1 前言

高碑店污水處理廠是北京市建設(shè)的第一座大型城市污水處理廠，也是目前國(guó)內(nèi)最大的城市污水處理廠，其處理規(guī)模為100萬(wàn)m3／d，按照北京市的遠(yuǎn)景規(guī)劃，其最終規(guī)模將達(dá)到250萬(wàn)m3／d。該廠位于北京市東郊朝陽(yáng)區(qū)高碑店鄉(xiāng)，距市中心約14Km，它承擔(dān)著市區(qū)的生活污水及東郊地區(qū)的工業(yè)排水的處理，總流域面積約100Km2，服務(wù)人口約240萬(wàn)。

工程建設(shè)分二期進(jìn)行，一期工程已于1993年12月竣工投產(chǎn)；二期工程于1996年10月開工，1999年9月竣工通水。目前，高碑店污水處理廠的處理規(guī)模已達(dá)到100萬(wàn)m3／d，處理的污水量占全市污水總量的40％，從而使北京市的城市污水處理率從25％提高到46％，對(duì)改善北京的環(huán)境衛(wèi)生及東郊地區(qū)通惠河水系的污染起了重要作用。

2 工程必要性

高碑店污水處理廠一期工程（50萬(wàn)m3／d）于1993年12月竣工通水孀懦鞘屑骯ひ搗⒄?，该系蛙嚹蕦?dǎo)?strong>污水量，已達(dá)到80萬(wàn)m3／d，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)初污水量將達(dá)到100～110萬(wàn)m3／d。只有一期建成的50萬(wàn)m3／d處理能力，遠(yuǎn)趕上不上水量的發(fā)展，同時(shí)從根本上說(shuō)對(duì)通惠河水系的污染沒(méi)有根本解決。為了貫徹北京市政府關(guān)于北京環(huán)境治理，“天蘭、水清、地綠”的戰(zhàn)略目標(biāo)，徹底改善通惠河的水質(zhì)，解決污水對(duì)下游的污染，有必要修建高碑店污水處理廠二期工程。使總處理能力達(dá)到100萬(wàn)m3／d。

二期工程設(shè)計(jì)在總結(jié)一期工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，在工藝上、設(shè)備上、結(jié)構(gòu)形式上，進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn)，使設(shè)計(jì)更加先進(jìn)合理。

3 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

3.1 污水量及處理規(guī)模

根據(jù)北京市市政工程管理處自1987年以來(lái)的統(tǒng)計(jì)資料及發(fā)展預(yù)測(cè)，到1999年通惠河南岸污水系統(tǒng)建成，生活污水量將達(dá)到72.5萬(wàn)m3／d，工業(yè)廢水量38萬(wàn)m3／d，總計(jì)高碑店污水處理廠的總污水量將達(dá)到110.5萬(wàn)m3／d。本工程設(shè)計(jì)規(guī)劃按100萬(wàn)m3／d考慮，總變化系數(shù)采用1.2，處理廠最大負(fù)荷為120萬(wàn)m3／d。

3.2 污水水質(zhì)及處理標(biāo)準(zhǔn)

原污水水質(zhì)：

BOD5 ＝200mg／l

CODCr ＝500mg／l

SS ＝250mg／l

NH3－N ＝30mg／1

PH 6—9

T（水溫）15℃—25℃

處理廠出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：處理廠出水指標(biāo)執(zhí)行國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978－88）

BOD5≤20mg／1

SS≤30mg／l

NH3－N＜3mg／l

3.3 處理廠出水的回用途徑

① 農(nóng)業(yè)灌溉：這是處理廠出水的主要出路，但有季節(jié)性，一年中只有半年灌溉，出水須另謀出路。

② 工業(yè)回用：在一些先進(jìn)國(guó)家，經(jīng)二級(jí)處理的出水，再經(jīng)深度處理用于對(duì)水質(zhì)要求不高的工業(yè)，如洗滌、淬火、冷卻等。在北京污水回用潛力最大的是作為工業(yè)冷卻，如熱電廠發(fā)電機(jī)組的循環(huán)冷卻補(bǔ)充水，化工廠的設(shè)備冷卻等，這樣可作為城市的第二水源，將大大緩解北京水資源緊缺的狀況。

③ 市政雜用水：澆灑綠地、清掃道路、沖廁等。

④ 河湖景觀用水：北京的河道水面水源來(lái)自人工水庫(kù)，每年換水次數(shù)有限，水質(zhì)狀況不佳，如將處理后的出水補(bǔ)給河道及公園河湖增加水面，可以美化城市環(huán)境。

4 處理方法及工藝流程

污水處理采用先進(jìn)的缺氧好氧活性污泥法，即A0法延長(zhǎng)曝氣時(shí)間，使出水完全硝化；在二期工程中，其中一個(gè)系列、25萬(wàn)↑T／d曝氣池設(shè)計(jì)采用除氮工藝，增加內(nèi)回流，回流量達(dá)200％，提高了出水的除氮效果，擴(kuò)大處理水的再利用。

污泥處理采用重力濃縮脫水，兩級(jí)中溫消化。消化過(guò)程產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電，以補(bǔ)充廠內(nèi)的能源消耗。廢熱回收用于消化池加熱。

廠內(nèi)設(shè)置了1萬(wàn)m3／d的回用水深度處理設(shè)施。處理工藝為混凝沉淀、砂濾和消毒。出水用于廠內(nèi)的設(shè)備清洗、沖洗車輛、綠化和清掃。

5 廠區(qū)平面布置及主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

5.1 平面布置

高碑店污水處理廠是一座大型城市污水處理廠，其處理構(gòu)筑物的池形、間距、路網(wǎng)、路寬、綠化對(duì)整個(gè)占地的影響是至關(guān)重要的。本設(shè)計(jì)是根據(jù)地形、流程、結(jié)合功能，本著節(jié)省占地的原則，合理考慮各處理構(gòu)筑物之間的間距、留有綠化和滿足維修要求及建筑安全防火要求的前題下，平面布局緊湊合理，總體效果較佳。

5.2 污水提升總泵房

設(shè)計(jì)抽升能力為120萬(wàn)m3／d，總計(jì)安裝6臺(tái)水泵，一期已安裝4臺(tái)，二期再增裝2臺(tái)水泵。水泵型號(hào)：DSV—V1000立式污水混流泵（日本久保田）。

流量Q＝3／m3／S

楊程H＝15m

功率N＝600KW

效率η＝80％。

泵房前池安裝有粗、細(xì)兩道格柵。粗格柵間隙100mm人工清除，細(xì)格柵間隙25mm，為鏈條式自動(dòng)除污。二期工程中將粗格柵改為連續(xù)式自動(dòng)清理，細(xì)格柵改為間隙0.5mm回轉(zhuǎn)式自動(dòng)除污機(jī)，柵渣用皮帶輸送裝筒運(yùn)往垃圾消納廠填埋。

5.3 曝氣沉砂池

設(shè)計(jì)流量Q＝50萬(wàn)m3／d×1.2，池形為平流式矩形池，池長(zhǎng)L＝21m，寬B＝6m，有效水深H＝4.25m，共4條池，兩池為一組。

每組池設(shè)一臺(tái)移動(dòng)橋式吸砂機(jī)及砂水分離器，共兩套。（瑞典PURAC公司）。
5.4 初沉池

池形為平流式矩形池。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)流量：Q＝50萬(wàn)m3／d×1.2

表面負(fù)荷：q＝0.992m3／m2·h

水平流速：V＝8.3mm／S

單池尺寸：池長(zhǎng)L＝75m，池寬B＝14m

有效水深2.5m

每系列12條池，共兩個(gè)系列。

排泥方式：采用進(jìn)口橋式刮泥機(jī)，定容式螺桿泵排泥。

5.5 曝氣池

池形為矩形三廊道。進(jìn)水段1／6池長(zhǎng)為缺氧段，后為好氧段；二期工程四系列為A／0法，增加內(nèi)回流設(shè)施，回流量最大為200％。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)：

設(shè)計(jì)流量：Q＝50萬(wàn)m3／d×1.1

停留時(shí)間：T＝9.26h（缺氧段T1＝1.54h，好氧段T2＝7.72h）

混合液濃度：MLSS＝2000～3000mg／l（設(shè)計(jì)取平均值2500mg／l）

污泥回流比：50—100％

單池尺寸：池長(zhǎng)L＝96m，池寬B＝9.28m×3（三廊道），有效水深H＝6m，池?cái)?shù)6座為一系列，共兩個(gè)系列

曝氣方式：離心式鼓風(fēng)機(jī)，曝氣頭采用進(jìn)口膜片橡膠微孔曝氣頭，總數(shù)：36036個(gè)。

5.6 鼓風(fēng)機(jī)房

風(fēng)機(jī)形式 采用單級(jí)風(fēng)冷離心式

主要設(shè)計(jì)參數(shù)

最大設(shè)計(jì)風(fēng)量 Q＝3600m3／min（共8臺(tái)）

單機(jī)性能 Q1＝270～600m3／min

進(jìn)口壓力 P1＝1.013bar

出口壓力 P2＝1.763bar

轉(zhuǎn)速 V ＝1000轉(zhuǎn)／min

風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍 45～100％

功 率 N＝900KW

5.7 二沉池

池形為幅流式中心進(jìn)水周邊出水園形池

主要設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)流量 Q＝50萬(wàn)m3／d×1.1

表面負(fù)荷 q＝0.88m3／m2·h

停留時(shí)間 T＝4.48h

排泥方式 采用橋式刮吸結(jié)合虹吸式靜壓排泥，連續(xù)運(yùn)行。

單池尺寸：

直徑 D＝50m

有效水深 H1＝4m

超高 h＝0.3m

總高 H＝5.1m

池?cái)?shù) 12座

采用進(jìn)口橋式吸泥機(jī)共12臺(tái)。

5.8 回流污泥泵房

主要設(shè)計(jì)參數(shù)

污泥回流比 50～100％

最大設(shè)計(jì)流量 Q＝50萬(wàn)m3／d×1.1

數(shù)量 2座

設(shè)備 采用進(jìn)口螺旋漿式潛水泵共8臺(tái)，剩余污泥泵采用潛污泵共6臺(tái)。

5.9 污泥濃縮池

采用重力濃縮脫水，池形為園形。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)

固體表面負(fù)荷 G＝70kg／m2·d

排泥方式 重力排泥

單池尺寸：

直徑 D＝20m

池深 H1＝5.5m

泥層 H2＝3m

上層液高 H3＝2m

超高 h＝0.5m

池?cái)?shù) 6座

主要設(shè)備

國(guó)產(chǎn)半橋式柵條濃縮機(jī)，進(jìn)口定容式污泥泵。

5.10 污泥消化池

采用二級(jí)中溫消化，池形為園柱形。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)

總污泥量 V1＝2208.3m3／d（含水率94％）

停留時(shí)間 T1（一級(jí)消化）＝21.3天

T2（二級(jí)消化）＝6.8天

總計(jì) 28.1天

污泥投配率 3.6％

沼氣產(chǎn)量 q1（一級(jí)消化）＝10m3／m3污泥

q2（二級(jí)消化）＝2m3／m3污泥

加熱方式 熱交換（冷泥、熱水）連續(xù)加熱

攪拌方式 采用螺旋漿式連續(xù)攪拌

排泥方式 溢流排泥

單池尺寸 直徑D＝20m

總高H＝28.8m（地下5m）

有效水深H＝25m

池?cái)?shù) 6座 一級(jí) 2座 二級(jí)

5.11 污泥脫水機(jī)房

采用帶式壓濾機(jī)

主要設(shè)計(jì)參數(shù)

進(jìn)泥量 V＝1852.4m3／d（含水率95％）

污泥干重 t＝92.62T／d

運(yùn)行班次 采用兩班制T＝16h

泥餅量 370.5m3／d

泥餅含水率 75～80％

設(shè)備 進(jìn)口帶式壓濾機(jī)（帶寬2.6m）

臺(tái)數(shù) 5臺(tái)

加藥設(shè)備 一套

混凝劑采用高分子混凝劑（聚丙烯酰胺）

投藥量 約4‰

5.12 沼氣儲(chǔ)柜

氣柜形式：低壓濕式三屜螺旋升降式鋼結(jié)構(gòu)

主要設(shè)計(jì)參數(shù)

氣柜容積 V＝10000m3壓力 P＝200～380mmH2O

5.13 脫硫裝置

型式 采用濕式脫硫（堿液）

主要設(shè)計(jì)參數(shù)

沼氣量 Q＝26500m3／d

設(shè)計(jì)壓力 P＝500mmH2O

溫度 T＝25℃

H2S濃度 0.1～10g／m3（取0.5g／m3）

單塔尺寸

直徑 D＝0.6m

塔高 H＝6.2m

5.14 沼氣發(fā)電機(jī)房

型式 采用單燃料低壓進(jìn)氣發(fā)電機(jī)，

主要設(shè)計(jì)參數(shù)

沼氣量 Q＝26500m3／d

進(jìn)氣壓力 P＝500～1000mmH2O

發(fā)電量 W＝1956KW

發(fā)電效率 38％

熱回收效率 50.1％

臺(tái)數(shù) 3臺(tái)（每臺(tái)發(fā)電量652KW）

6 二期工藝設(shè)計(jì)上的幾點(diǎn)改進(jìn)

二期工程的設(shè)計(jì)在充分總結(jié)一期工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合一期工程實(shí)際運(yùn)行情況，工藝設(shè)計(jì)上做了部分改進(jìn)。

6.1 初沉池浮渣問(wèn)題

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行，一期總進(jìn)水采用的格柵形式及柵條間隙過(guò)大，在二期工程中作了更換。采用柵條間隙5mm回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)，使每天的柵渣量明顯增多，減少了初沉池的浮渣。

另外將初沉池浮渣擋板向進(jìn)水方向適當(dāng)位移，盡量減少表面積存浮渣的盲區(qū)。增加浮渣沖洗泵，改進(jìn)排渣方式，使初沉池表面浮渣大大減少，提高了出水效果。

6.2 提高二級(jí)處理出水水質(zhì)

為了提高二級(jí)出水的水質(zhì)，在二期工程設(shè)計(jì)中對(duì)曝氣池的設(shè)計(jì)作了部分改進(jìn)。首先將第一段的缺氧段由原來(lái)的1／12池長(zhǎng)，改為池長(zhǎng)的1／6，增加了厭氧段，同時(shí)在厭氧段的末端設(shè)置擋板，使回流污泥與進(jìn)水充分混合。為了給城市工業(yè)提供第二水源，在第Ⅳ系列曝氣池設(shè)計(jì)中，增加內(nèi)回流泵，使混合液回流量達(dá)200％，使出水的除氮效率提高到66％，為水回用創(chuàng)造了條件。

6.3 在污泥處理方面

對(duì)污泥濃縮池的水力停留時(shí)間作了調(diào)整，由原來(lái)的72小時(shí)，減少到51小時(shí)，從而避免由于停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生污泥上浮，提高了污泥濃縮效果。

在污泥消化池的設(shè)計(jì)中，對(duì)排泥方式作了重大改進(jìn)。由原來(lái)的底部強(qiáng)制排泥改為上部溢流排泥，增加了消化池運(yùn)行的可靠性和安全性。另外在加熱方式由蒸汽直接加熱，改為池外泥—水熱交換；沼氣間歇攪拌改為機(jī)械連續(xù)攪拌，提高了污泥消化的處理效果。

7 機(jī)械設(shè)備

高碑店污水處理廠二期工程使用瑞典政府貸款用于購(gòu)買機(jī)械設(shè)備（除閘門外）。因此，機(jī)械設(shè)備均由瑞典PURAC公司統(tǒng)一組織供貨，其進(jìn)口設(shè)備的比例較一期工程大得多，因此選擇設(shè)備應(yīng)是90年代世界較為先進(jìn)的設(shè)備，如用于鼓風(fēng)曝氣的鼓風(fēng)機(jī)，是世界先進(jìn)的丹麥公司的產(chǎn)品，大功率低噪聲風(fēng)冷式單級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)。曝氣頭采用美國(guó)最新式橡膠膜片微孔曝氣頭。所有潛水泵、攪拌器均為瑞典FLYGT產(chǎn)品。

設(shè)備材質(zhì)，均考慮污水的腐蝕性而采用鋁合金和不銹鋼制造。

8 電氣設(shè)計(jì)和自控儀表設(shè)計(jì)

8.1供電電源

高碑店污水處理廠二期工程采用高壓10KV 雙路供電方式。廠內(nèi)變配電分為10KV、6KV、380V／220V三個(gè)電壓等級(jí)。10KV、6KV系統(tǒng)采用三相三線制，380V／220V系統(tǒng)采用三相五線制。

8.2 用電負(fù)荷

根據(jù)設(shè)備規(guī)格、數(shù)量及運(yùn)行方式，二期工程新裝機(jī)用電負(fù)荷為10440KW，有功計(jì)算負(fù)荷6178KW，無(wú)功計(jì)算負(fù)荷3818KVAR，視在功率7263KVA。功率因數(shù)為0.81，補(bǔ)償容量為2498KVAR，變壓器總?cè)萘繛?1650KVAR。

為節(jié)能起見部分電動(dòng)機(jī)起動(dòng)采用變頻調(diào)速裝置。

8.3 自控儀表設(shè)計(jì)

高碑店污水處理廠操作管理、自動(dòng)化程度屬于較高的水平。設(shè)計(jì)為集散型，集中監(jiān)視設(shè)中心控制室，數(shù)據(jù)處理打印、全廠運(yùn)行狀況集中顯視。分散控制，分別設(shè)有水區(qū)控制室、泥區(qū)控制室、回用水區(qū)控制室，由上位級(jí)工作站，下位級(jí)工作站，可編程序控制（PLC工業(yè)計(jì)算機(jī)組成）。全廠控制器輸入／輸出（I／O）數(shù)量為3406點(diǎn)。

系統(tǒng)控制的內(nèi)容有：

初沉池排泥系統(tǒng)的定時(shí)條件控制。

回流污泥量設(shè)定值控制。

剩余污泥量條件控制。

污泥濃縮、消化系統(tǒng)的定量、定時(shí)條件控制。

曝氣池溶解氧（DO）——鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)閉路循環(huán)控制。

曝氣池內(nèi)回流污泥泵調(diào)速控制等。

回用水處理系統(tǒng)控制。

全廠監(jiān)測(cè)儀表總計(jì)489塊。

主要為液位、流量、溫度、壓力、界面、速度、電流、電壓等。

9 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

處理廠構(gòu)筑物主要是水池、泥池，其池形大都為園形和矩形，結(jié)構(gòu)一般均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，建筑物及附屬建筑大部采用磚混結(jié)構(gòu)，部分采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。其建筑形式與一期原有建筑統(tǒng)一。

廠內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)類型較多而復(fù)雜，為統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)一般房屋建筑，設(shè)計(jì)采用“工業(yè)與民用建筑設(shè)計(jì)規(guī)范”；對(duì)于水池及地下管道采用“給排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范”。

9.1 結(jié)構(gòu)形式及主要材料

矩形水池，有曝氣沉砂池、初沉池和曝氣池，均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，標(biāo)號(hào)為C25S6D100。

園形水池，有二沉淀、濃縮池、消化池。二沉池直徑D＝50m，池壁采用預(yù)制裝配整體式預(yù)應(yīng)力纏絲結(jié)構(gòu)，材料為C30S6D100，預(yù)應(yīng)力鋼絲采用Φs5高強(qiáng)度碳素鋼絲，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度不低于1570N／mm2 。底板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，邊緣設(shè)杯口立壁板。

污泥消化池為無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，材料采用C30S8D100，預(yù)應(yīng)力鋼絲采用Φs57束鋼纜，設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度為1600N／mm2。

9.2 工程驗(yàn)收及閉水、閉氣

為確保工程質(zhì)量，除執(zhí)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范外其鋼筋混凝土水池閉水及閉氣，必須在混凝土達(dá)到28天強(qiáng)度后進(jìn)行；二沉池閉水在纏絲后噴漿前進(jìn)行；消化池閉水、閉氣后，進(jìn)行內(nèi)防腐外保溫施工。閉水壓力為設(shè)計(jì)水頭，閉氣壓力為設(shè)計(jì)內(nèi)壓的1.2倍。

9.3 施工縫及變形縫處理

一般情況下，底板和頂板為連續(xù)澆筑不留施工縫，池壁連續(xù)澆筑，池壁與底板連接處施工縫留在腋角上200～300mm，并設(shè)有深50mm，寬150mm的凹槽或橡膠止水帶。

變形縫均設(shè)有工廠加工成形的閉合式橡膠止水帶，表面嵌縫材料采用雙組份聚氨酯密封膏壓力灌縫。

9.4 地基及基礎(chǔ)處理

由于初沉池、曝氣池、二沉池面積較大，地基土層不均勻，一般采用回填天然級(jí)配砂礫石，干容重達(dá)2.25T／m3或回填2：8灰土處理，密實(shí)度要求達(dá)到最佳密實(shí)度的95％。

9.5 池子抗浮

根據(jù)地質(zhì)部門的勘探報(bào)告，大面積水池地基均落在地下水位以下2m左右，為解決池子抗浮問(wèn)題，高碑店處理廠采取設(shè)置地下盲管降低地下水的措施，以節(jié)約材料和造價(jià)。

10 主要工程數(shù)量

混凝土量 17萬(wàn)m3

土石方 47萬(wàn)m3

水泥 6萬(wàn)T

鋼材 1.7萬(wàn)T

建筑面積 1.5萬(wàn)m2

各地下管線 45Km

道路 4萬(wàn)m2

2.技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

二期工程總投資7.98億人民幣

單方造價(jià) 1600元／m3污水

單方電耗 0.15Kw／m3污水

成本（不包括折舊） 0.33元／m3污水

11 運(yùn)行及實(shí)際處理效果

高碑店污水處理廠二期工程，從投入污水到微生物生成，僅用了一個(gè)月的時(shí)間而且出水水質(zhì)指標(biāo)遠(yuǎn)低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)：

BOD5≤15mg／1

COD≤30mg／l

SS≤20mg／l

12 存在問(wèn)題及建議

高碑店污水處理廠，是全國(guó)最大的一座現(xiàn)代化城市污水處理廠，污水已得到了處理，而污泥出路尚不落實(shí)。污水處理后的城市污泥具有豐富的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀及多種植需要的營(yíng)養(yǎng)素，應(yīng)重點(diǎn)研究開發(fā)污泥快速固化、高壓造粒制取顆粒肥料，徹底解決污泥無(wú)害化的問(wèn)題、使其變廢為寶、得到妥善處置。