一、預(yù)處理階段

原理：

預(yù)處理的主要目的是去除廢水中的大顆粒物、懸浮物、部分有機(jī)物等，以減輕后續(xù)處理工藝的負(fù)擔(dān)，提高廢水的可生化性。

設(shè)計(jì)：

1.格柵與篩網(wǎng)在廢水處理過(guò)程中扮演著至關(guān)重要的角色，它們作為預(yù)處理階段的關(guān)鍵組成部分，主要用于攔截和去除廢水中的大顆粒物以及漂浮物。為了滿(mǎn)足不同的處理需求和效果，設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮格柵和篩網(wǎng)的尺寸、形狀及材質(zhì)等因素。格柵通常被安裝在廢水處理設(shè)施的入口處，其設(shè)計(jì)原則是確保能夠捕捉并阻止諸如樹(shù)枝、樹(shù)葉、塑料碎片等較大體積  的固體雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部，以防止后續(xù)設(shè)備遭受堵塞或損壞。根據(jù)廢水中可能存在的大顆粒物種類(lèi)和數(shù)量，格柵的間隙大小應(yīng)合理設(shè)置，既要保證能有效截留這些有害物質(zhì)，又要避免因間隙過(guò)小而導(dǎo)致廢水流通受阻，影響處理效率。篩網(wǎng)則是一種更為精細(xì)的篩選工具，通常在格柵之后使用，進(jìn)一步分離和去除廢水中的小微粒、懸浮物以及部分膠體物質(zhì)。篩網(wǎng)的目數(shù)（單位面積上的孔洞數(shù)量）是衡量其過(guò)濾精度的重要指標(biāo)，不同規(guī)格的篩網(wǎng)可以應(yīng)對(duì)不同濃度的廢水處理需求。較高的目數(shù)意味著更小的孔徑，能夠攔截更細(xì)微的物質(zhì)，從而減輕后續(xù)工藝負(fù)荷，保障整個(gè)處理流程的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.沉砂池：其設(shè)計(jì)目的在于通過(guò)重力沉降原理有效地去除廢水中的無(wú)機(jī)顆粒。在實(shí)際應(yīng)用中，沉砂池主要采用平流式或旋流式兩種主流構(gòu)造。平流式沉砂池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，廢水在其內(nèi)部以均勻速度水平流動(dòng)，通過(guò)緩慢的水流速度給予顆粒足夠的沉降時(shí)間，使得廢水中的無(wú)機(jī)顆粒（如砂粒、石子等）在重力作用下自然沉淀到底部，從而實(shí)現(xiàn)顆粒與廢水的有效分離。而旋流式沉砂池則利用了離心力的作用，廢水在池體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的離心效應(yīng)，使得密度較大的無(wú)機(jī)顆粒被甩向池壁，*終在池壁處形成濃縮的砂層，達(dá)到去除廢水中無(wú)機(jī)顆粒的目的。    

3.混凝沉淀/氣浮工藝是一種常用的水處理方法，尤其是在工業(yè)廢水和市政污水處理過(guò)程中。該工藝的核心在于利用混凝劑的選擇性吸附和電性中和作用，將廢水中的膠體顆粒、懸浮物以及部分可溶性雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為不可溶性大分子化合物。當(dāng)投加到廢水中的混凝劑（如聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺等）與膠體粒子接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)。例如，聚合氯化鋁作為一種常見(jiàn)的無(wú)機(jī)混凝劑，其水解產(chǎn)物能強(qiáng)烈吸附在膠體顆粒表面，并通過(guò)壓縮雙電層、電性中和以及吸附架橋等機(jī)制，使原本穩(wěn)定分散的膠體失去穩(wěn)定性，進(jìn)而凝聚成大顆粒絮體。而聚丙烯酰胺（PAM）等有機(jī)混凝劑則主要通過(guò)分子鏈上的活性基團(tuán)與膠體粒子發(fā)生吸附作用，形成大的絮凝體。這些經(jīng)混凝劑作用形成的較大絮體，具有較高的沉降性能，能夠在重力作用下快速下沉，實(shí)現(xiàn)固液分離。在混凝沉淀過(guò)程中，通過(guò)設(shè)置專(zhuān)門(mén)的沉淀池，利用沉淀池中的絮體顆粒在重力作用下自然沉降，從而將澄清的液體與含絮體的污泥分離。沉淀池通常采用合適的機(jī)械攪拌或氣流擾動(dòng)以促進(jìn)絮體成長(zhǎng)和下沉，同時(shí)通過(guò)排泥裝置定期排出污泥。對(duì)于某些難以沉淀的輕質(zhì)絮體或微小懸浮物，可以采用氣浮技術(shù)進(jìn)行去除。氣浮裝置利用微氣泡發(fā)生器產(chǎn)生大量微小氣泡，這些氣泡與廢水中的絮體發(fā)生黏附作用，使絮體上浮至水面形成浮渣，從而實(shí)現(xiàn)與水體的有效分離。通過(guò)刮渣裝置定期清理浮渣，可確保氣浮裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

計(jì)算與公式：

l混凝劑投加量的**計(jì)算是水處理過(guò)程中至關(guān)重要的步驟，這一環(huán)節(jié)通常涉及到復(fù)雜的化學(xué)動(dòng)力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。在實(shí)際操作中，為了確定*佳的混凝劑投加比例，必須通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。通常采用的方法是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行模擬水處理燒杯實(shí)驗(yàn)或利用小試裝置進(jìn)行系統(tǒng)性測(cè)試。

l沉淀池的設(shè)計(jì)核心是依據(jù)沉淀效率公式來(lái)**計(jì)算和配置各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，以確保廢水中的固體顆粒能在特定時(shí)間內(nèi)有效沉淀。該公式為：v = Q/A，這是設(shè)計(jì)沉淀池的基礎(chǔ)理論依據(jù)。其中，v代表沉淀池內(nèi)的水流速度，它是影響固體顆粒沉淀效果的重要因素；Q表示廢水的流量，即單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入沉淀池的廢水體積；A則是沉淀池的有效面積，即能夠提供固體顆粒充分沉淀的水面面積。通過(guò)這一公式，設(shè)計(jì)者可以科學(xué)地計(jì)算出沉淀池的*佳水流速度，從而保證廢水中的固體顆粒在流經(jīng)沉淀池時(shí)能夠有足夠的時(shí)間和空間進(jìn)行自然沉淀，提高污水處理的效果和效率。    

二、厭氧處理

原理：

厭氧處理是一種利用厭氧微生物在嚴(yán)格無(wú)氧或低氧環(huán)境下將有機(jī)物進(jìn)行分解代謝的技術(shù)過(guò)程。在這一過(guò)程中，厭氧**和古菌等微生物通過(guò)其獨(dú)特的生物化學(xué)途徑，將復(fù)雜的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為較為簡(jiǎn)單的物質(zhì)，并在此過(guò)程中產(chǎn)生甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）等氣體。其中，甲烷是一種重要的可再生能源，而二氧化碳則是主要的溫室氣體之一。

在厭氧消化過(guò)程中，廢水中的大部分有機(jī)物，包括但不限于碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪以及合成有機(jī)物等，在厭氧微生物的作用下被分解和轉(zhuǎn)化。這些有機(jī)物首先被微生物細(xì)胞吸收并轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)或貯存在細(xì)胞內(nèi)，隨后在特定的代謝途徑中經(jīng)過(guò)水解、發(fā)酵、產(chǎn)氫和產(chǎn)乙酸等階段，*終生成甲烷和二氧化碳。

該技術(shù)不僅能夠有效去除廢水中的有機(jī)污染物，實(shí)現(xiàn)廢水的資源化利用和無(wú)害化處理，而且由于厭氧微生物對(duì)某些難降解有機(jī)物的獨(dú)特降解能力，使得一些傳統(tǒng)好氧處理難以解決的有機(jī)廢水可以通過(guò)厭氧工藝得到有效處理。

設(shè)計(jì)：

在設(shè)計(jì)污水處理設(shè)施時(shí)，厭氧反應(yīng)器作為核心組件之一，其設(shè)計(jì)和選擇對(duì)于整個(gè)處理過(guò)程的效率和效果具有關(guān)鍵性影響。常用的厭氧反應(yīng)器類(lèi)型包括UASB（上流式厭氧污泥床）反應(yīng)器和IC（內(nèi)部循環(huán)）厭氧反應(yīng)器等。

UASB反應(yīng)器是一種通過(guò)自然循環(huán)和內(nèi)部循環(huán)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)污泥與污水充分接觸反應(yīng)的設(shè)備。設(shè)計(jì)UASB時(shí)，需要綜合考慮反應(yīng)器的容積大小，這直接關(guān)系到能處理的污水流量和處理時(shí)間；污泥負(fù)荷，即單位時(shí)間內(nèi)單位體積污泥床所能承受的有機(jī)污染物量，過(guò)高可能導(dǎo)致污泥沉降性能下降、處理效果變差，而過(guò)低則可能造成設(shè)備閑置空間過(guò)大、投資成本增加；水力停留時(shí)間，即污水在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時(shí)間，影響到污水與污泥混合接觸的充分程度以及反應(yīng)時(shí)間，從而影響有機(jī)物的去除效率。

IC厭氧反應(yīng)器則是一種集成了UASB和其他類(lèi)型反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)的高效厭氧處理裝置，其特點(diǎn)在于通過(guò)特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了污泥和污水的高效混合以及內(nèi)部循環(huán)流動(dòng)，以增強(qiáng)反應(yīng)效率和生物質(zhì)利用能力。在設(shè)計(jì)IC反應(yīng)器時(shí)，同樣需要仔細(xì)確定反應(yīng)器的容積、污泥負(fù)荷以及水力停留時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)，以保證反應(yīng)器能夠在滿(mǎn)足污水處理要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)*優(yōu)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果。    

計(jì)算與公式：

l污泥負(fù)荷（F/M）是污水處理過(guò)程中一個(gè)重要的參數(shù)，它用于衡量反應(yīng)器內(nèi)微生物對(duì)有機(jī)物的轉(zhuǎn)化能力。F/M的計(jì)算公式為：F/M = Qs/(VXSV)，這個(gè)公式中，Qs代表進(jìn)入反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷，通常以化學(xué)需氧量（COD）為單位，表示反應(yīng)器單位時(shí)間內(nèi)需要去除的有機(jī)物的量；V則是反應(yīng)器的有效容積，即反應(yīng)器內(nèi)部可供微生物生長(zhǎng)和代謝的空間體積；XSV則是污泥濃度，它表示反應(yīng)器內(nèi)混合液中懸浮固體（VSS）的濃度，VSS通常包括微生物菌體、部分難降解有機(jī)物以及無(wú)機(jī)顆粒等。通過(guò)這個(gè)公式，可以計(jì)算出污泥負(fù)荷，從而了解反應(yīng)器內(nèi)微生物對(duì)有機(jī)物的處理效率。

l水力停留時(shí)間（Hydraulic Retention Time，簡(jiǎn)稱(chēng)HRT）是污水處理工藝設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它反映了廢水在生物反應(yīng)器中平均停留的時(shí)間。計(jì)算HRT的公式簡(jiǎn)單易懂，即HRT = V/Q，其中V代表反應(yīng)器的有效容積，也就是反應(yīng)器內(nèi)部能夠進(jìn)行有效處理的空間體積；Q則是廢水的流量，表示單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入反應(yīng)器的廢水體積。通過(guò)將這兩個(gè)數(shù)據(jù)相除，即可得出廢水在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時(shí)間，以小時(shí)（h）為單位表示。量。

三、AO（反硝化-硝化）處理

原理：

AO工藝，全稱(chēng)為缺氧-好氧工藝，是一種在污水處理中應(yīng)用廣泛的生物脫氮除磷技術(shù)。該工藝巧妙地結(jié)合了好氧和缺氧兩個(gè)不同的生物反應(yīng)過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中的有機(jī)物和氮化合物的高效去除。

在好氧段，由于充足的氧氣供應(yīng)，好氧微生物能夠進(jìn)行有氧呼吸，從而有效降解污水中的有機(jī)物，如生活污水、工業(yè)廢水等。這一過(guò)程中，有機(jī)物被好氧微生物分解為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，如二氧化碳和水，同時(shí)，氨氮在好氧條件下通過(guò)亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌的作用逐步氧化為亞硝酸根離子和硝酸根離子。

而在缺氧段，由于溶解氧濃度較低，厭氧或微缺氧環(huán)境有利于反硝化**的生長(zhǎng)與活動(dòng)。反硝化**在這種條件下，以硝酸鹽（NO3-）作為電子受體，將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽、一氧化氮（NO）和*終產(chǎn)物氮?dú)猓∟2），從而實(shí)現(xiàn)污水中氮的去除。這種利用硝酸鹽進(jìn)行反硝化脫氮的方式，不僅提高了氮的去除效率，還避免了因過(guò)度氧化導(dǎo)致的磷酸鹽積累問(wèn)題。    

設(shè)計(jì)：

AO工藝，即厭氧-好氧工藝，是一種常用的污水處理生物脫氮除磷工藝。其主體部分通常包括一個(gè)厭氧池和一個(gè)好氧池，這兩個(gè)池子依次串聯(lián)連接，共同構(gòu)成AO系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，需要綜合考慮多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)以確保污水處理效果和系統(tǒng)穩(wěn)定性。其中，池體容積是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，它依據(jù)污水進(jìn)水流量、污水水質(zhì)指標(biāo)（如BOD、COD、氨氮、磷等）、設(shè)計(jì)水溫以及預(yù)期的污泥產(chǎn)率等因素進(jìn)行合理計(jì)算。

曝氣量則是影響生物反應(yīng)過(guò)程的重要因素，好氧池內(nèi)充足的曝氣供應(yīng)不僅能保證活性污泥中好氧微生物的正常生長(zhǎng)代謝，還能有效推動(dòng)混合液循環(huán)流動(dòng)，防止污泥沉積；而缺氧池中的微曝氣或輕微攪拌則有利于兼性***群的活性發(fā)揮和反硝化作用的進(jìn)行。

混合液回流比也是關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，它涉及到系統(tǒng)內(nèi)污泥齡、污泥負(fù)荷以及脫氮除磷效率的平衡。適當(dāng)?shù)幕亓鞅瓤梢詫⒑醚醭刂械倪^(guò)量剩余污泥通過(guò)內(nèi)回流管道輸送到缺氧池，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)的污泥濃度，并促進(jìn)污泥齡的合理分布，有利于實(shí)現(xiàn)高效的生物脫氮除磷作用。。

計(jì)算與公式：

l曝氣量計(jì)算是污水處理生物反應(yīng)器工藝設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，特別是在活性污泥法中的好氧池處理階段。曝氣的主要目的是向混合液中充分供氧，以滿(mǎn)足微生物生長(zhǎng)繁殖對(duì)溶解氧的需求，同時(shí)也要防止因過(guò)度曝氣導(dǎo)致能耗浪費(fèi)或污泥沉降性能下降。在好氧池內(nèi)，通常要求維持一個(gè)適宜的溶解氧濃度，一般為2-4毫克/升，以滿(mǎn)足好氧微生物的正常生理活動(dòng)。這個(gè)濃度要**基于特定的污水處理工藝條件和季節(jié)變化等因素考慮的。根據(jù)這一要求，需要借助氧轉(zhuǎn)移效率公式來(lái)**計(jì)算曝氣量。

l混合液回流比計(jì)算：混合液回流比是生物脫氮除磷工藝中的關(guān)鍵參數(shù)之一，它直接影響著生物反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度、微生物種群分布以及整體處理效果。在計(jì)算混合液回流比時(shí)，首先需要根據(jù)設(shè)定的脫氮效率目標(biāo)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行工況、水質(zhì)特性（如氨氮、總氮濃度等）和污水廠(chǎng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定或參考行業(yè)公認(rèn)的經(jīng)驗(yàn)公式，來(lái)確定一個(gè)合適的混合液回流比。