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荷兰鹿特丹DOKHAVEN污水处理厂介绍荷兰鹿特丹DOKHAVEN市政污水处理厂始建于1979年，负责处理来自鹿特丹市中心、南部与西部部分地区城市污水。其主体污水处理工艺构筑物完全置于地面附近存在大量居民住宅的地下，使之成为荷兰，乃至世界污水处理厂建设史上为数不多的经典工程之作。同时，因其污水与污泥处理工艺升级时不断采用世界上最先进的工艺流程，如SHARON（中温亚硝化）与ANAMMOX（厌氧氨氧化）等现代技术已生产化应用于其污泥消化液的脱氮处理之中，从而使它成为世界上技术装备最为先进的污水处理厂。它的总占地面积仅相当于普通处理厂的1/4，这意味着它不仅在能源与材料消耗方面有着很大程度上的可持续意义，而且在节省占地方面亦呈现出十分紧凑的可持续特点。此外，该处理厂在通风尾气的利用与处理、防振消音等方面的工程措施也有独到之处。本文从DOKHAVEN污水处理厂兴建的历史背景、工艺沿革、除磷脱氮、污泥处理、尾气处理、过程控制、安全防护等方面一一介绍该处理厂的情况，目的是使国内同行在跟踪先进污水处理工艺设计以及升级过程的同时，了解发达国家在污水处理设施建设方面的阶段性与总体发展思路以及具体工程实施办法。1历史背景1977年荷兰ZHEW水务局决定在鹿特丹兴建3个市政污水处理厂，以处理从鹿特丹市排放的全部污水。其中一个打算建在鹿特丹市中心的污水处理厂选址在当时成了一大难题。在市中心Vaanplein附近建处理厂不仅耗资巨大，而且也存在着很多棘手的问题，例如通向新马斯河的截流下水道不得不改变方向而穿过鹿特丹市中心地区。这些实际问题迫使市政当局寻找另外较为合适的场址，最后选定了DOKHAVEN——一个已有一个世纪历史但已被废弃多年的船坞码头。由于地表可用面积的限制以及周围已经存在大量居民住宅，污水处理构筑物不得不选择全地下式结构，而且能够利用的最大地下占地面积也仅为传统工艺所需面积的1/4。DOKHAVEN污水处理厂于1979年决定兴建，1981年开始施工，1987年11月3日正式开始运行。因占地所限，在污水处理工艺的现场不可能再兴建污泥处理与处置设施，只好将污泥送往距DOKHAVEN主场地600m以外的另一场地进行单独处理。同时，利用这一场地对从地下式全封闭污水处理工艺中排出的尾气进行必要的处理并排放。实际上，从DOKHAVEN污水处理厂投入运行伊始，污水排放标准便不断提高。这意味着处理工艺必须顺应时代的要求不断升级与变型。在此方面，DOKHAVEN污水处理厂不仅设计时便采用了当时最先进的AB法，而且在近两年内又及时吸收了研发于荷兰的最新脱氮技术——SHARON与ANAMMOX工艺，最大限度地以较可持续的方式降低出水中氮的排放浓度。2排放标准提高与处理工艺升级根据欧洲委员会《地面水污染协定》（75/440/EEC及79/869/EEC）与《市政污水处理协定》（91/271/EEC）［1］，荷兰为满足境内《地面水污染协定》的目标，相应制订了自己严格的排放标准——《市政污水排放规范》。污水处理厂出水不仅要满足这个规范对出水水质的要求，而且还不得不满足对臭味与噪音控制的需要，即满足《环境管理协定》所规定的内容。原始工艺设计（1980年）并未考虑对氮、磷的去除（见表1），而新的《市政污水排放规范》明确规定从1995年起对磷的排放限制，而且从那时起对氮的限制也逐渐由对TKN的控制转向对总氮的控制。显然，原始的设计不能满足对营养物去除的要求，需要进行升级。对于除磷而言，因场地的限制而不得不在原始的生物处理过程主流线上补充化学除磷步骤。而对脱氮来说，及时对污泥消化液采用了近年在荷兰研发出来的SHARON和ANAMMOX工艺。污泥消化液仅占全场进水总量的1%，而所含氮的负荷却占了总进水氮负荷的15%。因此，对这小部分水量进行集中脱氮处理可显著地降低总的出水氮排放浓度。3污水处理厂概况表1逐渐提高的排放标准与目前处理结果指标分阶段排放标准处理结果1980年设计值1995年起2006年后目前出水水质BOD(mg/L)2020204TKN(mg/L)2020-7.7TN(mg/L)-*-2024TP(mg/L)-110.8SS(mg/L)3030302注：*表示未作要求。污水处理厂处理构筑物全部设计于地下。首先，从原船坞地面向海平面以下7～8m要挖去厚厚的淤泥层，紧接着向下是3～4m厚的砂层。原船坞码头便建在砂层以下的隔水（新马斯河）层上，因此，污水处理工艺流程也只能建在这个隔水层上。污水处理工艺施工采用干式法。处理构筑物现场原为码头，而现今已变成一个拥有5hm2面积的公园。全地下污水处理工艺构筑物占据两层，总平面面积为4hm2。它的处理能力为47万人口当量，其中大约30%来自于服务区域内商业污水。污水处理厂进水依靠5个终端泵站通过压力管道导入。原设计中的污泥消化液也通过压力输送回到处理厂（现已单独处理）。暴雨季节，处理厂最大小时处理能力为1.9万m3。处理工艺为二级，首先去除悬浮物，然后为二段生物处理工艺（AB法）。最后，处理水用泵抽入地上的新马斯河排放。处理厂的主要投资用于防护性措施，以保证周围居民免于臭味、振动或噪音的干扰。污水处理过程中产生的污泥用泵送往600m以外的另一处约1hm2的地上场地单独处理。污泥首先浓缩，然后消化。消化过程产生的甲烷用于发电，供应处理厂用电。每年从污泥消化产品——甲烷中产生的电量相当于2750个荷兰家庭的用电量。最后，消化后的脱水污泥被运往鹿特丹以南的一个专用焚烧场做最终焚烧处置。消化上清液（消化液）原设计为回流到污水处理工艺流程再行处理。但因2006年后对氮的控制将完全改用总氮标准，所以原设计显然不能满足要求（见表1），必须寻求新的方法进行升级。由于原污水处理工艺场地根本无余地再行扩建，所以DOKHAVEN污水处理厂经过长时间的技术比较，最终选定了以SHARON+ANAMMOX处理消化液中高浓度氨氮的方案。4污水处理工艺4.1工艺流程DOKHAVEN污水处理工艺流程见图1。进水靠场外5个终端污水泵站以及污泥消化液回流泵通过压力管线被泵入进水池（1）。每条压力管线在处理厂内均可控制开启；发生故障时进水也可通过跨越管线而直接排入新马斯河。进水首先进入细格栅（2）。有4组用于去除漂浮物与纤维物质的细格栅，每组细格栅包括2个孔径为5mm的转鼓，水流垂直进入，截留杂物靠水力挤压后收集。1进水2细格栅3沉砂池4A段曝气池5中间沉淀池6回流污泥7剩余污泥回流8浮滓去除9污泥调节池10B段曝气池11最终沉淀池12出水排放新马斯河13剩余污泥至另一处理厂14格栅截留物排除15沉砂排除图1DOKHAVEN污水处理工艺流程通过格栅后，进水及此前回流的部分污泥经过一个配水槽被平行分为8股，各自进入一个完全相同的曝气沉砂池（3）。沉淀砂粒通过底部刮砂机排出并被冲洗后运出。然后，进水以及部分回流污泥进入8个平行的A段曝气池（4）。因雨季时污水同雨水混合，所以雨季时的曝气池停留时间最短，为15min；旱季时的正常停留时间为30min。在A段曝气池中，COD去除率约80%，同时氮和磷也会因细菌合成或化学沉淀而显著减少。在A段曝气池中，铁盐、混凝剂与絮凝剂配合细菌代谢使用，主要作用是化学除磷。如果曝气池表面出现泡沫现象，还要投加除泡剂。8个平流式中间沉淀池（5）负责对来自A段曝气池（浸没式微孔曝气）的混合液沉淀分离。底部刮泥机以及水面浮滓撇除板清除沉淀污泥与浮滓。回流污泥（6）靠16台大功率水泵回流至格栅前（旱季时），而在雨季时污泥直接回流进入A段曝气池。不断产生的剩余污泥（7）和被撇除的浮滓（8）通过一个调节池送往污泥处理部分。由中间沉淀池分离的上清液（中间出水）依次进入4组B段曝气池（每组中设4个表面曝气器）。自动控制阀门让B段曝气池保持一个恒定的水位，以确保稳定的运行。对B段曝气池来说，存在着一个最大的允许接纳水量。如果中间出水流量超过14500m3/h，多余的水量将被直接排入新马斯河，这种情况显然只在雨季时才会出现。B段曝气池再去除85%的有机物，加上A段曝气池较早已去除的约80%，两段曝气总有机物去除率为96%。在B段曝气池中，氨氮通过硝化作用被氧化为硝酸氮。污泥在最终沉淀池（11）中沉淀分离，回流污泥（6）返回B段曝气池；剩余污泥（7）和浮渣（8）通过一个调节池送往污泥处理部分；最终出水靠出水泵排入有着较高水位的新马斯河。整个污水处理工艺流程的水力停留时间为12h，而传统工艺的停留时间往往需要48h（如在荷兰广泛采用的氧化沟系统）。4.2工艺参数设计负荷47万人口当量，9100m3/h（旱季），19000m3/h（雨季），14250m3/h（最大B段进水量）。格栅4组，流量为7200m3/h，转鼓直径为1000mm，孔径为5mm。曝气沉砂池8组，尺寸14m×3.5m×4.33m(L×W×H)，停留时间为5.4min，粗泡曝气，总曝气能力为925～3850m3/h，吸砂泵为4台，流量为30m3/h，2个18m3沉砂贮存罐。A段曝气池8组，尺寸39.6m×3.5m×4.32m(L×W×H)，停留时间为15min，污泥负荷为3kgBOD/（kgMLSS·d），细泡曝气，总曝气能力为4900～21800m3/h，混合液浓度为1.5～2kgMLSS/m3。中间沉淀池8组，尺寸60.5m×13.1m×2.6m(L×W×H)，停留时间为50min，表面负荷为3m3/(m2·h)，链式刮泥机为16套，污泥回流泵为16台，流量为190～630m3/h，A段剩余污泥调节池为38m3。B段曝气池4组，尺寸27.2m×27.2m×4m(L×W×H)，停留时间为50min，污泥负荷为0.15kgBOD/（kgMLSS·d），表面曝气机16台，混合液浓度为3kgMLSS/m3。最终沉淀池8组，尺寸83.1m×17.2m×2.5m(L×W×H)，停留时间为120min，最大容许流量为14250m3/h，表面负荷为1.25m3/(m2·h)，链式刮泥机16套，污泥回流泵流量为310～710m3/h，B段剩余污泥调节池为35m3。出水泵站水泵为6台，每台流量为3400m3/h。5自动控制大量计算机被用于控制水泵的开启、在线水质/控制参数测量与仪表控制。计算机实际上负责着DOKHAVEN污水处理厂大部分日常运行与监测工作，它们协调着污水与污泥处理工艺，控制着水泵站，保持着与鹿特丹市负责管理排水系统的中心通讯与控制室的联系。原则上，DOKHAVEN污水处理厂的污水与污泥处理部分均不需要人工操作。因此，全场包括工人在内的管理人员编制仅为27名，并实行正常的周末与假日休假制度，无轮班工作的必要。污水处理厂遇故障或事故时完全能以失灵后安全运行模式工作。同时，监视服务系统自动通过计算机报警。中心控制单元为分散式，总控制系统被分成8个子系统。这些子系统全装备有大量的可编程逻辑控制器（PLC）。一旦总控制系统瘫痪，每一个子系统仍可独立工作。控制室长期备用一套操作系统。一套运行系统失灵时，仍能正常工作。控制室也存储着历史数据和数据通讯库；数据通讯库将污水处理、污泥处理以及排水系统终端泵站三者间相互联系起来。自1987年DOKHAVEN投入运行以来，随着信息技术的发展它的自动控制系统不断得到更新和优化。新自控系统已于1999年开始使用，控制理念已现代化，从而保证着满意的出水水质，并使之不断得到改进。目前，处理过程中的各种控制参数（如pH、溶解氧、氧化还原电位等）以及各种污染物浓度（如COD、氨氮、磷酸盐、硝酸氮等）已全部实现在线监测与控制。6污泥处理工艺6.1工艺流程有机污泥作为一种能源载体，首先考虑将其中的有机物转化为含能气体——甲烷。以此为核心，形成如图2所示的污泥处理工艺。来自于污水处理过程产生的剩余污泥在进入污泥消化池（5）前存在两种不同的浓缩方法。来自于A段曝气池的剩余污泥和浮滓在浓缩前先经过一个细格栅（1）过滤，然后平行进入两个重力浓缩池（2）。沉淀污泥含水率为94%；分离出的上清液再回到污水处理工艺进一步处理。1细格栅2重力浓缩池3调节池4带式浓缩机5消化池6调节池?7