1 設計基礎
    1.1基本資料
    本項目為陜西省定邊縣馬鈴薯加工企業生產廢水，廢水來源為馬鈴薯沖洗廢水、去皮清洗廢水、設備、儲罐及地面沖洗廢水 污水處理設施建好后需滿足以下規范及限值。
 （1）污水處理廠出水水質達到《黃河流域（陜西段）污水綜合排放標準》（DB61/224-2011）一級標準規定，以上標準中沒有的污染指標執行《淀粉工業水污染物排放標準》（GB 25461-2010）
的規定。
   （2）廠界聲學環境執行《聲環境質量標準》（GB3096－2008） 及《工業企業廠界噪聲標準》（GB12348－90）Ⅲ類，工程施工期執行《建筑施工場界噪聲限值》（GB12523－90）
   （3）惡臭氣體執行GB14554－93《惡臭污染物排放標準》中的二級標準
   （5）污泥執行GB4284－84《農用污泥中污染物控制標準》或GB16889－1997《生活垃圾填埋污染控制標準》
   （6）大氣環境執行GB3095－96《環境空氣質量標準》二級
   （7）聲學環境執行GB3096－93《城市區域環境噪聲標準》Ⅲ類標準
    1.2編制依據
    (1) 建設單位提供的相關資料；
    (2)《室外排水設計規范》GB50014-2006；
    (3)《室外給水設計規范》GB50013-2006；
    (4)《建筑給水排水設計規范》GB50015-2003；
    (5) 《黃河流域（陜西段）污水綜合排放標準》（DB61/224-2011）
    (6)《城市污水再生利用城市雜用水水質》GB/T19820-2002；
    (7)《污水再生利用工程設計規范》GB50335-2002；
    (8) 《淀粉工業水污染物排放標準》（GB 25461-2010）；
    (9)《給水排水工程構筑物結構設計規范》GBJ50069-2002；
    (10)《低壓配電設計規范》GB50054-95；
    (11)《工業企業照明設計規范》GB50034-92；
    (12)《工業企業場界噪聲標準》GB12348-90。
    1.3編制原則
    根據國家、省市有關的技術經濟政策和該項目的實際要求，確定以下編制原則：
   （1）技術可靠性原則。確定廢水處理工藝時，應優先選擇技術先進、運行可靠的成熟技術，以保證處理后水質達到預期的標準。設備選型要綜合考慮性能、價格因素，設備要求高效節能，噪音低，運行可靠，工程及其材料使用壽命長。關鍵設備采用進口設備，一般設備采用國產優質設備，以確保處理系統長期、連續、高效運行。
   （2）經濟節省性原則。選擇處理工藝時，在滿足使用要求的前提下，盡量采用優化組合工藝，來最大限度地降低工程的基建投資和運行成本。
   （3）遠近期結合原則。在方案編制時，要根據該項目現有的排水量情況及遠期發展的情況，來綜合分析比較，適當考慮將來發展的可能性。
   （4）管理方便性原則。在方案設計時，盡量采用操作簡便的控制方式，便于管理，以保證操作方便、降低勞動強度、設備運轉安全。
   （5）結合自然地形地貌，將處理工藝建、構筑物及設備與周圍環境相協調，做到美觀大方，并具有較好的衛生環境
   （6）充分考慮企業內部建設污水處理站的特殊要求，充分考慮風向、氣候等特點，采取節能降噪工藝，消除工程噪音強度和不良氣味濃度等方面不給建設方及外界造成不良影響對污水處理站的廢氣進行收集除臭后高空排放，污水處理設施采用地下鋼砼封閉結構，不影響企業周圍環境。
    1.4 編制范圍
  本方案的編制范圍是：以本污水處理站為界區，從本項目的污水處理站污水入口至污水處理站排水出口為止。
    具體編制范圍如下：
   （1）污水處理站內的污水處理工藝設計、污泥處理工藝設計。
   （2）工藝設備設計及設備選型；
   （3）配電及自控制系統設計；
   （4）界區內配套設施及構建物的建筑、結構、給排水、通風設計
    2  工程目標
    2.1處理能力
    根據業主提供數據，本項目采用近期與遠期相結合的設計思路，一期總處理水量750m3/D，遠期1500m3/d。土建等基礎設施按照遠期規劃建設，工藝設備部分按照近期規劃建設，預留遠期接口。
    2.2進水水質
    根據業主提供數據并結合相類似企業的廢水水質情況，本項目制定表1水質標準：
    表1 進水水質指標
    2.4質量目標
    (1) 工程質量合格率100%；
    (2) 設備安裝合格率100%；
    (3) 再投訴率為0%；
    (4) 調試運行一次成功，環保驗收一次通過。
    3 工藝流程的確定
    處理工藝的選擇是廢水處理工程建設的關鍵，處理工藝是否合理直接關系到污水處理站的處理效果、出水水質、運轉穩定性、投資及運轉成本和管理操作水平等。因此，必須結合實際情況，綜合考慮各方面因素，慎重選擇合適的處理工藝，以達到最佳的處理效果和經濟效益。
    馬鈴薯淀粉廢水來源馬鈴薯淀粉生產中產生的廢水主要來自兩個部分：一為清洗工段清洗馬鈴薯產生的廢水。這部分廢水主要成分為馬鈴薯表面的泥沙。通常可在生產過程中增添少許設備，經簡單的沉淀處理后就可循環使用。二為提取工段的廢水。這部分廢水由兩個生產階段產生：一是淀粉乳提取產生的廢水，主要是馬鈴薯自身的含水量，即細胞液，故該廢水中的蛋白質含量較高。這部分廢水不能循環使用，又因回收蛋白成本費用高，目前全部外排。二是淀粉提取產生的廢水，生產過程中對水質的要求高，但用水量小，也稱為工藝廢水。該廢水中主要含有淀粉、蛋白質等有機物，COD(化學需氧量)、BOD（生物需氧量）濃度非常高。目前馬鈴薯淀粉企業排放的污水主要為細胞液和工藝廢水。
    3.1水量、水質分析
    根據業主提供的數據，制定的污水水量平衡表如下：
 
    說明：虛線部分為預留部分，如需回用需接入回用設備即可。
    生產工藝廢水處理系統即可達到環保要求的排放限值。
    根據進水水質和出水水質要求，廢水具有以下特征： 
 1）污水中含有大量SS、雜物，這些若不經處理直接進入生化處理系統會在生化系統中積累而占據大量池容，使池容不斷減少最終導致系統完全失效。同時，去除對生物處理過程中有抑制作用的物質，減少生物反應的負荷，改善生物反應的條件，對生物系統正常運行，降低運行費用都是必不可少的一步。 
  2）污水中對生化反應有抑制作用的物質主要是：PH值等，PH值在初沉前進行調整。其余物質在預處理中不考慮，可通過生化段來去除。
    3）污水可生化性分析
    污水采用生物處理的方法是較經濟的，但本項目要求在去除有機物的同時，到達脫氮除磷的效果，需對水質進行分析，確定是否需要投加化學藥劑方能達到處理目的。 
  1)BOD5/COD：該指標體現了污水的可生化程度，是決定工藝主體參數的重要指標，本項目 BOD5/ COD＞0.3，可采用生物方法去除有機物。
    2)反硝化過程碳源較充足。
    3)BOD5負荷較高,可取得較好的除磷效果，可采用適當的生物處理除磷。
    綜上所述，本項目可采用生物處理工藝去除有機物和除磷脫氮。
    3.2廢水中污染物的去除機理
    3.2.1有機物去除
    有機物可通過厭氧和好氧的生物處理過程，轉化成CO2或CH4而得以去除，部分有機物轉化為細菌或被細菌吸附通過污泥排出污水處理系統。本項目要達到BOD5＜10mg/l的排放要求，必須進行充分的生物好氧處理，方可達到排放要求。有機物的去除程度主要受污水的可生化程度和反應器好氧時間的影響，污水可生化程度越高，生物處理系統去除總碳的程度越高，另外，需要有足夠的好氧停留時間，出水才可以達到較低BOD5排出量。
    3.2.2脫氮
    污水生物脫氮的基本原理：先通過硝化反應將氨氮氧化為硝酸鹽氮，再通過反硝化反應將硝酸鹽氮還原成氣態氮從水中逸出。在硝化反應和反硝化反應的過程中，環境因素對它們的影響有很大區別，下面是各主要因素的影響。 
  a.溶解氧:硝化反應必須在好氧的條件下進行，一般應維持混合液的溶解氧濃度為2-3mg/l，溶解氧濃度為0.5～0.7mg/l是硝化菌可以忍受的極限。
    溶解氧對反硝化反應有很大影響，主要由于氧同硝酸鹽競爭電子供體，且抑制硝酸鹽還原酶的合成及其活性，因此系統中應有缺氧區，其溶解氧保持在0.5mg/l以下，才能保持反硝化反應的正常進行。
    b.PH值
    硝化反應是消耗堿度的反應，PH值最佳值范圍是8.0～8.4，低于7時硝化速率明顯降低。
    反硝化反應是產生堿度的反應，PH值最佳范圍是6.5～7.5。
    c.碳源（BOD）
    硝化反應正常進行的有機負荷是在0.1kgBOD5/KgMLSS.d以下，過高的有機負荷會影響氨向硝化菌的傳遞。 反硝化反應需要提供足夠的碳源（BOD），否則會產生內源反硝化反應，反硝化菌減少，并會有NH3的產生。另外，易降解的有機物碳源有利于提高反硝化速率。
    d.污泥齡
    保證連續穩定的脫氮效果，必須保持一定量的硝化菌和反硝化菌，一般污泥齡應大于10天。
    3.2.3除磷
    除磷機理是某些細菌（如不動桿菌、棒桿菌、假單胞菌等）交替地處于厭氧與好氧條件時，它們能在無氧的條件下吸收低分子有機物，同時將細胞原生質中聚合磷酸鹽顆粒的磷釋放出來，提供必需的能量，在隨后好氧條件下，所吸收的有機物被氧化并提供能量，同時從污水中吸收超過其生長所需的磷，并以聚磷酸鹽的形式貯存起來，通過排放剩余污泥，將攝取過量磷的細菌排出系統，而獲得較好的除磷效果。影響除磷過程和效果的主要環境因素如下：
    a.溶解氧
    在厭氧區必須控制嚴格的厭氧條件，既沒有分子態氧，也沒有如NO3的化合態氧，以保證系統內的細菌能吸收有機物，并釋放磷。其次是在好氧區中要供給充足的氧，以維持細菌的好氧呼吸，有效地吸收污水中的磷。
    b.BOD5負荷
    較高的BOD5負荷可取得較好的除磷效果，另外低分子易降解的有機物誘導磷釋放能力較強，當磷的釋放較充分時，磷的攝取量也大。
    c.污泥齡 
  生物脫磷系統主要是通過排除剩余污泥除磷，一般認為泥齡越短的系統產生較多的剩余污泥，除磷效果較好。
    由上分析可得，本項目污水處理工藝要達到除磷脫氮的效果，必須有一個好氧段供有機物氧化和硝化反應，一個厭氧段供磷的釋放。因此，本項目污水處理工藝可定為具有厭氧、好氧的生物處理工藝。
    3.3常見工藝說明
    國內外目前常用的處理方法總體上可分為生化法和化學絮凝沉淀法,兩種處理方法在實際應用中各有利弊。
    3.3.1預處理工藝段
    a)絮凝沉淀處理  
  絮凝沉淀法作為一種成本較低的水處理方法應用廣泛。其水處理效果的好壞很大程度上取決于絮凝劑的性能,所以絮凝劑是絮凝法水處理技術的關鍵。絮凝劑可分為無機絮凝劑、合成有機高分子絮凝劑、天然高分子絮凝劑和復合型絮凝劑。追求高效、廉價、環保是絮凝劑研制者們的目標。這在高濃度有機廢水治理工程中是完全可以接受的。絮凝下沉物容易脫水分離,便于回收和綜合利用。由于微生物絮凝劑具有無毒、無二次污染的特點,因而處理淀粉廠廢水絮凝得到的蛋白物質可以作為動物飼料進行綜合利用。
    b)活性炭吸附
    活性炭吸附工藝處理淀粉廢水,具有較好的處理效果,處理后各項指標均能達到國家污水排放標準。該方法具有工藝簡單、處理效果好、投資小、易于操作等優點,而且處理效果不受氣候條件影響,因此特別適用于寒冷地區小流量淀粉廢水的處理。
    3.3.2生物處理工藝段
    生物處理法是利用微生物新陳代謝功能,使廢水中呈溶解和膠體狀態的有機污染物被降解并轉化為無害物質,使廢水得以凈化的方法,一般可分為好氧生物處理法和厭氧生物處理法兩種。該方法在處理高濃度有機廢水方面,以其處理費用低、處理效率高等優點被廣泛采用。
    厭氧生物法
   厭氧法處理淀粉廢水,其最終產物是以甲烷為主的可燃氣體,可作為能源回收利用;剩余污泥量少且易于脫水濃縮,可作為肥料使用;處理工藝運轉費用低。在當前能源日益緊張的形勢下,該方法作為一種低能耗,可回收資源的處理工藝日益受到世界各國的重視。  近年來,厭氧發酵法處理淀粉廢水主要有升流式厭氧污泥床(UASB)、厭氧流化床(AFB)、厭氧接觸法(ACP)、兩相厭氧消化法(TPAD)和厭氧濾池(AF)等。
    1、升流式厭氧污泥床(UASB)    
    UASB內的水流方向與產氣上升方向相一致,一方面減少了堵塞的機率,另一方面則加強了對污泥床的攪拌混合作用而有利于微生物與進水基質間的混合接觸及顆粒污泥的形成。該工藝不僅投資省、運行費用低、操作簡便,而且產生可供利用的沼氣,處理后的廢水達標排放,獲得較好的經濟效益和環境效益。
污水自下而上通過UASB。反應器底部有一個高濃度、高活性的污泥床，污水中的大部分有機污染物在此間經過厭氧發酵降解為甲烷和二氧化碳。
因水流和氣泡的攪動，污泥床之上有一個污泥懸浮層。
反應器上部有設有三相分離器，用以分離消化氣、消化液和污泥顆粒。消化氣自反應器頂部導出；污泥顆粒自動滑落沉降至反應器底部的污泥床；消化液從澄清區出水。
UASB 負荷能力很大，適用于高濃度有機廢水的處理。能適應較大幅度的負荷沖擊、溫度和pH變化。
    2、厭氧流化床(AFB)  
    該反應器內填充著粒徑小、比表面積大的載體,厭氧微生物組成的生物膜在載體表面生長,載體處于流化狀態,具有良好的傳質條件,微生物易與廢水充分接觸,細菌具有很高的活性,設備處理效率高。
    3、垂直折流厭氧污泥床(VBASB)     
    VBASB是一種復合型厭氧反應器,它是以UASB反應器為主體,綜合了ACP、UASB和AF三種工藝的特點,可視為在UASB反應器內加四道垂直擋板,使反應器的水流上下垂直折流,處理過的廢水再經三相分離器流出反應器,使反應器內的水流呈推流的特點,對高懸浮物高濃度有機廢水比AF和UASB有更好的適應性。
    4、厭氧接觸消化法     
    厭氧接觸消化法屬第二代厭氧消化技術,由于采用將消化污泥回流至消化器的措施,可保持消化設施內較高濃度的生物量,從而提高了消化器的容積負荷。與上流式厭氧污泥床、厭氧濾床相比,厭氧接觸消化法雖然負荷較低,但運行可靠,起動時間較短,但目前國內在淀粉廢水處理方面的研究和應用并不多見。
    5、厭氧折流板ABR反應器
    ABR反應器作為一種理想的多段分相、混合流態處理工藝,具有比其他厭氧工藝更為優越的特性。
    6、厭氧濾池(AF)      
 裝置中填滿了如沙礫、塑料、泡沫等填料,使厭氧微生物附著在上面生長,可維持較高的生物量和較長的SRT。但由于該裝置易發生堵塞,所以主要用于處理含懸浮物較少的中、低濃度廢水,近些年使用該方法處理淀粉廢水方面的報道不多。
    A/O好氧生物法
    與厭氧法相比,好氧生物法在處理淀粉加工廢水方面有許多不足之處,例如需要充氧、動力消耗大、無能量回收、微生物所需營養多和污泥量大等適合處理低濃度的有機廢水。而淀粉廢水的COD一般較大,所以在淀粉廢水的處理中單獨應用的較少,主要是接觸氧化法、生物氧化塘法和SBR法。在淀粉加工廢水的處理中,好氧生物處理一般用作后續處理。
除了使有機污染物得到降解之外，還具有一定的脫氮除磷功能.在缺氧段，異養菌將蛋白質、脂肪等污染物進行氨化游離出氨（NH3、NH4+），在充足供氧條件下，自養菌的硝化作用將NH3-N（NH4+）氧化為NO3-，通過回流控制返回至A池，在缺氧條件下，異氧菌的反硝化作用將NO3-還原為分子態氮（N2）完成C、N、O在生態中的循環，實現污水無害化處理。
缺氧/好氧工藝的耐負荷沖擊能力強。當進水水質波動較大或污染物濃度較高時，本工藝均能維持正常運行，故操作管理也很簡單
    3.3.3深度處理工藝段
    根據該企業的排放標準，深度處理單元的重要性更為突出，采用常規曝氣生物濾池深度處理工藝只能勉強將COD值降低至50mg/L左右，達到30mg/L根本沒有可能，只有采用“GW.C催化氧化+C生物濾池”聯合工藝才能保證出水達到設計預期。處理廢水經過常規生化處理后，其中能夠被微生物分解的有機污染物可以說被完全分解，殘留的均是大分子多苯環類穩定分子，想要在此基礎上對出水水質進行提高，加大生化系統雖然可能有一些效果，但投入及運行成本將會很高。
我公司制定的如下工藝不僅具有優良的COD去除率，而且運行穩定，投資、運行費用及占地面積均具有很強的性價比。
    GW.C催化氧化去除水中COD的化學反應原理是，摻雜的稀土/貴金屬催化劑具有特殊的化學結構和晶體結構，其可以在常溫常壓下，與氧化劑進行電子耦合，從而生成較為穩定的羥基自由基團（·OH）或者過氧化物自由基團（·OOR）。這些自由基團具有非常強的氧化性能，可以和水中與有機物發生反應，反應中生成的有機自由基可以繼續參加·OH的鏈式反應，或者通過生成有機過氧化物自由基后，進一步發生氧化分解反應直至降解為最終產物CO2和H2O，從而達到了氧化分解有機物的目的
經過常規生化處理后的廢水首先進入GW.C催化氧化塔，在催化劑表面形成氧化劑、廢水、空氣等多相接觸，形成催化氧化環境，將廢水中的大分子強行分解為小分子，生化性大大提高，部分有機物也可直接去除。再經過后續C生物濾池，將小分子降解完全。達到降低COD的設計預期。
    3.4確定的工藝流程
    根據本項目水量、水質、處理要求以及以上分析，采用分類處理、綜合利用的原則，采用物化、生化結合處理工藝，具體工藝流程如下：
    圖1 廢水處理工藝流程框圖
    3.3工藝流程簡述
    本項目根據廢水水質情況分為3個單元進行處理
    1、清洗廢水經格柵攔截大顆粒雜質后進入調節池，在調節池內調節水質、水溫，設置預曝氣裝置防止泥沙沉淀。
然后經P1泵提升進入沉砂撇渣池，投加PAC、PAM經折板絮凝、沉淀后上清液進入清水池，經P2泵增壓回用于清洗生生產線格柵攔截產生的柵渣及沉砂撇渣池產生的浮渣定期人工清理，自然干化后外運。
    2、生產廢水經格柵攔截大顆粒雜質后進入調節池，在調節池內調節水質、水溫，設置預曝氣裝置防止泥沙沉淀。然后經P3泵提升進入初沉池，投加PAC、PAM經折板絮凝、沉淀,上清液進入中間水池，經加壓進入后續“UASB厭氧反應器+缺氧+好氧”生化處理系統，廢水中的有機物、氨氮、磷等污染物經微生物菌群的生化降解，再經過二沉池進行固液分離后，再經過“GW.C催化氧化+C生物濾池”深度處理工藝后即可達標排放。
初沉池產生的污泥含有大量的淀粉，排入分類污泥池濃縮后經壓濾機壓濾后可作為飼料綜合利用。
生化系統產生的剩余污泥，排入分類污泥池濃縮后經壓濾機壓濾后可作為有機肥料綜合利用。
    3、污泥分類處置，含有大量的淀粉污泥，排入分類污泥池濃縮后經壓濾機壓濾后可作為飼料綜合利用。
生化系統產生的剩余污泥，排入分類污泥池濃縮后經壓濾機壓濾后可作為有機肥料綜合利用。
清洗廢水產生的污泥壓濾后外運填埋。
    3、廢氣處理，廢水處理過程中產生的臭氣經管道收集進入臭氣處理裝置處理后高空排放，臭氣處理裝置采用催化氧化工藝，臭氣氣經過變頻風機加壓后，由下部進入A.C.O（氣體催化氧化）反應塔，塔內部裝填FTG高效低成本催化劑， A.C.O反應塔專門設置了循環噴淋，并在噴淋水內投加了高效氧化劑，這樣就在催化劑表面形成了氣體、臭味污染物、氧化劑、催化劑、水等多相接觸，在催化劑的作用下，廢氣中的臭味污染物被有效的氧化得以去除，同時對粒徑<2.5μm的污染物進行凝集，形成大的顆粒物從而通過催化填料的攔截、吸附、過濾等作用去除，在通過氧化劑的逐步氧化分解，因此A.C.O反應塔的去除污染物的過程是多樣化、多層次的過程。