北京高碑店污水处理厂

水厂简介

    北京市高碑店污水处理厂由北京市市政工程局负责建设，北京市市政工程设计研究总院设计，北京市第四市政工程公司施工。该处理厂是北京市城市总体规划拟建的16座城市污水厂中规模最大、也是目前全国最大的污水处理厂。厂承担着北京市中心区及东郊地区总计9661 ha流域范围内的污水治理，服务人口240万，占地1020亩，远期建设规模250万m3/d，近期建设规模100万m3/d，占全市污水处理总量的40%。本工程获北京市第七届优秀设计一等奖，建设部优秀设计一等奖，全国第七届优秀工程设计银奖，中国土木工程学会詹天佑大奖。

    近期工程建分两期实施。一期规模50万m3/d，投资5.24亿元人民币。1984~1990年设计，1990年开工，1993年底建成通水，第二期50万m3/d已于1999年完成。

    处理流程采用前置缺氧段活性污泥法二级处理工艺：一级处理包括格栅、泵房、曝气沉砂池和矩形平流沉淀池；二级处理采用推流式曝气池；污泥处理采用中温两级消化工艺，消化后经脱水的泥饼外运作为农业和绿化的肥源。消化过程中产生的沼气，用于发电可解决厂内20％用电量。同时将部分二级出水（1万m3/d）经进行深度处理（混凝、沉淀、过滤）后，用作厂区生活杂用水，不仅有效地节约了水资源，还将为大规模的污水回用积累了有益的经验。

高碑店污水处理厂一期工程从1993年投产后，至今已连续运行了7年，出水指标一直稳定达标，二期工程从投入污水到微生物生成，仅用了一个月的时间出水就已达标，而且出水水质指标远低于国家排放标准，具体指标如下：出水水质情况为：进水SS 250 mg/L，BOD5 200 mg/L，COD 500 mg/L；出水SS≤30 mg/L，BOD5≤16 mg/L。在实际能耗与运行费用方面，基建单位水量投资为1600元/（m3/d），实际电耗0.15 kWh/m3水，实际运行成本0.33元/m3水（不计折旧）。

第一章工艺流程简介

【一期污水工艺选择】

    针对出水要求，通过试验研究，一期选用前置缺氧段推流式活性污泥法，延长曝气时间，使出水完全硝化。污泥处理采用两级中温消化工艺。沼气用以发电。以补充能源。发电机的冷却水、尾气余热、供消化池加热。提高热能回收率。回用水的深度处理考虑在二级处理基础上，增加混凝、沉淀和砂虑两种简单工艺，使出水水质进一步提高。

【二期污水处理工艺选择】

    污水处理工艺采用传统活性污泥法二级处理工艺，分为两个系列，每个系列为25万m3/d。其中一个系列采用前置缺氧段活性污泥法工艺，即在推流式曝气池前设缺氧段（占生物处理池总容积的1/12）其目的是改善污泥性质，防止污泥膨胀。另一个系列采用缺氧好氧脱氮活性污泥法工艺，即在曝气池进口段设置1/6池长作为脱氮池，后续1/6池长作为可变段，并采用内回流泵进行曝气池混合液内循环，内回流比为200％。本系列出水自成系统NH4+-N≤3mg/L，可直接作为工业冷却水使用。

（一）格栅间

    高碑店污水处理厂在泵房前池分别安装粗、细两道格栅。格栅的作用是用以截留较大的悬浮物或漂浮物，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷。粗格栅间隙100 mm人工清除污物，细格栅间隙25 mm，为链条式自动除污机，二期工程将粗格栅改为连续式自动清理，细格栅改为间隙0.5 mm回转式自动除污机；栅渣用皮带输送装筒运往垃圾消纳厂填埋。

（二）进水泵房

    高碑店污水处理厂设置6台立式污水混流泵，一期4台，二期2台。进水泵的作用是将上游来水提升至后续处理单元所要求的高度，使其实现重力自流。水泵性能如下：

水泵流量  315m3/s    

水泵扬程4m    

水泵转速92r/min   

水泵效率80%    

水泵输出功率600kw

格栅间

进水泵房

（三）曝气沉砂池

    沉砂池主要功能是去除大颗粒的砂粒和无机物，避免砂粒沉积和堵塞管道，减少机械设备的磨损。为了使分离出来的砂粒和无机物比较干净，不带走有机物，以提高进水BOD浓度，高碑店污水处理厂采用曝气沉砂池，它的原理是通过曝气使污水产生竖向紊流，使水与大颗粒无机物产生摩擦，将黏附于砂粒表面的有机物洗下，砂粒沉降于池底的集砂槽，通过潜污泵将砂子吸走，在螺旋砂水分离器中将砂水分离，砂子运走，分离出的污水进入厂区污水管线。

    高碑店污水处理厂一、二期各设两座曝气沉砂池，每座由两条池子组成，每条池长21米，宽6米，有效水深4.25米，横向40°坡角。污水在池中停留时间为6分钟。集砂槽长21米，宽0.8米，深1.04米。每座池设1台移动桥式吸砂机及砂水分离器，共2套（瑞典PURAC公司）。

曝气沉砂池

移动桥式吸砂机

砂水分离器

（四）初次沉淀池

    初沉池的主要作用是将污水在池内进行初次沉淀，去除污水中部分SS（50％～60％）、BOD5（25％～35％）和漂浮物以及均和水质。沉降于池底的污泥通过刮泥机的往复运行，将刮至泥斗中，再经螺杆泵组将污泥排至浓缩池，完成对污水的一级处理。

    北京市高碑店污水处理厂采用的是平流式沉淀池，分四个系列，每系列六座初沉池，共24座，每座沉淀池的长为75米，宽14米，池末端有效水深为2.5米，池底纵向坡度为0.005，每座沉淀池表面积A=1050m2，设4个泥斗，泥斗容积共57m3；表面负荷0.826m3/m2·h，水力停留时间1.5小时。

    初沉池上采用行车桥式刮泥机，配水渠道上防止污泥沉淀安装有飞力搅拌器，初沉池管廊装有六组螺杆泵组，每组螺杆泵组由一台破碎机和两台螺杆泵组成，负责两组初沉池的排泥，每组螺杆泵的运行是间歇的，其运行周期可在运行中根据污泥浓度来控制。

初沉池

泥斗

行车式刮泥池

飞力搅拌器

（一）曝气池

    高碑店污水处厂为改善污泥沉降性能，减少二沉池反硝化过程，减少二沉池的污泥上浮，提高出水水质，二级处理采用缺氧-好氧（A/O）活性污泥法，前缺氧后曝气，延长缺氧时间。

曝气池是由微生物组成的活性污泥与污水中 的有机污染物质充分混合接触，并进而将其吸收分解的场所，它是活性污工艺的核心。高碑店污水处厂采用推流式曝气池，一、二两期共有24座曝气池，分为4个系列，每6座为一系列；每座曝气池由三个廊道组成，每个廊道的设计尺寸为长96.2米，宽9.28米，有效水深6米，超高1.1米，第一廊道的前1/2段为厌氧段，为防止污泥沉降，装有2台水下搅拌器，在回流渠内为防止污泥沉降装有Flygt SR4650 水下搅拌器2台。曝气方式采用曝气头：一期采用国产钢钰式微式曝气器共90000个，二期采用进口膜片橡胶微孔曝气头，总数为36036个；曝气时间9.2 h；900 kW离心式鼓风机共8台（2台备用）。二期工程4系列为A/O法，增加内回流设施。

曝气池

曝气头

厌氧段搅拌器

回流渠搅拌器

【生物脱氮工艺参数控制】

    F/M和SRT： A-O生物脱氮工艺应采用低负荷，即F/M≤0.15kgBOD5/kgMLSS.d，有时为使出水含氮量降低，甚至采用0.05kgBOD5/kgMLSS.d的超低负荷，采用较高的泥龄SRT，为达到较好的硝化和反硝化效果，一般采用SRT≥8天。

    内回流比：内回流比系指混合液内回流量与入流污水量之比，本厂采用内回流比r=200～400%

    回流比：由于入流污水中氮绝大部分已被去除，二沉池中NO3—N浓度不高，因此二沉池中由于反硝化而导致污泥上浮的危险性较小，同时降低R，可延长污水在曝气池中的停留时间，回流比应控制在R≤70％。

    溶解氧DO：生物硝化反应主要在好氧段进行，因此好氧段DO≥2mg/L，生物反硝化反应主要在厌氧段进行，因此厌氧段DO≤0.5mg/L，在运行中，根据工艺需要随时调整DO值。

    BOD5和TKN：为使缺氧段的污水中必须有充足的有机物，以满足反硝化细菌在分解有机物的过程中反化脱氮，在厌氧段应使BOD5/TKN应控制在2～3。

    PH值和碱度：PH应控制在6.5～8.0范围内，利于硝化及反硝化高效进行。

（二）二次沉淀池

    二沉池是使活性污泥与处理完的污水分离，并使污泥得到一定程度的浓缩。高碑店污水处理厂共设24座中心进水、周边出水圆形幅流式二次沉淀池。单池直径50米，有效水深4米，池底坡度2％，缓冲层高度 0.5m，刮板高度0.3m。表面积1963平方米。

    二沉池排泥采用桥式刮吸结合虹吸式静压式并辅助真空提升方式，提升污泥送至配水井，再经配水井送至回流污泥泵房。二沉池浮渣通过设在池面的浮渣浮渣漏斗排至池外浮渣井进行去除。

【配水井】

    每三座二沉池设一座配水井，四个系列共8座配水井，每座配水井分四层，具备四种功能：

    a.作为总进水井，来自曝气池的出水经2000mm管直接进入中心总进水井。

    b.作为二沉池配水井，每座配水井将来水分配给本系列的三个二沉池。

    c.作为二沉池排泥井，二沉池的污泥排至配水井，再经回流污泥管排至回流污泥泵房。

    d.作为二沉池出水井，二沉池出水排至配水井，再经中水闸和退水闸分别流至中水管和退水管。

【工艺参数】

    实际表面负荷q=0.9-1.7m3/m2h，实际停留时间T=2.5-4.0h

二沉池

二沉池

桥式刮泥机

配水井

（三）回流污泥系统和剩余污泥系统

    回流系统的作用是将二沉池中的活性污泥打回到曝气池中去，以补充曝气池中的污泥，防止污泥流失。

    剩余污泥系统的作用是通过剩余污泥泵将剩余污泥排至初沉池配水渠道，防止泥龄过高及污泥浓度过高，而使污泥活性降低。

    高碑店污水处理厂四个系列配套相应回流污泥泵房4座，每座回流泵房的集泥井内有回流泵4台（采用进口螺旋浆式潜水泵，Q=1m3/s），剩余污泥泵3台（采用潜污泵，Q=0.05m3/s）。

螺旋式潜水泵

潜污泵

（四）内回流系统

    二期工程四系列曝气池采用的是A-O生物脱氮工艺，四系列各组曝气池末端各装一台内回流泵(Q＝1.17m3/s，功率为2.5KW，变频范围0～50HZ)。内回流泵将曝气池混合液由第三廊道末端抽升回第一廊道首端，延长污水在曝气池中的停留时间，其目的是通过微生物硝化和反硝化作用，增加脱氮功能，进一步提高出水水质。

第四章中水处理

    高碑店污水处理厂二期工程设计了中水区，其日处理能力为10000m3/d，目的是将二沉池出水进一步处理，去除部分BOD、COD、SS，使出水水质进一步提高，达到更高的要求，处理后的中水用于绿化、生产用水及景观用水等。中水区的工艺流程如下：

【中水泵房】

   中水泵房是中水区的动力源，它包括3台提升泵（Q=173m3/h，H＝15m，P＝11KW）和3台输水泵（Q=360m3/h，H＝45-55m，P＝75KW），它的主要功能是用提升泵将二沉池出水提升至反应沉淀池，并用输水泵将处理完的中水输送至各用水点。

提升泵

【加药间】

加药间是混凝剂（中水区用的是聚铝）投加的场所，包括两个药箱，尺寸为1.5×1.5×2.4m，和2台柱塞式可调加药泵，将配好的混凝剂用加药泵通过静压混合器加入到原水中去，使原水与混凝剂充分混合，加药间下部为贮泥池及排泥泵间，贮泥池内安装两台潜水泵（Q=83.5m3/h，H＝2-22m，P＝3KW），一用一备，泵的开停由液位控制。

加药槽

加药间

【反应沉淀池】

    二级处理后的来水在进入反应池前的管道上加入聚铝，经过静态反应器最后进入反应池进行反应，后进入沉淀池进行沉淀。

    反应池采用的是大波板高效反应器，分3个串连的反应室，反应器总长为22.75m，总面积为4.2m2。反应池底部设8个斗，每斗的排泥管上设一排泥阀。

    沉淀池采用斜板沉淀池，分为2组，布置在反应池两侧，每组尺寸5.4m×5.4m，总高度5米。每组沉淀池分三个长条型排泥斗，采用水力螺旋排泥器进行排泥，每台水力螺旋排泥器装一水力快开冲洗阀，均由程序控制器按程序定时开启阀门。每组沉淀池的三个泥斗按顺序先后排泥，每泥斗的排泥时间为2分钟，排泥周期为两小时。

【滤池】

    滤池采用单层均质石英砂滤料，恒水位，等滤速过滤，气水反冲及表面扫洗的“V”型滤池2组，每组表面尺寸为8×3m，面积：48m2。每组池设一条冲洗排水槽，排水槽底部为配水渠，在集配水渠一侧墙的底部开有布水孔，作为空气冲洗的通道。滤池北端设有反冲洗设备间，内设两台反冲洗水泵（Q=63-97m3/h，H＝8.4-5.2m，P＝10KW），两台反冲洗用鼓风机（Q=2m3/min，H＝5m，P＝30KW），一台潜水泵（Q=6m3/h，H＝6m，P＝3KW）

【滤池主要设计参数】

    设计滤速：8 m3/m2.h              强制滤速：16 m3/m2.h（单池运行）

    过滤水头：1.2m                   空气冲洗强度：15L/s.m2

    水反冲洗强度：4 L/s.m2           表面扫洗强度：1.4-2.5 L/s.m2 

    冲洗周期：24小时

“V”型滤池过滤

反冲洗进气进水孔

没有安装滤板之前的“V”型滤池

“V”型滤池

“V”型滤池试水

“V”型滤池反冲洗

【清水池】

   为贮存中水，设两座2000m3清水池，对称布置。每座平面尺寸为28.4×18.4m，水深3.8m。清水出水进入输水泵房集水井，用输水泵送至各用水点。

高碑店污水处理厂中水处理后可以养鱼

【一期污泥处理工艺】

【二期污泥处理工艺】

【污泥浓缩池】

    浓缩池采用重力浓缩。一期直径23.5 m、二期直径20 m，池形为园形共12座，采用国产半桥式栅条浓缩机，进口定容式污泥泵。

重力浓池

重力浓池和消化池

【消化池】

    消化池为园柱形，总高28.8 m（地下5 m）、直径20 m的二级中温消化，共16座（12座一级，4座二级）。

消化池

消化池与初沉池

［消化池工艺参数控制］

    上清液：上清液的排放量不能超过进泥量的1/4

    PH值：自动维持在6.5~7.5之间

    VFA挥发性脂肪酸：50~500mg/L

    ALK碱度：1000~5000mg/L

    消化池压力：200~400mmH2O

【污泥脱水机】

    污泥脱水机房设置2座，采用带式压滤机，分别设有加药设备，混凝剂采用高分子混凝剂（聚丙烯酰胺）。

污泥脱水机房

带式压滤机

【沼气储柜】

    沼气储柜为一期设1座容积2000 m3、压力0.6 MPa干式球罐，1座容积3000 m3、压力200～250 mmH2O湿式气柜；二期为低压湿式三屉螺旋式升降式钢结构。

气柜

球罐

【脱硫装置】

    一、二期分别采用干式脱硫及湿式脱硫（碱液）。污泥消化所产生的沼气，考虑到使用的不均匀性和事故排放，设废气燃烧器1座，将部分多余气体和事故排放的气体，燃烧后排放，以减少对周围环境的污染。经脱水后的泥饼外运作为农业和绿化的肥源。

【发电机组】

    消化池污泥产生的沼气用以发电，补充本厂能源。发电机组的冷却水供消化池加热。

一期发电机组

二期发电机组

北京高碑店污水处理厂