一种高浓度COD、高磷去除工艺
第一章总论
一、项目概况
（1）项目名称：豆制品废水处理工程
（2）建设单位：
（3）工程概况
工程规模：
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处理工艺：采用“厌氧水解+混凝沉淀+气浮+A²O2+多级过滤系统+MBR膜处理”的主体工艺。
污水出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标（GB18918-2002）》中的一级排放标准；
二、编制内容、原则、依据
1、编制内容
本设计方案的编制内容为50m3/d废水处理工程的工艺设计、工程投资等。
2、编制原则
（1）贯彻国家关于环境保护的基本国策，执行国家规定的相关法规、规范及标准；
（2）根据公司建设现状及发展，污水处理规模和工艺既满足当前废水整治的要求，又在国内具有一定的先进性；
（3）根据进厂污水的特点和现状，选择行之有效的适应性强、操作灵活、效果稳定、管理简便、节约能耗的工艺处理流程，尽量提高厌氧的去除率，提高沼气产率，减少MBR的投资和运行费用；
（4）平面布置要求分区明确，近远结合，便于管理；高程布置上根据场地条件合理选择高程，既保证处理后污水方便而安全排放，又能降低污水提升能耗，并减少土方量，降低建设费用。
（5）管理控制采用集中监测管理、分散控制的集散方式，建立完善的检测系统，对整个污水处理过程进行监测和控制。
（6）工艺选择严格满足生产的季节性，能够较好的适应季节性废水处理的要求，系统二次启动迅速。
3、编制依据
（1）治理厂方所提供的基础资料；
（2）《环境工程手册》（水污染防治卷）；
（3）《三废处理工程技术手册》（废水卷）
（4）《给水排水设计手册》；
（5）本单位已有的相关废水治理项目经验。
4、相关规范、标准
中华人民共和国《水污染防治法》
《城镇污水处理厂污染物排放标》（GB18918-2002）
《给水排水工程结构设计规范》（GBJ69-84）
《建筑结构荷载设计规范》（GB50009-2001）
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
《低压配电装置及线路设计规范》（GB50054-95）
《室外排水设计规范》（GB50014-2006）
《机械设备安装工程施工及验收规范》（GBJ231-75）
《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》（GBJ236-82）
《钢制焊制常压容器》（JB4735-1997）
《建筑给水排水设计规范》（GBJ15-88）
《城市下水道水质标准》（CJ3082-1999）
三、废水概况
1、污水排放现状
1.1生产排水情况
废水主要来源于豆制品生产中产生的黄浆水、清洗水等中高浓度的有机废水。
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四、项目建设必要性
豆制品生产具有较好经济效益，但其生产过程中会产生大量的弱酸性高浓度有机废水，公司排放的豆制品生产废水会造成水体富营养化、缺氧、鱼虾绝迹、水质恶化、发臭，严重污染地表地下水。
高浓度有机废水不治理会对环境造成严重危害，影响当地居民的生活质量和影响附近环境质量。为了公司可持续性的发展，公司领导要求对此污水进行彻底治理，使其达到相关标准后外排，建设一套新的废水治理工艺是控制污染的有效手段，也是公司总体规划的实施，并树立良好的企业形象，创造良好的投资环境和生产环境。
同时，厂区废水处理厂的建设，也符合国家的发展规划和产业政策、以及地区社会、经济、环境协调发展规划。保护环境是我国的基本国策，保护水环境和生态环境，是实现社会、经济可持续发展的重要保证，并能改善居民的生活环境，提高生活质量，促进经济持续发展。因此建设50吨/天生产废水治理工程是十分必要的。
第二章工程总体设计
一、设计范围
设计（50m3/d）。
本设计范围为从废水汇合处开始，到废水处理后达标排放为止的废水处理站范围内的土建工程、工艺设备及工艺管路、动力配电及照明、测量控制仪表、给排水及污泥脱水工程的设计。
主要包括：
(1)从废水汇合开始，至达标水排放为止的废水处理工程范围内所需的土建、工艺、动力配电及仪表的设计、站区给水排水设计。工程范围内与外界相连的管道计算到站界外1m。
(2)工程配套用房的设计。包括操作控制、配电、分析、办公用房和泵房、空压机房的设计。
(3)废水处理工程范围内的给水排水管路的设计。
废水处理工程所需的动力及照明用电、自来水等由厂方接至废水处理工程的指定位置。生产所排废水由厂方负责送至废水汇合处，达标处理后由厂方接入总排水管网。
二、工程规模
废水主要来源于黄豆生产的黄浆水、清洗水等中高浓度的有机废水，水量为50m3/d。
1、进厂废水水质
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2、出厂废水水质
出水采用《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》排水指标为：
CODCr≤50mg/L
SS≤10mg/L
PH=6~9
第三章工艺方案比选
一、工艺方案的选择原则
废水处理厂工艺方案的确定遵循以下原则：
（1）技术成熟，处理效果稳定，保证出水水质达到规定的排放要求。
（2）运行管理方便，运转灵活，并可根据进水水质的变化调整运行方式和工艺参数，最大限度地发挥处理装置和构筑物的处理能力。
（3）有大型高浓度有机废水处理工程成功的工程实例及经验。
（4）选定工艺的技术及设备应因地制宜，便于养护、维修，运行可靠，有一定的先进性。
（5）便于实现工艺的自动控制，提高管理水平，降低劳动强度和人工费用。
（6）合理衡量工艺方案的技术经济性，严格控制建设投资和运行费用。
（7）重视环境，臭气防护，噪声控制，环境协调，清洁生产。
二、污水处理工艺方案的比选
1、污水处理基本流程
根据豆制品生产废水的特性，采用“厌氧水解+混凝沉淀+气浮+A²O+多级过滤系统+MBR膜处理”的主体工艺。
2、二级处理方案比选
2.1污水水质分析
根据拟建废水处理厂的进、出水水质分析，去除的主要污染物质为BOD5、COD、NH3-N、TP。
目前高浓度有机废水最常采用的处理方法是生物处理方法，厌氧+MBR工艺具有运行费用低、管理方便等优点，在运行正常的情况下，均能满足处理的要求。
能否很好的采用生物处理工艺主要取决于生物处理过程中自身的营养是否能平衡，相关的指标能否达到要求，主要从以下几个检测指标分析：
（1）BOD5/TN
BOD5/TN是鉴别能否采用生物脱氮的主要指标，生物脱氮是缺氧阶段反硝化菌利用MBR阶段产生的、由混合液回流带入的硝酸盐作为最终电子受体，氧化原水中有机物（BOD5），同时自身被还原为氮气从水中逸出，达到脱氮的生物处理过程。由于生物脱氮系统主要利用原水中的基质作为反硝化的氢供体，BOD5/TN比值越大，反硝化速度越快，理论上BOD5/TN>2.86时反硝化过程才能正常进行，实际运行资料表明BOD5/TN>3才能使反硝化过程正常进行，BOD5/TN=4～5时，氮的去除率>60%，磷的去除率在75%左右。本项目中原水BOD5/TN≥5，可采用生物脱氮工艺。
（2）BOD5/COD
BOD5/COD指标是鉴定污水可生化的最简便易行和最常用的方法之一，一般认为BOD5/COD>0.45的原水生化性能较好，BOD5/COD<0.3较难生化，BOD5/COD<0.25不易生化，本项目原水BOD5/COD>0.45，可采用生物处理方法。
2.2污染物的去除方法
二级处理去除的主要污染物包括：有机污染物COD、BOD，无机营养盐N、P。
（1）BOD5的去除
污水中的BOD5的去除主要是靠微生物吸附、代谢作用及对出水进行泥水分离来完成的。
在活性污泥与污水接触初期，会出现很高的BOD5去除率，这是由于污水中有机颗粒和胶体被吸附在微生物表面，从而被去除所致。但是这种吸附作用仅对污水中悬浮物和胶体起作用，对溶解性有机物不起作用。对于溶解性有机物需要靠微生物的代谢来完成，活性污泥中的微生物在有氧的条件下，将污水中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，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的过程中，溶解性有机物（如低分子有机酸等）直接进入细胞内部被利用，而非溶解性有机物则首先被吸附在微生物表面，然后被胞外水解酶水解后进入细胞内被利用，由此可见，微生物的MBR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，并且代谢产物均为无害的稳定物质，因此可以使处理后污水中的残余BOD5浓度很低。
（2）COD的去除
污水中的COD去除的原理与BOD基本相同，即COD的去除率取决于原污水的可生化性，它与废水的组成有关。废水的BOD5/COD比值大于0.5，其污水的可生化性好，出水中COD值可控制在较低的水平；对于高浓度有机废水，所选择的处理工艺是先采用厌氧工艺降解部分有机物，然后通过后续的MBR工艺进一步去除有机物。
2.3废水处理工艺的选择
豆制品废水处理工艺选择应根据废水的水质、排放标准及企业的具体情况进行综合分析对比后确定，通常包括三个组成部分：一是预处理，目的是去除废水中的悬浮物和浮渣，采用的方法以物化为主，如筛网、沉淀、混凝沉淀、气浮等；二是生物处理，这是整个处理工艺的核心，通过微生物的新程代谢作用，分解废水中溶解性有机物，常用的方法有活性污泥法，如SBR、生物接触氧化法、射流曝气、氧化沟、浅层曝气等。厌氧生物处理方法主要有水解酸化、UASB、厌氧滤池等。结合我们多年的工程经验，确定处理主体工艺流程为“厌氧水解+混凝沉淀+气浮+A²O+多级过滤系统+MBR膜处理”的主体工艺。
2.3.1厌氧生物工艺的选择
采用缺氧和厌氧两种方式，直接把厌氧生物菌的反应控制在水解和酸化两个过程。
2.3.2MBR工艺选择
在污水处理，水资源再利用领域，MBR又称膜生物反应器（MembraneBio-Reactor）,是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。膜的种类繁多,按分离机理进行分类,有反应膜、离子交换膜、渗透膜等;按膜的性质分类,有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜)按膜的结构型式分类,有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。
与许多传统的生物水处理工艺相比，MBR具有以下主要特点：
一、出水水质优质稳定
由于膜的高效分离作用，分离效果远好于传统沉淀池，处理出水极其清澈，悬浮物和浊度接近于零，细菌和病毒被大幅去除，出水水质优于建设部颁发的生活杂用水水质标准（CJ25.1-89），可以直接作为非饮用市政杂用水进行回用。
同时，膜分离也使微生物被完全被截流在生物反应器内，使得系统内能够维持较高的微生物浓度，不但提高了反应装置对污染物的整体去除效率，保证了良好的出水水质，同时反应器对进水负荷（水质及水量）的各种变化具有很好的适应性，耐冲击负荷，能够稳定获得优质的出水水质。
二、剩余污泥产量少
该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低（理论上可以实现零污泥排放），降低了污泥处理费用。
三、占地面积小，不受设置场合限制
生物反应器内能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，占地面积大大节省；该工艺流程简单、结构紧凑、占地面积省，不受设置场所限制，适合于任何场合，可做成地面式、半地下式和地下式。
四、可去除氨氮及难降解有机物
由于微生物被完全截流在生物反应器内，从而有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留生长，系统硝化效率得以提高。同时，可增长一些难降解的有机物在系统中的水力停留时间，有利于难降解有机物降解效率的提高。
五、操作管理方便，易于实现自动控制
该工艺实现了水力停留时间（HRT）与污泥停留时间（SRT）的完全分离，运行控制更加灵活稳定，是污水处理中容易实现装备化的新技术，可实现微机自动控制，从而使操作管理更为方便。
六、易于从传统工艺进行改造
该工艺可以作为传统污水处理工艺的深度处理单元，在城市二级污水处理厂出水深度处理（从而实现城市污水的大量回用）等领域有着广阔的应用前景。
三、污水处理工艺流程
通过上面对本污水处理工程的厌氧、MBR的比选，现确定本工程的污水处理方案为下面流程图所示:
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采用气浮沉淀+厌氧好氧+多级过滤+MBR的主体工艺。来水经格栅池进入调节池，调节池出水用泵提升入气浮沉淀系统厌氧系统，厌氧系统出水进入MBR出水达标排放。
1、工艺流程简述
①细格栅井：粗格栅去除进站污水中的大块杂物和部分悬浮物，主要为后续单元动力设备的正常运行提供保障。
②调节池：本单元主要是均和水质、平衡水量，削减高峰水量对后续处理单元的冲击负荷，大大降低水量变化对处理效果的影响，减少处理构筑物的容积节省工程投资费用，便于系统自动化控制。
③厌氧水解池：在高浓度废水处理工艺中，厌氧处理技术是一个关键步骤，成功的厌氧水解工段去除效率可达到50%以上。废水的厌氧生物处理是指在没有游离氧的情况下，以厌氧生物为主对有机物进行降解的一种处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解，转化为简单、稳定的小分子化合物，同时释放出能量。其中，大部分能量以甲烷（CH4）的形式出现，如果厌氧消化过程彻底，最终产物均为CH4、CO2及NH3（NH4HCO3）。本单元除了降解有机物同时还为后续好氧处理作了很重要的前期处理。其特点表现在：
a非常经济的技术，不需要动力消耗、不需要药剂消耗；
b设备负荷高，占地少，投资省；
c剩余污泥量少，高度无机化、脱水容易；
d初次启动过程缓慢，一般需要5—10周时间，通过接种的方式可加以解决；
e受反应温度的影响而波动；
f效率受pH值的影响较大，最合适的范围在6.8---7.2之间。
④混凝沉淀池:本处理单元是将适当数量的混凝剂投入水体，经过充分混合、反应，使废水中微小悬浮颗粒和胶体颗粒相互产生凝聚作用，成为颗粒较大，易于沉降的絮凝体（颗粒直径>20µm），经过沉淀加以去除。混凝沉淀的优点是去除效率高，对废水的悬浮物、浊度和色度有很高的去除，对COD、BOD的去除也有很好的效果。根据实验室混凝实验表明，混凝剂采用的聚合氯化铝（PAC）助凝剂采用聚丙烯酰胺（PAM）最佳工艺条件为：pH值为6.0---7.5、搅拌速度160r/min、搅拌时间15min、混凝剂投加量100mg/L、沉降时间150min，COD去除率可达60%左右。
附：常用混凝剂的一般特性
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⑤气浮池：气浮装置的工作原理是在一定条件下，将大量空气溶于水中，形成溶气水，作为工作介质，通过释放器骤然减压，快速释放，产生大量微细气泡黏附于经过混凝反应后废水中的“矾化”上，使絮体上浮，从而迅速地除去水中的污染物质，达到净化的目的。
⑥接触氧化池：废水的好氧生物处理是一种有氧的情况下，以好氧微生物为主对有机物进行降解的一种处理方法。废水中存在的各种有机物，以胶体状、溶解态的有机物为主，作为微生物的营养源。这些有机物经过一系列的生物反应，逐级释放能量，最终以无机物质稳定下来，达到无害化。
原生质（微生物）剩余污泥（C5H7NO2）
合成
有机物+氧+微生物
中间产物CO2、H2O、NH3、SO42+、PO43-+能量
分解
由图可见，有机物被微生物摄取之后，通过新程代谢活动，有机物一方面被分解、稳定，并提供微生物生命活动所需的能量；一方面被转化，合成为新的原生质（或称细胞质）的组成部分，使微生物自身生长繁殖，废水生物处理中的活性污泥或生物膜的增长部分称为剩余活性污泥，剩余污泥需进一步处置。
⑦沉淀池：本单元主要是利用重力的作用使废水中的悬浮物、生物处理后产生的污泥或生物膜与水分离，形成泥水界面。
⑧污泥浓缩池：本单元主要是将各个处理单元产生的剩余污泥汇集，通过静置使污泥进一步浓缩。
⑨污泥干化场：进过污泥浓缩后的污泥含水率仍然在98%以上，需要进一步处理，采用污泥干化场的方式是无需机械压滤机等设备，但需要一定的场地。
四、工程内容概述
根据上述论证，确定本工程污水处理站流程为：采用厌氧+MBR工艺方案，其主要工程内容为：
污水预处理系统；
污水二级处理；
供电系统、仪表、电气及控制系统；
供水系统；
厂外配套工程（包括输电、通信，不包括在本设计方案范围内）。
五、结构设计
1、设计条件
根据业主岩土工程初勘报告再定，本方案暂不考虑。
2、执行的主要设计规范
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）
《砌体结构设计规范》（GB50001-2001）
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
《给水排水工程结构设计规范》（GB50069-2002）
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）
《室外给水排水和煤气热力工程抗震设计规范》（GB50032-2003）
《构筑物抗震设计规范》（GB50191-93）
3、地基处理
根据岩土工程初勘报告待定。
4、抗震设计
按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）的有关规定采取相应的构造加强措施。
5、主要材料
（1）钢筋φ＜12时，采用HPB235级钢，φ≥12时，采用HB335级钢。
（2）混凝土。水池类构筑物混凝土采用C25，抗渗等级S6，基础垫层及池内填充混凝土采用C10，其余构件均为C25混凝土。
（3）砌体。砖用MU10烧结多孔砖，±0.000以下用M10水泥砂浆砌筑，±0.000以上用M5混合砂浆砌筑。
第四章劳动安全、卫生及消防
一、劳动安全
（1）在污水处理厂运行前，必须对操作人员、管理人员进行安全教育，并要制定安全操作规程和管理制度，运行后要严格执行，并经常检查。
（2）全厂工人配备必要的劳动保护用品，如安全帽、安全鞋、救生衣、安全带、工作服、气体检漏器等，并设安检员。
（3）对于一些密封结构、通风条件差的场所，采取机械通风。
（4）池体走道边缘均设置扶栏，并有照明设施，以确保行人安全。
（5）所有电器设备的安装保护，需满足电器设备有关安全规定，做好高压设备的接地保护工作。
（6）机械设备的危险部分，如传动带，齿轮、砂轮等必须安装防护装置。
（7）必须加强安全工作的管理，设置岗位责任制，厂区所有的危险地段在醒目处设置警告示牌，高于1.2m以上的平台设护栏，对有可能聚集有毒、有害气体的地方，均应有通风设备，设置安全劳动保护机构，负责安全的安全生产和劳动保护。
二、卫生
（1）根据《工业企业设计卫生标准》等有关规定进行设计，创造良好的劳动环境，保护职工身体健康。
（2）建筑物的设计均考虑给排水、采暖通风、采光照明等卫生要求，工作人员长期工作的场所设空调设施。
（3）根据各工段的实际需要和使用方便，设置生产卫生用室（厕所、盥洗室、存衣室等），环境恶劣的工段及露天作业处，除加强通风设遮挡外，还应设休息室。厂内设集中浴室。
（4）凡直接接触污水、污泥及生活垃圾等的工作人员，要定期检查身体，并定期注射有关疫苗（如甲肝、乙肝等）。
三、消防
1、建筑防火设计依据及原则
本工程防火设计按《建筑设计防火规范》GB50016－2006、《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005以及《电器设计规范》等国家及地方的有关规范、规定执行。
本工程防火设计原则是从总平面布局、建筑平面布局、细部构造、设备等各方面统筹考虑，全面满足防火规范及安全生产的要求。
2、总体布置防火
厂区围墙内无较高建筑物，厂外是绿化带或道路，有利于安全防火要求。厂内道路采用环状布置，主干道宽6m，次干道宽4m。所有厂内建（构）筑物与围墙间距均大于5m，厂内建（构）筑物间距均满足《建筑防火设计规范》GB50016－2006的有关规定。
在总平面设计中，充分考虑了消防通道的顺畅、便捷，并按规范要求布置室外消火栓。
第五章组织结构与人力资源配置
一、劳动定员
参照污水处理项目建设标准的要求，并结合污水处理厂运转的实际需要，人员编制为1人。
二、人员培训
污水处理厂必须对员工进行培训，所有人员必须经考合格后才能正式上岗操作。
（1）培训类型
分四种情况：
1）专业技术人员提前上岗，参与施工、安装、调试、验收的全过程，为污水处理厂的正常运转奠定基础；
2）工程项目竣工后投入使用前的全员培训；
3）新员工进厂后的岗前培训；
4）经常性的以提高人员素质为目的的业务学习。
（2）培训内容
分四种情况：
1）污水处理厂的污水处理工艺流程和技术方案
2）设备类型、技术参数及操作技术；
3）生产操作规程及安全生产制度；
4）污水厂实行现代化管理。
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