（环境科学专业论文）城市二级污水处理厂（Alt2gtO工艺）事故环境风险研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 只经过一级处理就通过超越管直接排出厂外。此时污染物的处理率十分有 限；二是在污水厂容量范围内污水进水水质和水量的变化所造成的污水出 水水质的变化情况。 实例研究表明，事故时当原永只经过一级处理后，出水的环境风险是 不可避免，唯一的手段就是加强对污水处理厂工作人员的管理使这类事件 尽量少发生或不发生。若事故为第二类时，当污水处理厂出水的b o d 5 对环 境产生风险时，可以通过加大曝气量，或通过增大回流比来减少对环境造 成的风险；当出水t n 不达标时，可以通过增加圈流比来减小t n 的出水浓 度；+ 出水卯不达标时，可以通过减少污泥回流、增加排泥量也即减小污泥 回流比来降低出水总磷的浓度。对于本文所举实例还提出了四套工艺参数 调整方案，并对这四种方案进行了简单的分析。得出在只考虑处理效果时， 方案四的效果最佳。 关键词：污水处理厂，a 细法，预测模型，环境风险评价，参数调整 太原理工大学硕士研究生学位论文 t h er e s e a r c ho nt h ea c c i d e n ，】c a l e n v i r o n m e n t a lr i s ko fs e c o n d a r y s e w a g et r e a t m e n t ( a z op r o c e s s ) a b s t r a c t t h eu r b a ns e c o n d a r ys e w a g et r e a t m e n tp l a n t sp l a ya ni m p o r t a n tp a r ti n i m p r o v i n gw a t e rq u a l i t yo ft h ec i t i e sa n dp r o v i d i n gs a f e t ya n dc o m f o r tl i v i n g e n v i r o n m e n tt oh u m a n h o w e v e lb e c a u s eo fs o m ei n t e r n a lm a n a g e r i a lp r o b l e m o fs e w a g et r e a t m e n tp l a n t sa sw e l la so t h e ri s s u et h a ti so ri s n tc o n t r o l l e db y p e o p l e ，t h es e w a g e t r e a t m e n t p l a n t i n f l u e n to rt h ei n t e r n a l o p e r a t i o n a l c o m p o n e n t sw i l lh a p p e ns o m ep a r o x y s m a la c c i d e n t s s oi ts o m e t i m e sc a u s e dt h e e f f l u e n tt ob es u p e r s t a n d a r d ，a sar e s u l tt h ee f f l u e n tw i l lh a v eac e r t a i nr i s kt o t h ea c c e p t e dw a t e r i nt h i sp a p e r ，t h ef o r e c a s t e de f f l u e n tm o d e l so fb o d 5 、t na n dt pa f t e rt h e a c c i d e n t sh a v eb e e nd e d u c e db a s e do nt h ed e s i g na n dc a l c u l a t i o np r o c e d u r eo f t h ea 2 op r o c e s s c o m b i n i n gt h es p e c i f i cq u a l i t yo fi n f l u e n ta n dt h ed e s i g n p a r a m e t e r s ，t h ef a c t o r st h a ta f f e c tt h er a t eo fp o l l u t a n tr e m o v a lh a v eb e e ns t u d i e d m o r e o v e r , t h ea c c i d e n t so ft h es e w a g et r e a t m e n tp l a n th a v eb e e na n a l y z e d t h a n t h ee n v i r o n m e n t a lr i s ka s s e s s m e n tm e t h o d so ft h es e w a g ep l a n t si nd i f f e r e n t c o n d i t i o n sh a v eb e e np r o p o s e d a n dt h em e a s u r eo fr e d u c i n gt h er i s kh a sb e e n p r o p o s e db a s e do nt h i sm e t h o d ，i e t h es p e c i a lc o n t r o l l i n gm e a s u r e sh a sb e e n i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 p r o p o s e dt om o d i f yt h ep a r a m e t e ri no r d e rt or e d u c et h er i s k f r o mt h i sw a y , t h e e n v i r o n m e n t a lr i s ko ft h e s e c o n d a r ys e w a g ep l a n tc a nb em i n i m i z e do r e l i m i n a t e db ym o d i f y i n gt h ep a r a m e t e r so ft h es e w a g ep l a n t so p e r a t i o n f i n a l l y , as p e c i a lt o w ns e w a g ep l a n t so p e r a t i o ni se x a m p l e dt os t u d yh o wt or e d u c et h e e n v i r o n m e n t a lr i s ko ft h ee f f l u e n tb ym o d i f y i n gt h ep a r a m e t e r s r e g a r d i n gt h es e c o n d a r ys e w a g ep l a n tt h a th a v eb e e nb u i l t ，t h ea c c i d e n t s h a v et w ok i n d s ：o n ei sw h e nt h ei n f l o we x c e s st h ed e s i g nf l o wo ft h es e w a g e t r e a t m e n tp l a n ti nr a i n ys e a s o nf o r t h ec o m b i n e dg a t h e r i n gs y s t e m ，o rt h e s e c o n d a r yp r o c e s s i n gu n i t s o c c u ra c c i d e n t sa n dc a n to p e r a t en o r m a l l y , i h e s e w a g ed i s c h a r g ed i r e c t l yt h r o u g ht h eo v e r r e a c hc a n a la f t e rt h ef i r s tt r e a t m e n t ，a t t h i st i m et h ed i s p o s a lr a t i oo ft h ep o l l u t a n ti sl i m i t e d ；t h eo t h e ri st h ev a r i a t i o n o ft h ei n f l o wq u a l i t ya n dw a t e rm o u n tt h a ti n d u c et h ec h a n g eo ft h ee f f l u e n t q u a l i t y , a l t h o u g ht h ei n f l o wi su n d e rt h ed e s i g nf l o w t h er e s e a r c ho nt h ee x a m p l ei n d i c a t e dt h a tt h ee n v i r o n m e n t a lr i s ko ft h e f i r s te f f l u e n ti si n e v i t a b l e ，t h eo n l yw a yi st os t r e n g t h e nt h em a n a g e m e n ts ot h a t a sl i t t l ea sp o s s i b l eo c c u r r e n c eo rn o n - o c c u r r e n c e i ft h ea c c i d e n tb e l o n g st ot h e s e c o n dk i n d ，w h e nt h ec o n s i s t e n c yo fb o d se x c e e d st h ea l l o w e df i g u r e ，t h e e n v i r o n m e n t a lr i s kc a nb er e d u c e d b ye n l a r g i n g t h ea e r a t i o n q u a n t i t yo r i n c r e a s i n gt h er e f l u xr a t i o w h e nw a t e rl e a k a g et nd o e sn o ta t t a i nad e s i g n a t e d s t a n d a r d ，t h ee f f l u e n td e n s i t yo ft nm i g h tb er e d u c e db yi n c r e a s i n gt h er e f l u x r a t i o w h e nt h ew a t e rl e a k a g et pd o e sn o ta t t a i nad e s i g n a t e d s t a n d a r d ，t h e d e n s i t yo ft h el e a k a g et pm a yb er e d u c e db yr e d u c i n gt h es l u d g eb a c k f l o wo r i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 i n c r e a s i n gt h eq u a n t i t yo fs l u d g et h a tw o u l dr e l e a s et h r o u g ht h ea d j u s t m e n to f t h es l u d g ed e n s i t y , i t sm e a nt h a tr e d u c et h es l u d g er e f l u xr a t i o f o rt h ee x a m p l e i nt h i sp a p e r , f o u rp r o g r a m sh a v eb e e np r o p o s e d ，a tt h es a m et i m et h es i m p l e a n a l y s i st ot h e s ef o u rp r o g r a m sh a v eb e e nd o n e ，i th a sb e e nc o n c l u d e dt h a tt h e f o u r t hp r o g r a mi sb e s tw h e no n l yc o n s i d e rt h ep r o c e s s i n ge f f e c t k e y w o r d s ：s e w a g et r e a t m e n tp l a n t ，a 2 op r o c e s s ，f o r e c a s t e dm o d e l ， e n v i r o n m e n t a lr i s ka s s e s s m e n t ，p a r a m e t e ra d j u s t m e n t v 声明尸明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名： 壶1 3 越醒 日期：型里：61 ，主 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文： 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名- ：丕3 避 日期：趔墨：三 导师签名：日期：勋8 6 弓 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 课题的提出背景 第一章文献综述 我国水资源严重贫乏，我国水资源总量居世界第6 位，但人均占有量只有2 3 0 0 m 3 ， 约为世界人均水量的1 4 ，列世界第1 2 1 位，是世界1 3 个贫水国家之一i 。在水资源短 缺的情况下，我国水资源在开发和使用中浪费十分严重，水资源的有效利用率只有1 6 。 同时随着我国工业化、现代化、城市化水平的提高，全国用水量仍将增n 1 2 。长期以来， 大量经过处理或未经处理的废水排入江河湖海，引起受纳水体水质的日益下降，导致水 体富营养化以及大量水生物的死亡。改善水体质量，保护水生态环境，成为城市环境治 理的一个重点。我国的水污染严重，水质型缺水日益成为困扰和妨碍经济社会全面可持 续发展的主要问题。在国家加大工业废水处理力度的同时，城市污水的污染比重显得越 来越突出，成为一个不得不正视的问题。 城市污水处理厂在改善城市水体环境上发挥了重要的功能。据统计，截止到1 9 9 6 年底我国污水处理率仅为2 3 6 1 3 1 。但根据建设部关于全国城市污水处理情况的通报， 到2 0 0 4 年底，全国6 6 1 个城市建有污水处理厂7 0 8 座，处理能力为4 9 1 2 万立方米日， 全年城市污水处理量1 6 2 8 亿立方米，城市污水处理率达到4 5 7 ，有效遏制了水环境 的进一步污染【4 1 。但污水处理厂也存在着一些问题，例如城市排水管网的污水溢流和污 水处理厂的排放物直接影响受纳水体的质量。根据受纳水体的水质和生态功能的要求、 控制城市污水厂对污染物的去除效率以及城市废水处理厂的处理容量与排放指标，对城 市污水处理系统采取有效的管理和优化运行，从而使污水处理厂的出水满足要求，减少 污水对受纳水体的污染，降低污染物对环境造成的污染风险。 据美国e p a 对其投资所建的一批污水处理厂进行过调查发现有5 0 的污水厂出水水 质达不到标准【5 1 ，这主要是由设计和操作造成的。在调查的6 0 个影响污水厂处理效果的 因素中，前1 0 个因素有4 个是属于污水厂操作人员的问题，有6 个因素与设计有关， 其它5 0 个因素与管理、经济成本、空间限制以及设备运转情况有关。在我国也有城市 污水厂运转管理欠佳或运转不正常、达不到设计要求的情况。所以，不只是设计与污水 处理效果有着密切的关系，而且良好的管理与污水处理厂的高效运行、出水水质的提高 也有密切的关系。故要想提高污水处理厂的出水水质，就该对污水处理厂采取良好的管 太原理工大学硕士研究生学位论文 理措施。 随着对环境问题的认识与研究逐步深入，人们发现由于自然界与人类社会诸多因素 的变化，环境质量呈现偏离稳态的“扰动 现象，即所谓的“瞬态污染”( t r a n s i e n t p o l l u t i o n ) 6 。突发性环境污染事故是其中最为剧烈的一种。近年来发生的一些灾害事故， 如8 0 年代发生了几起震惊世界的特大恶性环境污染事故：1 9 8 4 年印度博帕尔市农药厂 异氰酸酯毒气大泄漏，1 9 8 6 年前苏联切尔诺贝利核电站事故，以及1 9 9 3 年中国深圳市化 学品仓库大爆炸等 7 1 。这些事件推动了环境风险评价的发展。最近美国旧金山一家污水 处理厂由于雨量过大，超过了这家污水处理厂的处理能力，污水发生外流，2 7 0 万加仑 ( 合1 2 2 7 万吨) 未经完全处理的污水和雨水流入旧金山湾。这件事件向我们敲响了警 钟。所以我们必须对城市二级污水处理厂运行中出现的事故进行研究。 污水处理厂的环境事故即汪立忠等在文献1 8 】中所提到的四种突发性环境污染事故中 的第四种污染事故。污水处理厂由于设计的限制出水并不是总是达标，其出水水质的好 坏受进水水质水量、处理工艺系统以及处理厂内部管理运行的影响。为了有效防范污水 处理厂发生污染事故，应及时、合理处置可能发生的环境污染事故，制定有效控制和消 除污染的措施、减少损失、维护自然生态环境、保障人民身心健康及正常生活的进行。 所以必须对重大污染事故建立应急预案同时提出合理的减小环境风险的手段，为环境管 理提供有效措施。 随着环境保护法规的执行、生产技术和污染控制工程技术的进步，工业和生活的正 常排放污染已逐步减少，而事故排放所造成的污染却在显著增长，其影响越来越明显。 各种环境污染事故接连发生，造成了严重的环境污染、生态破坏，甚至引起国际争端、 社会不安，突发性环境污染事故的预防及应急处理处置成为当今世界各国政府和国际社 会关注的热点问题之一。事故排放、泄漏可能使控制下的污染排放所保持的环境质量显 著下降，因而，加强对污染事故的风险管理越来越受到重视。 7 0 年代后，各工业化国家纷纷把环境保护的重点更多地放在污染物进入环境前实行 有效的环境管理上，尽量减少或消除对环境的危害，这是环境保护战略的一次重要转移。 应运而生的环境风险评价是环境风险管理和环境决策的科学基础和重要依据。目前，各 国对有毒化学品的环境风险评价方法，概括起来都与美国国家环保局提出的e r a 方法相 类似，包括：危害鉴定、剂量效应评价、暴露评价、风险表征四个步骤1 9 】。然而，一段时 期以来，e r a 的研究过于集中在污染物的非突发性的长期、慢性的健康风险问题，例如 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 仇付国对城市污水回用的健康风险评价的方法进行进了研究【删，对于突发性的污染风险 研究较少。 随着突发性污染事故的增加以及人们对突发性事故环境污染的重视程度的提高，近 年来我国陆续开展了一些有关环境污染事故风险评价的应用研究【1 1 】【1 2 】【1 3 】。例如，欧黎闽 对液化气罐产生爆炸时的环境影响范围进行预测并且提出了应急与防范措施；刘国东等 以拟建的成都一南充高速公路为例利用一维扩散模型计算出危险河段的长度，并把它作 为风险评价的危害后果，从而计算出风险度，实现对高速公路风险评价的定量估计。而 对于污水处理厂的突发性事故以及由此引起的出水水质对环境造成的风险的研究比较 少。本文就是鉴于污水处理厂的事故造成的环境风险进行研究讨论的。 目前我国污水处理厂大部分是依靠经验和理论为基础设计的，由于在理论指导方面 还存在一定的不足，污水处理的理论模型的研究还不是很完善。所以在污水处理厂的设 计和运行管理上存在着一些不足。而污水处理厂在运行中为了使污水能够达标排放，在 实际投产运行中的调试大部分是根据经验进行的，没有很好的理论指导。本文就是在这 种基础上通过污水处理厂出水水质的模型提出工艺参数调整的具体措施。 1 2 课题研究的意义 长期以来，对于人类活动所造成的环境影响，人们往往只是被动的防治，也就是环 境被污染或破坏之后，再去采取补救措施，即通常所说的“先污染，后治理”。 环境风险评价是当前环境保护工作中一个新兴领域。它的诞生一方面是环境保护工 作的迫切需要，另一方面也是环境科学发展的必然结果，标志着环境保护的一次重要战 略转折，为由原先污染后的治理转变为污染前的预测和实行有效管理提供了有效的技术 支持。如中石油吉林石化发生爆炸后污染物对松花江水的污染事故等，我国政府管理部 门对环境风险评价也越来越重视。特别是在我国近年来连续发生大的风险事故后显得尤 为重要。 对运行事故造成环境风险的研究具有十分重要的意义。要想弄明白事故原因和如何 避免或减低后果，最关键和最合适的方法就是进行环境风险评价1 1 4 】1 1 5 1 【1 6 】1 1 7 】1 1 8 1 。对污水 处理厂的出水进行环境风险评价具有十分重要的意义。因为它不仅有助于污水处理工艺 的设计优化，而且更有利于依据低环境风险措施而实现污水处理厂的优化运行提供一定 的风险管理手段。本文以a 2 o 工艺城市二级污水处理厂为例对此进行了探讨，重点研 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 究污水处理厂运行过程中原水水质的变化对出水水质的影响，并根据出水的水质标准对 环境风险进行评价，依此制定降低事故环境风险的应急措施。 城市二级污水处理厂运行中产生的事故主要有以下两种情况：一是由于厂内某段处 理构筑物发生故障而造成出水水质不能达标；二是在不同季节污水水质和水量的变化超 过原设计处理能力而引起出水水质的变化。对于第一种情况，进厂污水往往通过污水超 越管排出厂外，污染物的处理率十分有限；第二种情况多见于合流制污水管网系统，在 雨季流量超过污水处理厂的处理能力时使污水直接排放。这些运行事故都会对污水处理 厂的出水造成影响，从而产生不同的环境风险。 本文是在污水处理设计工艺计算的基础上建立起来的对污水处理厂出水水质的简 单的预测模型，以使在有些条件参数一定的情况下，通过预测模型计算出其出水水质， 并且根据环境风险评价的基本方法对出水水质的环境风险进行计算。并且在当其对受纳 水体产生风险的情况下，通过调整某些参数来降低其出水的环境风险，对污水处理厂的 低环境风险运行提供方便合理的调整措施。 而本文是把污水处理厂的设计参数对污水出水水质的影响考虑进去从而计算出出 水水质，研究出水的环境风险，同时根据风险的有无和大小对各参数进行调整以便使污 水处理厂出水的环境风险达到最小，为污水处理厂的运行提供一定的措施，从而使污水 处理厂的出水在无风险或者在风险最小的情况下运行。这对污水处理厂的运行有一定的 实际参考价值。 1 3 课题研究的内容 本文主要研究内容如下： 第一章文献综述； 第二章介绍了城市污水的基本情况、污水处理厂污水处理的工艺流程以及目前主要 的活性污泥处理工艺及其a 刁o 工艺的设计方法； 第三章在a 2 o 法设计的基础上给出y - - 级处理工艺为a 2 o 法的简单的b o d 5 、t n 、 1 1 p 的出水水质预测模型。并对三个预测模型进行了简单的分析： 第四章主要对a 2 o 法处理工艺的各影响因素进行分析，同时结合具体的数值对影 响这三种污染物去除率的因素进行了分析； 第五章对污水处理厂的运行情况及可能出现的各种问题进行了探讨，提出城市二级 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 污水处理厂可能出现的两类事故问题； 第六章对环境风险评价的概念及方法进行论述，并且提出污水处理厂出水的环境风 险评价的具体方法。同时在环境风险评价的基础上，提出为减小污水处理厂出水环境风 险而进行的参数调整方法； 第七章列举简单的例子对某污水处理厂出水的环境风险进行评价，提出了为减小环 境风险所进行的参数调整的具体方案，并且给出了调整后的环境风险； 第八章给出整个论文的结论及对以后研究的建议。 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 1 城市污水 2 1 1 城市污水的来源 第二章城市污水及其处理工艺 城市污水为城市下水道系统收集到的各种污水，通常由生活污水、工业废水和城市 降水径流三部分组成，是一种混合污水。 生活污水是指人们日常生活中的排水，经由居住区、公共场所和工厂的厨房、卫生 间、浴室及洗衣房等生活设施排出。生活污水中有机污染物约占6 0 ，如蛋白质、脂肪 和糖类等；无机污染物约占4 0 ，主要为泥沙和杂物等。此外，还含有洗涤剂以及病原 微生物和寄生虫卵等。 工业废水是从工业生产过程中排出的废水。由于使用的原材料和生产工艺不同，工 业废水的成分有很大差异。常见的污染较严重的工业废水有：造纸废水、酿造废水、生 物制药废水、煤气洗涤废水、印染废水、农药废水、制革废水、毛纺废水、电镀废水、 油漆废水、化工废水、炼油废水等。工业废水是城市污水中有毒有害污染物的主要来源。 降雨径流是由城市降雨或冰雪融化水形成的。初期降雨和冰雪融化的污染也较严 重，若能纳入城市污水管道加以处理，是一种理想的安排。对于分别敷设污水管道和雨 水管道的城市，降雨径流汇入雨水管道而得到处理；对于采用雨污合流排水管道的城市， 虽然可以使一部分初雨径流与城市污水一同加以处理，但雨量较大时由于超过截流干管 的输送能力或污水处理厂的处理能力，大量的雨污混合水出现溢流，造成了对水体更严 重的污染。 2 1 2 城市污水的水质 城市污水的性质按其类型可分为物理性质、化学性质和生物性质。 物理性质：包括水温、颜色、气味、固体含量及泡沫等指标。城市污水温度一般在 1 0 2 0 ，正常时颜色为灰褐色，气味为发霉的臭味。 化学性质：包括p n 、生化需氧量( b o d ) 、化学需氧量( c o d ) 、总有机碳( t o c ) 、总 氮f i n ) 、总磷( 耶) 、氨氮、重金属等指标。城市污水的p h 值一般呈中性，约为6 5 - 7 5 ； b o d 5 一般在1 0 0 2 0 0 m g l 之间；c o d 一般在2 0 0 - 5 0 0 m g l ，b o d c o d 通常为0 4 0 6 。 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 生物性质：污水生物性质的检测指标有大肠菌群数、病毒及细胞总数。 典型的生活污水水质变化范围见下利1 9 】： 表2 - 1 典型的生活污水水质变化 t a b l e2 - 1t h eq u a l i t y - e x c h a n g i n go ft h et y p i c a ls e w a g e 2 1 3 城市污水的组成 城市污水中的污染物质可分为固体污染物、需氧污染物、营养污染物、有毒污染物、 油类污染物、生物污染物、感官性污染物和热污染等。 固体污染物常用悬浮物和浊度两个指标来表示。悬浮物是一项重要的水质指标，它 的存在不但使水质混浊，而且使管道及设备阻塞、磨损，干扰污水处理及回收设备的工 作。浊度是对水的光传导性能的一种测量，其值可表征污水中胶体和悬浮物的含量。 污水中能通过生物化学和化学作用而消耗水中溶解氧的物质，统称为需氧污染物。 在一般情况下需氧污染物即指有机物。1 生化需氧量( b o d ) ：在有氧条件下，由于微 生物的活动，降解有机物所需的氧量称为生化需氧量，单位为单位体积污水所消耗的氧 量( m g l ) 。在实际测量中一般采用5 d 作为测定时间，称为b o d 5 。因此，把5 d 测定 的b o d 5 作为衡量污水的有机物综合浓度指标。2 化学需氧量( c o d ) ：化学需氧量是指 在酸性条件下，用强氧化剂将有机物氧化为c 0 2 、h 2 0 所消耗的氧量，氧化剂一般采用 重铬酸钾。3 总需氧量( t o d ) ：有机物中的主要元素是c 、h 、o 、n 、s 等，在高温下 燃烧后，将分别产生c 0 2 、h 2 0 、n 0 2 和s 0 2 ，所消耗的氧量称为总需氧量t o d 。t o d 的值一般大于c o d 的值。4 总有机碳( t o c ) ：有机物都含有碳，通过测定废水中的总 含碳量可以表示有机物含量。总有机碳的测定方法是向含氧量已知的氧气流中注入定量 的水样，并将其送入以铂为触媒的燃烧管中，在9 0 0 高温下燃烧，用红外气体分析仪 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 测定在燃烧过程中产生的c 0 2 量，再折算出其中的含碳量，就是总有机碳t o c 值。 营养性污染物：污水中所含的n 和p 是植物和微生物的主要营养物质。当污水排入 受纳水体，使水中的n 和p 浓度分别超过0 2 m g l 和0 0 2 m g l 时，就会引起受纳水体 的富营养化，促使各种水生生物( 主要是藻类) 的活性，刺激它们的异常增殖，这样会 造成一系列的危害。 酸碱污染物：酸碱污染物主要由工业废水排放的酸碱，以及酸雨的降落形成。水质 标准中以p h 值反映其含量水平。酸碱污染物使水体的p h 值发生变化，破坏自然缓冲 作用，抑制微生物生长，妨碍水体自净，使水质恶化、土壤酸化或盐碱化。各种生物都 有自己的p h 适应范围，超过该范围，就会影响其生存。对渔业水体而言，p h 值不得低 于6 或高于9 2 ，当p h 值为5 5 时，一些鱼类就不能生存或生殖率下降。农业灌溉用水 的p h 值应为5 5 8 5 。此外，酸性废水也对金属和混凝土材料造成腐蚀。 有毒污染物：污水中能对微生物引起毒性的化学物质，称为有毒污染物。废水中的 毒物可分为三大类：无机化学毒物、有机化学毒物和放射性物质。其中无机化学毒物包 括金属和非金属两类。金属毒物主要为汞、镉、铅、锌、镍、铜、钻、锰、钛、钡、钼 和铋等，特别是前几种危害更大。如汞进入人体后被转化为甲基汞，在脑组织内积累， 破坏神经功能，无法用药物治疗，严重时能造成死亡：镉中毒时引起全身疼痛，腰关节 受损、骨节变型，有时还会引起心血管病。非金属毒物有砷、硒、氰、氟、硫、亚硝酸 根等。如砷中毒时能引起中枢神经紊乱，诱发皮肤癌等；亚硝酸盐在人体内还能与仲胺 生成亚硝胺，具有强烈的致癌作用；有机化学毒物大多是人工合成的有机物，难以被生 化降解，且大多是较强的三致物质( 致癌、致突、致畸) ，毒性很大，其主要有农药( d d t 、 有机氯、有机磷等) 、酚类化合物、聚氯联苯、稠环芳烃( 如苯并芘) 、芳香族氨基化合 物等。以有机氯农药为例，首先，其具有很强的化学稳定性，在自然环境中的半衰期为 十几年到几十年，其次，它们都可能通过食物链在人体内富集，危害人体健康；污水中 的放射性物质主要来自铀、镭等放射性金属生产和使用过程，如核试验、核燃料再处理、 原料冶炼厂等。其浓度一般较低，主要引起慢性辐射和后期效应，如诱发癌症，对孕妇 和婴儿产生损伤，引起遗传性伤害等。 油类污染物包括“石油类”和“动植物油”两项。油类污染物能在水面上形成油膜， 隔绝大气与水面联系，破坏水体的复氧条件。它还能附着于土壤颗粒表面和动植物体表， 影响养分的吸收和废物的排放。当水中含油0 0 1 4 ) 1 0 m g l 时，对鱼类和水生生物就会 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 产生影响。当水中含油0 3 o 5 m g l 时，就会产生石油气味，不适合饮用。 生物污染物主要是指污水中的致病性微生物，它包括致病细菌、病虫卵和病毒。未 污染的天然水中细菌含量很低，当城市污水、垃圾淋溶水、医院污水等排入水体后将带 入各种病原微生物。如生活污水中可能含有能引起肝炎、伤寒、霍乱、痢疾、脑炎的病 毒和细菌，以及蛔虫卵和钩虫卵等。 感官性污染物是指污水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质，虽无严重 危害，但能引起人们感官上的极度不快，被称为感官性污染物。对于供游览和文体活动 的水体而言，感官性污染物的危害则较大。 2 1 4 城市污水的回用 城市污水再生回用的方式可以分为两类：间接回用和直接回用。间接回用是指处理 后污水首先排放到自然环境系统中( 如河流、含水层) ，在河流下游或含水层中取水回 用。大多数城市污水是通过这种方式再生回用的。据统计，美国1 5 5 个城市水源中每3 0 m 3 水中就有l m 3 是上游的污水，4 0 的美国人口所用的水是上游用过一次以上的污水，我 国从污染河段中取水的自来水厂也不在少数。直接回用是指污水处理后直接利用，这种 方式通常是在工业生产的密闭循环系统中使用。 2 1 5 城市污水排放标准 本文所研究的污水是间接回用，研究污水处理厂废水直接排入受纳水体的情况。根 据：城镇污水处理厂污染物排放标准g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 和地表水环境质量标准 g h z b l 1 9 9 9 1 2 0 1 1 2 。 根据城镇污水处理厂排入地表水域环境功能和保护目标，以及污水处理厂的处理工 艺，将基本控制项目的常规污染物标准值分为一级标准、二级标准、三级标准。一级标 准又分a 标准和b 标准。基本控制项目最高允许排放浓度见表2 2 。 1 一级标准的a 标准是城镇污水处理厂出水作为回用水的基本要求。当污水处理厂 出水引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水和一般回用水等用途时，执行一级标准 的a 标准。 2 城镇污水处理厂出水排入g b 3 8 3 8 地表水1 1 1 类功能水域( 划定的饮用水水源保护 区和游泳区除外) 、g b 3 0 9 7 海水二类功能水域和湖、库等封闭或半封闭水域时，执行一 级标准的b 标准。 3 城镇污水处理厂出水排入g b 3 8 3 8 地表水、v 类功能水域或g b 3 0 9 7 海水三、 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 四类功能海域，执行二级标准。 4 非重点控制流域和非水源保护区的建制镇的污水处理厂，根据当地经济条件和水 污染控制要求，采用一级强化处理工艺时，执行三级标准。但必须预留二级处理设施的 位置，分期达n - 级标准。 表2 - 2 基本控制项目最高允许排放浓度( 日均值) 单位m g l t a b l e2 - 2t o pa l l o w a b l ed e n s i t yo ft h eb a s i cc o n t r o l l i n gp a r a m e t e r ( d a i l ya v e r a g e ) m g l 一级标准 序号基本控制项目 一绣标准 三级标准 a 标准b 标准 1化学需氧量( c o d ) 5 06 01 0 01 2 0 2 生化需氧量( b o d s ) 1 02 03 0 6 0 3 悬浮物( s s ) 1 02 03 05 0 4 动植物油 1352 0 5 石油类 1351 5 6 阴离子表面活性剂 0 5125 7 总氮( 以n 计) 1 5 2 0 8 氨氮( 以n 计) 5 ( 8 )8 ( 1 5 )2 5 ( 3 0 ) 2 0 0 5 年1 2 月3 1 日前建设的 11 535 9 总磷( 以p 计) 2 0 0 6 年1 月1 日起建设的 0 51 3 5 5 1 0色度( 稀释倍数)3 03 04 05 0 1 1 p h 6 _ 9 1 2 粪大肠菌群数( 个l ) 1 0 71 0 41 0 4 2 2 城市污水处理系统 2 2 1 城市污水处理流程 污水处理是一项涉及生物、化学、物理等多项学科的综合性技术，其工艺机理较为 复杂。污水处理系统可以分为三个部分：一级处理、二级处理和污泥处理。此外，有些 污水处理还包括三级处理，但对于城市污水一般很少用到，在此不作介绍。 2 2 1 1 一级处理系统 一级处理也称物理法处理，其工作原理是利用过滤、旋流分离等方法去除污水中的 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 漂浮物、悬浮物和泥沙，主要工作原理为沉淀。由于一级处理投资少，动力消耗低，不 但可去除一部分有机物，而且对后续二级生物处理影响较大。因此，世界各国十分重视 一级处理技术的集成化研究。目前，我国城市污水处理率很低，城市附近水环境有机污 染严重，而当前国家和地方财力有限，不少城市常采取先上一级处理，后上二级处理， 分期建设的方针。在沿海和长江流域的一些城市，污水处理的途径也多选择污水一级处 理后，再排江入海。 一级处理的主要设备有：粗格栅、进水泵、细格栅、曝气沉砂池、初沉池。 污水首先进入粗格栅，主要去除污水中体积较大的污物和漂浮物，以防止其后的处 理构筑物的管道、水泵等设备堵塞；然后汇集到集水池，由一组潜水泵将污水提升到前 池进行处理，而且能根据集水池水量，自动调节泵的运行台数；曝气沉砂池主要是以重 力分离为基础，控制池内污水流速，使比重大的无机颗粒沉淀，有机颗粒随水流出，同 时采用曝气改善了运行条件、降低了臭味、提高了初沉池的去除率；细格栅主要是去除 体积比较小的污物；初沉池同曝气沉砂池不同的是取消了曝气，但是停留时间比较长， 使变化剧烈的水量、水质得到了均化，较大的缓冲了对曝气池的冲击负荷。初沉池是污 水处理厂的重要处理构筑物之一，污水通过初沉池，可去除5 0 悬浮物及2 5 b o d 5 1 2 2 1 ， 大大减轻生物处理负荷，降低了能耗。 2 2 1 2 二级处理系统 二级处理又叫生物化学处理或者生物处理，它是在一级处理的基础上，再进行生物 化学处理。处理对象主要是废水中的胶体态和溶解态有机物，采用的典型流程设备有生 物曝气池( 或生物滤池) 和二沉池。 在自然界中，存在着大量靠有机物生活的微生物，它们具有氧化分解有机物并将其 转化为无机物的能力。生物处理法就是利用微生物的这一功能，采取人工措施来创造更 有利于微生物生长和繁殖的环境，使微生物大量繁殖，以提高污水中有机物氧化降解效 率的一种污水处理方法。生物处理法按照参与作用的微生物种类和供氧情况，又可分为 好氧法和厌氧法两大类。好氧法比较适用于处理较低浓度的污水，而厌氧法则适用于处 理污泥和较高浓度的污水。由于一般城市污水的b o d 浓度小，适于好氧法生物处理， 因此好氧生物处理法被广泛使用，已成为生物处理法的主流。 曝气池中，含有大量的生物固体和悬浮杂质，这些固体物质必须从液体中分离出去， 此项工作由二沉池来完成。废水以混合液的形式，进入二沉池，在重力作用下，经过静 太原理工大学硕士研究生学位论文 止沉淀发生泥水分离，污泥经浓缩沉淀后，大部分又回流到曝气池，补充活性污泥，少 部分作为剩余污泥排除处理，澄清后的水则通过集水槽流出排放。 2 2 1 3 污泥处理系统 在污水处理过程中，通常要截留相当数量的悬浮物，这些物质通称为污泥固体，其 与水的混合体叫污泥。污泥处理的主要目的有两个：一是减容，以缩小污泥的体积；一 是稳定处理，以便进行利用或最终处置。它的主要内容是稳定处理( 生物法、化学法) 、 去水处理( 浓缩、脱水、干化) 和最终处置( 填地、投海、焚化和综合利用) 。 城市污水处理的典型流程见图2 1 0 一级处理 二级处理 。 ( 物理处理) ( 生物处理) f - 监蚴一一1 生物处理设备 9 匝h 牌 ( 活性污泥法或 生物膜法) 污水流程一一+ 脱水 及干 燥设 一污泥流程 备 l 图2 - 1 城市污水处理的典型流程 f i g2 - 1t h et y p i c a lp r o c e s sf l o wo ft h em u n i c i p a ls e w a g et r e a t m e n t 2 2 2 城市污水处理工艺 目前城市污水处理厂采用的工艺主要是活性污泥法，下面就目前常用新型的几种活 性污泥法及其各自的特点加以介绍。 2 2 2 1 氧化沟 氧化沟( o x i d a t i o nd i t c h ) 是本世纪5 0 年代由荷兰工程师发明的一种新型活性污泥 法，其曝气池呈封闭的沟渠形，废水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动，因此被 称为“氧化沟 ，又称“循环曝气池”。氧化沟是活性污泥法的一种改型，它把连续式反 应池用作生物反应池。污水和活性污泥混合液在该反应池中以一条闭合式曝气渠道进行 连续循环。氧化沟通常在延时曝气条件下使用，这时水和固体的停留时间长，有机物质 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 的负荷低。它使用一种带方向控制的曝气和搅拌装置，向反应池中的物质传递水平速度， 从而使被搅动的液体在闭合式曝气渠道中循环。 氧化沟污水处理工艺流程图如下： 处理水 图2 2 氧化沟污水处理工艺流程 f i g2 - 2p r o c e s sf l o wd i a g r a mo ft h eo x i d a t i o nd i t c hs e w a g ed i s p o s a l 氧化沟的技术特点主要表现为以下几方面： 1 处理效果稳定，出水水质好，并且具有较强的脱氮功能，有一定的抗冲击负荷能 力； 2 工程费用相当于或低于其他污水生物处理技术； 3 处理厂只需要最低限度的机械设备，增加了污水处理厂正常运转的安全性； 4 管理简化，运行简单； 5 剩余污泥较少，污泥不经消化也容易脱水，污泥处理费用较低； 6 处理厂与其他工艺相比，臭味较小； 7 构造形式和曝气设备多样化； 8 曝气强度可以调节； 9 具有推流式流态的某些特征。 氧化沟的类型主要有：帕斯维尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟、交替工作式氧化沟、奥 贝尔氧化沟和一体化氧化沟。 2 2