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天津市某污水處理廠設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)
摘要： 天津市某污水處理廠設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)
關(guān)鍵詞： 污水處理廠 處理廠設(shè)計(jì) 技術(shù)要點(diǎn)
建設(shè)某污水處理廠是海河流域天津污水治理項(xiàng)目的重點(diǎn)工程.對(duì)于改善天津市西部地區(qū)和大沽口渤海海域的環(huán)境質(zhì)量，對(duì)于開(kāi)發(fā)利用污水資源，促進(jìn)工、農(nóng)、漁業(yè)的健康發(fā)展，具有重要作用，將會(huì)產(chǎn)生顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
工程的內(nèi)容包括廠內(nèi)和廠外兩部分。廠內(nèi)工程的主體是規(guī)模為45萬(wàn)T/d的二級(jí)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(shè)資金利用日本政府貸款。
進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)，根據(jù)多年監(jiān)測(cè)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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)出水滿(mǎn)足農(nóng)灌水質(zhì)指標(biāo)和排入渤?？谶_(dá)到三類(lèi)海域的要求，執(zhí)行國(guó)標(biāo)〈污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)〉中二級(jí)水質(zhì)的規(guī)定。即：
CODCr：120mg/l
BOD5:30mg/l
SS:30mg/l
NH3-N:25mg/l
磷酸鹽（以P計(jì)）: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(shù)發(fā)展很快，工藝類(lèi)型較多。除廣泛采用的傳統(tǒng)活性污泥法外，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外應(yīng)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(duì)可以采取的處理工藝方案進(jìn)行對(duì)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(zhì)比較穩(wěn)定，沖擊負(fù)荷不大的特點(diǎn)，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(gè)處理工藝方案。
第一方案：采用“以傳統(tǒng)活性污泥法為基礎(chǔ)的生物硝化方法，降解有機(jī)物和NH3-N，同時(shí)采用以化學(xué)法除磷”的綜合處理工藝方案，簡(jiǎn)稱(chēng)“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(fù)荷，而生物硝化工藝系低負(fù)荷或超低負(fù)荷。在曝氣池內(nèi)，BOD5被分解轉(zhuǎn)化，有機(jī)氮同時(shí)被氨化成NH3-N，再與進(jìn)水原有的NH3-N一起被硝化成NO3-N。
同步的化學(xué)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(yīng)方程如下：
Fe(SO4)3+2PO3-4→2FePO4↓+3SO42-
化學(xué)法除磷運(yùn)轉(zhuǎn)控制靈活，可根據(jù)污水中磷的超標(biāo)程度隨時(shí)調(diào)整鐵鹽投加量，從而既保證出水中磷的含量達(dá)標(biāo)也能節(jié)約污水廠運(yùn)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(guò)磷的厭氧釋放和好氧吸附兩個(gè)過(guò)程完成的，脫氮是通過(guò)好氧硝化和缺氧反硝化兩個(gè)過(guò)程完成的，有機(jī)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(shè)沉淀池和污泥消化池等優(yōu)點(diǎn)。
第三方案；"A/O生物法除磷、生物硝化法脫氨、化學(xué)法降解濾液與上清液余磷"的處理工藝，簡(jiǎn)稱(chēng)A/O法。
表1 三個(gè)方案主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)照表
參數(shù)
方案
第一方案
第二方案
第三方案
污泥負(fù)荷（kgBOD/kgMLSS.d）
0.14
0.105
0.18
泥齡(d)
12
28
10
回流比
75%
100%(內(nèi)回流比300%)
75%
水力停留時(shí)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(mǎn)足處理達(dá)標(biāo)的要求，都是可靠的。剖析三種方案的機(jī)理，有機(jī)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(guò)生物硝化反應(yīng)，利用它能自養(yǎng)微生物將污水中氨氮氧化成硝酸鹽的過(guò)程。在天津東郊污水處理廠已經(jīng)多次試驗(yàn)證明，在曝氣池中只要污泥負(fù)荷降到0.2kg BOD/kg MLSS.D以下，曝氣時(shí)間延長(zhǎng)到4.5h以上，有機(jī)氮和氨氮氧成化NO3-N的效率可以達(dá)到50%～60%以上；第二方案則是在硝化作用的基礎(chǔ)上增加了反硝化的生化過(guò)程，利用缺氧池將硝態(tài)氮還原成氮?dú)庖绯?，使得生物脫氮反?yīng)進(jìn)行得更加徹底；另一個(gè)污染因子磷的去除，在第一方案是采用化學(xué)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(guò)剩余污泥排除；而第二和第三方案則是以生物法為主，設(shè)置厭氧池，先使混合液中的聚磷菌處于壓抑狀態(tài)，釋放細(xì)胞內(nèi)的聚磷而蓄存能量，再在后續(xù)的好氧池中通過(guò)聚磷菌貯存的能量大量吸收污水中的磷，并在細(xì)胞內(nèi)將磷轉(zhuǎn)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(guò)程。在污泥處理過(guò)程中產(chǎn)生的含磷濾液與上清液則通過(guò)化學(xué)法進(jìn)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(lái)完成，除磷工藝的選擇是依靠化學(xué)法還是生物法來(lái)完成，兩者各有利弊。根據(jù)天津市已建污水處理廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，必須把降低運(yùn)行管理費(fèi)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(shè)缺氧池，減少占地和工程造價(jià)，又能節(jié)省提升回流液的設(shè)備和能耗，出水也能達(dá)標(biāo)；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(yùn)行費(fèi)用。在投產(chǎn)以后，還應(yīng)該根據(jù)不同情況及時(shí)調(diào)整運(yùn)行工況，如出水用于農(nóng)灌時(shí)，對(duì)氮磷的指標(biāo)可以放寬，有進(jìn)一步降低運(yùn)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(guò)程中產(chǎn)生的大量活性污泥必須通過(guò)適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?，降低其有機(jī)物含量及含水率，減少污泥體積，同時(shí)殺滅大部分致病菌和寄生蟲(chóng)卵，達(dá)到化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和衛(wèi)生防疫無(wú)害化，避免形成二次污染，保證污水處理廠的正常運(yùn)行。污泥處理方案流程如下圖。
污水處理廠建成投入正常運(yùn)行后，每天要產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的剩余污泥，從目前東郊和紀(jì)莊子污水處理廠的情況看，傳統(tǒng)的用作農(nóng)肥的處置方法，已無(wú)可靠出路，所以污泥的最終處置也成為國(guó)內(nèi)多數(shù)污水處理廠的重大難題。處置是否妥當(dāng)直接關(guān)系污水處理廠能否生存的問(wèn)題。矛盾相當(dāng)突出。綜合國(guó)內(nèi)外情況，采用污泥填埋手段處置市政污泥，在國(guó)外已得到較為廣泛的應(yīng)用，但在我國(guó)還沒(méi)有起步。設(shè)計(jì)中經(jīng)過(guò)對(duì)污泥處置的各種方案，包括堆肥、焚燒、填埋進(jìn)行反復(fù)比較后，決定了采取衛(wèi)生填埋的方案，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。為此隨某污水處理廠工程同時(shí)建設(shè)市政污泥填埋廠一座，日處理規(guī)模720T，計(jì)劃連同擴(kuò)建后的紀(jì)莊子污水處理廠及擬建的北倉(cāng)污水處理廠的污泥一并在此進(jìn)行填埋處置。
3 工藝處理設(shè)計(jì)的技術(shù)措施
為了使某污水處理廠建成后能具有二十世紀(jì)現(xiàn)代化的水平達(dá)到國(guó)內(nèi)一流，國(guó)際先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)。除了精心設(shè)計(jì)，精心施工，精心管理外，還要在設(shè)計(jì)中采取一系列先進(jìn)技術(shù)措施。
1、進(jìn)水泵房及回流污泥泵房，采用變速拖動(dòng)技術(shù)，既能適應(yīng)進(jìn)廠污水量和回流污泥量不時(shí)變化的特定條件，保持前池水位的穩(wěn)定，同時(shí)水泵維持在最高效率區(qū)工作，實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能運(yùn)行。
2、沉砂池在總結(jié)天津東郊和紀(jì)莊子兩座污水處理廠現(xiàn)有沉砂池使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，某采用了具有簡(jiǎn)單、可靠、管理方便的旋流沉砂池。通過(guò)自動(dòng)沉砂、吹砂、洗砂、提砂、輸砂以達(dá)到既能高效率除砂，同時(shí)也能夠徹底分離砂粒上的有機(jī)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(guó)內(nèi)沒(méi)有先例。經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，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(jìn)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(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)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(nèi)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(shí)提高生物硝化處理效果。目前這種工藝在國(guó)內(nèi)還只處在起步階段。
4、由于市政污水的水量和水質(zhì)具有不穩(wěn)定的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的處理工藝流程也具有相應(yīng)的可調(diào)整性，以便同來(lái)水的變化相適應(yīng)。當(dāng)來(lái)水有機(jī)物指標(biāo)偏低時(shí)，為保證除磷脫氮效果可以超越初沉池；當(dāng)初期雨水量偏大時(shí)，部分來(lái)水可以超越二級(jí)處理設(shè)施；當(dāng)受納污水河道在枯水季節(jié)時(shí)，可以超越二級(jí)泵房自流排出廠外。
5、由于天津市是嚴(yán)重缺水的城市，污水回用勢(shì)在必行。廠內(nèi)經(jīng)二級(jí)處理的出水，除大量用于農(nóng)業(yè)灌溉外，還設(shè)置規(guī)模2萬(wàn)T/d的深度處理設(shè)施，計(jì)劃采用先進(jìn)的流動(dòng)性砂過(guò)濾器，達(dá)到市政雜用水以上的標(biāo)準(zhǔn)，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(shè)，將建成國(guó)內(nèi)第一座市政污泥填埋場(chǎng)。污泥填埋的操作需要在實(shí)踐中逐步規(guī)范化。目前已經(jīng)注意到污泥填埋技術(shù)的關(guān)鍵是保證污泥有足夠的含固率。根據(jù)國(guó)外資料介紹污泥含固率必須在30%以上、有機(jī)成份應(yīng)該盡量降低、污泥抗剪強(qiáng)度應(yīng)≥25KN/m2才適合于填埋。所以填埋的污泥需要經(jīng)過(guò)良好的污泥消化，使用高干度的機(jī)械脫水，必要時(shí)還得添加石灰進(jìn)行衛(wèi)生處理。為了保證污泥填埋場(chǎng)能夠正常工作，先期將進(jìn)行試驗(yàn)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(zhǎng)污泥填埋場(chǎng)的使用年限，并且給污泥資源化奠定基礎(chǔ)，將對(duì)100T/d的污泥采用干燥方法處置，將經(jīng)過(guò)消化、機(jī)械脫水后的污泥在多重盤(pán)式干燥爐中干化后，使含固率達(dá)90%以上，可以用作裝袋的高級(jí)農(nóng)肥，
也可以作為建筑材料的輔料利用。
8、充分利用消化池產(chǎn)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(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)。使沼氣能源的綜合利用率達(dá)80%以上。根據(jù)沼氣發(fā)電時(shí)能源利用回收率低、發(fā)電并網(wǎng)困難的經(jīng)驗(yàn)，暫不采取沼氣發(fā)電的方法。
9、各主要的處理單元作到準(zhǔn)確、可靠的閉路自控。包括沉砂池與砂水分離機(jī)自動(dòng)按程序操作；鼓風(fēng)機(jī)根據(jù)各曝氣池內(nèi)工況變化、自動(dòng)調(diào)節(jié)供風(fēng)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(dòng)控制。
10、中央控制室采用模擬屏和投影儀相配合的顯視設(shè)備，達(dá)到靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的有機(jī)結(jié)合；自動(dòng)控制系統(tǒng)采用總線型拓樸結(jié)構(gòu)，提高布線和擴(kuò)展的靈活性。
11、污水處理設(shè)備的選型是污水處理廠能否實(shí)現(xiàn)科學(xué)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題，也是污水處理廠技術(shù)水平是否先進(jìn)的重要標(biāo)誌。設(shè)備選型將遵循"先國(guó)內(nèi)，后國(guó)外"的要求。將進(jìn)口設(shè)備壓縮到最低限度。但是處理廠的關(guān)鍵設(shè)備，國(guó)內(nèi)制造技術(shù)尚不過(guò)關(guān)的設(shè)備必須進(jìn)口。進(jìn)口設(shè)備選擇的原則是用超前的標(biāo)準(zhǔn)，精心挑選具有技術(shù)含量高、有創(chuàng)造性、有特點(diǎn)、并且在使用中證明效果可靠的，屬于世界一流水平的設(shè)備，再通過(guò)競(jìng)標(biāo)決定。一定要把住技術(shù)關(guān)，為污水處理廠建成投產(chǎn)后保持國(guó)內(nèi)前沿水平奠定基礎(chǔ)。初步擬定進(jìn)口設(shè)備包括：泵、鼓風(fēng)機(jī)、細(xì)格柵、旋流沉砂機(jī)、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(shè)備。個(gè)別設(shè)備也將采取引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技和主機(jī)，在國(guó)完成配套的方法，如刮泥機(jī)等。
目前廠內(nèi)外工程已全面開(kāi)始進(jìn)行施工前的準(zhǔn)備工作，預(yù)計(jì)2004年建成投產(chǎn)。