SBR 人工濕地工藝處理某高校生活污水工藝設計 環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)設計 畢業(yè)

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1、 學校代碼： 學 號

2、 畢業(yè)設計（論文） 題 目 SBR+人工濕地工藝處理 某高校生活污水工藝設計 學生姓名 專業(yè)班級 07級環(huán)境工程專業(yè) 學 號 系 （部） 資源與環(huán)境工程系 指導教師(職稱) 完成時間 2011年 6 月 10日 畢業(yè)設計（論文）任務書 題目 SBR+人工濕地工藝處理某高校生活污水工藝設計

3、 專業(yè) 環(huán)境工程 學號 姓名 主要內(nèi)容： 高校是人口聚集十分密集的地點,其生活污水主要來自于學生宿舍,這種生活污水不同于一般的城市居民生活污水,排放量大且污水水質(zhì)較好,有利于回收。在高校中實行中水回用,具有優(yōu)質(zhì)中水水源收集量大且排放點集中,易于收集的優(yōu)勢?？墒菍嶋H上,高校生活污水回收使用率相當?shù)牡汀４嗽O計將針對高校生活污水最大效率的回收利用做出合理的使用的技術方案。 本設計的思路是：首先對對生活污水處理工藝進行綜述，其次對SBR+人工濕地工藝進行設計計算，最后繪制圖紙。 基本要求： 1）調(diào)查該高校水質(zhì)水量問題及環(huán)

4、境對它的影響 2）熟悉相關法規(guī)、國標 3）掌握工藝設計計算方法 4）能熟練運用CAD制圖軟件繪制圖形 主要參考資料： [1]馬同森，李德亮.環(huán)境科學引論[M].中國文史出版社，2004：69 [2]梁平.高校生活污水處理的現(xiàn)狀及對策[J].安全與環(huán)境化工之友，2007(15)：26 [3]王偉，陶京朝.基于土壤處理法的校園污水處理的研究[J].中原工學院學報，2009：63-69 [4]徐馳，淺談城市生活污水處理發(fā)展現(xiàn)狀和工藝[J]，江西農(nóng)業(yè)學報，2010，22 (1)：160-162 [5]PENG Y., LI Y.. Denitrification and Dephos

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8、負責人簽名： 年 月 日 SBR+人工濕地工藝處理某高校生活污水工藝設計 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1.1 高校生活污水回用的必要性與重要性 1 1.2 生活污水常用處理工藝比較 1 2 污水水源、水質(zhì)特點及工藝流程 3 2.1 該高校污水水源及水質(zhì)特點 3 2.1.1 污水水源及供給對象 3 2.1.2 水質(zhì)水量特點 3 2.2 工藝流程 4 3 SBR+人工濕地污水處理系統(tǒng)概述 4 3.1 SBR工藝概述 4 3.1.1 SBR去污機理 5 3.1.2

9、 SBR工藝特點 6 3.2 人工濕地工藝概述 7 3.2.1 人工濕地概念 7 3.2.2 人工濕地的分類 7 3.2.3 人工濕地的去污機理 9 3.2.4 人工濕地的特點 9 3.3組合工藝特點 10 4 工藝設計計算部分 10 4.1 格柵的設計 10 4.1.1 格柵的作用 10 4.1.2 設計計算 11 4.2 調(diào)節(jié)池的設計 12 4.2.1 調(diào)節(jié)池概述 12 4.2.2 設計參數(shù) 12 4.2.3 設計計算 12 4.3 SBR工藝設計 13 4.3.1 SBR工藝概述 13 4.3.2 常用設計參數(shù) 13 4.3.3 設計計算程序 14

10、4.3.4 設計計算 14 4.4 人工濕地工藝設計 21 4.4.1 人工濕地基質(zhì)的構建 21 4.4.2人工濕地植物的構建 21 4.4.3人工濕地的構造與工程參數(shù) 22 4.4.4 設計計算 24 4.5 污泥濃縮池 26 4.5.1 設計作用 26 4.5.2 設計參數(shù) 26 4.5.3 設計計算 27 4.6 污泥脫水間 28 4.6.1 設計作用 28 4.6.2 設計參數(shù) 28 5 工程構筑物及設備 29 5.1 主要構筑物 29 5.2 主要設備 29 6 構筑物布置 29 6.1 平面布置 29 6.2 高程布置 30 6.2.1高程布置

11、原則 30 6.2.2 高程布置時的注意事項 32 6.2.3 污水處理站高程水力計算 32 7 工程預算 34 致 謝 36 參考文獻 37 SBR+人工濕地工藝處理某高校生活污水工藝設計 摘 要 隨著我國高校的擴招，使得各高校學生迅速增加，同時高校也排出了大量的生活污水，給環(huán)境造成了極大的威脅。本設計為某高校生活污水處理設計。設計程度為初步設計。該校的生活污水排放量為1812m3/d,不考慮遠期發(fā)展。原污水中各項指標為：BOD濃度為121mg/L,COD濃度為212mg/L，SS濃度為300mg/L。因該污水排放量較大,且排水集中，不經(jīng)處理會對環(huán)境造成巨大污染，故

12、要求處理后的排放水要嚴格達到城市雜用水水質(zhì)標準,即：BOD≤10mg/L，COD≤50mg/L，SS≤30mg/L。 本文分析了日常生活中污水產(chǎn)生的環(huán)節(jié)，污染物及主要污染來源，并從生物、土壤處理兩方面來考慮了污水治理工藝，提出了SBR+人工濕地的組合工藝流程?？墒钩鏊蠘藴省? 本設計工藝流程為： 生活污水 → 格柵→ SBR反應器 → 人工濕地反應池 → 處理水 該處理工藝具有結構緊湊簡潔，運行控制靈活，抗沖擊負荷，污泥量小等特點，實踐表明該組合工藝處理性能可靠，投資少，運行管理簡單的特點。為生活污水處理提供了一條可行途徑。具有良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。 關鍵詞 生

13、活污水/SBR/人工濕地 SBR + wetland Process design treating the wastewater of a college ABSTRACT With the enrollment of colleges and universities, it makes the rapid increase in college students, while universities discharges a large number of domestic sewage to the environment which causes

14、 a great threat. This design is for these sewage treatment, and it’s just a preliminary design. Without regard to long-term development, school discharges 1812 m3/d domestic sewage. The indicators in raw sewage: BOD concentration is 121mg/L, COD concentration is 212mg/L, SS concentration is 300 mg/L

15、. Because of the large amount of sewage, and water concentration, if it discharges without a great deal, it can cause environmental pollution. So it calles for the treated of the effluent to meet strict standards for urban miscellaneous water quality , namely: BOD ≤ 10 mg/L, COD ≤ 50 mg/L, SS ≤ 30mg

16、/L. This paper analyzes the sewage generated in daily part of life, the pollution and the major pollution sources. Also considers from the biological and soil treatment two sewage treatment process and proposes a combination processes of SBR and wetland. It can make the effluent water meet the st

17、andard. The design process: Sewage sedimentation tank → grid → SBR reactor sewage lifting → ??→ wetland treated water reactor →effluent water The process is a simple and compact structure, and its operation is flexible its control is shock load, and has a small amount of sludge. Practice shows th

18、at the combined process has a reliable performance, a few investment, and a simple of operation and management. It also provides a feasible way for life sewage treatment, which has good economic, environmental and social benefits. KEY WORDS live sewage, SBR, wetland 1 緒論 1.1 高校生活污水回用的必要性與重要性

19、 我國水資源形勢是比較嚴峻的。盡管我國有許多河流、湖泊和水庫，總水面積約1.67×108㎡，年均徑流量2.8×1012m3，居世界第6位，但人均僅約2400 m3，不到世界人均值的1/4，相當于美國的1/5，前蘇聯(lián)的1/7，加拿大的1/48，世界排名110位，別列為全球13個人均水資源貧乏國家之一。特別是我國水資源分布極不平衡，長江以南地區(qū)降水充沛，水資源豐富，而北方廣大地區(qū)降水時間集中，水資源匱乏，在一定程度上已經(jīng)成為經(jīng)濟建設和人民生活水平提高的制約因素。如北京市的水資源人均已降至260 m3，若加上流動人口，已經(jīng)低于世界最缺水的以色列。據(jù)有關資料，目前全國城市中有400多個城市缺水，年缺

20、水量達7×109m3，嚴重制約了我國的經(jīng)濟發(fā)展和生活用水[1]。擴大水資源，節(jié)約用水，勢在必行。 高校是人口聚集十分密集的地點, 其生活污水主要來自于澡堂，游泳館及學生宿舍，排放量大且污水水質(zhì)較好，有利于回收。在高校中實行中水回用，具有優(yōu)質(zhì)中水水源收集量大且排放點集中，易于收集的優(yōu)勢[2,3]。 高校污水處理系統(tǒng)的工藝原理與城市大型污水處理廠完全相同，處理流程由機械處理、生化處理和污泥處理等階段組成，其中核心處理工藝可以采用活性污泥和濕地法。近年來，通過對國外成熟技術的借鑒和國內(nèi)的研究實踐，高校污水處理技術得到了發(fā)展。 在各大高校內(nèi)建立分散型污水處理裝置不僅是盡快解決生活污水處理問題的一

21、個重要手段，也有利于處理水的就地回用。對水源豐沛的地區(qū)，防治污染，減輕管網(wǎng)和污水處理的壓力；水資源匱乏地區(qū)提供新的“水源”。 本設計的目的就是在高校人口聚集十分密集的地點,實行中水回用。此設計將針對高校生活污水提出相對合理的使用的技術方案，使其排放的水達到城市雜用水標準，滿足最大效率的回收利用水資源。 1.2 生活污水常用處理工藝比較 生活污水常用的處理工藝比較見表1.1。 表1.1 常用處理工藝比較 工藝名稱 主要優(yōu)缺點 最佳使用條件 A/O 工藝[4] 優(yōu)點： 去除有機物的同時可生物除磷或脫氮；污泥沉降性能好；用于大型污水處理廠費用較低；沼氣可回用。 缺點： 用

22、于中小型污水廠費用偏高；沼氣回用利用經(jīng)濟效益差。 用于大型或較大型污水處理廠 A 2/O工藝[5] 優(yōu)點： 去除有機物的同時可生物脫氮除磷；出水水質(zhì)很好，有利于回用；污泥經(jīng)厭氧消化達到穩(wěn)定；沼氣可回收利用。 缺點： 反應池容積比A/O的還大；污泥內(nèi)回流量大，能耗偏高；沼氣回用經(jīng)濟效益差。 要求脫氮除磷或消化除磷的大型和較大型污水處理廠 SBR 法 優(yōu)點： 流程上十分簡單，管理方便；和建試，占地省，處理成本低；有脫氮除磷功能，處理效果較好；污泥同步穩(wěn)定，不需設厭氧消化。 缺點： 間歇周期運行，對自控要求高；變水位運行，電耗增大；脫氮初靈效果不太高。 中小型污水處理廠

23、氧化溝法[6] 優(yōu)點： 流程簡單，管理方便；可生物脫氮，出水水質(zhì)較好；污泥同步穩(wěn)定，不需厭氧消化。 缺點： 除磷需另設厭氧池；分建式，且池深較小，占地面積大；污泥穩(wěn)定性不好。 中小型污水處理廠 濕地處理 優(yōu)點： 操作簡單；運行和維護費用低；可做景觀。 缺點： 用地比較大。 土地面積大或景觀用地較多處 以上工藝均是較常用的污水處理工藝，但多屬于二級污水處理工藝。為了更好的處理污水，提高中水回用率，經(jīng)常把兩種或多種工藝結合起來，形成組合的新工藝，進行污水處理。根據(jù)本設計的目的和實際情況本設計采用適于中小型的工藝簡單的SBR工藝和可做景觀的濕地處理工藝的結合。 2 污水水

24、源、水質(zhì)特點及工藝流程 2.1 該高校污水水源及水質(zhì)特點 2.1.1 污水水源及供給對象 回收利用水資源并不是單純地收集、處理校內(nèi)產(chǎn)生的所有污水，而是根據(jù)滿足高校內(nèi)雜用水對水質(zhì)和水量的要求而有選擇地收集水質(zhì)相對較好、污染物簡單、污水量較大的污水來處理。學生宿舍用水是主要的建筑用水，其用水量占到高?？傆盟康?40 %。學生宿舍衛(wèi)生間的洗滌污水用水量大，且較容易處理，在選擇污水水源時，應首選學生宿舍衛(wèi)生間的洗滌污水作為收取對象；浴室污水屬于優(yōu)質(zhì)雜排水，是較優(yōu)的污水處理水源，收集量也較大，也可作為污水處理的水源。這兩類污水處理后的出水水質(zhì)完全可以滿足校園綠化灌溉、道路沖洗及景觀湖水補充等方面

25、的用水要求。廁所污水和食堂污水的水質(zhì)較差，且難處理；實驗室產(chǎn)生的污水組成情況較復雜，處理成本高，因此這兩類污水不考慮回收利用。 2.1.2 水質(zhì)水量特點 易于回收利用的污水，即本設計針對的污水水質(zhì)特點見表2.1： 表2.1 校園水質(zhì)及觀賞類景觀用水水質(zhì)標準表 項目 原水水質(zhì) 城市雜用水水質(zhì)標準 COD/mg·L-1 212 ≤50 BOD5/mg·L-1 121 ≤10 NH3-N/mg·L-1 15.7 ≤20 PH 6.5～8.5 6.5～9.0 TP/mg·L-1 6 ≤0.5 TN/mg·L-1 25 - SS 300 ≤20 建

26、筑物的功能是學生宿舍，根據(jù)《建筑給水排水設計規(guī)范》（GBJ15-88，1997年版）和實際情況，確定建筑物的給水定額，按90%計算排水量，計算知，廢水處理設計日處理量Q=1812m3/d，小時處理量q=90.6 m3/h。 2.2 工藝流程 根據(jù)該高校的水質(zhì)水量特點及出水要求，本設計選用SBR和人工濕地工藝組合來設計污水處理工程，其工藝流程如下： 圖2.1 生活污水工藝流程圖 生活污水通過集水管道進入排水渠道。經(jīng)格柵去除部分大的懸浮物，以改善后續(xù)生物處理構筑物的運行條件。 渠道出水，進入調(diào)節(jié)池，用于調(diào)節(jié)水量。 調(diào)節(jié)池出水，通過水泵進入SBR 池。進行污水二級處理。在組合工藝

27、中，SBR池相當于人工濕地的預處理池，它可以去除大部分的懸浮物、有機物、和部分總氮，總磷，減輕后續(xù)人工濕地的處理負荷。 SBR池的上清液通過清水泵進入人工濕地。人工濕地主要去除總氮、總磷和剩余的部分有機物和懸浮物。要求人工濕地出水能夠達到出水水質(zhì)標準。 3 SBR+人工濕地污水處理系統(tǒng)概述 3.1 SBR 工藝概述 SBR 法是序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor)的簡稱，又名間歇曝氣，其主體構筑物是 SBR 反應池。污水在這個反應池中完成反應、沉淀、排水及排除剩余污泥等工序，使處理過程大為簡化[7]。 3.1.1 SBR去污機理 SBR 工藝的一個完

28、整的操作過程，包括如下四個階段:進水、反應、沉淀、出 水，如圖3.1所示， 圖3.1 SBR運行操作工序示意圖 ① 進水期 進水期是反應池接納污水的過程。進水所需的時間隨處理規(guī)模和反應器容積的大小及被處理污水的水質(zhì)而定。在向反應器充水的初期，反應器內(nèi)液相的污染物濃度是不大的，但隨著污水的不斷投入，污染物的濃度將隨之不斷提高。在污水投加過程中，SBR反應器內(nèi)存在著污染物的混合和被活性污泥吸附、吸收和氧化等作用。隨著液相污染物濃度的不斷提高，這種吸附、吸收和氧化作用也隨之加快。如果在進水階段向反應器中投入的污染物數(shù)量不大或污水中的污染物濃度較低，則所投入的污染物能被及時吸附、吸收和

29、氧化降解，整個運行過程將是穩(wěn)態(tài)的，但在SBR工藝的實際運行過程中很少會出現(xiàn)這種情況。由于在SBR工藝中，污水向反應器的投入時間一般是比較短的，在充水時間里單位時間內(nèi)部反應器投入的污染物數(shù)量比連續(xù)式活性污泥法大，投入速度大于活性污泥的吸附、吸收和生物氧化降解速度，從而造成污染物在混合液中的積累。為克服有毒污染物對處理過程的影響或污染物積累過多而造成對后續(xù)的反應過程產(chǎn)生不利的影響，應注意控制充水時間的長短。即污水濃度越高，污染物毒性越大，其相應的充水時間應較長些，以防止對活性污泥微生物的抑制作用。 ② 反應期 反應期是在進水期結束后或SBR反應器充滿水后，進行曝氣或攪拌以達到對有機污染物進行生

30、物降解的處理目的。在SBR反應器的運行過程中，隨反應器內(nèi)反應時間的延續(xù)，基質(zhì)濃度由高到低，微生物經(jīng)歷了對數(shù)生長期、減速生長期和衰減期，其降解有機物的速率也相應地由零級反應向一級反應過渡。反應器中的生物柑較復雜，微生物的種類繁多，它們交互作用，強化了工藝的處理效能。從反應效率角度分析，SBR反應器是一種理想的時間序列推流式反應器。反應器在停止進水后，通過攪拌或曝氣使微生物對有機物進行生物降解。因而在反應器內(nèi)存在一個污染物的濃度梯度：F/M梯度。F/M是按時間序列變化的。另外，對于整個處理系統(tǒng)而言。SBR處理工藝則是嚴格地按推流式運行的。上一個運行周期內(nèi)進入反應器的污水與下一個運行周期內(nèi)進入反應器

31、的污水是互不相混的，即是按序批的方式進行反應的。因而 SBR 處理工藝是一種運行周期內(nèi)完全混合、運行周期間序批推流的理想處理工藝。這種技術使得其對污染物質(zhì)有優(yōu)良的處理效果且具有良好的抗沖擊負荷和防止活性污泥膨脹的性能。通過改變進水和反應階段的長短和其間環(huán)境條件(好氧、厭氧、缺氧)，就可以使系統(tǒng)靈活運行，就可以模擬多種復雜的連續(xù)流反應器系統(tǒng)。 ③ 沉淀期 沉淀工序相當于傳統(tǒng)活性污泥法的二沉池，在停止曝氣和攪拌后，活性污泥絮體經(jīng)重力沉降和上清液分離。SBR反應器本身作為沉淀池，避免了在連續(xù)流活性污泥法中泥水混合液必須經(jīng)過管道流入沉淀池沉淀的過程，從而也避免了使部分剛剛開始絮凝的活性污泥重新破碎

32、的現(xiàn)象。此外，傳統(tǒng)活性污泥法的二沉池是各種流向的沉降分離，而SBR工藝中污泥的沉降過程是在靜止的狀態(tài)下進行的，和理想沉淀池的假設條件十分相似，因而受外界的干擾甚少，具有沉降時間短、沉淀效率高的優(yōu)點。 ④ 出水期 經(jīng)處理達到一定要求的水排出處理系統(tǒng)，同時反應池底部沉降的活性污泥大部分作為下個處理周期使用，剩余污泥排放。一般而言，SBR反應器中的活性污泥數(shù)量占反應器容積的30%左右。另外反應池中還剩下一部分處理水，可起循環(huán)和稀釋的作用。 3.1.2 SBR工藝特點 SBR工藝是一種既古老又年輕的污水生物處理技術。1914年英國的Arden和 Lokett發(fā)明活性污泥法時采用的就是這種處理技

33、術[8]，但由于當時的自動監(jiān)控技術水平較低，間歇處理的控制十分繁瑣，操作復雜且工作量大，特別是后來由于城市和工業(yè)廢水處理的規(guī)模趨于大型化，使其很快被連續(xù)式活性污泥法所取代。近年來，隨著工業(yè)和自動化控制技術的飛速發(fā)展，特別是監(jiān)控技術的自動化程度以及污水處理廠自動化管理要求的日益提高，出現(xiàn)了電動閥、氣動閥、定時器及微處理機等先進的監(jiān)控技術產(chǎn)品，為 SBR 工藝的再度得到應用，提供了極為有利的先決條件。 與連續(xù)流活性污泥工藝(Continuous Flow Activated Sludge Process，CFS)相比較，SBR 工藝具有以下優(yōu)點[9]： (1)工藝流程簡單，設備少，占地省。投資

34、小，構筑物少，一般只設反應池，無需二沉池和污泥回流設備。廣東省高明縣明華化工公司[10]。采用的SBR技術，刪除了初沉池和均化池，使流程大大簡化。 (2)SBR在靜置階段屬理想靜止沉淀。出水帶走的活性污泥少，出水質(zhì)量高。 (3)SBR運行方式靈活控制，具有較強的脫氯除磷能力。 (4)SBR好氧反應過程相當于反應器內(nèi)有機物濃度降低是按時間變化的理想推流過程[11]。即生化反應推動力大，因而它能提高生化反應速率。此外，它利用時間上的推流代替空間上的推流，易于實現(xiàn)自動控制。 (5)SBR法可以有效防止污泥膨脹。由于SBR具有理想推流式特點。反應期間反應底物濃度大、缺氧與好氧狀態(tài)交替變化以及泥

35、齡較短，都是抑制絲狀菌生長的因素。 (6)SBR雖然在運行穩(wěn)定性上不如連續(xù)流容易控制，但是SBR利用高的循環(huán)率有效稀釋進液中高濃度的難降解的或對微生物有抑制作用的有機化合物，因而具有較高的耐沖擊負荷的能力。 (7)由于SBR法本身的間歇運行特點，很適合處理流量變化大甚至間歇排放的中小型企業(yè)廢水，既可以節(jié)省基建費用又可以靈活操作。 3.2 人工濕地工藝概述 3.2.1 人工濕地概念 人工濕地是一種由人工建造和監(jiān)督控制的，與沼澤地類似的地面，它利用與自然生態(tài)系統(tǒng)相似的物理、化學和生物的三重協(xié)同作用來實現(xiàn)對污水的凈化。這種濕地系統(tǒng)是在一定長寬比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料混合組成填料

36、床，廢水可以在床體的填料縫隙或在床體的表面流動，并在床的表面種植處理性能好，成活率高，抗水性能強，成長周期長，美觀及具有經(jīng)濟價值的水生植物，形成一個獨特的生態(tài)環(huán)境，對污水進行處理[12]。 3.2.2 人工濕地的分類 人工濕地系統(tǒng)因水流方式差異可分為以下3類：表面流濕地，潛流濕地和立式流濕地[13,14]。 ①表面流濕地（Surface Flow Wetlands 縮寫為 SFW）廢水在填料表面漫流，它與自然濕地最為接近，絕大部分有機物的去除是由長在植物水下莖，桿上的生物膜來完成。這種濕地不能充分利用填料及豐富的植物根系，衛(wèi)生條件亦不好，故設計中一般不采用，其構造如圖3.2所示。 ②潛

37、流濕地（Subsurface Flow Wetlands 縮寫為 SSFW）水在填料表面下滲流，因而可充分利用填料表面及根系上生物膜及其它作用處理廢水，而且衛(wèi)生條件較好，故被廣泛采用。其構造如圖3.3所示。 圖3.2 自由水面人工濕地 圖3.3 人工潛流濕地（碎石） ③立式流濕地（Vertical Flow Wetlands 縮寫為VFW），水流流動情況綜合了SFW和SSFW的特點，但建造要求高，易滋蚊蠅。 人工濕地的構造絕大多數(shù)由五部分組成[15,16] ： ① 具有各種透水性的基質(zhì)，如土壤、砂、礫石； ② 適于在飽和水和厭氧基質(zhì)中生長的植物，如蘆葦；

38、③ 水體(在基質(zhì)表面下或上流動的水)； ④ 無脊椎或脊椎動物； ⑤ 好氧或厭氧微生物種群。 3.2.3 人工濕地的去污機理 人工濕地對污水的處理有十分復雜的凈化機理，現(xiàn)在仍未完全研究清楚。一般認為人工濕地對污水的處理綜合了物理、化學和生物的三種作用[12]。其處理過程大致為：植物滲出的可溶性有機和無機物質(zhì)為微生物生長提供了基質(zhì)，使根際微生物的數(shù)量和活性明顯高于非根際帶。濕地系統(tǒng)成熟后，填料表面和植物根系由于大量微生物的生長而形成生物膜。廢水流經(jīng)生物膜時，大量的SS被填料和植物根系阻擋截留，大腸桿菌和病原體被植物根系分泌物滅活或自然衰敗死亡，不溶性有機物通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生

39、物代謝降解過程被分解去除。根系周圍由于植物的運輸組織和根系對氧的傳遞釋放形成連續(xù)的好氧、缺氧和厭氧狀態(tài)，相當于許多串聯(lián)或并聯(lián)的A2/O處理單元，不僅保證了大分子有機物的去除，而且使廢水中的氮、磷被植物和微生物作為營養(yǎng)成份直接吸收。同時,還可以通過硝化、反硝化作用及微生物對磷的過量積累作用將其從廢水中去除。最后，隨著濕地床填料的定期更換或栽種植物的收割使污染物最終從系統(tǒng)中去除。 3.2.4 人工濕地的特點 具有以下優(yōu)點[17]： (1)設計合理，運行管理嚴格的人工濕地處理污水效果穩(wěn)定、有效、可靠，出水BOD、SS等明顯優(yōu)于生物處理出水，可與污水三級處理媲美，具有相當?shù)某酌摰芰?。但是若?/p>

40、出水水質(zhì)脫氮有更高的要求，則嫌不足。此外，它對污水中含有的重金屬及難降解的有機物有較高凈化能力。 (2)基建投資費用低，一般為生物處理的1/3-1/4，甚至1/5。 (3)能耗省，運行費用低，為生物處理的1/5-1/6；且可定期收割作物，如蘆葦?shù)仁莾?yōu)良的造紙及器具加工原料，具有較好的經(jīng)濟價值，可增加收入，抵補運行費用。 (4)運行操作簡單，不需復雜的自控系統(tǒng)進行控制；機械、電氣、自控設備少，設備的管理工作量也隨之較少，這方面的人員也可少用。 (5)對于小流量及間歇排放的污水處理較為適宜，其耐污及水力負荷強，抗沖擊負荷性能好；不僅適合與生活污水處理，對耨寫工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)污水、礦山酸性污水

41、及液態(tài)污泥也具有較好的凈化能力。 (6)既能凈化污水，又能美化景觀，形成良好的生態(tài)環(huán)境，為野生動植物提供良好的生境。 但也存在明顯的不足[17]： (1)需要土地面積較大。 (2)對惡劣氣候條件抵御能力弱。 (3)凈化能力受作物生長情況的影響大。 (4)蚊蠅滋生。 3.3組合工藝特點 SBR 與人工濕地組合工藝兼有兩種水處理技術的優(yōu)點。SBR抗沖擊負荷強，自控程度高，操作簡單；人工濕地運行成本低，維護簡單；人工濕地具有生態(tài)效應，可美化環(huán)境，具有綠化功效，可與高校的景觀相結合。同時，可以彌補兩種技術各自的不足。可以縮短SBR系統(tǒng)的曝氣時間，降低其能耗；人工濕地可以彌補SBR中氮磷

42、去除功效；SBR系統(tǒng)可以彌補人工濕地系統(tǒng)冬季處理效果不佳的問題，有效防止人工濕地堵塞，減小人工濕地的占地面積。 4 工藝設計計算部分 4.1 格柵的設計 4.1.1 格柵的作用 格柵由一組平行的金屬柵條或篩網(wǎng)制成，安裝在廢水渠道的進口處，用于截留較大的懸浮物或漂浮物，主要對水泵起保護作用，另外可減輕后續(xù)構筑物的處理負荷。 4.1.2 設計計算 平均流量Q = 1812m3/d = 0.021m3/s；設秒變化系數(shù)為1.13。則設計流量為0.024。 取用中格柵，柵條間隙d = 10mm； 格柵安裝角度α= 45°，柵前流速0.7m/s ,過柵流速0.8m/s； 單位柵渣量W

43、= 0.05m3/103 m3 廢水[17]。 本設計采用人工清渣格柵。由于本設計水量較少，水質(zhì)較好，故格柵直接安置于排水渠道中。 (1) 渠道寬度 采用矩形渠道，則根據(jù)最優(yōu)水力斷面公式Q設 = B·h·v = B·1/2·B·v (4-1) 計算得：B=0.26m ，h = 0.13 m 。 (2) 柵條間隙數(shù) (4-2) 式中： Q—— 設計流量，m3/s α—— 格柵傾角，度 b—— 柵條間隙，m h—— 柵前水深，m v—— 過柵流速，m/s (4-3) 取n=12條。 (3) 過柵水頭損失 取k = 3 ,β = 1.79(柵條斷面為圓形)

44、，v = 0.8m/s ，則： (4-4) 式中： K——系數(shù)，水頭損失增大倍數(shù) Β——系數(shù)，與斷面形狀有關 S——格條寬度，m D——柵條凈隙，mm V——過柵流速，m/s α——格柵傾角，度 (4-5) =0.089m (4) 每日柵渣量 柵渣量(m3/103m3污水)，取0.1～0.01,粗格柵用小值，細格柵用大值，中格柵用中值取W1 = 0.05m3/103m3 K2 = 1.5 ，則： W = (4-6) 式中： Q——設計流量，m3/s W1——柵渣量(m3/103m3污水)，取0.05m3/103m3

45、 W = (4-7) = 0.11 m3/d < 0.2 m3/d (采用人工清渣) 4.2 調(diào)節(jié)池的設計 4.2.1 調(diào)節(jié)池概述 高校生活污水的水量和水質(zhì)隨時間的變化幅度較大，為了保證后續(xù)處理構筑物或設備的正常運行，需對廢水的水量進行調(diào)節(jié)，保證后續(xù)處理構筑物能連續(xù)運行。 4.2.2 設計參數(shù) 水力停留時間T = 6h ； 設計流量Q=1812 m3/d=75.5 m3/h； 4.2.3 設計計算 有容積為： (4-8) 取池子總高度H=5m,其中超高0.5m,有效水深h=4.5m 則池面積為：

46、 (4-9) 池長取L = 10.5 m ,池寬取B = 9 m 則池子總尺寸為： (4-10) 4.3 SBR工藝設計 4.3.1 SBR工藝概述 SBR工藝構造最簡單，只有一個池子，按時序周期運行，一天分為幾個周期，每個周期中的不同時段依次進水、反應、沉淀、排水，周而復始。由于進水不連續(xù)，且來水是連續(xù)不斷的，所以通設2個或2個以上的池子，以保證能處理連續(xù)進入的污水。 4.3.2 常用設計參數(shù) 常規(guī)SBR工藝參數(shù)常用數(shù)值范圍見表4.1。 表4.1　常規(guī)SBR工藝參數(shù)常用數(shù)值范圍[18] 參數(shù)名稱 參數(shù)符號 單位 常用參數(shù)范圍 備注 θＣＦ

47、>15d θＣＦ≤15d 周期數(shù) N 1/d 4～3 6～4 周長數(shù) TＣ h 6～8 4～6 周期進水時間 Tｊ h/周期 4～2 3～1 周期反應時間 TＦ h/周期 5.5～3.5 4～2 周期沉淀時間 TＳ h/周期 1 1 周期排水時間 Tｃ h/周期 1～2 0.5～1.5 池水深 H m 4～6 安全高度 Hｆ m 0.6～0.9 表中θＣＦ——反應泥齡（ｄ） 4.3.3 設計計算程序 開始 外部條件和設定條件 l 計算泥量用設計流量Qd(m3/d) l 高

48、日高時流量 Qh(m3/h) l 進水BOD S0（mg/L） l 出水BOD Sc（mg/L） l 進水SS X0（mg/L） l 最冷月平均水溫 TL（℃） l 最熱月平均水溫 TH（℃） l 所在地海拔高程 （m） l 曝氣設備氧利用率 EA（%） 選定參數(shù) l 周期數(shù) N　 按表3選定 l 周長數(shù) TＣ　 按表3選定 l 一個周期進水時間 Tｊ　按表3選定 l 一個周期反應時間 TＦ　按表3選

49、定 l 一個周期沉淀時間 TＳ　按表3選定 l 一個周期潷水時間 Tｃ　按表3選定 l 池數(shù) M　 按表3選定 l 設計高水位 H　 按表3選定 l 安全高度 Hｆ　按表3選定 l 污泥指數(shù) SVI　 可按經(jīng)驗值 計算 l 確定好氧泥齡　　　　　θＣＯ l 計算缺氧泥齡　　　　　θＣＤ l 確定反應泥齡　　　　　θＣＦ l 計算總泥齡　　　　　　θＣ　 l 計算污泥產(chǎn)率系數(shù)　　?。佟? l 計算反應污泥量　　　?。兀? l 計算反應池污泥總量　　ＸＴ l 計算池容　　　　　　?。?/p>

50、　 l 計算其他參數(shù)TＯ、TD、ＡＨ、ＸＨ、Ｖｉ、Ｆｉ、△Ｖｉ、ＨＬ 計算需氧量、供氣量 l 選定含碳有機物單位耗氧量Ｏｃ　 l 計算ＢＯＤ去除量　　　?。樱? l 計算需消化氨氮量　　　 Ｎbｔ　 l 計算反消化硝酸鹽量　　 Ｎｏｔ　 l 計算實際需氧量　　　　?。希病? l 計算需氧量修正系數(shù)　　　Ｋ０　 l 計算標準需氧量　　　　?。希蟆? l 計算供氣量　　　　　　?。牵蟆? l 計算單池小時供氣量 （Ｇｓ）/ｈ 結束 圖4.1 設計計算程序圖 4.3.4 設計計算 4.3.4.1 外部條件和設定條件 設計處理水量：Q=1812 m3/d，q=

51、75.5 m3/h，總變化系數(shù)1.93，日變化系數(shù)1.73，最冷月平均水溫10℃，最熱月平均水溫25℃，學校海拔200m，SVI 150mL/g。 進出水水質(zhì)見表4.2。 表4.2 SBR反應器進出口水質(zhì) 指標 進水水質(zhì) 要求出水水質(zhì) CODCr 212mg/L 60 mg/L BOD5 121mg/L 20 mg/L TN 25mg/L 18 mg/L NH4+-N 15.7mg/L 15 mg/L TP 4mg/L 3 mg/L SS 150mg/L 20 mg/L TP只需去除1 mg/L即可達標，通過降解BOD可去除TP1.3mg/L

52、，故不考慮除磷。 設計的本部分只要求消化，不要求脫氮，可以不設厭氧時段，但考慮到完全混合流態(tài)容易發(fā)生污泥膨脹，有必要在曝氣時段前設一小段厭氧時段，起選擇器作用，可視為缺氧時段。 4.3.4.2 選定參數(shù) （1）周期參數(shù) 綜合各方面情況，選定周期參數(shù)為： 周期數(shù) N=6（1/d） 周期長 TＣ=4h 反應時段 TＦ=2h/周期 沉淀時段 TＳ=1h/周期 潷水時段 Tｃ=1h/周期 實際沉淀時間TＳ·= TＳ+Tｃ-1/6=1.83h/周期 （2）池數(shù) 為實現(xiàn)連續(xù)排水和便于配水，以2池為宜，故選定： M=2池 （3）設計高水位 H=5m

53、 （4）安全高度 Hf=0.6m 4.3.4.3 設計水量 計算污泥量的設計水量按高日流量計： Qd=1.73×1812=3135 m3/d (4-11) 高時流量： Qh=1.93×75.5=146 m3/h (4-12) 4.3.4.4 確定泥齡 水溫10℃時消化的推薦泥齡為9d。 為改善污泥沉降性能增加厭氧時段按1d泥齡計，故?。? θＣＦ=10d 4.3.4.5 計算污泥產(chǎn)率系數(shù) (4-13) 4.3.4.6 計算污泥量 （1）反應污泥量 (4-14) （2）總污泥量 (4-15) 4.3.4.7 計算池容 (4-16

54、) 4.3.4.8 排水深度 (4-17) 4.3.4.9 污泥濃度 (4-18) (4-19) 可行。 4.3.4.10 單池參數(shù) 單池池容： (4-20) 單池池面積： (1-21) 單池貯水容積： (4-22) 4.3.4.11 核算污泥負荷 (4-23) 4.3.4.12 水力停留時間 (4-24) 4.3.4.13 計算需氧量、供氧量 （1）實際需氧量O2 先求出各參數(shù)： 1）降解單位含碳有機物需氧量OC 設計OC值應滿足各種工況，主要是低溫和高溫兩種工況。 在低溫情況下，設計水溫10℃，泥

55、齡為10時，OC=1.04kgO2/kgBOD。 在高溫情況下，設計水溫25℃，但泥齡不應是10d，因為水溫升高后，消化所需泥齡可大大縮短，當水溫為25℃時，只要2d泥齡即可，考慮安全因素，按6d泥齡計算是足夠保險的，按此得OC=1.14kgO2/kgBOD，比低溫條件高，故設計?。? OC=1.14kgO2/kgBOD 2）需降解BOD量 St BOD波動系數(shù)fC=1.25 St=fC·Q（S0-Se）/1000=1.25×1812×(121-20)/1000=228.8kgBOD/d (4-25) 3）需消化的氨氮量Nbt (4-26) Nk——進水凱氏氮（TN）濃

56、度（mg/L）; Nbe——要求出水氨氮濃度（mg/L）; 5——安全量（mg/L）。 4）反消化的消態(tài)氮量Not 缺氧時段發(fā)揮脫氮功能，但時間很短，脫氮效率不高，氧量不大，可忽略不計。 將上述各參數(shù)帶入下式可算出O2： (4-27) 單位需氧量為： (4-28) （2）修正系數(shù)K0 帶入公式計算： (4-29) (4-30) (4-31) (4-32) Ot——曝氣池逸出氣體中含氧（%）; Pb——曝氣裝置處絕對壓力（105Pa）; CSW——清水在T℃和實際計算壓力Pa時的飽和溶解氧（

57、mg/L）; CSt——清水在T℃時的飽和溶解氧（mg/L）; CS——標準條件下清水中飽和溶解氧， CS=9.2mg/L; C0——混合液剩余溶解氧值，一般C0=2mg/L; α——混合液中KLa值與清水中KLa值之比，我國規(guī)范的建議值為α=0.85，如條件允許應實測； β——混合液飽和溶解氧值與清水飽和溶解氧值之比，我國規(guī)范的建議值為β=0.90，如條件允許應實測。 （3）標準需氧量OS (4-33) （4）供氣量 總供氣量： (4-34) 單池小時供氣量按下式計算，式中曝氣時間T0=1.8h/周

58、期 (4-35) 4.3.4.14 主要設備計算 （1）曝氣器 曝氣器數(shù)量按實際小時供氣量計算。 設每個曝氣器供氣量為2Nm3/h，每池需曝氣器數(shù)為： (4-36) 全場需曝氣器： （2）鼓風機 全廠2個反應池工況完全相同，因此一臺風機可同時向兩個池供氣。全廠需設2臺風機，1用1備。每臺參數(shù)為： Q=2×606=1212Nm3/h P=0.6bar （3）潷水器 每池貯水量就是潷水量。每池設潷水器1臺，全廠3臺，其中1臺備用，每臺參數(shù)為： Q=150m3/h 堰負荷： Q≤28L/(s·m) 堰長： （4）潛水攪拌器 缺氧時段需要攪拌

59、，攪拌功率按5W/m3池容計算，每池設1臺水下攪拌器，每臺功率為： (4-37) 取Ni=7.5kW 全廠共3臺，其中1臺備用。 （5）剩余污泥泵 全廠3臺，每池一臺，剩余1臺備用。 剩余污泥從反應池排放，排泥時要注意不影響沉淀和潷水。 全廠剩余污泥量為： (4-38) 反應池中污泥濃度是變化的，最高水位時污泥濃度最低，XH=3.55g/L,最低水位時污泥濃度最高，XL=5.27g/L，在計算污泥體積時，按最不利的情況，即用XH計算： (4-39) 每池每周期排泥量： (4-40) 排泥時間按0.5h計，剩余污泥泵的流量為： 4.4 人工

60、濕地工藝設計 人工濕地污水處理系統(tǒng)的工藝設計主要包括人工濕地基質(zhì)的構建、植物群落的構建和人工濕地構造與工程參數(shù)三個方面[12]。 4.4.1 人工濕地基質(zhì)的構建 在人工濕地的設計中，基質(zhì)的構建需從基質(zhì)的種類、粒徑和厚度三方面加以考慮。 不同基質(zhì)的人工濕地其凈化效果不同，富含F(xiàn)e3+、Al3+、Ca2+等離子的基質(zhì)容易通過配位體交換與污水中磷酸根離子發(fā)生吸附和沉淀反應，因此，以P為特征的污水，最好選擇飛灰和頁巖為基質(zhì)，其次是鋁礬土、石灰石和膨潤土等，泡沸石與油頁巖對P的吸附能力較差，不宜選用。本設計主要處理的是學生生活污水含有N、P較多，所以采用礫石和頁巖為基質(zhì)。 基質(zhì)粒徑的大小是影響

61、濕地系統(tǒng)水力傳導性的主要因素，直接關系到污染物在濕地中的停留時間和系統(tǒng)的空隙度。粒徑大的基質(zhì),空隙度大，所能容納的污水量也大，污水能在濕地內(nèi)部受到較長時間的吸附與吸收，有利于污水凈化。 目前運行的人工濕地，基質(zhì)粒徑范圍在0～30mm之間，最常選用的粒徑范圍是4～16mm。進水配水區(qū)和出水集水區(qū)填料粒徑一般在60～100mm，分布于整個床寬。處理區(qū)填料粒徑美國EPA建議為20～30mm，這樣水力傳導性好，適宜植物生長，處理效果好。 基質(zhì)的厚度是決定人工濕地過水斷面面積和污水處理效果的重要參數(shù)，一般須根據(jù)系統(tǒng)所栽種植物的種類及根系的生長深度確定，以保證濕地床中必要的好氧條件。目前運行的人工濕地

62、，其基質(zhì)厚度在0.5～1.0m之間，大多數(shù)人工濕地基質(zhì)厚度在0.6～0.8m之間。通常垂直流濕地的基質(zhì)層較厚，在70～80cm之間，潛流濕地的基質(zhì)厚度約40～70cm左右，表面流濕地對基質(zhì)厚度的要求不太嚴格。 4.4.2人工濕地植物的構建 人工濕地中常選用挺水植物。人工濕地植物的構建包括植物的選擇、栽培和收割管理三個方面。 常用于人工濕地的植物種類主要有:蘆葦、香蒲、營蒲、燈芯草、蔗草和苔草等，其中蘆葦和香蒲應用最多。不同植物對污水的凈化效果不同。長苞香蒲和水燭等大型植物具有粗壯的根系和許多發(fā)達的不定根，是較佳的凈水植物，而小香蒲根系發(fā)達程度無法與前者相比，其凈水效果也差一些。對含氨氮濃

63、度較高的污水，蔗草、蘆葦?shù)娜コ芰γ黠@高于香蒲，對以有機污染物為主的污水，蔗草的去除能力優(yōu)于蘆葦和寬葉香蒲因此，人工濕地植物的選擇應考慮以下方面:①生態(tài)的可接受性，所選用的植物不是有害雜草，對周邊自然環(huán)境生態(tài)遺傳的整體性不構成危害。②能適應當?shù)氐臍夂驐l件，具有一定的抗病蟲害能力。③能忍耐污染物和水生的環(huán)境條件。④容易繁殖和生長速度快。⑤凈化能力強?？傊斯竦刂参锏倪x擇日益傾向于具有地區(qū)特色、耐污力強、凈化率高的品種。 人工濕地植物的栽培多在春、秋兩季，春季栽培更有利于植物的成活和生長。植物的栽培方式主要有自然界移栽、直接種植和育苗移栽三種。 從自然界移栽容易引入雜草，且受氣候條件的限制

64、，一般多在春季。直接種植濕地植物成活率高，但生長速度慢。育苗移栽是目前國外普遍采用的方式，采用這種方式，植物的成活率高，生長速度快，可以在短期內(nèi)布滿整個人工濕地。增大植物的栽培密度可以加強其輸氧能力，有利于提高系統(tǒng)的氧含量，進而提高其處理效率。加強人工濕地管理，控制雜草生長，定期進行植物收割也有利于維持系統(tǒng)的處理效果。 本系統(tǒng)以移栽蘆葦和香蒲作為濕地植物。 4.4.3人工濕地的構造與工程參數(shù) 人工濕地的構造與工程參數(shù)是人工濕地工藝設計的核心，包括濕地床構型和系統(tǒng)水力學特性兩方面。其中，濕地床構型設計包括系統(tǒng)的長寬比和底面坡度兩個參數(shù)。系統(tǒng)水力學特性包括水力負荷、有機污染負荷、污水停留時間

65、、系統(tǒng)內(nèi)水流方式、進出水系統(tǒng)的布置等。 濕地床長度通常為20～50m。過長,易造成濕地床中的死區(qū)，且使水位難于調(diào)節(jié)，不利于植物生長。潛流濕地處理單元由于絕大部分的BOD和懸浮物的去除發(fā)生在進水區(qū)幾米的區(qū)域，因此也有一些學者建議，潛流濕地處理單元長度應控制在12～30m之間。Kollaard和Tousignant建議，潛流濕地處理單元長度最小取15m為宜。濕地的長寬比不宜過大，我國學者建議控制在3:1以下，目前，大多數(shù)歐洲國家人工濕地的長寬比在1:1～2:1之間，以土壤為主的系統(tǒng)，長寬比應小于1:1。對于長寬比小于1:1的潛流濕地，必須慎重考慮在濕地整個寬度上均勻布水和集水的問題。 人工濕地

66、底面坡度的大小須根據(jù)基質(zhì)性質(zhì)及濕地尺寸加以確定，目前人工濕地設計中，底坡一般取1%～7%，大多數(shù)在1%左右，對礫石床人工濕地可取2%，表面流人工濕地采用0.5%或更小，潛流人工濕地不大于1%。 目前，人工濕地水力學特征設計是人工濕地工藝設計的薄弱環(huán)節(jié)，國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的技術標準和設計規(guī)范，大多數(shù)設計是通過簡單模型的計算再結合實踐經(jīng)驗獲得的。一般地，進行水力學設計負荷時，應考慮氣候、土壤狀況、滲透系數(shù)和植被類型等場地條件，污染物降解動力學特征及出水水質(zhì)要求，尤其注意由于蒸發(fā)、蒸騰作用對夏季處理的影響及在干旱地區(qū)設計濕地的可行性。通常，潛流型人工濕地的水力負荷可達150～500m3/(ha·d)，最佳水力負荷在187～374m3/(hm2·d)之間。降低水力負荷有利于提高系統(tǒng)的出水效果。人工濕地的有機污染負荷隨廢水性質(zhì)和條件而變化，其大致范圍在18～110kgBOD5/(ha·d)。人工濕地的停留時間與處理效果關系密切，停留時間過短，生化反應不充分，停留時間過長， 一般為10～20d，易引起污水滯留和厭氧區(qū)擴大，影響處理效果。其中最佳停留時間為5～7d。 歐洲國家推薦使用的水力學特征參數(shù)