农村户厕黑水处理ABR+多级AO+MBR

1 工程概况

1.1 工程名称

农村户厕黑水集中无害化处理工程30m3/d

1.2 工程简介

污水处理工艺：化粪池→调节→初沉池→ABR池→预缺氧池→水解酸化→四级AO→MBR膜生物反应→反硝化滤池→一体化泵站；

污泥处理：剩余污泥→化粪池消解。

1.3 工程范围

30m3/d的户厕黑水处理工程所需的设备、建（构）筑物及配套辅助设施的工艺、土建、电气、仪表、给排水等相关专业设计内容。

污水处理站占地红线范围外延1米及接入污水处理站的第一个检查井，出水管第一个节点处。

1.4 主要技术经济指标

2 方案选择原则及设计依据

2.1 方案选择原则

（1）技术先进性原则。

污水处理工程一方面体现的是环保理念；另一方面是整个处理系统的先进性。所使用的工艺和技术应在未来十年内不会被淘汰，避免重复改造。因此在选择水处理工艺上应首先考虑设备和技术的先进性。

（2）低运行成本原则

水处理成本应作为技术方案选择的重要原则之一。

（3）少占地原则

污水处理技术的选用还应考虑占地面积小，运行效率高的设备和技术。

（4）污泥产生量少，二次污染小的原则

污水处理工程产生的污泥的处理和处置费用较高，同时会产生二次污染，所以在选择工艺时，应首选污泥产生量小的工艺，减小对环境的二次污染。

2.2 设计依据

用户提供的相关资料
《室外排水设计规范》 （GB50014-2006）
《地表水环境质量标准》 （GB3838－2002）
《建筑给水排水设计规范》 （GB50015－2003）
《城镇污水处理厂污染物排放标准》 （GB18918－2002）
《给水排水工程构筑物结构设计规范》 （GB50069－2002）
《城镇污水处理厂污染物排放标准》 （GB18918-2002）

3 设计参数

3.1 设计处理规模

根据水量分析，确定本项目每个污水站设计处理能力30m3/d，10h运行，每小时处理量为3m3/h。

3.2 设计进水水质

参照类似项目污水指标，暂定污水进水设计水质指标见下表：

3.3 设计出水水质

出水水质指标要达到《地表水环境质量标准》GB3838-2002中 地表V类水限值要求。具体指标如下：

4 处理工艺选择

4.1 工艺选择原则

选择合理的污水处理工艺技术是十分重要的。只有选择得当，才能使污水处理工程的处理效果好，运行管理方便，节省投资成本和运行费用。污水处理工艺的选择，首先需要适应污水进水水质、出水水质要求以及当地温度、工程地质、环境等条件，然后综合考虑工艺的可靠性、成熟性、适用性、去除污染物的效率、投资省、操作管理简单、运行费用低等多因素，选择最优的工艺方案。

[1] 符合国家和地方环境保护政策和相关法律法规、标准及规范；

[2] 工艺技术先进、高效节能，处理效率高，出水稳定达标；

[3] 处理设施安全、成熟，并尽量减少工程投资成本，降低运行费用；

[4] 最大限度地降低操作管理和维修技术难度；

[5] 污水处理设施具有较强的抗水量、水质冲击负荷能力；

[6] 污水处理设施运行时不产生臭气及噪声等二次污染；

[7] 优先选择国内先进、可靠、高效、成熟的污水处理专用设备。

4.2 工艺选择

4.2.1 水质特点

本项目的处理对象为农村户厕黑水。黑水为厕所污水，包括冲厕水和粪便。半集中式处理系统中的黑水多指冲厕水，包括尿液、粪便(含手纸)和用厕冲洗水。生活污水中绝大部分的有机物和氮、磷等营养物(包括生活污水70%左右的COD,80%-90%的氮和50% – 57%的磷)来自于黑水，其悬浮态COD比例高，且氮磷大都集中于此，且碳氮比很小。对这类高碳源、高氮磷、低碳氮比污水的处理具有一定的难度。

水质情况分析：黑水中含有较高的COD、N、P量和病原菌，而粪便中的有机物和营养物质浓度更高。根据化学分析，人粪中N、P、K的含量分别为1%、0.5%、0.37%，有机质含量为2%，有机质的主要成分是纤维素、半纤维素、蛋白质及其分解物，含水量为70～80%；人尿中N、P、K含量分别为0.5%、0.13%、0.19%，尿素的含量为1～2%，含水量为95%。同时来水采用吸粪车吸取输送的方式，则吸粪车在抽吸污水过程中，会将化粪池底部的沉积泥沙、悬浮污泥一并抽吸过来，这也使得来水中的悬浮物和泥沙含量很高。

4.2.2 工艺比选

国内用于化粪池污水处理的生化工艺大多有ABR、A/O、多级A/O、法等。下面对以上几种工艺在本项目中的适用性进行详细阐述。

(一) ABR工艺

厌氧折流板反应器（Anaerobic Baffled Reactor简称ABR）工艺首先由美国斯坦福大学的Mc Carty等于1981年在总结了各种第二代厌氧反应器处理工艺特点性能的基础上开发和研制的一种高效新型的厌氧污水生物技术。

由于在反应器中使用一系列垂直安装的折流板，将反应器分隔成串联的几个反应室，每个反应室都可以看作一个相对独立的上流式污泥床系统（upflow sludge bed，简称USB）。被处理的废水在反应器内沿折流板作上下流动，依次通过每个反应室的污泥床，废水中的有机基质通过与微生物接触而得到去除。借助于处理过程中反应器内产生的气体使反应器内的微生物固体在折流板所形成的各个隔室内作上下膨胀和沉淀运动，而整个反应器内的水流则以较慢的速度作水平流动。水流绕折流板流动而使水流在反应器内的流经的总长度增加，再加之折流板的阻挡及污泥的沉降作用，生物固体被有效地截留在反应器内。因此ABR反应器的水力流态更接近推流式。其次由于折流板在反应器中形成各自独立的隔室，因此每个隔室可以根据进入底物的不同而培养出与之相适应的微生物群落，从而导致厌氧反应产酸相和产甲烷相沿程得到了分离，使ABR反应器在整体性能上相当于一个两相厌氧系统，实现了相的分离。最后，ABR反应器可以将每个隔室产生的沼气单独排放，从而避免了厌氧过程不同阶段产生的气体相互混合，尤其是酸化过程中产生的H2可先行排放，利于产甲烷阶段中丙酸、丁酸等中间代谢产物可以在较低的H2分压下能顺利的转化。

总的来说，ABR反应器具有构造简单、能耗低、抗冲击负荷能力强、处理效率高等一系列优点。

(二) A/O工艺

对排放水总氮有严格排放要求的项目，常用的生物脱氮方法有前置生物脱氮法(A/O工艺)和后置生物脱氮法。后置生物脱氮法占地比前置生物脱氮法的大，增加了工程的基建投资。并且需要外加碳源，这样将增加废水的处理成本，且外加碳源量不易控制，易造成出水COD上升。而前置生物脱氮法具有占地少、不需外加碳源等优点。因此，后来多数采用前置脱氮法(A/O工艺)。

A/O法生物去除氨氮原理：污水中的氨氮，在充氧的条件下（O段），被硝化菌硝化为硝态氮，大量硝态氮回流至A段，在缺氧条件下，通过兼性厌氧反硝化菌作用，以污水中有机物作为电子供体，硝态氮作为电子受体，使硝态氮还原为无污染的氮气，逸入大气从而达到最终脱氮的自的。

硝化反应：NH4+＋2O2→NO3－＋2H++H2O

反硝化反应：6NO3－＋5CH3OH→5CO2↑＋7H2O＋6OH-+3N2↑

从以上原理可以看出，该工艺对总氮（凯氏氮与硝态氮总和，凯氏氮为氨氮和有机氮和）有良好去除效果。

(三) 多级A/O工艺

多段多级AO工艺是将污水分多段进入生物池内的厌氧区、缺氧区、兼氧区和好氧区，使污水中的碳源有选择的供给不同功能区，优先用于厌氧释磷和反硝化脱氮等，可有效节省碳源。同时还可以提高污泥浓度，减小生物池容积。多级AO串联能够取消内回流设备，上一级硝化液完全进入下一级缺氧区进行反硝化，强化脱氮效果，提高脱氮效率。总之，多段多级AO工艺是A2O的改良工艺，能够更加合理分配碳源，降低投资和运行成本。

工艺具有以下特点：

（1）避免了内回流带入的大量溶解氧，保证了缺氧区的处理效果，反硝化过程彻底，脱氮效率提高；

（2）反硝化的碳源全部来自进水，对于低碳氮比的污水可显著节省外加碳源

（3）相对传统内回流脱氮工艺，降低了内回流的能耗

(四) MBR膜生物反应器

膜-生物反应器（Membrane Bio-Reactor,MBR）为膜分离技术与生物处理技术有机结合之新型态废水处理系统。是一种由膜分离单元与生物处理单元相结台的新型水处理技术，以膜组件取代二沉池在生物反应器中保持高活性污泥浓度减少污水处理设施占地，并通过保持低污泥负荷减少污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池内之膜分离设备截留槽内的活性污泥与大分子固体物。因此系统内活性污泥（mlss）浓度可提升至10,000mg/L，污泥龄(SRT)可延长30天以上，于如此高浓度系统可降低生物反应池体积，而难降解的物质在处理池中亦可不断反应而降解。

MBR是膜分离技术与生物处理法的高效结合,其起源是用膜分离技术取代活性污泥法中的二沉池,进行固液分离。这种工艺不仅有效地达到了泥水分离的目的,而且具有污水三级处理传统工艺不可比拟的优点:

1、高效地进行固液分离,其分离效果远好于传统的沉淀池,出水水质良好,出水悬浮物和浊度接近于零,可直接回用,实现了污水资源化。

2、膜的高效截留作用,使微生物完全截留在生物反应器内,实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离,运行控制灵活稳定。

3、由于MBR将传统污水处理的曝气池与二沉池合二为一,并取代了三级处理的全部工艺设施,因此可大幅减少占地面积,节省土建投资。

4、利于硝化细菌的截留和繁殖,系统硝化效率高。通过运行方式的改变亦可有脱氨和除磷功能。

5、由于泥龄可以非常长,从而大大提高难降解有机物的降解效率。

6、反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行,剩余污泥产量极低,由于泥龄可无限长,理论上可实现零污泥排放。

7、系统实现PLC控制,操作管理方便

膜生物反应器（MBR）是一种由膜分离单元与生物处理单元相结台的新型水处理技术，以膜组件取代二沉池在生物反应器中保持高活性污泥浓度减少污水处理设施占地，并通过保持低污泥负荷减少污泥量。与传统的生化水处理技术相比，MBR具有以下主要特点：处理效率高、出水水质好；设备紧凑、占地面积小；易实现自动控制、运行管理简单。

4.2.3 核心处理工艺确定

按以上工艺陈述比较，综合现场条件及要求排放水质，本设计选用“ABR+多级A/O→MBR膜生物反应”作为主体生化工艺。

5 工艺设计

5.1 工艺流程

根据本工程的进出水水质，设计工艺流程如下

5.2 工艺说明

污水经配水渠分配至化粪池处理后的污水再经配水渠进入初沉池，初沉池对污水中含有的大量悬浮物颗粒。污水经初沉池之后进入调节池，对水质和水量进行调节，之后进入初沉池去掉大部分悬浮颗粒，再依次进入ABR池、预缺氧池、水解酸化池、四级AO池进行生化反应，去除碳类和氮类有机污染物。经过生化后的污水进入MBR膜池,对有机物进一步降解，出水抽吸到反硝化滤池，去除硝态氮之后达标回用或排放。

MBR膜池要定期进行排泥，排泥至化粪池消解。

5.3 工艺特点

本方案采用玻璃钢罐体作为处理反应器，较比钢砼结构有较为明显优势：

1.玻璃钢罐具有优良的物理性能，玻璃钢的比重通常为1.8-2.1，是钢的1/4-1/5，比钢、铸铁和塑料的强度都高。玻璃钢的热膨胀系数与钢大体相当，热传导系数只有钢的0.5玻璃钢罐。?

2.玻璃钢罐耐化学腐蚀，使用寿命长达50年以上：玻璃钢具有特殊的耐腐性能，在储存腐蚀性介质时，玻璃钢显示出其他材料所无法比拟的优越性，可以耐多种酸、碱、盐和有机溶剂。

3、玻璃钢罐设计灵活性大，罐壁结构性能优异：纤维缠绕玻璃钢可以改变树脂系统或增强材料来高速玻璃钢贮罐及非标装置的物理化学性能，以适应不同介质和工作条件的需要。通过结构层厚度、缠绕角和壁厚结构和设计来调整罐体的承载能力，制成不同压力等或某些特殊性能的玻璃钢贮罐及非标装置，这是各向同性的金属材料无法与其相比的。

5.4 主要构筑物说明

5.4.1 化粪池

化粪池是一种利用沉淀和厌氧发酵的原理，去除生活污水中悬浮性有机物的处理设施， 属于初级的过渡性生活处理构筑物。生活污水中含有大量粪便、纸屑、病原虫…悬浮物固体浓度为 100~350mg/L，有机物浓度CODCr 在100~400mg/L之间，其中悬浮性的有机物浓度BOD5为50~200mg/L。污水进入化粪池经过12~24h的沉淀，可去除50%~60%的悬浮物。沉淀下来的污泥经过3个月以上的厌氧发酵分解，使污泥中的有机物分解成稳定的无机物，易腐败的生污泥转化为稳定的熟污泥，改变了污泥的结构，降低了污泥的含水率。定期将污泥清掏外运，填埋或用作肥料。

5.4.2 初沉池

以初沉池作为预处理，初沉池可除去废水中的可沉物和漂浮物。废水经初沉后，约可去除可沉物、油脂和漂浮物的50%、BOD的20%，按去除单位质量BOD或固体物计算，初沉池是经济上最为节省的净化步骤，对于生活污水和悬浮物较高的工业污水均易采用初沉池预处理。

5.4.3 调节池

调节池是作为废水水量调节和均质的处理单元。由于废水排放各时的水质、水量均不一样，因此设置一座集水池使污水处理系统连续稳定地运行，同时调节水量和均化水质。调节池内设置2台潜污泵，保证以一定的额定流量将污水提升至后续污水处理设备，对后续处理单元正常运行提供了有利条件。

5.4.4 水解酸化池

水解酸化池根据产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同，将厌氧处理控制在反应时间较短的厌氧处理第一和第二阶段，即在大量水解细菌、酸化菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程，从而改善废水的可生化性，为后续处理奠定良好基础。污水经过水解酸化池自流入生化池。

5.4.5 ABR池

ABR反应器是厌氧反应器的一种，属于复杂混合型水力流态的厌氧反应器。设计选用ABR反应器出于以下方面的考虑：（1）、结构简单，易于设置；（2）、有良好的水力条件，容积利用率高，有稳定的处理效果，尤其重要的是运行管理方便。

5.4.6 多级A/O池

多段多级AO工艺是将污水分多段进入生物池内的厌氧区、缺氧区、兼氧区和好氧区，使污水中的碳源有选择的供给不同功能区，优先用于厌氧释磷和反硝化脱氮等，可有效节省碳源。同时还可以提高污泥浓度，减小生物池容积。多级AO串联能够取消内回流设备，上一级硝化液完全进入下一级缺氧区进行反硝化，强化脱氮效果，提高脱氮效率。总之，多段多级AO工艺是A2O的改良工艺，能够更加合理分配碳源，降低投资和运行成本。

5.4.7 MBR膜池

MBR工艺（膜生物反应器工艺）是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术，也称膜分离活性污泥法。它是利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留住，水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制。通过膜的高效截留作用，全部细菌及悬浮物均被截流在曝气池中，可以有效截留硝化菌，使硝化反应顺利进行，有效去除氨氮；同时可以截留难于降解的大分子有机物，延长其在反应器中的停留时间，使之得到最大限度的降解。部分污泥回流至好氧前端，以补充遗失的微生物浓度，剩余污泥通过膜区剩余污泥泵定期排出，可控制系统内活性污泥的浓度及污泥龄。另一方面，由于膜的高过滤精度，保证了出水清澈透明从而省掉二沉池。因此，膜生物反应器工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能。

MBR膜的产水通过产水自吸泵抽吸外送。产水泵出水管上设置流量计，合格产水通过管道进入消毒池，不合格水通过管道流回调节池。膜池中设置液位计，保证膜组件的一定淹没高度。产水泵设置变频器，控制产水量。

膜组件性能的维护通过反冲洗和CEB清洗来完成。设置反洗泵2台（1用1备）。配套次氯酸钠加药装置1套。次氯酸钠采用含量10%原液，次氯酸钠加药浓度200ppm。MBR膜池中生化反应需要消耗氧气，膜组件冲刷需要空气。

5.5 主要构筑物及设备设计参数

5.5.1 配水井及配水管道

数 量：1座

尺寸： D×L=1.2m×1.5，材质：玻璃钢。

配水管道：2条

管径：DN500，长度：37m（含弯头三通折算长度），材质：玻璃钢。

5.5.2 化粪池

数 量：3座

尺寸： D×L=3.5m×11.2，材质：玻璃钢，总容积：100m3

5.5.3 初沉池

①初沉池

数 量：1座

尺寸： D×L=2.3m×4.5，

表面负荷：0.72m3/(㎡·h)

②初沉池排泥泵

数 量：1台

规 格：Q=3m3/h；扬程：H=7m；功率：N=0.25kw；

5.5.4 调节池

①调节池

数 量：1座

尺寸： D×L=2.3m×4.5 材质：玻璃钢

有效水深：4.3，有效容积：18m3；停留时间：6h

②调节池提升泵

数 量：2台（1用1备）

规 格：流量：Q=3m3/h；扬程：H=7m；功率：N=0.25kw；

③调节池搅拌机

数 量：1台

规 格：功率0.37kw

5.5.5 ABR池

①ABR池

数 量：3座

尺寸： D×L=2.3m×4.5 材质：玻璃钢

②ABR池排泥泵

数 量：3台

规 格：流量：Q=3m3/h；扬程：H=7m；功率：N=0.25kw；

③组合填料

数 量：14.5m3

5.5.6 预缺氧/水解酸化池

①预缺氧池

尺寸： D×L=2.3m×1.4m，总容积：4.5m3

有效水深：1.8m，有效容积：3.6m3；停留时间：1.2h

材质：玻璃钢

②水解酸化

尺寸： D×L=3.5m×6.6m，总容积：25.5m3

有效水深：1.8m，有效容积：20.4m3；停留时间：6.8h

材质：玻璃钢

③排泥泵

数 量：1台

规 格：流量：Q=3m3/h；扬程：H=7m；功率：N=0.25kw；

④水解酸化池填料

数 量：15m3

⑤提升泵

数 量：2台

规 格：流量：Q=3m3/h；扬程：H=7m；功率：N=0.25kw；

5.5.7 一段AO池 （进水比例：18%）

① 一段缺氧段

尺寸： D×L=3.5m×1.7m，

材质：玻璃钢

有效容积：13m3；

② 一段好氧段

尺寸： D×L=3.5m×1.9m，

材质：玻璃钢

有效容积：18m3；

③MBBR填料

数 量：12.5m3

④好氧池曝气装置

规格：φ215曝气盘

5.5.8 二段AO池 （进水比例：21.6%）

①二段缺氧段

尺寸： D×L=3.5m×1.9m，

材质：玻璃钢

有效容积：18m3；

②二段好氧段

尺寸： D×L=3.5m×3.5m，

材质：玻璃钢

有效容积：30.5m3；

③潜水搅拌器

数 量：1台

规 格：功率：0.37KW

④缺氧池MBBR填料

数 量：7.5m3

⑤好氧池组合填料

数 量：16.5m3

⑤好氧池曝气装置

规格：φ215曝气盘

5.5.9 三段AO池 （进水比例：25.9%）

①三段缺氧段

尺寸： D×L=3.5m×3.7m，

材质：玻璃钢

有效容积：26m3；

②三段好氧段

尺寸： D×L=3.5m×5.3m，

材质：玻璃钢

有效容积：34m3；

③潜水搅拌器

数 量：1台

规 格：功率：0.37KW

⑤组合填料

数 量：46m3

⑤好氧池曝气装置

规格：φ215曝气盘

5.5.10 四段AO池 （进水比例：34.5%）

①四段缺氧段

尺寸： D×L=3.5m×3.7m，

材质：玻璃钢

有效容积：26m3；

②四段好氧段

尺寸： D×L=3.5m×5.3m，

材质：玻璃钢

有效容积：34m3；

③潜水搅拌器

数 量：1台

规 格：功率：0.37KW

⑤组合填料

数 量：46m3

⑤好氧池曝气装置

规格：φ215曝气盘

5.5.11 MBR膜池

① MBR池段

尺寸：D×L=3.5m×2.9，有效容积：20m3

材质：玻璃钢

② MBR膜

数 量：1套

类 型：沉浸式

膜材料：PVDF复合膜

设计通量：15L /（m2·h）

实际所用膜面积：260m2

膜箱尺寸：L×W×H=1440mm×1300mm×1500mm机架材料：304不锈钢

③产水泵

数 量：2台（1用1备）

规格型号：流量：3m3/h ；吸程：8m ；扬程：10m ；功率：0.75 kW

④ 反洗泵

数 量：1台

规格型号：流量：10m3/h ；吸程：8m ；扬程：18m ；功率：3 kW

配 套：反洗过滤器1台；

⑤膜池鼓风机

数 量：2台(1用1备)

规 格：风量：1.06m3/min； 压力：0.04MPa；功率：1.5kw

⑥混合液回流泵

数 量：2台

规 格：流量Q=3m3/h，扬程H=7m，功率N=0.25kw；

⑧膜药洗装置

a 酸洗加药系统

b 碱洗加药系统（与消毒共用）

5.5.12 反硝化池

① 设计参数：

数量：2座

外形尺寸：D×L=1.5m×2m，有容积2.7m3；

材质：玻璃钢

② 反硝化载体填料：

数量：1.8m3

5.5.13 一体化泵站

数 量：1座

尺寸：D×H=1.5m×4.3m

材质：玻璃钢

5.5.14 设备间

①设备间

数 量：1座

尺寸：L×B×H =4.3m×2.8m×2.2m

材质：碳钢防腐

6 单个污水站主要构筑物及设备参数

6.1 主要构筑物一览表

6.2 主要设备参数一览表

6.3 自控设计

现场控制站主要由可编程控制器（PLC）、控制器柜及柜内附属设备组成。

污水处理系统内仪表系统由各种传感器和变送器组成。变送器的标准直流信号（或电压信号）首先送至现场PLC。

工艺设备的控制分为两级:

第一级是PLC根据预定控制程序和现场实际情况，实行自动控制，无需人为干预 (自动)；

第二级就是手动控制，当把相应控制柜上的“手动/自动”选择开关打到“手动”时，各设备实现手动操作。手动控制优先级最高，此时，PLC控制被屏蔽，现场设备可在就地控制箱或控制柜上实现开、停等人工操作。此种模式主要是用在设备安装阶段的单台调试或PLC故障时的操作。

6.4 采暖、通风设计

构筑物为埋地设置，不需采暖。