地满足一级A的排放要求，同时由于混凝剂的使用可以提高污泥的沉淀水平，稳定出水水质；深度处理中，混凝剂的使用不仅可以进一步去除污水中的有机物、TN、TP，同时混凝可以去除通过前期处理没有去除的重金属、一部分细菌等其他污染物【391[40][411。强化混凝一级处理工艺一般采用主要由混合池、反应池和沉淀池组成，污水经格栅进入混合池，向混合池中投加混凝剂(包括无机、有机高分子混凝剂或助凝剂)，在机械搅拌或其他搅拌方式作用下与污水充分混合后进入反应池，污水中悬浮态和胶体态物质与絮凝剂发生压缩双电层、吸附架桥和脱稳卷扫作用，从而脱稳、聚集形成絮体后进人沉淀池，在重力作用下形成沉淀污泥；同时污水中大部分的磷与混凝剂反应后，通过化学沉淀、混凝沉淀和选择性吸附等过程得以去斛421。工艺流程非常简单如下图5．1．2： 团一圈哪回嚼甲一回固万方数据图5．1．2对于一级混凝强化处理效果，王东海等【43】的研究成果表明采用无机混凝剂处理低浓度生活污水时，当PAC投加量为30．50mg／L时，对COD的去除率可以达到70％以上。周世辉等晔】用清华大学小区生活污水为试验原水在聚壳糖与硫酸铁复合的最佳絮凝条件下对SS和浊度的去除率达85％左右，对COD的去除率为72．5％，对BOD5的去除率为56．4％。姜应和等【45】在武汉水质净化厂采用混凝法强化一级处理技术，当进水BOD5>80mg／L、PAC投加量为50mg／L、有机高分子絮凝剂M101l投加量为0．15mg／L时对BOD5和TP的去除率均可达到60％，出水SS<30mg／L；当进水BOD5在80mg／L左右，当聚合铝投加量为13mg／L时，其BOD5去除率可达65％，药剂投加量指标为0．272rag／ring胶体COD。混凝法强化一级处理技术对COD的去除率可达60．70％，当进水有机负荷较低时，单设该工艺即可使出水达N-级排放标准；当远期进水有机物浓度升高时可设后续生物处理工艺使出水达到二级或一级排放标准。从一级混凝强化处理的效果来看，采用混凝法处理乡镇生活污水具有一定的可行性，可以在乡镇经济条件不允许的情况下先采用一级强化的工艺，达到一定的去除效果，而当乡镇经济发展允许的时候，可以增加后续处理流程从而满足更高的处理要求。另外一级强化混凝工艺流程简单，构筑物较少，对于乡镇的各种环境具有较好的适应性，不用考虑氧气的供给，对于温度的要求也没有生物处理苛刻，所以在乡镇地区应用具有可行性【38】。影响混凝效果的主要因素有混凝剂的种类、混凝剂的投加量、PH值、温度的影响以及水力条件的影响。而通过提高混凝剂投加量、调节PH值、以及投加复合药剂如有机混凝剂和无机混凝剂混合使用等方法可以有效提高污染物的去除效果【36】【37】【38】。混凝剂的种类：混凝剂种类比较多，根据化学成分可以划分为为有机和无机混凝剂两大部分，其中无机混凝剂主要是铁盐和铝盐及其聚合物，而有机混凝剂则主要是一些高分子化合物。目前常用的混凝剂有铝、铁及硅类等的无机 万方数据混凝剂即越，Fe，Si的羟基和氧基聚合物，无机高分子混凝剂如阳离子型的聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合磷酸铝(PAP)、聚合硫酸铁(PFS)及聚合磷酸铁(PFP)等，阴离子型的活化硅酸(AS)及聚合硅酸(PS)，无机复合型的聚合氯化铝铁(PAFC)、聚硅酸硫酸铁(PSiFS)、聚合硅酸氯化铁(PSiFC)、聚合氯硫酸铁(PFCS)、聚合硅酸铝(PASI)、聚合硅酸铁(PFSiC)、聚合硅酸铝铁(PAFSi)、聚合磷酸铝铁(PAFP)及硅钙复合型聚合氯化铁(SCPAFC)等，有机高分子混凝剂如聚丙烯酰胺(PAM)的应用最多。根据其基团的带电情况可以划分为阳离子型、阴离子型、两性型以及非离子型。实际的强化混凝条件下，一般无机混凝剂的混凝效果要好于有机混凝剂。通常认为，在合成有机物的吸附位只能产生电中和作用参与有机污染物的沉淀，所以混凝效果不理想，相比之下无机混凝剂既具有电性中和、形成难溶络合物，其氢氧化物又能提供表面，使有机物发生吸附等优势，所以效果较好【3们。混凝剂投加量的影响：混凝剂的投加量是提高有机物去除率的重要影响因素，其不仅可以影响胶体的脱稳作用、决定过滤后的水质，而且其还与水中絮体的产生量有直接关系。若混凝剂的投加量过多，会发生胶体的再次稳定现象，而且有可能形成过大的絮体，从而导致滤层表面截污过多，不能够充分地发挥虑床的能力，使得虑床阻力增长过快，缩短过滤周期【39】【411。PH值的影响：PH值对混凝效果的影响主要是因为它对于混凝剂的水解速度、产物的形态和性能的影响。对于铝盐，其水解过程中所生成的AI(OH)3胶体物质是典型的两性化合物，当其分解时，既能生成带正电的阳离子，也能生成带负电的阴离子。混凝中，当PH>8．5时AI(OH)3胶体带负电，而当PH<5时，铝在水中的存在状态主要是AL3+、AL(OH)2+。而AL(OH)3数量很低。对于铁盐，其分解产物溶解度低，pH值影响较d,t4¨。水力的影响：水力条件对强化混凝效果也有影响，在混合阶段，强化混凝要求药剂能够快速、均匀地扩散到污水之中，这个时候被处理水则需在短时间进行剧烈的运动以利于混凝剂的扩散，而到了反应阶段，则要求污水长时间平静，以便絮体的生成和成长140]。5．2强化混凝技术在污水处理中的应用概况污水处理中常采用的化学强化一级处理法(chemicalenhancedprimarytreatment简称CEPT)是在一级处理工艺基础上，通过投加化学絮凝剂等强化措施去除污水中各种污染物，它可在短时间内以较少的投资和较低的运行费用大幅度削减污染负荷。污水中的大多数污染物都是以颗粒形态存在，依据颗粒大小可 万方数据将污水中的污染物质分为溶解态、胶体态、超胶体态和悬浮态，其中胶体态、大分子的超胶体态和悬浮态的粒径在lOoUm以上，属于混凝处理可以去除的部分，一般占城市污水COD的50％．70％，随着混凝技术的发展和新型混凝剂的研发，通过混凝处理工艺COD的去除率越来越耐13】【14】。瑞典、挪威、芬兰等北欧国家的中小城镇污水处理厂大部分采用化学处理，以较低投资和运行费用达到或接近生化处理效果，尤其磷去除率明显超过生化处理(达到90％以上)。如挪威现有2／3的城镇污水采用CEPT法处理，其中最大污水处理厂处理能力为40×104m3／d，COD和总磷去除率分别超过70％和90％t15】。美国、加拿大等城市也采用CEPT法或结合生化工艺处理城市污水。如美国圣地亚哥和洛杉矶污水处理厂连续运行5年，SS、总磷、重金属去除率一直均保持在85％以上，BOD去除率为51％"---56％，而基建投资和运行费用却只有二级生化处理厂的30％"---40％。其他一些污水处理厂通过采用CEPT与生化法结合，不仅大幅度提高了SS、BOD及磷的去除率，同时又显著削减了运行费用【151。我国台湾、香港等地是研究和利用CEPT法处理城市污水的典型城市，根据香港环境署研究报告，利用CEPT技术可使污水SS、总磷去除率提高到85％以上，BOD去除率很容易达到50％以上，可节省投资40％----50％[15】。 万方数据第六章乡镇污水强化物化处理试验试验所用FeCl3为分析纯，PAC和PAM为污水处理厂所用工业产品，PAC为一般品质价格为1000元／吨，PAM为30000元／吨。试验方法是用量筒量取lL搅匀的污水，投入混凝剂，用快速(200r／rain)搅拌2min,慢速(50r／min)搅拌10min，搅拌停止后静置30min，取上层清液进行分析。对于混合投加药剂，试验方法是用量筒量取lL搅匀的污水，先投入无机混凝剂，然后用快速搅拌2min，之后再投入高分子的有机混凝剂(这里是PAM)，用快速搅拌2min，慢速搅拌10min，搅拌停止后静置30rain，取上层清液进行分析。PH虽然会影响到污染物的去除效果，但考虑到乡镇地区污水的PH调节操作并不方便，而且通过文献可以得到PH为7时可以取得良好的处理效果，而且对于处理效果影响并不大【36】。主要分析了CODcr和TP的去除率，CODer使用四川久环仪器有限责任公司的SERES2000cCODer在线监测仪器(如图6．2．1)，测量三次取后两次数据的平均值。TP采用的是国家标准方法钼酸铵分光光度法实验室测定。图6．2．1SERES2000cCODer在线监测仪器27 万方数据SERES2000cCODcr在线监测仪器每天上午9：00自动用标液校准，测量选择校准之后，由于连续测量发现，上一次的测量溶液会影响下一次的测量，而第二次和第三次比较稳定，所以选择取后两次数据的平均值。6．3试验结果生活污水来源于绵阳市某县污水处理厂七月份的生活污水，平均CODcr为122mg／L，平均TP为4．05mg／L，平均PH为7．0。实验结果如下：(1)FeCl3对CODcr的去除效果(PH调节为7)Fecls(y／L)CODcr(y／L)原水去除率(％)、毒ij队00一il；1407,印，。148．00i-5．41i00．00136．00148．008．11一l蕃O．狮I68．00。。‘120．硼43．332∞．∞60．00120．0050．00250．∞124．50207．4039．97然后得到图6．3．1：表6．3．1 万方数据由表6．3．1和图6．3．1可知，FeCl3对CODcr的去除效果在150．200mg／L之间时去除率最高，为50％左右，在进水只有122mg／L的情况下也仅仅刚刚达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GBl8918-2002)一级B的水平。这样的话，由于乡镇地区污水处理厂进水污染物浓度的波动性，单独使用Fccb是无法满足对CODcr的去除要求。(2)FeCl3对TP的去除效果(PH调节为7)FeCl3(啦儿)TP(rag／L)原水TP(岖／L)去除率(％)lo|．_加0．钒：1。50张．6750．∞O．643．6582．60l∞．∞。O．433．65。88．16150．000．162．5593．652∞．∞0．182．5鑫92．82250．000．275．6395．24然后得到：表6．3．2图6．3．2 万方数据由表6．3．2和图6．3．2可知，FeCl3对11P有较好的去除效果，在FeCl3浓度为50mg／L时对于TP平均去除率就达到了84．83％，就可以满足城镇污水处理厂污染物排放标准(GBl8918-2002)一级B的要求，而当FeCl3浓度为100mg／L时，对于口的平均去除率达到了89．20％，对于TP平均值为4．05mg／L的污水就比较容易地达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GBl8918．2002)一级A的排放要求。(3)PAC对CODcr的去除效果PAC(嵋／L)O)Dcr(吣／L)原水COD(rag／L)去除率(％)暑O67．611文7“|40．55艘}谰为71∞63．244．42l韵{60．546．792∞58．348．72。裂潞51．654．623∞54．152．42然后得到：表6．3．330 万方数据由表6．3．3和图6．3．3可知，单独使用PAC对CODer的去除率要好于FeCh，浓度在50mg／L以上的PAC对CODcr的去除率在40％以上，在测定的数据中PAC浓度达到250mg／L时去除率最高为54．62％。当PAC的浓度为300mg／L时CODcr的去除率下降到了52．42％，这是由于当PAC浓度超过某个临界值时，它通过吸附电中和作用会使得污水中的微粒表面电荷符号变号，当电荷变号达到一定量时它就会使得污水中的微粒重新稳定，降低PAC对污染物的去除效果。(4)PAC对佃的去除效果PAC(嵋／L)11P(呱／L)原水去除率Or)(吣／L)l∞．∞1．794．8763．24150．001．385．6775．662∞．∞1．265．6777．78250．000．825．0083．60湖．∞0．805．0084．10然后得到：表6．3．4图6．3．43l 万方数据由表6．3．4和图6．3．4可知，单独使用混凝剂PAC对TP的去除效果要弱于FeCh的处理效果，但是也有较好的去除率。PAC浓度在100,300mg／L之间时，其对TP的率在63．24％以上，而且随着PAC浓度的升高TP的去除率逐渐提高，在250mg／L以上去除率趋于稳定。(5)P枷和FeCl3混合投加去除效果当PAM为1．0mg／L时FeCl3(ag／L)CODer(q／L)去除率(％)原水lO94。4。13．71iCODe。r109．4mg／LPH=75043．760．05。PAH为lmg／Ll∞。-31．17l。翳一15025．276．97∞O23．978．『】．；525023．778．34然后得到表6．3．5图6．3．532 万方数据由表6．3．5和图6．3．5可知，当投加PAM为1．0mg／L时，混合添加PAM和FeCl3相对单独的FeCl3，CODcr的去除率有了加大的提高，FeCl3浓度超过50mgn时CODcr的去除率在60％以上，而且随着FeCl3浓度的增加CODer的去除率逐渐增加，而FeCl3浓度超过lOOmgm时，CODcr的去除率在70％以上。当PAM为0．5mg／L时FeCl3CODcI"(ms／L)去除率原水(mg／L)10103．4。4．08CO—Dcr=107．8ag／L、PH=7“5067．437．48(授加、PAIl浓度为O．5rag／L)l∞54．3．嘎：9．6315043．859．372∞44．O59．1825042．360．76然后得到表6．3．6图6．3．633 万方数据由表6．3．6和图6．3．6可知，当投加的PAM为0．5mg／L时，PAM和FeCh混合添加相对于单独使用FeCl3，CODcr的去除率依然有了较大的提高。FeCl3浓度大于50mg／L时，CODcr的去除率可以达到40％以上。而且随着FeCl3浓度的增加CODcr的去除率逐渐增加，而FeCl3浓度在150．250mg／L之间时，CODcr的去除率稳定在60％左右。(6)PAM和PAC混合投加去除效果当PAM为1．0mg／l时PAC(mg／L)CODcr(ag／L)去除率(％)原水COD钠蕊．653．60—130．6mg／LoPH=7。l∞52．859．57PA—M；鏊JImg／L王秘45．765．012∞44．865．7028045．46S．243∞49．262．33得到表6．3．7图6．3．734 万方数据由表6．3．7和图6．3．7可知，投加PAM的浓度为1．0mg／L时，PAC浓度在50-300mg／L之间，CODer的去除率都在50％以上；而当PAC浓度超过100mg／L时，CODer的去除率在60％以上；CODer去除率最高出现在PAC浓度为200mg／L时。去除率为65．7％。当PAM为2mg／l时PAC(rag／L)CODer(mg／L)去除率(哟原水C01)cr(rag／L)5063．95：2．46134．4翻曙／LPH=7l∞53．260．42PAIl为2mg／L15052．9∞．642∞50．362．572∞51．861．463∞49．363．32得到表6．3．8图6．3．835 万方数据由表6．3．8和图6．3．8可知，投加的PAM浓度为2．0mg／L时，PAC浓度在50-300mg／L之间，CODcr的去除率在50％以上；当PAC在100-300mg／L之间时，CODcr的去除率稳定在60％左右。当PAM为0．5mg／L时PAC(rag／L)CODcr(mglL)去除率(吣原水CODcr(mg／L)5081．341．04137．9mg／LPH=710074．945．69PAg为0．5mglL15051．：36幺802∞47．265．7725伊53。飞61．063∞51．262．87得到：表6．3．9图6．3．936 万方数据由表6-3．9和图6．3．9可知，PAM浓度减小为0．5mg／L时，低浓度的PAC(50．100rag／L)对于CODer的去除率低于50％，而当PAC浓度大于150mg／L时，CODcr的去除率则在60％以上，最高的去除率出现在PAC200mg／L时，这时的CODer去除率为65．77％。6．4结果分析(1)对于CODer平均浓度为122mg／L、TP平均浓度为4．05mg／L的污水，达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GBl8918．2002)一级B的要求，需要满足至少CODer50．8％的去除率，TP75．3％的去除率。根据6．3的试验结果，单独使用混凝剂FeCl3是无法满足对于CODcr的去除要求，但是FeCl3对TP有较好的去除效果，50mg／L的FeCl3即可满足对TP的去除要求。对于PAC则好一些，单独使用混凝剂PAC对CODer的去除效果要好于单独使用混凝剂FeCl3，当PAC浓度达到200和250mg／L之间的某个数值时即满足一级B的要求，而当PAC浓度为250mg／L时其对CODer的去除率为54．62％。PAC对TP的去除也有较好的效果，当PAC的浓度大于]50mg／L时即可满足城镇污水处理厂污染物排放标准(GBl8918．2002)一级B的要求。通过以上分析可得到，对于单独使用的混凝剂，PAC可以同时满足CODcr和TP去除要求，满足要求的最低PAC浓度为200．250mg／L之间的数值，我们取225mg／L计算。这样平均每吨污水所需PAC2259，又PAC价格为1000元／吨，则有0．225元／吨的理论药剂成本。当PAM和FeCl3以及PAC混合使用时，相对于单独投加FeCl3或者PAC对CODcr去除都有较大的提高。PAM和FeCl3混合使用时，PAM为1．0mg／L和FeCl3浓度大于50mg／L即可满足一级B的要求，PAM为0．5mg／LFeCl3浓度大于100．150mg／L之间的某个值可满足要求，取125mg／L。工业级的FeCl3价格为5000元／吨，如果按照80％投加效果折算，这样通过计算可知PAM为1．0mg／L时，理论药剂成本为0．34元／吨，PAM为0．5mg／L时，理论药剂成本为O．80元／吨。PAM和PAC混合使用时，PAM为1．0mg／L时和2mg／L时去除效果基本上没多少差别，所以仅讨论PAM为lmg／L和0．5mg／L两种情况，PAM为1．0mg／L时和PAC为50mg／L时即满足要求，而PAM为0．5mg／L时则需要PAC达到100和150mg／L之间的某值，这里取125mg／L计算。这样通过计算可知PAM为1．0mg／L，PAM和PAC混合投加理论药剂成本为0．08元／吨，PAM为0．5mg／L时，PAM和PAC理论药剂成本为0．14元／吨。(2)如果排水满足城镇污水处理厂污染物排放标准(GBl8918-2002)一37 万方数据级A的要求，则CODer的去除率需要在59％以上，TP去除率在87．7％以上。根据CODer去除率的要求，单独投加PAC或者FeCl3都无法满足要求，只有混合投加药剂才可以达到要求。对于PAM和FeCl3混合授加的情况，PAM为1．0mg／1时FeCl3大于50rng／L即可满足要求，而PAM为0．5mg／L时，则需FeCl3在150mg／L以上。这样通过计算，本为O．34元／吨，PAM为0．5mg／L时，可知PAM为1．0mg／L时，理论药剂成理论药剂成本为元／吨0．95元／吨。对于PAM和PAC混合投加的情况，PAM为1．0mg／L时和2mg／L时去除效果基本上没多少差别，所以仅讨论PAM为lmg／L和0．5mg／L两种情况，PAM为1．0mg／L，PAC为100mg／L时即满足要求，而PAM为0．5mg／L时则需要PAC达到150mg／L，这样通过计算可知PAM为1．0mg／L，PAM和PAC混合投加理论药剂成本为O．13元／吨，PAM为0．5mg／L时，PAM和PAC理论药剂成本为O．17元／吨。考虑到药剂的投加效率和投加效果，即使药剂80％有效投加的，满足城镇污水处理厂污染物排放标准(GBl8918．2002)一级A的要求，最低药剂费用为PAM和PAC混合投加的0．16元／吨。6．5小结通过对于低浓度的乡镇生活污水，强化混凝技术可以取得较好的处理效果，而且当混凝剂PAC和PAM混合使用时，达到一级A要求药剂的成本也很低仅有0．16元／吨的水平，考虑到人工成本和污泥处理费用，总的运行成本也不会超过0．3元／吨的水平，这对于乡镇地区污水处理厂的正常运行非常有利。对于较高浓度的生活污水，参照城市生活污水一级强化的数据，其运行成本在0．3．0．5元／吨之间，处理效果可以达N--级排放标准，对于要求不高的乡镇地区也是可以接受的，当某乡镇地区的经济发展到一定水平时，可以在强化混凝处理之后增加后续处理，提高污水处理能力。除此之外强化混凝的优势还表现在它对于环境的适应性较强，由于占地较小，在较为寒冷的地区混凝处理完全可以在室内完成。混凝的流程非常简单，没有过多的设施，不需要占地大需要经常维护的曝气设施，所以其不需要专业技术人员就可以完成正常运行，这对于缺乏技术人才的乡镇地区也是很重要的。本试验测试了夏季低浓度条件下强化混凝技术对乡镇污水的处理效果，处理效果可以满足国家相应的标准。但是对于冬季较高浓度的乡镇污水，还需要进一步的试验，虽然从文献调研可以了解到强化混凝技术对于城市污水处理取得一个较好的效果，但是乡镇污水的组成成分与城市的污水是不同的，乡镇污水的成分相对城市污水要简单一些，预计对于冬季较高浓度的乡镇污水，强化混凝技术的处理效果要好予同样采用强化混凝技术的同污染浓度城市污水的处理效果。38 万方数据利用强化混凝技术处理乡镇污水是一个很好的尝试，强化混凝技术自身流程简单、操作简便、基建费用较低、运行费用合理、对各种环境适应性强的特点，使得强化混凝技术在乡镇污水处理工艺选择中具备优势，未来随着强化混凝技术会逐渐在乡镇污水处理中推广并占有重要地位。39 万方数据第七章总结乡镇污水处理工艺的选择，有着较多的限制条件，进水的水量与水质在时间上变化较大、排水管网相对不够健全、污水厂建设及运行资金筹措能力较弱、相关的技术力量比较薄弱等，所以工艺选择的时候更多的是考虑工艺的适应性、工艺运行成本可行性以及工艺运行的操作难度。对于已建的乡镇污水处理厂，人工湿地、氧化沟工艺、A／O或A／A／O工艺、SBR及其变型工艺以及人工快渗技术等都可以取得优于城镇污水处理厂污染物排放标准(GBl8918—2002)二级的处理效果，在运行成本上，人工湿地、SBR及其变型工艺以及人工快渗在可以接受的范围内，在各地的不同条件下通过优化都可以达到低于0．5元／吨的运行成本，而对于要求较高的地区，A／O或者A／A／O以及复合工艺发挥重要的作用，但是成本较高。在操作难度上，SBR及其变型工艺、A／o或A／A／O和氧化沟工艺相对要求较高的专业技术，所以在这个方面人工湿地和人_工快渗技术是较好的选择。随着污水排放标准要求的提高，当城镇污水处理厂污染物排放标准(GBl8918．2002)一级A成为普遍的标准之时，常用SBR、氧化沟、人工湿地等污水处理工艺对于TP、SS等去除效果就满足不了要求，而强化混凝技术可以保证对于TP和SS的去除效果达到一级A标准，同时对于较低污染浓度的进水，强化混凝技术可以使得出水CODer浓度等其他指标满足要求，而且运行费用较低。对于较高浓度的进水，在保证TP和SS去除效果满足要求的情况下通过增加后续处理，可以使得其他指标满足要求。乡镇污水强化混凝试验的结果显示，强化混凝技术在乡镇污水处理中有较好的前景。对于CODcr平均浓度为122mg／L、TP平均浓度为4．05mg／L的污水，要达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GBl8918-2002)一级B的要求，单独使用PAC需要0．225元／吨的理论药剂成本，PAM和FeCl3混合使用可以达到理论药剂成本为O．34元／吨，而PAM和PAC混合投加更可达到理论药剂成本为O．08元／吨的水平。如果排水满足城镇污水处理厂污染物排放标准(GBl8918．2002)一级A的要求，混合投加混凝剂可以达到要求。PAM和FeCl3混合投加理论药剂成本为0．34元／吨，PAM和PAC混合投加理论药剂成本为0．13元／吨。考虑到药剂的投加效率和投加效果，即使药剂80％有效投加的，达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GBl8918．2002)一级B的要求，最低理论药剂费用为PAM和PAC混合投加的0．10元／吨，而满足城镇污水处理厂污染物排放标准(GBl8918-2002)一级A的要求，最低药剂费用为PAM和PAC混合投加的0．16元／吨。以上仅仅适用于进水CODcr平均浓度为122mg／L、TP平 万方数据均浓度为4．05mg／L的污水的情况。对于低浓度的乡镇生活污水，强化混凝技术可以取得较好的处理效果，而且当混凝剂PAC和PAM混合使用时，达到一级A要求药剂的成本也很低仅有O．16元／吨的水平，考虑到人工成本和污泥处理费用，总的运行成本也不会超过0．3元／吨的水平，这对于乡镇地区污水处理厂的正常运行非常有利。对于较高浓度的生活污水，参照城市生活污水一级强化的数据，其运行成本在0．3．0．5元／吨之间，处理效果可以达到二级排放标准，部分污染物去除效果达到一级A的指标要求，对于要求不高的乡镇地区也是可以接受的，当某乡镇地区的经济发展到一定水平时，可以在强化混凝处理之后增加后续处理，提高污水处理能力。除此之外强化混凝的优势还表现在它对于环境的适应性较强，由于占地较小，在较为寒冷的地区混凝处理完全可以在室内完成。混凝的流程非常简单，没有过多的设施，不需要占地大需要经常维护的曝气设施，所以其不需要专业技术人员就可以完成正常运行，这对于缺乏技术人才的乡镇地区也是很重要的。综上所述强化混凝技术在乡镇地区污水处理中是可行的。对于不同地区、不同气候、不同地质地貌，强化混凝技术具有良好的适应性。投资和运行成本低于一般的小型污水处理工艺，流程简单，设施维护和修理容易，适宜用于乡镇地区的污水处理。另外对于常规乡镇污水处理厂在节能运行方面，一个是曝气的节能，一个是污水提升的节能[4611471。对于曝气设备的选型，通常的原则是：根据进水、出水水质，水量，运行费用，使用寿命，维护费用，一次性投资，负面影响及节能环保等方面综合考虑选用。曝气选型应因地制宜，在满足生化反应好氧需求的前提下，尽量选择动力效率高的曝气设备，减少运行能耗。一般情况下，曝气设备适宜选择微孔曝气，具有较高的氧转移率和氧转移效率，在有效管理的情况下，可以较好的降低能耗。对于微孔曝气器，宜选择具有较好的化学稳定性和耐腐蚀性，而且其机械强度高，抗冲击能力强，对风机频繁启用产生的水击可以安全承受的材料，同时宜采用不需要除尘处理且空气阻力较小的管式结构，降低运行成本【48】149J。污水提升的节能首先应当因地制宜充分利用当地的地形以减少对污水的提升高度，然后就是设计上尽量降低污水的提升高度，第三为减少污水流动过程中的水头损失。污水厂的水头损失包括在各处理构筑物内部的水头损失、各构筑物之间连接管渠的水头损失以及计量设备的水头损失。通过实地测量得到连接管线、污水的计量设施以及污水处理设施构筑物内部的水头损失都很小，构筑物设计的出水方式以及污水的跌水高度则可以作为节能降低的途径【50】【5¨。污水处理厂通过管理上的措施也可以促进能源消耗的降低。其中最直接的方式是在满足处理要求的情况下尽量减少相关设施的使用。乡镇的污水处理厂面对着41 万方数据污水较大的波动，夏天时进水的污染物浓度较低，有些污水本身就不用生物处理只需简单地过滤沉淀即可达标，对于这种情况可以选择暂时关闭部分生物处理设施已达到节能的目的。冬天时，进水量较少，这时并不需要像其他时间那样保持所有的污水处理流程运行，可以选择性的停止部分流程，在满足处理要求的前提下减少耗能设备的运行【52】【53】。42 万方数据值此论文完成之际，首先向尊敬的导师陈科研究员表示衷心的感谢和诚挚的敬意，感谢导师陈科忙碌之中多次的指导和提醒。时光如梭，转眼三年的学习生活即将结束。三年来，导师敏锐的思维、严谨的治学态度、渊博的学识、果断干练的作风、诚挚谦虚的品格和宽厚善良的处世方式，永远值得我学习和效仿。导师在我的学业上尤其是在论文的撰写过程中，倾注了大量的心血，给予了我许多教诲和，将使我终生受益。三年来，导师还在生活方面给予了我诸多慈母般的关怀和爱护，使我在感激之余常常感到心有惭愧。我将更加努力，不辜负恩师的期望。毕玉生高级工程师对我的论文写作和修改给予了大量的指导和鼓励。毕老师务实的科研态度、与时俱进的科研精神和宽以待人的为人之道真正体现了一位长者的风采。在此，致以诚挚的谢意。任岷研究员在非常忙碌的工作之中，抽出时间对我的论文写作和修改提供大量的详细的意见，这些意见促成了论文的最后完成，在此向任老师表示感谢。感谢梓潼污水处理厂的张波厂长以及实验室和操作室的员工给予的帮助和支持。特别感谢余老师的宽容与理解以及给我的帮助，也感谢王韬、姜广浩和赵凯等同学的帮助以及陈楠同学的鼓励。特别感谢我的父母和弟弟，每当我在学业上受到挫折时，总能从他们那儿得到精神上的安慰和鼓励，最后，向所有关心我、爱护我和给予我帮助的所有人再一次致以诚挚的谢意143 万方数据参考文献[1]郝晓地，张向萍，兰荔．美国分散式污水处理的历史、现状与未来[J]．中国给水排水．2008，24(22)：1-5．[2]范彬，武洁玮，刘超等．美国和日本乡村污水治理的组织管理与启示[J]．中国给水排水．2009，25(i0)：6-11．[3]李虎，石田耕三．环境自动连续监测技术[闷．化学工业出版社，2008：5-10．[4]常杪，小柳秀明等著。小城镇·农村生活污水分散处理设施建设管理体系[M]．北京：中国环境科学出版社．[5]H．‘pdegaard．TheInfluenceofWastewaterCharacteristicsonChoiceofWastewaterTreatmentMethod[C]．ProcNordicConferenceonNitrogenRemovalandBiologicalPhosphateRemoval．Oslo，Norway，1999．[6]中华人民共和国环境保护部．2012年环境统计年报．[7]国务院．“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划。[8]杨勇，王玉明等．我国城镇污水处理厂建设及运行现状分析[J]．给水排水．2011，37(8)：35—39．[9]孙兴旺，马友华等．中国重点流域农村生活污水处理现状及其技术研究[J]．中国农学通报．2010，26(18)：384—388．[10]关亮炯．我国水污染现状及治理对策[J]。科技情报开发与经济，2004，14(6)：80一82．[11]李伟等．小城镇污水处理设施的特点及对策[J]．中国给水排水．2012，28(6)：29—32．[12]张可方等编著．小城镇污水厂设计与运行管理[M]．北京：中国建筑工业出版社．[133郑毅，丁曰堂，李峰等．国内外混凝机理研究及混凝剂的开发现状[J]．中国给水排水，2007，23(10)：14-17．[14]李尔，范跃华．采用强化混凝法提高污水处理效能[J]．华中科技大学学报(城市科学版)，2002，19(3)：92—94．[15]栾兆坤，张锦华，孔凡铭等．适于城镇污水处理的强化絮凝工艺[J]．中国给水排水，2002，18(1)：30—33．[16]夏汉平．人工湿地处理污水的机理与效率[J]．生态学杂志．2002，21(4)：51—59．[17]宋志文，毕学军，曹军．人工湿地及其在我国小城市污水处理中的应用[J]．生态学杂志．2003，22(3)：74-78．[18]梁继东，周启星，孙铁珩．人工湿地污水处理系统研究及性能改进分析[J]．生态学杂志，2003，22(2)：49-55．[19]给排水设计手册第五册[砌．中国建筑工业出版社．2011．[20]钱易．氧化沟工艺应用评析[J]．给水排水，1996．9：55—58．【21]庄学泳．浅谈污水处理中氧化沟工艺的研究发展[J]．山西建筑，2010，9：194—195．[22]王凯军，宋英豪．SBR工艺的发展类型及其应用特性[J]．中国给水排水．2002，18(7)：23—26． 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