1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

膜生物反应器在污水中的工艺分析与运用

摘要：膜生物反应器（mbr）是一种绿色高效环保，无污染的新型污水处理方法。是膜分离技术与传统活性污泥相结合的技术。膜生物处理法与传统的污水处理方法有很多优点，被广泛应用于各种废水处理领域。本文主要阐述了膜生物反应器的运行过程，新型膜材料和装置。影响膜污染的因素及预防措施，并且展望了今后的研究方向。

关键词：膜反应器；污水；活性污泥；sbr工艺；处理

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

通过毕业设计，使我们熟悉并掌握城市污水厂的设计原理、方法、内容和步骤，能根据设计原始设计资料正确地选定设计方案，掌握污水处理厂工程设计的基本流程及各构筑物的设计方法，熟悉设计计算书和设计说明书的编写内容和编制方法，并能够熟练和规范的绘制工程图纸。

包括：(1) 污水厂处理方案的比较和优化；(2) 各主要构筑物结构设计与参数计算，主要设备造型包括格栅、鼓风机、曝气器等；(3) 平面布置和高程计算；(4) 根据所确定的工艺和计算结果，绘制城市污水处理厂的总平面布置图、高程布置图、工艺流程图及各主要构筑物图。

1．方案的原理、特点与选择依据

1.1 研究的目标

（1）设计规模：12万t/d

（2）水质指标

进水水质

污水厂进水水质按下表考虑：

水质指标	COD Cr	BOD5	SS	NH3-N	TP	pH
水质mg/L	380	240	210	38	3.6	6～9

出水水质按国家GB 18918－2002一级A排放标准执行。

出水水质标准要求如下：

水质指标	COD Cr	BOD5	SS	NH3-N	TP	pH
水质mg/L	50	10	10	5	0.5	6～9

1.2方案比较与选择

按《城市污水处理和污染防治技术政策》要求推荐，20万t/d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺，10-20万t/d污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR、AB法等工艺，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。对脱氮除磷有要求的城市，应采用二级强化处理，如A² /O工艺，A/O工艺，SBR及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。由于该设计中的污水属于生活污水对脱氮除磷有要求故选取二级强化处理可供选取的工艺：氧化沟工艺，SBR及其改良工艺等。

以下是三种工艺流程额比较：

（1）SBR工艺

SBR是一种间歇式的活性泥泥系统，其基本特征是在一个反应池内完成污水的生化反应、固液分离、排水、排泥。可通过双池或多池组合运行实现连续进出水。SBR通过对反应池曝气量和溶解氧的控制而实现不同的处理目标，具有很大的灵活性。SBR池通常每个周期运行4-6小时，当出现雨水高峰流量时，SBR系统就从正常循环自动切换至雨水运行模式，通过调整其循环周期，以适应来水量的变化。SBR系统通常能够承受3-5倍旱流量的冲击负荷。

SBR工艺的优点如下：（1）工艺流程简单，运转灵活，基建费用低；（2）处理效果好，出水可靠；（3）具有较好的脱氮除磷效果；（4）污泥沉降性能良好；（5）对水质水量变化的适应性强。

SBR工艺的缺点如下：（1）反应器容积率低；（2）水头损失大；（3）不连续的出水，要求后续构筑物容积较大，有足够的接受能力；（4）峰值需要量高；（5）设备利用率低；（6）管理人员技术素质要求较高。

对于小型污水处理厂而言，SBR是一种系统简单、投资节省、处理效果好的工艺，但是它用于大型污水处理厂就不太适合了。因为大型污水处理厂的进水量打，需要设计多个SBR反应池进行并联运行，个数增多，必定使操作管理变得复杂，运行费用也会提高。而且由于SBR法事一种设备利用率低的处理工艺，用于大型污水处理厂时，基建费用也高。

（2）氧化沟工艺

严格地说，氧化沟不属于专门的生物除磷脱氮工艺。但是随着氧化沟技术的发展，它早已超出原先的实践范围，出现了一系列除磷脱氮技术与氧化沟技术相结合的污水处理工艺流程。按照运行方式，氧化沟可以分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式。连续工作式氧化沟，如帕斯韦尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟。奥贝尔氧化沟在我国应用比较多，这些氧化沟通过设置适当的缺氧段、厌氧段、好氧段都能取得较好的除磷脱氮效果。连续工作式氧化沟又可分为合建式和分建式。交替工作式氧化沟一般采用合建式，多采用转刷曝气，不设二沉池和污泥回流设施。交替工作式氧化沟又可分为单沟式、双沟式和三沟式，交替式氧化沟兼有连续式氧化沟和SBR工艺的一些特点，可以根据水量水质的变化调节转刷的开停，既可以节约能源，又可以实现最佳的除磷脱氮效果。

氧化沟具有以下特点：

　　(1)工艺流程简单，运行管理方便。氧化沟工艺不需要初沉池和污泥消化池。有些类型氧化沟还可以和二沉池合建，省去污泥回流系统。

　　(2)运行稳定，处理效果好。氧化沟的BOD平均处理水平可达到95%左右。

　　(3)能承受水量、水质的冲击负荷，对浓度较高的工业废水有较强的适应能力。这主要是由于氧化沟水力停留时间长、泥龄长和循环稀释水量大。

　　(4)污泥量少、性质稳定。由于氧化沟泥龄长。一般为20～30 d，污泥在沟内已好氧稳定，所以污泥产量少从而管理简单，运行费用低。

　　(5)可以除磷脱氮。可以通过氧化沟中曝气机的开关，创造好氧、缺氧环境达到除磷脱氮目的，脱氮效率一般＞80%。但要达到较高的除磷效果则需要采取另外措施。

（3）A²/O工艺

A²/O工艺的特点：

（一）：厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类的微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷功能；

（二）：在同时脱氮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它工艺。

（三）：在厌氧-缺氧-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。

（四）：污泥中含磷量高，一般为2.5%以上。

三种工艺经过比较，氧化沟除了具有A²/O的效果外，还具有如下特点：（1）具有独特的水力流动特点，有利于活性污泥的生物凝聚作用，而且可以将其工作区分为富氧区，缺氧区，用以进行硝化和反硝化作用，取得脱氮效果。（2）不设初沉池，有机性悬浮物在氧化沟内能达到好氧稳定的程度。（3）BOD负荷低，使氧化沟具有对水温，水质，水量的变动有较强的适应性，污泥产率低，勿需进行硝化处理。（4）脱氮效果还能进一步提高。（5）电耗较小，运行费用低。而SBR工艺仅适合处理量为10万t/d以下的处理厂，所以本课题选择氧化沟处理工艺。

2.1 本设计工艺流程的确定

本工艺流程的二级生化处理系统确定为Carousel型氧化沟。城市污水经格栅、曝气沉砂池，至氧化沟、二沉池，出水经接触消毒池消毒之后排出至沟渠或水渠。二沉池中的污泥进入污泥泵房后回流至氧化沟中再进行生化处理。污泥泵房中的剩余污泥进入储泥池中，经过污泥脱水机房脱水，脱水之后的泥饼外运填埋。

城市污水

Carousel型氧化沟的污水处理工艺流程

2.2污水处理构筑物

①格栅

因为排入污水处理厂的污水中含有一定量的较大的悬浮物或漂浮物，所以在处理系统之前设置格栅，以截留这些较大的悬浮物或漂浮物，防止堵塞后续处理系统的管理、孔口和损坏辅助设施。格栅可以根据格栅条的净间隙不同而分为粗格栅、中格栅以及细格栅，分别用于截留不同粒径的杂物而设计，也可以根据栅渣量的大小而选择不同的清渣方式，可采用人工清渣或机械清渣。

本设计采用粗格栅和细格栅进行隔渣，分别设置在污水泵房前后，以去除不同大小的废渣，由于栅渣量较大，采用机械清渣方式。

②曝气沉砂池

污水中的无机颗粒不仅会磨损设备和管道，降低活性污泥行，而且会板积在反应池底部减小反应器有效容积，甚至在脱水时扎破滤带损坏脱水设备。沉砂池的设置目的就是去除污水中的泥沙、煤渣等相对密度较大的无机颗粒，以免影响后续构筑物的正常运行。

沉砂池的工作原理是以重力分离或离心分离为基础，即以控制进入沉砂池的污水流速或旋流速度，使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮物颗粒则随水流带走。在污水处理系统中，沉砂池一般设在生物处理池前，从污水中分离密度较大的无机颗粒，以保护后续处理构筑物中的设备免受磨损、堵塞。按池内水流的方向不同，沉砂池可分为平流式、竖流式和旋流式三种，按池型可分为平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂池、旋流式沉砂池等。

曝气沉砂池中曝气作用是使颗粒之间产生摩擦，将包裹在颗粒表面的有机物除掉，产生洁净的沉砂，提高颗粒的去除效率；同时通过调节曝气量还可以控制污水的旋流速度，使除砂效率较稳定，且对污水还有预曝气作用。

③氧化沟

本设计采用的是卡罗塞尔(Cankerous)2000氧化沟

氧化沟是二级处理的主体构筑物，是活性污泥的反应器，其独特的结构使其具有脱氮除磷功能，经过氧化沟后，水质得到很大的改善。

每座Cankerous 2000型氧化沟中配有一定数量的表曝机，实现沟内混合液的推流、混合和充氧。系统的充氧量可以通过沟内表曝机运行的台数的多少进行调节。另外，从节能的角度考虑，每座氧化沟中还装有一定数量的液下推流器，用于保证混合液具有一定的流速，并防止混合液在部分表曝机运转的情况下，发生污泥沉降分离的现象。

④二沉池

二沉池是活性污泥系统的重要组成部分，一般布置在生化处理构筑物后面，主要用以澄清混合液，并回收浓缩活性污泥，期效果的好坏，直接影响出水的水质和回流污泥的浓度。

二沉池除了进行泥水分离外，还需要进行污泥浓缩，同时由于进水的水量和水质的变化，它还要暂时贮存污泥。由于二沉池需要起到污泥浓缩的作用，往往所需要的池面积大于只进行泥水分离所需要的池面积。

本设计采用辐流式沉淀池。其特点有：运行好，较好管理。

⑤接触消毒池

消毒是保证污水安全排放或回用的最后环节。尽管在污水处理过程中，水中的微生物和可能的致病菌已绝大部分被杀灭（氧化）或随着沉淀物一起被去除，但经过二级处理的城市污水仍可能含有一些游离的微生物（致病菌），其排放仍可能对水体的卫生安全（尤其是排放水体作为饮用水源或其他可能与人类接触的用途时）造成威胁。因此，消毒是污水（尤其是城市污水、医院污水、屠宰废水等含有人类及动物代谢物的污水）处理必需的最终的处理单元。

消毒方法分为两类：物理方法和化学方法。物理方法主要有加热、冷冻、辐照、紫外线和微波消毒等方法。化学方法是利用药剂进行消毒，常用的化学消毒剂有氯及化合物、各种卤素、臭氧、重金属离子等。污水消毒常用的消毒剂为氯系消毒剂，主要为液氯和漂白粉。

消毒过程在接触池中进行。接触池有水平隔板式、垂直隔板式和搅拌池等，由于水平隔板式（又称廊道式）流态稳定，不易短流和形成漩涡，且阻力较小，因此为最常见得接触池池型。

氯价格便宜，消毒可靠且经验成熟，是应用最广的消毒剂，所以本次设计选择液氯消毒。

⑥浓缩池

浓缩池的作用是用于降低要经稳定、脱水处置过程或投弃的污泥的体积。污泥浓缩后污泥增稠，污泥的含水率降低，污泥的体积大幅度地降低，从而可以大大降低其他工程措施的投资。污泥浓缩的方法分为重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩等。

本设计针对污泥量大、节省运行成本，采用了重力浓缩方法，重力浓缩具有以下几个优点：（1）贮存污泥能力高；（2）操作要求不高；（3）运行费用少，尤其是电耗。缺点：（1）占地面积大；（2）会产生臭气；（3）对于某些污泥作用少。

应用价值

污水处理工艺的选择是建设城市污水处理设施的重要一环，是城市污水处理厂建设的基础性工作之一。选择合适的污水处理工艺，将影响城市污水处理厂的建设投资、管理运营的难易、运营成本、处理效果、社会效益和环境效益等诸方面，是非常重要的工作。