2万立方污水处理厂可研报告.doc

北京市2万立方污水处理厂（一期）工程

可行性研究报告

2004年12月

设 计 文 件 扉 页
第三版

目 录

1 简 介 1
2 项目概述 3
2.1 项目名称 3
2.2 编制单位 3
2.3 设计依据、原则和范围 3
3 工程背景情况 7
3.1 区域情况 7
3.2 自然条件 7
3.3 工程建设的必要性 9
4 工程规模及处理程度 10
4.1 污水处理厂服务范围 10
4.2 污水量预测 10
4.3 处理程度 11
4.4 处理程度 12
5 污水处理厂工艺方案选定 13
5.1 处理厂厂址 13
5.2 工艺方案选择原则 13
5.3 生物处理的可行性分析 13
5.4 污水处理工艺方案比选 17
5.5 化学除磷工艺确定 25
5.6 污泥处理与处置 25
5.7 除臭方案选择 27
6 工艺设计 29
6.1 工艺流程 29
6.2 单元设计简介 30
6.3 主要建（构）筑物及设备的工艺设计 33
7 总图设计 51
7.1 厂区概况 51
7.2 厂区平面布置 51
7.3 厂区竖向布置 52
7.4 厂区道路布置 52
7.5 厂区绿化 52
7.6 厂内给水 52
7.7 厂内排水 53
7.8 运输车辆 53
7.9 总图经济技术指标表 53
8 建筑设计 54
8.1 概述 54
8.2 建筑总平面 54
8.3 建筑群体 55
8.4 建筑装修 55
8.5 建、构筑物面积一览表 55

9 结构设计 57
9.1 设计依据 57
9.2 地形、地貌 57
9.3 水文地质与场地抗震性 57
9.4 地基与地基处理 58
9.5 技术要求及主要建、构筑物结构形式 58
10 电气设计 61
10.1 概述 61
10.2 用电负荷 62
10.3 供配电系统 65
10.4 电气保护 66
10.5 电气控制及操作 66
10.6 电气传动 66
10.7 操作电源 66
10.8 照明、防雷与接地 66
10.9 电缆敷设 67
10.10 消防 67
10.11 电能计量 67
10.12 供配电设备选型 67
10.13 电讯设计 68
11 自控设计 72
11.1 仪表设计 72
11.2 自动化控制系统 73
12 采暖、通风设计 78
12.1 采暖设计 78
12.2 通风设计 78
13 机械设计 80
14 环境保护、职业卫生、安全及节能 83
14.1 环境保护 83
14.2 安全生产、劳动保护 86
14.3 工业卫生 87
14.4 厂区消防 87
14.5 节能 87
15 组织机构、劳动定员、运行管理和工程进度 89
15.1 组织机构 89
15.2 人员配置 89
15.3 运行管理 89
15.4 项目建设进度 90
16 投资估算 91
16.1 编制依据 91
16.2 工程投资估算 91
16.3 其他说明 91
16.4 资金筹措 92
16.5 估算汇总表 92
17 财务评价和工程效益分析 101
17.1 编制说明 101
17.2 财务评价 101

附表：
表17-1 投资计划及资金筹措表
表17-2 年成本及流动资金估算表
表17-3 现金流量表（全部投资）
表17-4 现金流量表（自有资金）
表17-5 损益表
表17-6 资金来源与运用表
表17-7 资产负债表
表17-8 借款还本付息计算表

1 简 介
北京污水处理厂（一期）工程位于xxx，规划占地面积约4.8公顷，流域范围内规划建设用地790公顷。
本期（一期）工程处理规模 20000 m3/d，远期工程总处理规模达45000 m3/d。处理厂出水排入高井沟，设计进、出水水质见下表，其中出水水质执行建设部颁发的《城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918-2002》中的一级A标准。
表1-1 处理厂进、出水水质一览表
编号
项 目
单 位
进水水质
出水水质
1
生化需氧量BOD5
mg/l
200
≤10
2
化学需氧量CODcr
mg/l
350
≤50
3
悬浮物SS
mg/l
250
≤10
4
NH4+-N
mg/l
-
≤5
5
TN
mg/l
40
≤15
6
总磷TP
mg/l
5
≤0.5
7
PH值

6.5～7.5
6～9
8
粪大肠菌群数

≤103个/L

结合本工程的实际情况，通过对多种工艺的技术及经济综合比较，推荐采用循环式SBR工艺+压力过滤工艺处理污水，污泥处理采用污泥浓缩脱水一体化设备。主要经济指标见下表。
表1-2 处理厂主要经济指标一览表
序号
名 称
单位
数 量
备 注
1
厂区占地面积
公顷
1.144
一期工程
2
绿化用地面积
公顷
0.40
一期工程

绿地率
％
35

3
总建筑面积
m2
2030

全厂生产性建筑面积
m2
986

全厂非生产性建筑面积
m2
1044

4
全厂定员
人
18

5
工程总投资
万元
4047
55%自筹

工程费用
万元
2373

6
单位水量工程费用
元/立方米
1187

7
总成本
万元/年
698

单位处理总成本
元/立方米
0.96

8
经营成本
万元/年
387

单位经营成本
元/立方米
0.53

9
年耗电量
万度
197.1

单位水量电耗
度/立方米
0.27

通过财务各项综合分析，本工程税前财务内部收益率7.21％，高于行业基准收益率4％，静态税前投资回收期13.37年小于行业基准值18年，因此项目在财务上可行。
本次可行性研究工作对项目在技术和经济可行性方面进行了充分的研究和论证，证明此项目的实施是可行的，并且是必要的，项目建成后将产生良好的社会、经济和环境效益。

2 项目概述
2.1 项目名称
北京市污水处理厂（一期）工程
2.2 编制单位
2.3 设计依据、原则和范围
2.3.1 设计依据
《北京城市总体规划 专业规划说明》，北京市城市规划设计研究院，1992年修订
《北京市区污水处理厂合理规模研究》，2002年编制
《XXXX污水处理厂及配套管线规划》，北京市城市规划设计研究院，2003年编制
《北京市XXXX污水处理厂（一期）项目投资人招标文件》,北京市污水处理项目招标委员会，2003年9月
《关于XXXX污水处理厂项目环境影响报告表的批复》京环保评价审字[2004]916号，北京市环境保护局，2004年11月6日
2.3.2 设计原则
执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法规、规范及标准。
结合北京市已运行污水处理厂情况，对污水、污泥处理关键部分适当考虑留有缓冲调节余地。
根据技术先进可靠、经济合理的原则进行总体设计和单元构筑物的设计。。
在满足施工、安装及维修的前提下，使各处理构筑物尽量集中，节约占地，扩大绿化面积。
尽量减少污水处理对周围环境的负面影响，选择能减少污泥产量的处理工艺和自动化水平高的泥渣处理设备，防止污泥渣二次污染。尽量减少处理工艺产生的异味。控制噪声强度，减少噪声干扰。

2.3.3 设计范围
本工程的设计范围包括：厂区内的全部污水及污泥处理构筑物、厂区建筑物及附属构筑物、进水管线、道路、厂区内雨污水管线、厂区供水管线、热力管线、厂区内通讯、电力、自控等。
2.3.4 主要规范及标准
《室外排水设计规范》1997年版 （GBJ14－87）
《地表水环境质量标准》 （GB3838－2002）
《污水排入城市下水道水质标准》 （CJ3082－1999）
《污水综合排放标准》 （GB8978-1996）
《城镇污水处理厂污染物排放标准》 （CB18918－2002）
《农田灌溉水质标准》 （GB5084－92）
《农用污泥中污染物控制标准》 （GB4284－84）
《数据处理与分析质量控制》 （HY003、3－91）
《水质检测与分析》 （HY003、4－91）
《制定地方水污染物排放标准的技术原则与方法》GB3839－83）
《恶臭污染物排放标准》 （CJ14554－93）
《室外给水设计规范》1997年版 （GBJ13－86）
《泵站设计规范》 （GB/T50265－97）
《城市污水处理工程项目建设标准》（修订） （2001年版）
《城市污水处理厂运行、维护及其安全技术规程》（CJJ60－94）
《给水排水管道工程施工及验收规范》 （GB50268－97）
《工业金属管道工程施工及验收规范》 （GB50235－97）
《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》（GB50275－98）
《建筑排水硬聚氯乙烯管道工程技术规程》 （CJJ/T29－98）
《埋地硬聚氯乙烯排水管道工程技术规程》（CECS122：2001）
《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》（CECS17：2000）
《给水排水工程构筑物结构设计规范》 （GB50069－2002）
《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CEC138:2002）
《建筑给水排水设计规范》 （GB50015－2003）

《建筑结构荷载规范》 （GB50009－2001）
《工业建筑防腐设计规范》 （GB50046－95）
《混凝土结构设计规范》 （GB50010－2002）
《钢结构设计规范》 （GB50017－2003）
《建筑地基基础设计规范》 （GB50007－2002）
《建筑抗震设计规范》 （GB50011－2001）
《建筑结构可靠度设计统一标准》 （GB50068－2001）
《水工混凝土结构设计规范》 （SDJ20－78）
《工业企业设计标准》 （TJ36－79）
《采暖通风和空气调节设计规范》 （GBJ19－87）
《建筑设计防火规范》（2001年版）（GBJ16－87）
《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备标准》（CJJ31－89）
《地下工程防水技术规范》 （GB50108－2001）
《建筑电气设计技术规范》 （GBJ10－83）
《供配电系统设计规范》 （GB50052－95）
《10KV及以下变电所设计规范》 （GB50053－94）
《低压配电设计规范》 （GB50054－95）
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》 （GB50058－92）
《35KV～110KV变电所设计规范》 （GB50059－92）
《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50062－92）
《建筑防雷设计规范》（2000年版）（GB50057－94）
《电力装置技术条件》 （JB2921－81）
《分散型控制系统工程设计规定》 (HG/T20508－92）
《过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号》(GB2625－81）
《控制室设计规定》 （HG20508－92）
《仪表供电设计规定》 （HG20509－92）
《信号报警、连锁系统设计规定》 （HG20511－92）
《仪表配管、配线设计规定》 （HG20512－92）
《仪表系统接地设计规定》 （HG20513－92）

《供水排水用铸铁闸门》 （CJ/T3006-92）
《钢闸门设计规范》 （SDJ13－81）
《城市污水处理工程项目建设标准》 （国家建设部 2001）
《城市污水处理及污染防治对策》 （国家建设部、环保局、科技部 2000）

3 工程背景情况
3.1 区域情况
XXXX污水处理厂规划污水流域范围主要为XXXX边缘集团及总用地面积约28平方公里，规划总人口约5.6万人(不含部队)。
3.2 自然条件
3.2.1 气候条件
北京市平原地区属暖温带、半湿润、半干旱的大陆性季风气候区，年平均气温约为11ºC～12ºC，1月份最低月平均气温为-4ºC～-5ºC，7月份最高月平均气温为25ºC～26ºC。北京地区为季风区，冬季以西北风和北风为主，夏季多偏南风，春秋两季为南北风转换季节，年平均风速为2～3m/sec，最大风速可超过20m/sec。北京地区年平均降水量550mm～660mm，夏季降水量约占全年的70%，雨季施工对本工程基坑开挖、支护和施工降水将产生不利影响。
拟建厂区地基土标准冻结深度为1.00m。
3.2.2 地形地貌
XXXX污水处理厂位于永定河冲洪积扇的顶部。工程场区自然地形基本平坦，本工程现场勘探期间所量测的钻孔孔口处地面标高为95.06m～96.78m。厂区现为工厂厂区。
3.2.3 水文地质
根据《XXXX污水处理厂岩土工程勘查报告》场区(地下)潜水的天然动态类型属渗入～径流型,主要接受大气降水入渗及地下迳流补给，并以蒸发及地下迳流等方式排泄。
厂区地处北京市区西部,第四纪地层以渗透性很强的沙土、碎石土为主，故厂区及附近的地下水位多年来动态变化幅度较大，并且其变幅对北京西郊永定河放水、未来“南水北调”工程、西郊地下水库的建立以及北京市节水措施引起的地下水开采量减小等非自然因素的影响较敏感。

厂区成层分布的地下水埋深在自然地面以下15m以下。地下水埋深较深，对于一般建筑物可不考虑地下水腐蚀性对主要建筑材料的影响。
3.2.4 工程地质
根据《XXXX污水处理厂岩土工程勘查报告》，工程场地地面以下21.00m深度范围内，按沉积年代及工程性质可划分为人工堆积层、新近沉积层和第四纪沉积层三大层，按土层沉积顺序自上而下简述如下：
1)人工堆积层
表层为厚0.70～2.80m的人工填土层,岩性主要为粘质粉土填土、砂质粉土 填土①层，碎石填土①1层。
该土层土质较差且不均匀，不宜作为一般建筑物的地基持力层。对于一些简易的临时性单层建筑物，在对该土层进行一定的处理后，也可作为其地基持力层。
2) 新近沉积层
人工堆积层之下为厚度约1.70～5.70m的新近沉积层,包括第2大层粘性土、粉土层及第3大层砂土、碎石土层。
第2大层粘性土、粉土层
第2大层主要岩性为褐黄～黄褐色的粘质粉土、粉质粘土②层、砂质粉土②1层，其地基承载力标准值fka为110kPa～140kPa。
第3大层砂土、碎石土层
第3大层主要岩性为稍密～中密的杂色卵石③层，褐黄～褐黄(暗)色的细砂粉砂③1层，其地基承载力标准值fka为160kPa～250kPa。
3)第四纪沉积层
标高89.48～91.14m以下为第四纪沉积层, 包括以碎石土为主的第4大层及第5大层,主要岩性包括: 卵石④层，细砂、粉砂④1层；粉质粘土④2层；卵石⑤层，细砂、中砂⑤1层，卵石混粘土⑤2层，粘质粉土、砂质粉土⑤3层，粉质粘土⑤4层。
该大层中的砂、卵石层地基承载力标准值fka为220kPa～350kPa。粘性土、粉土层地基承载力标准值fka为160kPa～240kPa。
3.2.5 地震
北京地区地震属地震基本烈度8度地区，本场地地基土不会产生地震液化。

3.3 工程建设的必要性
XXXX污水处理系统是北京市总体规划中的十五座污水处理系统之一，其规划污水流域范围主要为XXXX边缘集团及门头沟三家店地区的规划建设用地。XXXX污水处理厂规划流域范围: 南起永定河引水渠南侧，北至小西山，西起永定河三家店拦河闸，东至模式口隘口,总用地面积约28平方公里，规划总人口约5.6万人(不含部队)，高井沟流经该集团用地。
目前，该地区开发工作即将全面展开。但目前配套污水管线系统极为薄弱，大量未经处理的污水通过明沟或雨水管排入河道，造成严重污染。
目前由于XXXX污水处理系统尚未开始建设，河道污染严重。为提高XXXX集团的水环境质量，改善北京市区的整体环境，确保2008年北京奥运会召开之前污水处理率达到90％的目标，需要积极建设XXXX污水处理厂（一期）项目。

4 工程规模及处理程度
4.1 污水处理厂服务范围
本污水处理厂规划流域范围: 南起永定河引水渠南侧，北至小西山，西起永定河三家店拦河闸，东至模式口隘口，总用地面积约28平方公里，规划总人口约5.6万人(不含部队)。
4.2 污水量预测
4.2.1 排水体制选择
目前XXXX污水处理系统尚未开始建设，配套污水管线系统极为薄弱。规划区内将实行雨污分流系统。
4.2.2 污水量预测
4.2.2.1 一期建设规模
根据2003年对XXXX污水处理厂流域内的污水入河情况进行的现场踏勘调查及连续水量监测，现状入河水量为11220立方米/日。由于现状该地区地形坡度大、河道沿线有渗漏可能性,而监测口位于下游河道,经分析污水量应大于实测量,并考虑到该地区的发展,建议近期污水处理厂规模为2万立方米/日。
4.2.2.2 远期建设规模
根据《XXXX建设区控制性详细规划》及《门城卫星城总体规划》，XXXX污水处理厂流域范围内规划建设用地790公顷,规划人口为5.6万人，总建筑面积368万平方米。
根据流域内用地功能、建筑性质、人口结构及人口规模，并分析研究可采用如下用水指标：
居住生活用水：140升/人.日
公共实施用水: 6升/平方米.日(多数为配套公共设施)
工业用水: 80立方米/公顷.日
特殊用地: 100立方米/公顷.日
表4-1 规划污水量预测表
项 目
控制数据
用水指标
(l/d.人)
用水量(m3/d)
污水排除率
预测污水量
(万m3/d)
居住生活用水
5.6万人
140
0.78
0.9
0.70
公共设施用水
42.13万m2
6
0.25
0.9
0.23
特殊用地
372公顷
100
3.72
0.9
3.35
工业用水
43公顷
80
0.34
0.85
0.29
小计

5.09

4.57

经计算XXXX污水处理厂污水量4.57万立方米/日,详见“规划污水量预测表”。根据《北京市区污水处理厂合理规模研究》, XXXX污水处理厂远期规模确定为4.5万立方米/日,与按控制性详细规划数据所计算污水量基本吻合。
4.2.2.3 污水厂设计规模
本工程远期建设规模为4.5万立方米/日，一期建设规模为2万立方米/日。
4.3 处理程度
4.3.1 污水处理厂设计进水水质
在实际调查的基础上，并结合设计标准及“XXXX污水处理厂（一期）项目投资人招标”中的要求，拟定污水处理厂进水水质指标见下表。
表4-2 进水水质一览表
编号
项 目
单 位
进水水质
1
生化需氧量BOD5
mg/l
200
2
化学需氧量CODcr
mg/l
350
3
悬浮物SS
mg/l
250
4
TN
mg/l
40
5
总磷TP
mg/l
5
6
PH值

6.5～7.5
4.3.2 污水处理厂设计出水水质
XXXX污水污水厂出水排入厂区南侧的高井沟，下游进入永定河，可作为高井沟及永定河河道的补充水源。按照规划部分污水要进行深度处理，以负担处理厂流域内的中水回用要求。
根据《城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918-2002》，结合“XXXX污水处理厂（一期）项目投资人招标”中的要求，本处理厂的出水水质应达到一级A标准，出水水质指标如下表。
表4-3 出水水质指标一览表
编号
项 目
单 位
出水水质
1
生化需氧量BOD5
mg/l
≤10
2
化学需氧量CODcr
mg/l
≤50
3
悬浮物SS
mg/l
≤10
4
NH4+-N
mg/l
≤5
5
TN
mg/l
≤15
6
总磷TP
mg/l
≤0.5
7
PH值

6～9
8
粪大肠菌群数

≤103个/L

4.4 处理程度
本工程要求处理程度达到下表要求：
表4-5 处理程度一览表
水质
类别
CODcr
BOD5
SS
TN
TP
进水水质
350
200
250
40
5
出水水质
50
10
10
15
0.5
处理程度（％）
85.7
95
96
62.5
90

5 污水处理厂工艺方案选定
5.1 处理厂厂址
规划XXXX污水处理厂位于规划流域范围内的东南端，南起高井沟、西起双峪路，高井电厂西南，厂区东侧和北侧为规划绿地。该厂址有以下优点：远离居民区；交通、供水、供电较方便； 退水管道较短；远期发展用地充足；符合区域规划要求，等等。
5.2 工艺方案选择原则
在污水处理工艺选择时一般考虑以下几方面内容：工艺能否达到各项出水指标的要求；工艺是否可靠；工艺方案造价的高低；运行管理是否方便；运行成本的高低；现场条件是否允许，等等。
根据出水水质要求，本工程处理工艺主要以去除污水中的悬浮固体（SS）及BOD5、COD、TN、TP、NH4＋-N等有机污染物为目的。目前，国内城市污水处理厂大多采用二级生化污水处理工艺，一般为活性污泥法及其变型工艺处理城市污水，这类工艺工程实际使用历史最长、应用最为广泛、可靠度高、运行费用低、运行管理经验最为丰富，部分变型工艺对TN、TP的去除效果很高。
因此，分析进厂污水水质及出水标准对污水处理厂是否可采用二级生化处理工艺、工艺选择及工艺确定有着重要意义。
5.3 生物处理的可行性分析
5.3.1 悬浮物的去除及分离
一般采用物理方法——主要通过格栅拦截、设置沉砂池等手段去除废水中大块悬浮物和砂粒等物质。污水中的无机颗粒和大直径的有机颗粒靠自然沉淀作用就可去除，小直径的有机颗粒靠微生物的降解作用去除，而小直径的无机颗粒（包括尺度大小在胶体和亚胶体范围内的无机颗粒）则要靠活性污泥絮体的吸附、网络作用，与活性污泥絮体同时沉淀被去除。
污水处理厂出水中悬浮物浓度不单涉及到出水SS指标，且出水的BOD5、CODcr等指标也与之有关。这是因为组成出水悬浮物的主要活性污泥絮体，其本身的有机成
份就很高，因此较高的出水悬浮物含量会使得出水的BOD5、CODcr均增加。因此，控制污水厂出水的SS指标是最基本的，也是很重要的。
为了降低出水中的悬浮物浓度，应在工程中采取适当的措施，例如采用适当的污泥负荷以保持活性污泥的凝聚及沉降性能，采用较小的二次沉淀池表面负荷，采用较低的出水堰负荷，充分利用活性污泥悬浮层的吸附网络作用等。在污水处理工艺方案选用合理、工艺参数取值适当和单体设计优化的条件下，完全能够使出水SS指标达到20mg/l以下。
本污水处理厂进水SS平均浓度为250mg/l，出水SS要求小于10mg/l，该SS进水指标与目前国内大多数城市污水处理厂接近，但出水指标要求较高，因此，在污水处理厂工艺设计时，除采用沉淀分离的办法去除大部分悬浮物，达到出水SS≤20mg/l外，还需对出水进一步进行过滤处理，从而确保出水SS≤10mg/l。
5.3.2 有机污染物的可生物化性分析
进厂污水中有机污染物主要以BOD5、CODcr表示，它们的去除主要是靠微生物的吸附作用和代谢作用，然后通过对污泥与水进行分离来完成的。
活性污泥中的微生物在有氧的条件下将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞，将另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过程中，溶解性有机物（如低分子有机酸等易降解有机物）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，然后被酶水解后进入细胞内部被利用。由此可见，微生物的好氧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，并且代谢产物是无害的稳定物质。因此，可以使处理后污水中的残余BOD5浓度很低。
原污水的可生化性，它与城市污水的成分有关。对于那些主要以生活污水及其成分与生活污水相近的工业废水组成的城市污水，这种城市污水的BOD5/CODCr比值往往接近0.5甚至大于0.5，其污水的可生化性较好，无需进行特殊处理、设置单独处理构筑物，其出水CODCr值即可控制在较低的水平。而成分主要以工业废水为主的城市污水，或BOD5/CODCr比值较小的城市污水，其污水的可生化性较差，处理后污水中剩余的CODCr会较高，要满足出水CODCr≤60mg/l有一定的难度。BOD5/COD值是鉴定污水可生化性的最简便易行和最常用的方法，一般认为BOD5/COD>0.45可生化性较好，BOD5/COD<0.3较难生化，BOD5/COD<0.25不易生化。

本污水处理厂进水BOD5/CODCr＝0.57，该水质具有较好的可生化性，可以采用生化处理方法去除。
5.3.3 生物脱氮除磷
污水脱氮除磷可供选择的处理方法通常有生物处理法及物理化学法两大类。国外从六十年代开始曾系统地进行了脱氮除磷的物化处理方法研究，结果认为物化法的特点是耗药量大、污泥产量多、运行费用高等，因此，城市污水处理厂一般不推荐采用。从七十年代以来，国外开始研究并逐步采用活性污泥法生物脱氮除磷。我国从八十年代初开始研究生物脱氮除磷技术，在八十年代后期逐步实现工业化流程，目前，国内新建及改扩建的污水处理工程大多数都采用活性污泥法生物脱氮除磷工艺。
5.3.3.1 生物脱氮基本原理
污水中的有机氮、蛋白氮等在好氧条件下首先被氨化菌转化为氨氮，而后在硝化菌的作用下变成硝酸盐氮，此阶段称为好氧硝化。随后在缺氧条件下，由反硝化菌作用，并有外加碳源提供能量。使硝酸置氮还原成氮气从污水中逸出，此阶段称为缺氧反硝化。
在硝化与反硝化过程中，影响其脱氮效率的因素是温度、溶解氧、PH值以及反硝化碳源。生物脱氮系统中，硝化菌增长速度较缓慢，所以，要有足够的污泥龄。反硝化菌的生长主要在缺氧条件下进行，并且要有充足的碳源提供能量，才可促使反硝化作用的顺利进行。
按照上述原理，要进行污水的生物脱氮，必须具有缺氧/好氧过程，可组成缺氧池和好氧池；也可在一座生物池的不同阶段制造缺氧、好氧环境；即都需要有所谓缺氧/好氧（A/O）系统。（A/O）系统设计中需要控制的几个主要参数就是足够长的污泥龄和进水的碳氮比。
5.3.3.2 生物硝化和脱氮的作用
出水水质中对氨氮的排放有要求，另外考虑到大量氨氮排入河道会消耗水中溶解氧，使河水水质下降，危害水生动物。因此，污水处理按完全硝化设计，减少氨氮排放量。
由于好氧段完全硝化，生物池出水中硝酸盐量较高，这样会造成以下两个不利影响：第一，硝酸盐量较高会造成沉淀阶段的污泥上浮，经验表明，在水温20℃,沉淀起
始点的硝酸根浓度在5～10gNO3-N/m3以上时，沉淀阶段会出现反硝化引起的污泥上浮；第二，大量硝酸盐随回流污泥进入生物反应池，消耗过多的碳源，会降低生物除磷的效果。所以，采用反硝化脱氮，降低硝酸盐浓度，满足出水总氮要求，是很有必要的。
5.3.3.3 生物除磷基本原理
生物除磷是利用污水中的聚磷菌在厌氧条件下，受到压抑而释放出体内的磷酸盐，产生能量用以吸收快速降解有机物，并转化为PHB（聚B羟丁酸）储存起来。当这些聚磷菌进入好氧条件时就降解体内储存的PHB产生能量，用于细胞的合成和过量吸收污水中溶解的磷，形成含磷量高的污泥，随剩余污泥一起排出系统，从而达到除磷的目的。
影响生物除磷的因素是要有厌氧条件（混合液中既无溶解氧DO＝0，也无结合氧－如硝酸盐），同时要有可快速降解的有机物，即BOD5/P比值恰当。同时，希望含磷污泥尽快排出系统，以免污泥回流至厌氧阶段，污泥中的磷又重新释放至水中。
按照上述原理，要进行生物除磷必须具备厌氧过程，如在生物脱氮系统前设置一个厌氧池，这样就形成A2/O系统，即厌氧—缺氧—好氧系统。
5.3.3.4 本工程生物脱氮除磷的可行性
根据进水水质及出水水质要求可知，本污水处理厂有较高的除磷脱氮要求，因此，分析进厂污水生物脱氮除磷的可行性是十分必要的。
BOD5：N：P的比值是影响生物脱氮除磷的重要因素，氮和磷和去除率随着BOD5/N和BOD5/P比值的增加而增加。
BOD5/TN值是鉴别能否采用生物硝化工艺的主要指标。因为，只有经过生物硝化以后，将污水中的有机氮通过生物硝化反应转化为无机氮（硝酸盐），才能进行后续的生物反硝化（脱氮）反应。对于活性污泥系统，由于硝化菌的比增长速率低，世代期长，如果泥龄较短，将使硝化菌来不及大量增殖，就从系统中排出。为使活性污泥系统得到良好的硝化效果，就必须有较长的泥龄。活性污泥中硝化菌的比例与污水的BOD5/TN值有关，就是因为产率不同，以及在活性污泥系统中异养菌与硝化菌竞争底物和溶解氧，使硝化菌的生长受到抑制。理论上BOD5/TN值在0.5～9时硝化反应均可进行，实际运行资料表明BOD5/TN>2时硝化过程能够正常进行。

从理论上讲，BOD5/TN＞2.86才能有效地进行生物脱氮，实际运行资料表明，只有当BOD5/TN＞3时才能使反硝化正常运行。当BOD5/TN=4～5时，氮的去除率大于60%，磷的去除率也可达60%左右。
对于生物除磷工艺，要求BOD5/P＝33～100，同时要求BOD5/TN≥4。
本污水处理厂进厂污水BOD5/TN＝5，BOD5/P＝40，能满足生物硝化反应、生物脱氮除磷工艺对碳源的要求。因此，本工程采用生物脱氮除磷活性污泥处理工艺是可行的。
5.4 污水处理工艺方案比选
5.4.1 污水处理工艺选择
根据以上对北京XXXX污水处理厂的设计进水水质和要求达到的出水水质标准的分析，确定最合适本工程的污水处理工艺是生物脱氮除磷工艺。该工艺可在满足生物脱氮除磷要求的前提下，同时去除污水中的BOD5、CODCr和SS，使污水处理厂出水完全可以满足排放标准要求。
经过初步筛选，选择A2/O工艺、改进型氧化沟工艺、循环式SBR工艺进行经济技术等多方面比较，并最终比选确定技术可行、经济合理、适合本地情况的工艺技术方案作为推荐方案。
5.4.2 方案I－ A2/O 处理工艺
A2/O（Anaerobic－厌氧、Anoxic－缺氧、Oxic－好氧）工艺是城市污水处理厂除磷脱氮常用的工艺，有成熟的运转经验。该工艺是在传统A/O除磷工艺基础上增设了一个厌氧区，具有同步脱氮除磷的功能。工艺流程示意图如图5-1所示。
本工艺生物处理部分由厌氧池、缺氧池、好氧池组成。污水和外回流污泥首先进入厌氧池，兼性厌氧发酵细菌将污水中可生物降解的有机物转化为VFA（挥发性脂肪酸类）这类低分子发酵中间产物，而聚磷菌可将其体内存储的聚磷酸盐分解，所释放的能量可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存，另一部分能量还可供聚磷菌主动吸收环境中的VFA类低分子有机物，并以PHB（聚β羟丁酸）的形式在其体内存储起来，为防止污水产生沉淀，在此段设水下搅拌器；随后污水进入缺氧池，反硝化菌利用在好氧阶池产生的、由混合液回流带入的硝酸盐作为最终电子受体，氧化进水中的有机物，同时自身被还原为氮气从水中逸出，达到同时降低BOD5与脱氮的目的，此段可
设水下搅拌器或一定数量的曝气器；接着污水进入曝气的好氧池，聚磷菌在吸收、利用污水中残余可生物降解有机物的同时，主要通过分解体内存储的PHB释放能量来维持其生长繁殖，同时过量的摄取周围环境中的溶解磷，并以聚磷的形式在体内存积起来，使出水中溶解磷浓度达到最低；而BOD5经厌氧池、缺氧池分别被聚磷菌和反硝化菌利用后，到达设有曝气装置的好氧池时浓度已有所降低，并在好氧池内被好氧微生物大幅度降解，BOD5浓度的降低利于自养型硝化菌的生长繁殖，并通过硝化作用将氨氮转化为硝酸盐。排放的剩余污泥中，由于含有大量能超量存积聚磷的聚磷菌，污泥含磷量可达6％（干重）以上。
A2/O工艺的优点是厌氧、缺氧、好氧交替运行，可达到同时去除BOD5、脱氮、除磷的目的；而且这种运行状况丝状菌不易生长繁殖，基本上不存在污泥膨胀问题；总水力停留时间少于其它同类工艺，并且不需外加碳源，厌氧、缺氧段只需进行中低速搅拌，运行费用低。
A2/O工艺的缺点是除磷效果受到污泥龄、回流污泥中挟带的溶解氧和NO3－N的限制，不可能十分稳定；同时，由于脱氮效果取决于混合液回流比，而A2/O工艺的的混合液回流比不宜太高（≤200％），脱氮效果不能满足较高的要求。

图5-1 A2/O工艺流程示意图
5.4.3 方案Ⅱ－改进型氧化沟工艺
氧化沟工艺具有流程简洁、管理方便、耐冲击负荷能力强、处理效果好、出水水质稳定等特点。改进型氧化沟法工艺是传统氧化沟工艺的一种变型，它由前置厌氧区
和氧化沟组成。由于进水端为厌氧区，形成A/O格局，不需专设混合液的外回流装置，有利于聚磷菌及硝化杆菌在厌氧及缺氧条件下获得充足的碳源，从而完成磷的释放。由于出水进入氧化沟（好氧区），聚磷菌可过量吸收磷，从而实现生物除磷。以上复杂的过程在构造十分简单的氧化沟内即可实现。这种工艺的另一优点是利用氧化沟原有的渠道流态，沿环形池水流方向曝气强度改变，形成缺氧段和大量混合液回流，实现反硝化反应，达到较高程度的脱氮效率，无需任何附加回流提升动力。该工艺流程图见图5-2。
氧化沟污水处理技术作为一种活性污泥法工艺，与其它生物处理工艺相比，有以下一些技术、经济方面的优点：工艺流程简单，构筑物少，运行管理方便；曝气设备和构造形式多样化、运行灵活；处理效果稳定、出水水质好，前置厌氧池时可实现生物除磷，在好氧沟内可实现同步硝化、反硝化；污泥产量少，污泥性质稳定；能承受水质、水量冲击负荷。但氧化沟工艺由于其曝气设备推流搅拌能力的限制，使其生物池内水深一般不能超过4.5m；占地面积大，电耗较高。

图5-2 改进型氧化沟工艺流程示意图
5.4.4 方案III－循环式SBR工艺
间歇式活性污泥法或序批式活性污泥法简称SBR工艺，是近几十年来活性污泥处理系统中较引人注目的一种废水处理工艺。该工艺集缺氧、曝气、沉淀、出水于同一生物池中，通过控制系统在该生物池内交替完成不同的反应过程。其生物碳氧化硝化原理与推流式活性污泥法相同，具有成熟的运转经验和节省占地和构筑物的显著特
点。近年来通过工程实践发展的SBR变型工艺有CASS法、UNTANK法、ICEAS法、循环式SBR工艺等。
本工程采用循环式SBR工艺作为参选方案，该工艺流程图见图5-3。循环式SBR工艺是SBR的一个种变型工艺，它与ICEAS法非常近似。其主体构筑物由预反应池（选择池）和SBR池串联组成，厌氧池中设曝气搅拌装置，在SBR池中充氧曝气设备、滗水器和污泥泵，污泥泵用于回流污泥至厌氧池和排放剩余污泥。与传统的SBR工艺相比，循环式SBR运行方式为连续进水（沉淀期和排水期仍保持进水），间歇排水，没有明显的反应阶段和闲置阶段。这种系统在处理市政污水和工业废水方面比传统的SBR工艺费用更省、管理更方便、占地更少。该工艺通常水力停留时间较长，工艺设施简单，目前在国内外已得到广泛应用。

图5-3 循环式SBR工艺流程示意图
5.4.4.1 循环式SBR工艺的基本组成及运行步骤