青岛市团岛污水处理厂工程工艺方案及设计.docx

1、青岛市团岛污水处理厂工程工艺方案及设计青岛市团岛污水处理厂工程工艺方案及设计白月芬中国市政工程华北设计研究院，天津 1 概述 青岛市地处胶东半岛西南部，是我国北方著名的轻工港口城市、国家计划单列城市和十五个经济中心城市之一。得天独厚的旅游条件使青岛市形成著名风景旅游和避暑疗养胜地，为保护旅游资源，创造更好的投资环境，促进城市的可持续发展，青岛市已被国家定为黄、渤海污染防治的重点城市。青岛市有五大排水系统，即娄山后排水系统、李村河排水系统、海泊河排水系统、团岛排水系统和青岛路以东排水系统。青岛市团岛污水处理厂位于青岛市市南区团岛，即原团岛污水处理厂西北侧的规划填海区，占地面积10公顷。青岛市团岛

2、污水处理厂工程的建设主要是解决团岛排水系统青岛市市南区西部（即老市区和市中心区）污水随意排放的问题，改善和治理污水对胶州湾的严重污染问题。该工程收水面积为5.6 km2，服务人口为26万人，工程建设规模为10万m3/d。青岛市团岛污水处理厂工程是第一批德国政府赠款项目，赠款总额为2500万德国马克，属青岛市及山东省重点工程项目，工程概算总投资为32423万元，其中利用德国政府赠款2500万德国马克，折合人民币8275万元，国内自筹配套资金24148万元。本工程设备供应商的确定、土建施工单位及设备安装单位的确定均通过公平、公正、合理的招投标方式进行。受青岛市市政总公司和青岛市排水管理处的委托，中

3、国市政工程华北设计研究院承担了本工程项目的设计任务，1991年4月完成了项目的可行性研究报告，并通过省、市两级专家会审。1992年至1993年德国政府派遣专家和官员对该项目进行了技术和经济评估，污水处理工艺由两期实施的两段法A+A2/O改为一期一步到位的一段法A2/O。1994年1月至1995年1月进行了项目的初步设计及设备招标书的编写与发售工作，共有7家外国公司参与投标，经过评标、技术谈判、商务谈判三个阶段认真细致的工作，选出了中标公司，并报国家外经贸部和德国政府批准，最终由德国普鲁士革诺尔（Preusag-Noell）公司中投，并成为进口设备的总供货商。1996年1月中国市政工程华北设计研

4、究院又针对技术上的一些变化及取费标准的变化，对原初步设计进行了修改，1996年5月青岛市建设委员会组织专家会审对初步设计进行了批复。1998年5月最终完成本项目的施工图设计。本工程于1996年4月正式开工建设，1998年10月建成并进行单机试车及联动试车，同时投入试运行状态，1999年4月整个工程全面竣工并通过了青岛市有关部门组织的工程竣工验收。1999年4月正式交付使用。近三年的生产运行结果表明，污水处理厂出水水质各项指标达到了国家污水综合排放标准（GB8978-88）的一级标准指标要求，污水处理厂运行稳定，自动化程度高，除磷脱氮效率高，运行效果达到了预期的目的，充分体现了工程设计的高度创新

5、性、先进性和实用性。综合效益显著，得到了国家、省、市领导及有关单位来访专家的高度评价。国家建设部部长俞正声、山东省省长李春亭、青岛市市委书记张惠来、青岛市市长王家瑞等上级领导先后视察了本工程，并给予了充分的肯定和很高的评价，该项工程目前已成为山东省其它城市建设城市污水处理厂的范例。2 进、出水水质 2.1 进水水质 根据团岛排水系统水质特点： 水质构成以生活污水为主，工业废水仅为数量不多的食品工业废水，其可生化性较高。 污水浓度高，其BOD、COD、TN、TP等浓度是普通城市污水的3 4倍。水质监测资料及华北院对水质进行的现场试验确定见表1。 表1 团岛污水处理厂进厂水质 BOD5CODcrS

6、STKNTP设计水质（mg/L）450900650124102.2 出水水质团岛排水系统附近无可用以接纳污水的河流，自形成排水系统以来，一直将胶州湾海域作为其受纳水体，团岛污水处理厂建成后亦如此。胶州湾位于黄海中部胶州半岛东南部，按海域水体物理交换能力的程度划分，胶州湾大体上可分为两个区域：北部为滞缓区，南部为活跃区。团岛污水处理厂排放口即处于活跃区交换能力最强部位。本工程的二级处理出水标准保证值按照国家污水综合排放标准（GB8978-88）中一级标准和城市二级污水处理厂出水标准综合确定，并完全满足该两标准的要求。深度处理的出水标准保证值按国家建设部生活杂用水水质标准（CJ25.1-89）之规

7、定制定，并充分满足这一标准的要求。 表2 出水水质指标一览表 SSBOD5CODcrNH4+-NTKNTP浊度备注二级处理（mg/L） 最高值303010015 GB8978-88平均值202080463 深度处理（mg/L）最高值5105010 0.55 平均值4640460.43 3 处理工艺的确定 3.1 污水处理工艺确定根据团岛污水系统原污水的水质特点和排放所要求的处理程度，单纯采用物理处理显然已不能适应，必须采用生化二级处理来满足预期的处理目标。而生化处理技术起步较早，发展较快，目前应用类型很多，在可研报告中对将可能采用的工艺方案进行了比较。 传统活性污泥法对于大规模的城市生活污水处

8、理厂采用最多的工艺就是传统活性污泥法的生物曝气工艺。这种工艺是于物理处理过程之后利用在同一人工环境中培养的好氧微生物（包括细菌和原生动物）对污水中的有机污染质进行降解。其工艺较为简单，运行效果可靠，出水水质稳定，运行管理经验成熟，为一般大型污水处理厂所采用。对于团岛污水系统而言，其COD、BOD5、和SS的去除效率完全可以达到预期要求。但是，这种方法只有单一的生物环境，不能发挥和强化不同微生物的生物特性和优势，既不能提高对高浓度污水的有效处理，也不能对NH3-N和TP等污染质有效地去除。因而无法适于团岛污水系统的排放要求，而若采用物理化学的办法加强对氮、磷营养元素的去除，无论从处理成本上还是运

9、行条件上看，都是较为困难的。 附氧化二级处理法这种污水生物处理方法也称为AB（Adsorption Biodegradation）法，是德国亚琛大学B.Bohnke教授于七十年代中期发明的两段高负荷活性污泥法新工艺。这种工艺根据不同微生物群落的生长特性，采取不同的生物环境来发挥不同类型微生物的优势。将传统的活性污泥法的曝气过程分为两段。第一段即A段充分利用世代时间短，适应能力强的菌种在兼性环境中对有机污染质进行以絮凝吸附为主的高效去除特性。在低供氧和高污泥负荷的条件下达到高效去除的结果，从而降低了因原污水浓度高而增大的动力负荷和基建投资。第二段即B段，则主要利用原生动物和少量菌胶团在好氧环境中

10、进行低负荷的“精加工”，提高和保证最终的出水水质。这种工艺不仅能在保证对COD、BOD5、和SS这些主要污染质去除效率的条件下，大大降低动力费用和运行成本，而且由于A段增加了氮的去除和B段的泥龄延长，使硝化所需的工艺边界条件得到明显的改善。从而提高了对氮、磷等营养元素的去除。尽管这种方法十分适宜于高浓度城市污水并较之于传统活性污泥法提高了对氮、磷营养物质的去除，改善了COD和BOD5的比值，进一步增强对COD的去除效率，但是就营养物质而言，其NH3-N的去除效率不足30%，TP的去除效率仅为50%左右，仍不能满足最终的排放目标。 生物除磷脱氮方法生物处理技术进步所遵循的途径主要有两条：一是提高

11、参与作用的微生物量，增加有机物与微生物接触的机率，其实现的手段是提高混合液浓度。二是发挥不同微生物优势的代谢特性，筛选菌种，提供与优势微生物生理特性相适应的生物环境，使各类微生物尽其所能“分工负责”，发挥最大优势来实现人类所预期的处理目标。生物除磷脱氮工艺即采取这一途径，其脱氮是先通过延长曝气时间，利用世代时间较长的硝化菌，将氨氮转化为硝酸盐，再利用缺氧条件下的兼性厌氧反硝化菌将硝态氮转化为气态氮逸出，从而达到去除原水中NH3-N的目的。除磷则是先利用厌氧条件下兼性和好氧聚磷菌进行磷的有效释放，再利用经厌氧放磷的菌群在好氧条件下大量增殖吸磷的特性，使原污水中的磷转化为生物细胞（活性污泥），最终

12、通过沉淀分离，将富磷剩余污泥排除来实现。由于这一完整的除磷、脱氮过程是分别在厌氧、兼氧和好氧条件下进行的，所以通常被称之为A2/O工艺（即厌氧Anaerobic+缺氧Anoxic+好氧Oxic工艺）。这一技术自七十年代初在南非和美国问世至今，虽只有二十年左右的历史，但这种工艺已受到世界各国污水处理技术界的极大重视和采用。随着对污水排放标准的提高，很多国家都把这种工艺作为首选工艺。其理论研究更是日益深入，发展极快，现已臻成熟，并已发展出多种改进型，可适应不同条件的污水水质。在可研报告中推荐的是当时应用最普遍的一种模式，称为phoredox三阶段工艺，是最基本的A2/O工艺，适合于污水碳源较为充足

13、的情况，通常是TKN/COD0.08。但是，我院所作青岛市团岛污水处理试验结果表示，团岛系统的污水沉淀后TKN/COD116/6560.177，碳源不甚充足，“试验结果和动力学计算都表明，在此种特殊的水质条件下利用生物方法脱氮的同时，达到很好的除磷效果是比较困难的。这是因为原水碳源不足导致了A2/O工艺缺氧段反硝化不充分，出水中NO3-N浓度较高，大量的NO3-N随回流污泥进入厌氧段，并在那里进行反硝化，迅速消耗快速COD，抑制了厌氧段磷的有效释放，因而在好氧段磷的吸收也几乎全无发生，导致了除磷效果不佳。针对上述情况，在设计中考虑了两种改良型的A2/O工艺。这两种工艺的共同特点是，在碳源不十分

14、充足、反硝化程度不高的情况下仍可获得较好的除磷效果，这两种工艺分别称MUCT工艺和改良型的phoredox工艺，其运行方式见图1、图2。 图1 MUCT除磷脱氮工艺图2 改良型phoredox除磷脱氮工艺这两种工艺的适用条件和效果相近，但后者可节省一级污泥回流泵，可相对地节省部分建设费和运行费用。因此本工程设计确定采用这种改良的phoredox除磷脱氮工艺。工艺流程见图3。图3 污水处理工艺流程图3.2 污泥处理工艺确定 污泥处理采用目前国内外应用最普遍的中温消化处理工艺，采用这种工艺不仅可以达到污泥稳定的目的，而且可以消灭污泥中的部分致病菌和寄生虫卵。在消化过程中所产生的沼气可以用作燃料来拖

15、动鼓风机，降低污水处理厂的电耗。采用一级中温消化，机械搅拌。本工程设计污泥处理工艺流程见图4。3.3 污水深度处理工艺 污水的深度处理采用常规混凝沉淀过滤工艺，其出水水质可充分满足生活杂用水水质标准要求，不仅可用于厕所冲洗、城市绿化、洗车和扫除，也可用作冷却用水。工艺流程如图5。 图4 污泥处理工艺流程图图5 污水深度处理工艺流程图4 工艺设计 4.1 粗格栅粗格栅采用高链式机械除渣粗格栅，设3台，其中一台备用。主要设计参数：设计流量1.5 m3/s，栅渠宽度0.8 m，栅前水深1.2 m，栅前流速0.78 m/s，栅条间隙20 mm，栅条厚度8 mm，过栅流速1.3 m/s。运行控制：根据过

16、栅水头损失控制栅耙运行，最大过栅水头损失200 mm，同时设定时和手动控制。栅渣处置：栅渣经压榨机挤压脱水后运往厂外填埋，3台粗格栅，共用一台无轴式螺旋输送机和压榨机。为节省土建费用及便于管理，把细格栅同粗格栅及其栅渣压榨机合建于一体，上面设雨棚。设备制造厂家：粗细格栅德国Preussag NOELL公司；栅渣压榨机德国EMU公司。材料：格栅水下部分及其它同水接触部分均为不锈钢，栅渣压榨机全部为不锈钢。4.2 细格栅 细格栅设3台，2用1备，全部为机械除渣高链式细格栅。设计参数：流量1.5 m3/s，栅渠宽度0.8 m，水深1.2 m，栅条间隙6 mm，栅条厚度4 mm。栅渣处置和运行控制同粗

17、格栅。4.3 曝气沉砂池 沉砂采用带除渣撇油渠的矩形曝气沉砂池，设两格。设计参数：流量1.5 m3/s，停留时间T=4 min，水平流速0.1 m/s，池长25 m。穿孔管大气泡曝气系统，曝气量1.6 m3/hm3池容，总气量576 m3/h，鼓风机300 m3/h(2+1)（带噪音控制罩）。排砂机械：桥式刮砂机，两格共用一车，每格设一个吸砂泵，一个圆形旋流式砂水分离器。撇油除渣：每格设一个浮渣刮板，刮除的浮渣和油脂用浮渣泵（2用1备）送至污泥消化池或污泥浓缩池，浮渣泵规格Q=30 m3/h，H=6 m。材料：所有空气管均为不锈钢管材。4.4 进水泵房 设计流量 Q=1.5 m3/s。水泵采用

18、德国进口的不堵塞型潜水泵，共设4台，3用1备。设计参数：水泵扬程12 m，流量500 L/s，轴功率75 kW。为节省占地和造价及管理的方便，泵房与粗格栅、细格栅及曝气沉砂池四位一体，建在一起。水泵由PLC控制，自动运行，根据进水量或集水池位调整工作出水泵的台数。每台水泵的工作都是均衡的，互为备用。地上设就地控制箱。4.5 初沉池 初沉池采用矩形平流池，这一方面是为节省占地面积，解决本工程占地面积不足的问题，另外根据理论研究结果，平流沉淀池运行的水力条件要比辐流池好些，例如配水均匀、水流稳定、耐冲击负荷性强、受风力影响较小等，因而沉淀效果好。在造价方面，随着规模的扩大，格数的增多，造价也逐渐降

19、低。对此，近几年随着对外交流机会的增多，在出国考察时，我们也深有体会和验证。同国内不同，国外污水处理厂中平流式沉淀池的应用是十分普遍的。4.6 初沉池主要设计参数及设备规格 设计流量5400 m3/h，表面负荷2 m3/hm2，停留时间1.5 h，有效水深3.0 m，水平流速8 mm/s，池长43 m，格宽8 m，8格。排泥：每池设链条式刮泥机，自后向前刮泥至池首处的泥斗，定时靠静水压将泥排出池外，用排泥泵排至污泥浓缩池，每天排泥约12小时。选用气动排泥阀。链条式刮泥机，链条及链轮均用不锈钢制造，刮板用特种木材制造。浮渣槽设于池末端，用不锈钢制造。浮渣泵为德国KSB潜水泵，Q=10 m3/h，

20、H=10 m，3台(2+1)。设2台空气压缩机(1+1)，一个空气罐，作为气动阀的气源。设排泥泵2台(1+1)，Q=90 m3/h，H=10 m。运转说明： 每池前端设进水闸门和配水穿孔墙，池后部设指形槽集水，运转时可单池停池检修，并可视进水碳源情况关闭1 4个池子，缩短停留时间，以求尽可能的提高曝气池的碳氮比，改善反硝化条件； 各池轮流排泥。4.7 曝气池 池 型：矩形推流式鼓风曝气池主要设计参数及计算结果：设计流量：因为曝气池水力停留时间很长，故其设计流量按最高日平均时流量计算，日变化系数Kd取1.1，Q=4583 m3/h。进水温度14，安全系数2.5，硝化区泥龄6 d，非曝气污泥比0.

21、48。硝化菌的生长率为14=0.43（按t=0.471.103t-15，Downing公式），系统总泥龄11.5 d。污泥产率YSS按德国ATV，ABI公式： 式中：SS0进入曝气池的SS浓度，为318 mg/L；BOD5进入曝气池的BOD5，为292 mg/L；tDS系统的总泥龄，d；计算结果，污泥产率为Yss=1.05 kgSS/kgBOD曝气池中SS总量： 混合液浓度MLSS=4 kg/m3。曝气池总容积V=88 147 m3，水力停留时间Td=19.2 h，其中好氧（硝化）区停留时间10 h，池容积46 000 m3；回流污泥反硝化区停留时间1 h，池容积46 000 m3；厌氧（磷释

22、放）区停留时间1.5 h，池容积6700 m3；缺氧（反硝化）区停留时间6.5 h，池容积29 800m3；脱气区池容积1000 m3。校核参数：BOD容积负荷LV=0.33 kgBOD/m3d；BOD污泥负荷Ls=0.08 kgBOD/kgSSd。4.8 池体布置及主要尺寸 共设4池，并联工作，每池从前至后依次是回流污泥反硝化区、厌氧区、缺氧区、缺氧、好氧两用区和好氧区、除气区。好氧区内安装曝氧头，两用区安装曝气头和水下搅拌器，其余各区均安装水下搅拌器。有效水深：6.5 m。污泥回流：回流污泥用不堵塞型潜水泵提升，回流泵最大流量按回流比R=150%计，为6250 m3/h，为便于调节流量设7

23、台水泵，6用l备，水泵扬程6 m。剩余污泥：剩余污泥单独用泵提升送至污泥浓缩池，剩余污泥泵设4台（其中1台备用），设2套变频调速器，以便调节排泥量。曝气系统：选用德国OXYFLEX公司生产的板式曝气头，氧转移率不低于15 gO2/m3m水深，通过曝气头的损失不大于250 mm，每座曝气池内均适当设置甲酸冲洗接口和（冷凝水）排水管，配备两套移动式甲酸冲洗设备。水下搅拌器：为防止非曝气区内混合液形成沉淀，在其中设水下搅拌器。搅拌功率：硝化、反硝化两用区内5 W/m3池容，其余3 W/m3池容，搅拌器采用FLYGT公司产品。空气管道：全部空气管道均由外方提供，池内为不锈钢管，池外至鼓风机房均为热镀锌

24、钢管。溶解氧控制水平： 好氧段2 mg/L；缺氧段0.7 mg/L；厌氧段0.5mg/ L。4.9 二沉池 二沉池采用矩形平流式，钢筋砼结构。设计流量1.5 m3/s（5420 m3/h），表面负荷1.0 m3/m2h，停留时间3.5 h，格宽10 m，格长66.0 m，12格。有效水深3.5m，总水深4.0 m，水平流速8 mm/s。二沉池出水经加氯后进接触池、接触30分钟后排出厂外。4.10 鼓风机房 鼓风机房设计流量为66 500 m3/h，选用HV型单级高速离心式鼓风机、设4台、其性能参数为：流量16 625 m3/h，压力7500 mm水柱，轴功率425 kW。另外配备沼气拖动的相同

25、规格鼓风机2台，不另设备用鼓风机。鼓风机房墙外设进风廊道和进风塔，廊道入口处设两个卷帘式空气除尘器。每台鼓风机的进口均设有进口消声过滤器，出口处设有排气安全阀。沼气发动机的总效率仅30%。为了提高沼气能源的利用率，配备全套的余热回收系统，把沼气发动机冷却水和排烟气中的余热回收起来，利用其为消化池内的污泥加热。这样可以回收到沼气热量的40%，使综合效率提高70%。回收的这部分热量，在夏季已足够消化池加热，冬季不足部分由燃油锅炉补充。鼓风机的工作，由PLC自动控制。运转时根据两曝气池内溶解氧的大小由PLC自动地调整某一台工作风机的出风量或增减工作风机的台数，维持曝气池中溶解氧在设定的范围内，达到经

26、济运行的目的。鼓风机出风量的改变是由伺服马达调整风机进口导叶片的角度来实现的。4.11 混合液回流 最大的混合液回流比按q=400%计。混合液回流泵采用潜水轴流泵，设在曝气池的末端池内，每个曝气池设1台，共4台。设计回流泵流量4180 m3/h，扬程0.8 m。4.12 污泥浓缩池 初沉池污泥和剩余活性污泥均进入污泥浓缩池中进行浓缩。这样作的好处是比较经济，也简化管理，但在技术上却因污水处理工艺的不同而有不同的评价。对仅以去除含碳有机物（即BOD）为目标的普通污性污泥法是合理的，也是广泛应用的。但对于具有生物除磷脱氮作用的A2/O工艺却存在着一个较为严重的问题。我们知道，在A2/O工艺过程中，

27、由于受到原污水中碳源、非曝气污泥比值及混合液比的限制，在硝化段产生的硝态氮不可能全部被反硝化成氮气，这样在剩余污泥中势必含有一定数量的硝态氮，而在初沉池污泥中又存在着一定数量的BOD物质，如果把这样的两种污泥混合并置于厌氧条件下的重力式污泥浓缩池中，就会造成硝态氮反硝化以及聚磷菌的磷释放。反硝化过程中产生的氮气在池中上升，造成某种程度的污泥上浮，严重影响浓缩效果，并提高上清液中悬浮物的含量。这样的上清液在回到污水处理工艺系统中将增加系统的负荷。而磷释放又使本来可以随污泥一起排除的磷又回到系统中，也加重系统的负荷。另外，重力式污泥浓缩池用以浓缩活性剩余污泥，其效果并不十分理想，通常最大可以达到3

28、%的含固率。而较低的含固率造成污泥体积流量的加大，又导致污泥消化池体积大、能耗高等方面的技术不合理。针对这些问题，充分利用引进设备的优势，参照国外日益普遍的作法，对剩余污泥单独进行机械浓缩，而初沉池污泥仍用重力式浓缩。经机械浓缩后，剩余污泥的含固率可达5%，其体积流量减少到580 m3/d，比采用重力浓缩式减少40%，消化池容积大为降低，用于消化池搅拌、加热方面的能耗也将大幅度降低，在技术和经济方面都具有极大的优越性。对剩余污泥的机械脱水，有两种设备可供选择：其一是离心浓缩机，具有全密封操作、卫生条件好以及混凝剂用量少、单机产率高、节省占地等优点，但设备价格较高，且耗电量也略高些；其二是带式浓

29、缩机，在操作条件、混凝剂耗量方面明显劣于离心机，但价格可低100万马克。考虑本工程德国赠款许用额度缺口较大，若引进离心浓缩机，只能挤掉其它设备，因此只能舍而求其次，选用带式浓缩机。机型采用德国KLEIN公司双带式浓缩机，设计四台，三用一备。混凝剂采用PAM干粉，投加量1 2 kg/t干污泥。混凝剂制品及投加全套设备均采用德国产品，投药量按污泥量比例自动控制。剩余污泥量29 000 DS。浓缩前含固率0.67%，体积流量4328 m3/d；浓缩后含固率5%，体积流量580 m3/d初沉污泥仍采用重力式浓缩池，池型为圆形幅流式。污泥量37050 kgSS/d，浓缩前含固率3%，体积流量1235 m

30、3/d，表面固体负荷93 kgSS/m2d，浓缩池总表面积400 m2；2池，每池面积200 m2，直径16 m，停留时间24小时，有效深4 m；悬挂式中间传动带栅条式刮泥机，主要部件均用不锈钢制造；浓缩后含固率5%。4.13 污泥消化池 污泥消化采用一级中温消化。设计污泥量66 720 kgDS/d，有机含量59%，消化前含固量5.39%，体积流量1219 m3/d，停留25 d（投配率4%）。消化池4座，总容积30 000 m3，单池容积7500 m3。有机物分解率50%。消化后污泥量47 000 kgDS，消化池温度351，池外间接加热，热媒为90热水，来自锅炉房或沼气机余热系统。搅拌方

31、式的说明：主要的搅拌方式有沼气搅拌和机械搅拌两种，目前，国内大型污泥消化池多采用沼气循环搅拌，这种方式具有搅拌均匀，便于控制的优点。又因为池内没有活动部件，而便于检修。另外的一种搅拌方式是机械搅拌，这种搅拌方式最突出的优势是搅拌均匀而且能耗低，因而在60年代以前曾在消化池搅拌中占据主导地位。后来因维修困难才逐步为沼气搅拌所替代。但近年来，国外研究出的几种新型机械搅拌器彻底解决了维修难的问题，其明显的节能效果受到污水处理界的重视，又逐步重新被广泛的采用。其中具有代表性的是短轴式机械搅拌器。这种搅拌器由一个导流筒和一个立式轴流泵组成。轴流泵设在池内上部液位以下，下面接导流筒。轴流泵由设于池盖上面的立式电机脱动，泵轴和叶轮可从池内抽出进行检修。4.14 污泥控制室 四座消化池共用