四、实习内容
1.水中污染物的来源
水体污染有两类：一类是自然污染，另一类是人为污染，而后者是最主要的。自然污染主要是自然因素所造成，如特殊的地质条件使某些地区的某些或某种化学元素大量富集，天然植物在腐烂过程中产生某种毒素，以及降雨淋洗大气和地面后挟带各种物质流入水体，都会影响该地区的水质。人为污染是人类生活和生产活动中产生的废污水对水体污染，包括生活污水、工业废水、农业废水等。此外，污染气体及气溶胶的沉降，废渣和垃圾倾倒在水中或岸边，或堆积在土地上，经降雨淋洗流入水体，都能造成污染。
（1）生活污水。生活污水是指居民在日常生活中所产生的废水，主要有生活废料和人的排泄物，包括厨房洗涤、沐浴、洗衣等废水以及冲洗厕所等污水。废水的成分及其变化取决于居民的生活状况、生活水平及生活习惯。污染物的浓度则与用水量有关。
生活污水的水质特征是水质较稳定，浑浊、色深且具有恶臭，呈微碱性，一般不含有毒物质。由于生活污水适于各种微生物的生长繁殖，所以往往含有大量的细菌、病毒和寄生虫卵。
生活污水中所含固体物质占总质量的0.1%～0.2%，其中溶解性固体占固体总量的3/5～2/3，主要是各种无机盐和可溶性有机物质，悬浮固体占总量的1/3～2/5，而其中有机成分几乎占3/4以上。此外，生活污水中还含有氮、磷等营养物质。表3-2所列为城市生活污水的典型组成。
表3-2 城市生活污水的典型组成 单位：mg/L
（2）工业废水。工业废水是指工业生产所排放的废水。由于工业类型、生产工艺及用水水质、管理水平的不同，使各类工业废水的成分与性质千差万别。工业废水中除冷却水等较清洁的生产废水外，都含有各种各样的污染物，如有机污染物质、有毒有害物质等。这类工业废水必须经处理后方能排入水体或城市下水道系统。表3-3所列为工业废水的主要来源。
表3-3 工业废水的主要来源
（3）农业废水。随着农药与化肥的大量使用，农业径流排水已成为水体的主要污染源之一。施用于农田的农药与化肥除一小部分被植物吸收外，大部分残留在土壤或漂浮于大气中，经降水洗淋、冲刷及农田灌溉排水，残留的农药与化肥最终会随降水及灌溉排水径流排入地面水体或渗入地下水中。此外，农业废弃物（包括农作物的秆、茎、叶以及牲畜粪便等）也会随各种途径带入水体中，造成水体的污染。
2.水质标准
水体是国家的宝贵资源，必须严格保护，免受污染。因此当废水需要排入水体时，应处理到允许排入水体的程度，以降低或消除其对水体水质的不利影响。我国有关部门为此制定了废水的各种排放标准。可分为一般排放标准与行业排放标准两类。
一般排放标准有《工业“三废”排放试行标准》（GBJ4—1973）、《污水综合排放标准》（GB8978—1988）、《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284—1984）等。行业排放标准涉及各种行业，如《石油炼制工业水污染物排放标准》（GB3551—1983）、《制革工业水污染物排放标准》（GB3549—1983）、《医院污水排放标准》（GBJ48—1983）、《造纸工业水污染物排放标准》（GB3544—1992）、《钢铁工业水污染物排放标准》（GB13456—1992）、《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287—1992）、《肉类加工工业水污染物排放标准》（GB13457—1992）、《合成氨工业水污染物排放标准》（GB13458—1992）等，可作为规划、设计、管理与监督的依据。此外，当废水作某种用途时，应满足相应的用水水质标准，如《农田灌溉水质标准》（GB5084—1985）、《渔业水质标准》（GB11607—1989）等。
应用最广泛的《污水综合排放标准》（GB8978—88）根据废水污染物危害程度把污染物分为两类：第一类污染物能在环境或在动植物体内积蓄，对人类健康产生长远的影响，规定合此类污染物的污水必须在车间或车间处理设施排放口处取样分析，同时其含量必须符合表3-4的规定；第二类污染物的长远影响小于第一类，规定的取样地点为排污单位的排出口，其最高允许排放浓度要按地面水使用功能的要求和污水排放去向，分别执行表3-5中的一、二、三级标准。
表3-4 第一类污染物最高允许排放浓度 单位：mg/L
① 烧碱行业（新扩建、改建企业）采用0.005mg/L。
② 为试行标准、二级、三级标准区暂不考虑。
表3-5 第二类污染物最高允许排放浓度 单位：mg/L
续表
① 现有火电厂和黏胶纤维工业：二级标准pH值放宽到9.5。
② 磷肥工业悬浮物放宽300mg/L。
③ 对排入带有二级污水处理厂的城镇下水道的造纸、皮革、食品、洗毛、发酵、生物制药、肉类加工、纤维板等工业，BOD5可放宽至600mg/L；CODCr可放宽至1000mg/L。具体限度还可与市政部门协商。
④ 为低氟地区（系指水体含氟量＜0.5mg/L）容许排放浓度。
⑤ 为排入蓄水性河流和封闭性水域的控制指标。
⑥ 合成脂肪酸工业新扩改企业为5mg/L，现有企业为7.5mg/L。
上述排放标准均为浓度标准。这类标准存在明显的缺陷；不论废水接纳水体的大小和状况，不论污染源的大小，都采取同一个标准。因此，即使满足排放标准，如果排放总量大大超过接纳水体的环境容量，也会对水体造成不可逆的严重后果。此外，浓度标准也防止某些工厂用清水稀释来降低排放浓度以满足排放标准的现象。
针对这一状况，近年来总量控制标准受到了重视。这种标准根据一定范围内的水体环境容量和自净能力，计算出允许排入该水域的污染物总量，然后再按照一定的原则，将这些允许的排污总量合理地分配给区内各污染源。
按照适用范围的大小，总量控制可分几个层次：规定一个工厂（或企业）每个排放口的排污总量；规定一个范围内（包括若干工厂）的排污总量，由各厂协商分配，只要各厂总量不超过该范围所允许的排放总量即可。一条河流的流域往往在地理上与若干城市有关，可以规定流经某城市的河段所允许的排污总量。
总量控制可以避免浓度标准的缺点，但要实行总量控制先需做很多基础工作，如污染源调查、环境质量评价、水体自净规律和污染物迁移转化规律的研究、污染治理边际费用研究等。在没有这些条件以前，总量控制难以实施或奏效。
3.城市污水处理流程
城市污水通常包括生活污水、工业废水和初期雨水。城市污水的性质特征受多种因素影响而呈现较大的差异，最主要的影响因素有人民的生活水准和生活习惯、地域和气候条件、工业废水所占比例及排水体制等。
废水处理方法按对污染物实施的作用不同，大体上可分为两类：一类是通过各种外力作用，把有害物从废水中分离出来，称为分离法；另一类是通过化学或生化的作用，使其转化为无害的物质或可分离的物质。后者再经过分离予以除去，称为转化法。习惯上也按处理原理不同，将处理方法分为物理法、化学法、物理化学法和生物化学法四类。
（1）分离法。废水中的污染物有各种存在形式，大致有离子态、分子态、胶体和悬浮物多样性和污染物特性的各异性，决定了分离方法的多样性，详见表3-6。
表3-6 分离法分类一览表
（2）转化法。转化法可分为化学转化和生化转化两类，具体见表3-7。现代废水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。
表3-7 转化法分类一览表
一级处理：城市污水最常采用的一级处理工艺为沉淀（图3-14），主要去除污水中呈漂浮、悬浮状态的固体污染物，同时还通过中和或均衡等预处理对废水进行调节以便排入受纳水体或二级处理装置。在沉淀的基础上，增加化学混凝、机械过滤或不完全生物处理等的一级处理成为一级强化处理，其中，混凝沉淀法流程如图3-15所示，快速生化法流程如图3-16所示。物理处理大部分只能完成一级处理的要求，经过一级处理后的污水，BOD一般可去除约30%，达不到排放标准，仍需进行二级处理。
图3-14 城市污水的一级处理（沉淀法）
图3-15 城市污水的一级强化处理（混凝沉淀法）
图3-16 城市污水的一级强化处理（快速生化法）
二级处理：主要去除废水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质，BOD去除率可达90%以上，处理水可以达标排放。城市污水的二级处理工艺为沉淀与生物处理工艺的结合，其中，生物接触氧化法流程如图3-17所示，A/O法流程如图3-18所示，氧化沟法流程如图3-19所示。在二级处理的基础上增加工艺既能除去含碳有机物，也能脱氮除磷的二级处理称为二级强化处理。
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图3-17 城市污水的二级生化处理（生物接触氧化法）
图3-18 城市污水的二级生化处理（A/O法）
图3-19 城市污水的二级生化处理（氧化沟法）
三级处理：在一级、二级处理的基础上，对难降解的有机物、磷、氮等营养性物质进一步处理。可采用的方法有混凝、过滤、离子交换、反渗透、超滤、消毒等。
废水中的污染物组成相当复杂，往往需要采用几种方法的组合流程，才能达到处理要求。对于某种废水，采用哪几种处理方法组合，要根据废水的水质、水量，回收其中有用物质的可能性，经过技术和经济的比较后才能决定，必要时还需进行试验。
4.实例
（1）概况。隆回县工业园污水处理厂工程位于隆回工业集中区寺山片区南部，其纳污范围为隆回工业集中区城东南主园区（集南片区、寺山片区、北山片区）与隆回县城城东生活片区。纳污范围面积为1087hm2，排水体制为雨污分流制，总设计规模30000m3/d，分两期建设，其中，一期15000m3/d，项目总占地面积46422m2，一期占地面积26575m2。由于该服务范围内的工业用地占比较大，经预测，其工业污水量占比约50%～55%。
根据隆回县工业园区现有企业类型、规划工业用地性质及类比周边地区同类型工业园污水处理厂实际运行水质数据，结合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级A排放标准，污水处理厂的废水设计进水、出水水质具体指标见表3-8。
表3-8 设计进水、出水水质指标
（2）工艺流程。隆回县工业园污水处理厂工程一期设计采用“预处理+水解酸化池+改良型A2/O+二沉池+V形滤池+紫外消毒”工艺，流程图如图3-20所示。
图3-20 工艺流程
（3）粗格栅及提升泵房。土建按照远期规模30000m3/d建成，设备按近期15000m3/d配套。水量变化系数取1.53。
1）格栅渠。共设2条格栅渠，近远期合建，单渠工艺尺寸：L×B×H=6.7m×1.2m×8.0m，过栅流速0.70m/s，栅条间隙20mm，近期配套主要设备：钢丝绳牵引格栅除污机1台，宽1.1m，间隙20mm，1.5kW，渠深8m，铸铁方闸门4台，皮带输送机1台，超声波液位差计1套，甲烷及硫化氢报警仪1套。
2）提升泵站：分为2格，其中一格预留给远期，与粗格栅井合建，单格工艺尺寸为L×B×H=8.0m×5.0m×10.2m。近期配套主要设备：潜污泵3台，2用1备，500m3/h，11m，30kW，超声波液位计1套，进水COD在线监测仪1套，电磁流量计1套。
（4）细格栅及沉砂池。设计规模按远期30000m3/d，分2组，单组设计规模为15000m3/d，Qmax=0.266m3/s。
1）细格栅渠：过栅流速0.65m/s，栅前水深0.9m，栅条间隙3mm，安装角度75°，渠宽1.2m，栅渣量0.45m3/d。近期配套主要设备：回转式格栅除污机1台，宽1.1m，净隙3mm，0.75kW，渠深1.5m，无轴螺旋输送机1台，渠道闸门4台。
2）旋流沉砂池（与细格栅合建）：根据设计手册选择型号300，直径3050mm，有效容积10.4m3，停留时间39s，有效水深1m，产砂量0.45m3/d。近期配套主要设备：旋流沉砂池除砂机1台，处理量大于1200m3/h，转速12～20r/min，1.5kW；砂水分离器1台。
（5）调节池及事故池。
近期：调节池按照一期规模15000m3/d建成，分为两格，其中1格近期作为事故池使用。
远期：再新建一座事故池，现有事故池改作调节池使用。
设计水力停留时间：8.0h，其中事故池停留时间4.0h，调节池停留时间4.0h，总有效容积=5000m3，单格2500m3，总工艺尺寸：37.0m×26.0m×6.0m，有效水深5.5m。
配套主要设备：潜污泵3台，2用1备，320m3/h，18m，30kW；鼓风机2台，1用1备，21.86m3/min，49kPa，30kW；电磁流量计1台。
（6）水解酸化池。设计流量15000m3/d，分为两组，单组设计流量7500m3/d，停留时间6h，总有效容积3750m3，单组1875m3；水力负荷1.0m/（m·h），单组面积312.5m，有效水深6m，工艺尺寸2—25.8m×13.3m×6.8m。
采用脉冲式布水，脉冲布水器计算：充放比4.6∶1，充水时间103.5s，放水时间22.5s，单组设计4个脉冲罐，单个脉冲罐平均流量0.12m/s。配套主要设备：脉冲布水器80m3/h，8套，弹性填料φ150mm，数量900m。
（7）改良型A2/O 生化池。设计规模为15000m3/d，MLSS：3.5g/L：①选择区，HRT1=0.5h，有效容积V1=156.25m3，有效水深5.0m，工艺尺寸2—7m×5m×5.6m；②厌氧区，HRT2=1.4h，有效容积V2=440m3，有效水深5.0m，工艺尺寸2—17.6m×5m×5.6m；③缺氧区，设计取反硝化速率Kde（20）=0.03kgNO3-N/（kgMLSS.d），污泥产率系数Yt取0.6kgMLSS/kgBOD5，排出系统的微生物量ΔXv=1638kg/d，单格有效容积V3=1250m3，HRT3=4h，工艺尺寸2—25m×10m×5.6m；④好氧区，设计BOD5污泥负荷0.10kgBOD5/（kgMLSS·d），好氧区设计污泥泥龄θc=9.69d，单格有效容积V4=3850m3，HRT4=12.3h，工艺尺寸2—30.8m×25m×5.6m，校核总氮负荷率0.02kgTN/（kgMLSS·d），理论需氧量4402.42kg/d，污泥回流比100%，混合液回流比200%，剩余污泥量ΔX=2.9t/d。
配套主要设备：生物选择区潜水搅拌器2台，φ260mm，1.5kW，转速960r/min；厌氧区潜水搅拌器4台，φ1100mm，2.2kW，转速52r/min；缺氧区潜水搅拌器4台，φ1800mm，4kW，转速43r/min；混合液回流泵620m3/h，1.5m，11kW，4台，2用2备；鼓风机64m3/min，58.8kPa，90kW，3台，2用1备，配变频；微孔曝气器φ250，单个曝气量为3～4m3/h，数量2400个；溶解氧测定仪2台；ORP计2台。
（8）二沉池。设计流量15000m3/d，分2组；表面负荷0.82m3/（m2·h），沉淀时间3h；有效水深2.5m，单池工艺尺寸φ22.0m×4.1m，校核固体负荷138.2kg/（m2·d），出水堰口负荷1.26L/（S·m）；
配套主要设备：中心传动吸泥机φ22m，0.75kW，2台。
（9）V形滤池。设计规模15000m3/d，设计滤速7.4m/h，过滤面积84m2，分为3格，单格面积28m2，有效水深3.9m，单格工艺尺寸5.1m×7.0m×4.5m，设计水反洗强度5L/（s·m2），气反洗强度15.4L/（s·m2），反洗时间15min，反洗方式：气洗—水气洗—水洗。
配套主要设备：鼓风机26m3/min，49kPa，37kW，数量2台，1用1备，反冲洗水泵250m3/h，14m，15kW，数量3台，2用1备。
（10）紫外消毒渠。设计规模按远期30000m3/d，分两组，单组设计规模为15000m3/d，出水固体悬浮物（SS）≤10mg/L，消毒后粪大肠菌数小于103个/L，通道设计流速0.48m/s，有效过水断面面积等于0.36m2，灯管弧长147.5cm，停留时间3.07s，设计取灯管数48根，设置6个模块，每个模块8根灯管，紫外光强Iavg=10.64mW/cm2，紫外光计量32.66mJ/cm2。
近期配套主要设备：紫外线消毒装置Qmax=18000m3/d，7.5kW，数量1套。
（11）污泥脱水系统。
1）储泥池：设计绝干污泥量2.9t/d，生化剩余污泥量（含水率99.2%）368m3/d，储泥池有效容积48m3，工艺尺寸4.0m×4.0m×3.6m，水力停留时间3h。
2）污泥浓缩脱水系统：
浓缩后污泥量（含水率97%）96.67m3/d污泥调药剂采用石灰及铁盐，石灰投加量0.35t/d（绝干泥12%计）；铁盐投加量0.23t/d，配药浓度10%，加药量2.32m3/d，（绝干泥8%计）；污泥脱水PAM投加量3.6kg/h（5‰），配药浓度1.5‰，加药量2.4m3/h。
污泥脱水工作时间：首期每天工作16h；脱水后污泥量（含水率60%）7.25t/d，脱水后污泥外运填埋场处置。
配套主要设备：叠螺式浓缩机1台，绝干污泥处理量为120～240kg-Ds/h；高压板框压滤机1台，过滤面积180m2，7.5+7.5kW；污泥转输泵2台，1用1备，26～30m3/h，120m，22kW；压榨进料泵2台，1用1备，6m3/h，180m，7.5kW；螺杆式空气压缩机1台，3.0m3/min，0.8MPa，18kW；冷干机1.0m3/min，0.8MPa，储气罐5m3；压榨水箱5m3；石灰加药系统1套；铁盐加药系统1套；PAM 加药系统1套、皮带输送机及无轴螺旋输送机等。
（12）臭气处理系统。除臭风量均按照构建筑物净空的换气次数计算：预处理、调节池、事故池及水解酸化池、缺氧池等构筑物通风次数为3次/h计算，污泥脱水间通风次数为6次/h。总臭气处理量34000m/h，配套两套生物除臭系统，单套17000m3/h。
（13）工程运行效果。本项目于2018年9月正式投入运营，目前系统日平均处理水量约为12000m3/d，对各单元进出水水质进行连续8周的水质检测，结果显示系统处理效果良好，达到了设计预期效果，出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）中一级A排放标准的要求。
