天津市咸阳路污水处理厂设计的技术要点

胡大卫 姚念民 郭淑琴
（天津市市政工程设计研究院）

　　建设咸阳路污水处理厂是海河流域天津污水治理项目的重点工程.对于改善天津市西部地区和大沽口渤海海域的环境质量，对于开发利用污水资源，促进工、农、渔业的健康发展，具有重要作用，将会产生显著的社会效益和经济效益。
　　工程的内容包括厂内和厂外两部分。厂内工程的主体是规模为45万T/d的二级污水处理厂，配套一座720m3/d的污泥填埋厂；厂外工程包括雨污水管道21km和两座2.0T/S的污水泵站。工程估算12亿人民币，部分建设资金利用日本政府贷款。
　　进水水质指标，根据多年监测资料综合分析定为：
　　COD_Cr：400mg/l
　　BOD₅:220mg/l
　　SS:220mg/l
　　NH3-N:40mg/l
　　TP:3.5mg/l
　　出水水质标准，根据出水满足农灌水质指标和排入渤海口达到三类海域的要求，执行国标〈污水综合排放标准〉中二级水质的规定。即：
　　COD_Cr：120mg/l
　　BOD₅:30mg/l
　　SS:30mg/l
　　NH3-N:25mg/l
　　磷酸盐（以P计）:1mg/l

1　污水处理工艺方案的选择

　　目前城市污水生化处理技术发展很快，工艺类型较多。除广泛采用的传统活性污泥法外，近年来国内外应用较多的有氧化沟法、A/A/O法、A/O法、A-B法、SBR法等。为了使咸阳路污水处理厂能够选择到最合适的处理工艺，按照因地制宜的原则，先排除不适用的处理工艺后，再对可以采取的处理工艺方案进行对比和优选。。
　　咸阳路污水处理厂具有处理规模大，地处天津市西郊区冬季气温低，且收水范围是已建成区，水量和水质比较稳定，冲击负荷不大的特点，按照各种处理工艺的适用条件，可以将SBR法、氧化沟法和A-B法排除，从而拟定出三个处理工艺方案。
　　第一方案：采用“以传统活性污泥法为基础的生物硝化方法，降解有机物和NH3-N，同时采用以化学法除磷”的综合处理工艺方案，简称“传统法”或“生物硝化法”。
　　生物硝化的工艺流程与传统活性污泥工艺流程一样，只是以去除BOD₅为主的传统活性污泥工艺是中等负荷，而生物硝化工艺系低负荷或超低负荷。在曝气池内，BOD₅被分解转化，有机氮同时被氨化成NH3-N，再与进水原有的NH3-N一起被硝化成NO3-N。
　　同步的化学沉淀法除磷，是在含磷污水中投加溶解度大、渣物少、易于控制的硫酸铁作为混凝剂，使正磷酸盐被置换成难溶的磷酸铁盐，沉淀后随剩余污泥排出，反应方程如下：
　　Fe(SO₄)₃+2PO3-4→2FePO₄↓+3SO₄^2-
　　化学法除磷运转控制灵活，可根据污水中磷的超标程度随时调整铁盐投加量，从而既保证出水中磷的含量达标也能节约污水厂运行成本。工程中一般按去除lg磷投加12g硫酸铁控制。
　　第二方案：生物除磷脱氮工艺（A2/O工艺）
　　以厌氧/缺氧/好氧即A/A/O系统为特征的生物除磷脱氮工艺。其中除磷是通过磷的厌氧释放和好氧吸附两个过程完成的，脱氮是通过好氧硝化和缺氧反硝化两个过程完成的，有机物的降解是在好氧曝气阶段完成的。
　　A/A/O工艺具有处理效率高，污泥沉降性能好，可以不设沉淀池和污泥消化池等优点。
　　第三方案；"A/O生物法除磷、生物硝化法脱氨、化学法降解滤液与上清液余磷"的处理工艺，简称A/O法。

表1 三个方案主要设计参数对照表 参数 方案 第一方案 第二方案 第三方案 污泥负荷（kgBOD/kgMLSS.d） 0.14 0.105 0.18 泥龄(d) 12 28 10 回流比 75% 100%(内回流比300%) 75% 水力停留时间(h) 6.6 14 7.5 MLSS(mg/L ) 3.0 4.0 3.0

　　以上三种工艺方案均能满足处理达标的要求，都是可靠的。剖析三种方案的机理，有机物的降解都是在好氧曝气阶段完成。污染因子氮的降解，在第一和第三方案中是通过生物硝化反应，利用它能自养微生物将污水中氨氮氧化成硝酸盐的过程。在天津东郊污水处理厂已经多次试验证明，在曝气池中只要污泥负荷降到0.2kg BOD/kg MLSS.D以下，曝气时间延长到4.5h以上，有机氮和氨氮氧成化NO3-N的效率可以达到50%～60%以上；第二方案则是在硝化作用的基础上增加了反硝化的生化过程，利用缺氧池将硝态氮还原成氮气溢出，使得生物脱氮反应进行得更加彻底；另一个污染因子磷的去除，在第一方案是采用化学法，利用投加硫酸铁等混凝剂，将污水中正磷酸盐置换成难溶解的磷酸铁，随即在二沉池通过剩余污泥排除；而第二和第三方案则是以生物法为主，设置厌氧池，先使混合液中的聚磷菌处于压抑状态，释放细胞内的聚磷而蓄存能量，再在后续的好氧池中通过聚磷菌贮存的能量大量吸收污水中的磷，并在细胞内将磷转化为聚磷酸盐，最后以剩余污泥的形式从污水中排出，从而完成除磷过程。在污泥处理过程中产生的含磷滤液与上清液则通过化学法进行再处理。
　　脱氮工艺的选择是只依靠硝化作用还是后加反硝化作用来完成，除磷工艺的选择是依靠化学法还是生物法来完成，两者各有利弊。根据天津市已建污水处理厂的运行经验，必须把降低运行管理费用作为污水处理方案选择的主要因素，因此推荐第三方案。采用生物硝化脱氮，既可以不设缺氧池，减少占地和工程造价，又能节省提升回流液的设备和能耗，出水也能达标；采用以生物法为主除磷，可以节省能源，节省投药量，减少运行费用。在投产以后，还应该根据不同情况及时调整运行工况，如出水用于农灌时，对氮磷的指标可以放宽，有进一步降低运行成本的余地。第三方案污水处理流程如下图。

2　污泥处理和处置工艺方案的选择

　　污水处理过程中产生的大量活性污泥必须通过适当的工艺措施，降低其有机物含量及含水率，减少污泥体积，同时杀灭大部分致病菌和寄生虫卵，达到化学性质稳定和卫生防疫无害化，避免形成二次污染，保证污水处理厂的正常运行。污泥处理方案流程如下图。

　　污水处理厂建成投入正常运行后，每天要产生相当数量的剩余污泥，从目前东郊和纪庄子污水处理厂的情况看，传统的用作农肥的处置方法，已无可靠出路，所以污泥的最终处置也成为国内多数污水处理厂的重大难题。处置是否妥当直接关系污水处理厂能否生存的问题。矛盾相当突出。综合国内外情况，采用污泥填埋手段处置市政污泥，在国外已得到较为广泛的应用，但在我国还没有起步。设计中经过对污泥处置的各种方案，包括堆肥、焚烧、填埋进行反复比较后，决定了采取卫生填埋的方案，填补国内空白。为此随咸阳路污水处理厂工程同时建设市政污泥填埋厂一座，日处理规模720T，计划连同扩建后的纪庄子污水处理厂及拟建的北仓污水处理厂的污泥一并在此进行填埋处置。

3　工艺处理设计的技术措施

　　为了使咸阳路污水处理厂建成后能具有二十世纪现代化的水平达到国内一流，国际先进的标准。除了精心设计，精心施工，精心管理外，还要在设计中采取一系列先进技术措施。
　　1、进水泵房及回流污泥泵房，采用变速拖动技术，既能适应进厂污水量和回流污泥量不时变化的特定条件，保持前池水位的稳定，同时水泵维持在最高效率区工作，实现最大限度的节能运行。
　　2、沉砂池在总结天津东郊和纪庄子两座污水处理厂现有沉砂池使用经验的基础上，咸阳路采用了具有简单、可靠、管理方便的旋流沉砂池。通过自动沉砂、吹砂、洗砂、提砂、输砂以达到既能高效率除砂，同时也能够彻底分离砂粒上的有机物送至后续处理的效果。但是如此大型处理厂采用旋流沉砂的方法，国内没有先例。经过精心设计，将六旋流沉砂池精巧紧凑地布置成梅花形：配水井置于中央，保证进出水顺畅、配水均匀。
　　3、为了保证厌氧/好氧工艺的除磷效果，吸收国外先进经验采取了活性污泥分段回流的崭新工艺。即：约25～30%回流污泥可回流到厌氧池，以保持池内理想的厌氧工况，提高除磷效果，其余回流污泥回流到曝气池，同时提高生物硝化处理效果。目前这种工艺在国内还只处在起步阶段。
　　4、由于市政污水的水量和水质具有不稳定的特点，设计的处理工艺流程也具有相应的可调整性，以便同来水的变化相适应。当来水有机物指标偏低时，为保证除磷脱氮效果可以超越初沉池；当初期雨水量偏大时，部分来水可以超越二级处理设施；当受纳污水河道在枯水季节时，可以超越二级泵房自流排出厂外。
　　5、由于天津市是严重缺水的城市，污水回用势在必行。厂内经二级处理的出水，除大量用于农业灌溉外，还设置规模2万T/d的深度处理设施，计划采用先进的流动性砂过滤器，达到市政杂用水以上的标准，为市政和工业用水提供水源。
　　6、随着咸阳路污水处理厂工程的建设，将建成国内第一座市政污泥填埋场。污泥填埋的操作需要在实践中逐步规范化。目前已经注意到污泥填埋技术的关键是保证污泥有足够的含固率。根据国外资料介绍污泥含固率必须在30%以上、有机成份应该尽量降低、污泥抗剪强度应≥25KN/m2才适合于填埋。所以填埋的污泥需要经过良好的污泥消化，使用高干度的机械脱水，必要时还得添加石灰进行卫生处理。为了保证污泥填埋场能够正常工作，先期将进行试验研究。
　　7、为了探讨采用填埋以外的其他办法处置污泥，也为了延长污泥填埋场的使用年限，并且给污泥资源化奠定基础，将对100T/d的污泥采用干燥方法处置，将经过消化、机械脱水后的污泥在多重盘式干燥炉中干化后，使含固率达90%以上，可以用作装袋的高级农肥，也可以作为建筑材料的辅料利用。
　　8、充分利用消化池产生的沼气能源，配置闭路的沼气搅拌、沼气锅炉、污泥热交换器和沼气驱动鼓风机。使沼气能源的综合利用率达80%以上。根据沼气发电时能源利用回收率低、发电并网困难的经验，暂不采取沼气发电的方法。
　　9、各主要的处理单元作到准确、可靠的闭路自控。包括沉砂池与砂水分离机自动按程序操作；鼓风机根据各曝气池内工况变化、自动调节供风量，保证曝气池稳定的溶解氧值。以及消化池的污泥搅拌、加热系统的全自动控制。
　　10、中央控制室采用模拟屏和投影仪相配合的显视设备，达到静态与动态的有机结合；自动控制系统采用总线型拓朴结构，提高布线和扩展的灵活性。
　　11、污水处理设备的选型是污水处理厂能否实现科学经济运行的关键问题，也是污水处理厂技术水平是否先进的重要标誌。设备选型将遵循"先国内，后国外"的要求。将进口设备压缩到最低限度。但是处理厂的关键设备，国内制造技术尚不过关的设备必须进口。进口设备选择的原则是用超前的标准，精心挑选具有技术含量高、有创造性、有特点、并且在使用中证明效果可靠的，属于世界一流水平的设备，再通过竞标决定。一定要把住技术关，为污水处理厂建成投产后保持国内前沿水平奠定基础。初步拟定进口设备包括：泵、鼓风机、细格栅、旋流沉砂机、曝气器、污水回用、污泥消化、沼气利用、污泥干化及仪表自控等方面的设备。个别设备也将采取引进国外先进技和主机，在国完成配套的方法，如刮泥机等。
　　目前厂内外工程已全面开始进行施工前的准备工作，预计2004年建成投产。