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天津市某污水處理廠設計的技術要點
摘要： 天津市某污水處理廠設計的技術要點
關鍵詞： 污水處理廠 處理廠設計 技術要點
建設某污水處理廠是海河流域天津污水治理項目的重點工程.對于改善天津市西部地區(qū)和大沽口渤海海域的環(huán)境質量，對于開發(fā)利用污水資源，促進工、農、漁業(yè)的健康發(fā)展，具有重要作用，將會產生顯著的社會效益和經濟效益。
工程的內容包括廠內和廠外兩部分。廠內工程的主體是規(guī)模為45萬T/d的二級污水處理廠，配套一座720m3/d的污泥填埋廠；廠外工程包括雨污水管道21km和兩座2.0T/S的污水泵站。工程估算12億人民幣，部分建設資金利用日本政府貸款。
進水水質指標，根據(jù)多年監(jiān)測資料綜合分析定為：
CODCr：400mg/l
BOD5:220mg/l
SS:220mg/l
NH3-N:40mg/l
TP:3.5mg/l
出水水質標準，根據(jù)出水滿足農灌水質指標和排入渤?？谶_到三類海域的要求，執(zhí)行國標〈污水綜合排放標準〉中二級水質的規(guī)定。即：
CODCr：120mg/l
BOD5:30mg/l
SS:30mg/l
NH3-N:25mg/l
磷酸鹽（以P計）:1mg/l
1 污水處理工藝方案的選擇
目前城市污水生化處理技術發(fā)展很快，工藝類型較多。除廣泛采用的傳統(tǒng)活性污泥法外，近年來國內外應用較多的有氧化溝法、A/A/O法、A/O法、A-B法、SBR法等。為了使某污水處理廠能夠選擇到最合適的處理工藝，按照因地制宜的原則，先排除不適用的處理工藝后，再對可以采取的處理工藝方案進行對比和優(yōu)選。。
某污水處理廠具有處理規(guī)模大，地處天津市西郊區(qū)冬季氣溫低，且收水范圍是已建成區(qū)，水量和水質比較穩(wěn)定，沖擊負荷不大的特點，按照各種處理工藝的適用條件，可以將SBR法、氧化溝法和A-B法排除，從而擬定出三個處理工藝方案。
第一方案：采用“以傳統(tǒng)活性污泥法為基礎的生物硝化方法，降解有機物和NH3-N，同時采用以化學法除磷”的綜合處理工藝方案，簡稱“傳統(tǒng)法”或“生物硝化法”。
生物硝化的工藝流程與傳統(tǒng)活性污泥工藝流程一樣，只是以去除BOD5為主的傳統(tǒng)活性污泥工藝是中等負荷，而生物硝化工藝系低負荷或超低負荷。在曝氣池內，BOD5被分解轉化，有機氮同時被氨化成NH3-N，再與進水原有的NH3-N一起被硝化成NO3-N。
同步的化學沉淀法除磷，是在含磷污水中投加溶解度大、渣物少、易于控制的硫酸鐵作為混凝劑，使正磷酸鹽被置換成難溶的磷酸鐵鹽，沉淀后隨剩余污泥排出，反應方程如下：
Fe(SO4)3+2PO3-4→2FePO4↓+3SO42-
化學法除磷運轉控制靈活，可根據(jù)污水中磷的超標程度隨時調整鐵鹽投加量，從而既保證出水中磷的含量達標也能節(jié)約污水廠運行成本。工程中一般按去除lg磷投加12g硫酸鐵控制。
第二方案：生物除磷脫氮工藝（A2/O工藝）
以厭氧/缺氧/好氧即A/A/O系統(tǒng)為特征的生物除磷脫氮工藝。其中除磷是通過磷的厭氧釋放和好氧吸附兩個過程完成的，脫氮是通過好氧硝化和缺氧反硝化兩個過程完成的，有機物的降解是在好氧曝氣階段完成的。
A/A/O工藝具有處理效率高，污泥沉降性能好，可以不設沉淀池和污泥消化池等優(yōu)點。
第三方案；"A/O生物法除磷、生物硝化法脫氨、化學法降解濾液與上清液余磷"的處理工藝，簡稱A/O法。
表1 三個方案主要設計參數(shù)對照表
參數(shù)
方案
第一方案
第二方案
第三方案
污泥負荷（kgBOD/kgMLSS.d）
0.14
0.105
0.18
泥齡(d)
12
28
10
回流比
75%
100%(內回流比300%)
75%
水力停留時間(h)
6.6
14
7.5
MLSS(mg/L )
3.0
4.0
3.0
以上三種工藝方案均能滿足處理達標的要求，都是可靠的。剖析三種方案的機理，有機物的降解都是在好氧曝氣階段完成。污染因子氮的降解，在第一和第三方案中是通過生物硝化反應，利用它能自養(yǎng)微生物將污水中氨氮氧化成硝酸鹽的過程。在天津東郊污水處理廠已經多次試驗證明，在曝氣池中只要污泥負荷降到0.2kg BOD/kg MLSS.D以下，曝氣時間延長到4.5h以上，有機氮和氨氮氧成化NO3-N的效率可以達到50%～60%以上；第二方案則是在硝化作用的基礎上增加了反硝化的生化過程，利用缺氧池將硝態(tài)氮還原成氮氣溢出，使得生物脫氮反應進行得更加徹底；另一個污染因子磷的去除，在第一方案是采用化學法，利用投加硫酸鐵等混凝劑，將污水中正磷酸鹽置換成難溶解的磷酸鐵，隨即在二沉池通過剩余污泥排除；而第二和第三方案則是以生物法為主，設置厭氧池，先使混合液中的聚磷菌處于壓抑狀態(tài)，釋放細胞內的聚磷而蓄存能量，再在后續(xù)的好氧池中通過聚磷菌貯存的能量大量吸收污水中的磷，并在細胞內將磷轉化為聚磷酸鹽，最后以剩余污泥的形式從污水中排出，從而完成除磷過程。在污泥處理過程中產生的含磷濾液與上清液則通過化學法進行再處理。
脫氮工藝的選擇是只依靠硝化作用還是后加反硝化作用來完成，除磷工藝的選擇是依靠化學法還是生物法來完成，兩者各有利弊。根據(jù)天津市已建污水處理廠的運行經驗，必須把降低運行管理費用作為污水處理方案選擇的主要因素，因此推薦第三方案。采用生物硝化脫氮，既可以不設缺氧池，減少占地和工程造價，又能節(jié)省提升回流液的設備和能耗，出水也能達標；采用以生物法為主除磷，可以節(jié)省能源，節(jié)省投藥量，減少運行費用。在投產以后，還應該根據(jù)不同情況及時調整運行工況，如出水用于農灌時，對氮磷的指標可以放寬，有進一步降低運行成本的余地。第三方案污水處理流程如下圖。
2 污泥處理和處置工藝方案的選擇
污水處理過程中產生的大量活性污泥必須通過適當?shù)墓に嚧胧?，降低其有機物含量及含水率，減少污泥體積，同時殺滅大部分致病菌和寄生蟲卵，達到化學性質穩(wěn)定和衛(wèi)生防疫無害化，避免形成二次污染，保證污水處理廠的正常運行。污泥處理方案流程如下圖。
污水處理廠建成投入正常運行后，每天要產生相當數(shù)量的剩余污泥，從目前東郊和紀莊子污水處理廠的情況看，傳統(tǒng)的用作農肥的處置方法，已無可靠出路，所以污泥的最終處置也成為國內多數(shù)污水處理廠的重大難題。處置是否妥當直接關系污水處理廠能否生存的問題。矛盾相當突出。綜合國內外情況，采用污泥填埋手段處置市政污泥，在國外已得到較為廣泛的應用，但在我國還沒有起步。設計中經過對污泥處置的各種方案，包括堆肥、焚燒、填埋進行反復比較后，決定了采取衛(wèi)生填埋的方案，填補國內空白。為此隨某污水處理廠工程同時建設市政污泥填埋廠一座，日處理規(guī)模720T，計劃連同擴建后的紀莊子污水處理廠及擬建的北倉污水處理廠的污泥一并在此進行填埋處置。
3 工藝處理設計的技術措施
為了使某污水處理廠建成后能具有二十世紀現(xiàn)代化的水平達到國內一流，國際先進的標準。除了精心設計，精心施工，精心管理外，還要在設計中采取一系列先進技術措施。
1、進水泵房及回流污泥泵房，采用變速拖動技術，既能適應進廠污水量和回流污泥量不時變化的特定條件，保持前池水位的穩(wěn)定，同時水泵維持在最高效率區(qū)工作，實現(xiàn)最大限度的節(jié)能運行。
2、沉砂池在總結天津東郊和紀莊子兩座污水處理廠現(xiàn)有沉砂池使用經驗的基礎上，某采用了具有簡單、可靠、管理方便的旋流沉砂池。通過自動沉砂、吹砂、洗砂、提砂、輸砂以達到既能高效率除砂，同時也能夠徹底分離砂粒上的有機物送至后續(xù)處理的效果。但是如此大型處理廠采用旋流沉砂的方法，國內沒有先例。經過精心設計，將六旋流沉砂池精巧緊湊地布置成梅花形：配水井置于中央，保證進出水順暢、配水均勻。
3、為了保證厭氧/好氧工藝的除磷效果，吸收國外先進經驗采取了活性污泥分段回流的嶄新工藝。即：約25～30%回流污泥可回流到厭氧池，以保持池內理想的厭氧工況，提高除磷效果，其余回流污泥回流到曝氣池，同時提高生物硝化處理效果。目前這種工藝在國內還只處在起步階段。
4、由于市政污水的水量和水質具有不穩(wěn)定的特點，設計的處理工藝流程也具有相應的可調整性，以便同來水的變化相適應。當來水有機物指標偏低時，為保證除磷脫氮效果可以超越初沉池；當初期雨水量偏大時，部分來水可以超越二級處理設施；當受納污水河道在枯水季節(jié)時，可以超越二級泵房自流排出廠外。
5、由于天津市是嚴重缺水的城市，污水回用勢在必行。廠內經二級處理的出水，除大量用于農業(yè)灌溉外，還設置規(guī)模2萬T/d的深度處理設施，計劃采用先進的流動性砂過濾器，達到市政雜用水以上的標準，為市政和工業(yè)用水提供水源。
6、隨著某污水處理廠工程的建設，將建成國內第一座市政污泥填埋場。污泥填埋的操作需要在實踐中逐步規(guī)范化。目前已經注意到污泥填埋技術的關鍵是保證污泥有足夠的含固率。根據(jù)國外資料介紹污泥含固率必須在30%以上、有機成份應該盡量降低、污泥抗剪強度應≥25KN/m2才適合于填埋。所以填埋的污泥需要經過良好的污泥消化，使用高干度的機械脫水，必要時還得添加石灰進行衛(wèi)生處理。為了保證污泥填埋場能夠正常工作，先期將進行試驗研究。
7、為了探討采用填埋以外的其他辦法處置污泥，也為了延長污泥填埋場的使用年限，并且給污泥資源化奠定基礎，將對100T/d的污泥采用干燥方法處置，將經過消化、機械脫水后的污泥在多重盤式干燥爐中干化后，使含固率達90%以上，可以用作裝袋的高級農肥，
也可以作為建筑材料的輔料利用。
8、充分利用消化池產生的沼氣能源，配置閉路的沼氣攪拌、沼氣鍋爐、污泥熱交換器和沼氣驅動鼓風機。使沼氣能源的綜合利用率達80%以上。根據(jù)沼氣發(fā)電時能源利用回收率低、發(fā)電并網困難的經驗，暫不采取沼氣發(fā)電的方法。
9、各主要的處理單元作到準確、可靠的閉路自控。包括沉砂池與砂水分離機自動按程序操作；鼓風機根據(jù)各曝氣池內工況變化、自動調節(jié)供風量，保證曝氣池穩(wěn)定的溶解氧值。以及消化池的污泥攪拌、加熱系統(tǒng)的全自動控制。
10、中央控制室采用模擬屏和投影儀相配合的顯視設備，達到靜態(tài)與動態(tài)的有機結合；自動控制系統(tǒng)采用總線型拓樸結構，提高布線和擴展的靈活性。
11、污水處理設備的選型是污水處理廠能否實現(xiàn)科學經濟運行的關鍵問題，也是污水處理廠技術水平是否先進的重要標誌。設備選型將遵循"先國內，后國外"的要求。將進口設備壓縮到最低限度。但是處理廠的關鍵設備，國內制造技術尚不過關的設備必須進口。進口設備選擇的原則是用超前的標準，精心挑選具有技術含量高、有創(chuàng)造性、有特點、并且在使用中證明效果可靠的，屬于世界一流水平的設備，再通過競標決定。一定要把住技術關，為污水處理廠建成投產后保持國內前沿水平奠定基礎。初步擬定進口設備包括：泵、鼓風機、細格柵、旋流沉砂機、曝氣器、污水回用、污泥消化、沼氣利用、污泥干化及儀表自控等方面的設備。個別設備也將采取引進國外先進技和主機，在國完成配套的方法，如刮泥機等。
目前廠內外工程已全面開始進行施工前的準備工作，預計2004年建成投產。