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3000741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5.6km2，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：①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。②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BOD5CODcrSSTKNTP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303010015GB8978-88平均值202080463深度处理（mg/L）最高值51050100.55平均值4640460.433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。①传统活性污泥法对于大规模的城市生活污水处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行条件上看，都是较为困难的。②附——氧化二级处理法这种污水生物处理方法也称为AB（AdsorptionBiodegradation）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。③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/COD＝116/656＝0.177，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1MUCT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1.5m3/s，栅渠宽度0.8m，栅前水深1.2m，栅前流速0.78m/s，栅条间隙20mm，栅条厚度8mm，过栅流速1.3m/s。运行控制：根据过栅水头损失控制栅耙运行，最大过栅水头损失200mm，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PreussagNOELL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1.5m3/s，栅渠宽度0.8m，水深1.2m，栅条间隙6mm，栅条厚度4mm。栅渣处置和运行控制同粗格栅。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1.5m3/s，停留时间T=4min，水平流速0.1m/s，池长25m。穿孔管大气泡曝气系统，曝气量1.6m3/h·m3池容，总气量576m3/h，鼓风机300m3/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=30m3/h，H=6m。材