北京高碑店再生水處理廠升級改造工藝方案設計
馮凱
(北京市市政工程設計研究總院，北京100082)
摘要爲實現汙水的資源化利用，通過改造工程將高碑店汙水處理廠升級成爲再生水處理廠，
规模100万m3／d，出水主要水质指标要求达到《地表水环境质量標准》(GB 3838—2002)IV类水体
水質標准。通過對現狀汙水處理廠及改造目標的分析，綜合考慮技術、經濟、可實施性等多方面因
素，選取升級改造主體爲A2／o(填料)工藝，新建的深度處理部分采用反硝化生物濾池+膜過濾+臭
氧脫色工藝。介紹了水處理和汙泥處理部分的工藝設計方案及設計參數，分析了工藝方案特點。
關鍵詞汙水處理廠升級改造再生水生物除磷脫氮生物濾池厭氧消化碳源利用
Upgrading and reconstruction process design for the Gaobeidian
Reclaimed Water Treatment Plant in Beij ing City
Feng Kai
(Beijing General Municipal Engineering Design&Research Institute，Beijing 100082，China)
Abstract：To realize the resourcizatlon of wastewater，Gaobeidian Wastewater Treatment Plant
was upgraded to reclaimed water treatment plant．Its production scale was 1×106 m3／d and the ef—
fluent quality was required to meet the IV category water quality standards of Environmental quali—
ty standards for surface water(GB 3838--2002)．Through the analysis of the existing wastewater
treatment plant and upgrading goal and the comprehensive consideration of multiple aspects inclu—
ding technology，economy，and possibility，the A2／o(filler)process was selected as the major up—
grading process and the combination of denitrification biofilter，film filter and ozone decoloring
process was adopted for the newly built advanced treatment．This paper introduced the process de—
sign plan and design parameters for the wastewater treatment and sludge treatment and analyzed
the features of the process plan．
Keywords：Wastewater treatment plant；Upgrading and reconstruction；Reclaimed water；Bio—
logical phosphorus and nitrogen removal；Bio—filter；Anaerobic digestion；Carbon source utilization
高碑店汙水處理廠是北京市建設的第一座大型
城市汙水處理廠，一期工程和二期工程分別于
1993年和1999年竣工通水，總設計處理規模100
萬m3／d。由于北京市天然水資源短缺，河湖天然補
給水匮乏，迫切需要發展汙水資源化再利用。高碑
店汙水處理廠現有設施難以滿足汙水回用要求，需
進行全面的升級改造，成爲再生水廠。
1 高碑店污水处理厂的现状
高碑店汙水處理廠設計規模100萬m3／d，總變
化系數爲1．2。設計出水水質執行《汙水綜合排放
標准》(GB 8978--1996)的二级標准。
其汙水處理部分采用傳統活性汙泥法二級處理工
藝：一級處理包括格柵、泵房、曝氣沈砂池和矩形平流
式沈澱池；二級處理爲活性汙泥法，出水排入通惠河。
汙泥處理采用中溫厭氧消化技術，汙泥經重力濃縮後，
進入兩級中溫厭氧消化處理，消化汙泥機械脫水後産
生的泥餅外運。汙泥厭氧消化過程中産生的沼氣用于
發電，解決廠內部分用電。原設計工藝流程見圖1。
冀群事崔與诜至⋯⋯。
通惠河
圖1高碑店汙水處理J工藝流程
建廠十幾年來，高碑店汙水處理廠的處理
污水量逐年增加，201 0年，平均处理水量超过
80萬m3／d，出水水質均滿足原設計要求，但仍
不符合再生水水質標准，需對處理設施進行升
級改造。
2再生水廠處理規模及設計進出水水質
2．1設計規模
高碑店汙水處理廠的再生水資源將主要用于景
觀河湖補水、電廠工業冷卻等方面，設計規模爲100
萬rn3／d。
2．2設計進出水水質
自高碑店汙水處理廠投入運行後，其服務區
範圍內的城市及經濟建設有了顯著的發展，居住
人口增加，工業企業經曆了由發展、繁榮到外遷
的蛻變過程，汙染源有了明顯的變化，汙水處理
廠的進水水質由早年大幅震蕩到2004年以後逐
步平穩。
統計分析高碑店汙水處理廠2004～2010年的
日平均進水水質，參考涵蓋率80％的實際進水水質
數據(與30日移動平均進水水質的最大值接
近)，確定設計進水水質。
高碑店廠的再生水大部分補給河湖，
少量用于工業循環冷卻系統等，其水質直
接影響河湖水體。因此，其設計出水水質
主要滿足《城市汙水再生利用景觀環境用
水水质》(GB／T 18921—2002)中的娱乐
性河道類景觀環境用水的水質標准，其中
部分未涵蓋的水質指標，參考了《地表水
环境质量標准》(GB 3838—2002)中IV
類水體的水質標准等。設計進出水水質
見表1。
36给水排水Voi．38 No．12 2012
表1設計進出水水質
項目進水出水參考標准
BODs／mg／L 200 ≤6 GB 3838--2002 IV类
COD／mg／L 400 ≤30① GB 3838--2002 IV类
集中式生活飲用水地
TN／mg／L 58 ≤i0②
表水源地水質標准
循環冷卻水系統補水
NHa—N／mg／L ≤l
要求
TP／mg／L 6 ≤O．3 GB 3838--20021V类
粪大肠杆菌群／个／L ≤500 GB／T 18921--2002
生活飲用水水源水質
色度／度≤15
標准
浊度／NTU ≤5 GB／T 18921--2002
水温／℃ 14～25
pH 6～8
注：①按照月平均出水達到該指標進行設計，且進水中溶解性不可
降解COD值小于20 mg／L时执行该出水指标；②出水总氮指标为
月平均值。
3工藝方案
3．1水處理方案
通過對高碑店汙水處理廠近十幾年的運行數據
進行統計分析，結合再生水水質要求，在對比多種方
案的基礎上，最終水處理方案采用A2／0(填料)+
反硝化生物濾池+膜過濾+臭氧脫色工藝，其工程
內容包括對現有設施的升級改造和新建深度處理設
施兩部分內容，工藝流程見圖2。
對現有設施進行升級改造，最大限度發揮現有
設施的處理能力，采用A2／O(填料)工藝，將現有二
級生物處理系統改造成A2／O工藝，並在曝氣池好
氧區的硝化段投加填料，提高局部硝化汙泥濃度，強
i碗葫箍蔚ii瞄⋯r=一25蘸0％磊磊磊豪磊‘j
內舊流^
反硝化生物皚地(新建
图2 A2／o(填料)4-反硝化生物滤池+膜过滤+臭氧脱色工艺流程
化硝化反应，使出水水质基本达到一级B標准，且出
水氨氮浓度小于1 mg／L；通过加强生物处理运行，辅
助采用化学除磷措施，出水总磷浓度小于1 mg／L。
新建深度處理設施采用反硝化生物濾池+膜過
濾+臭氧脫色工藝，將二沈池出水中殘留的有機汙
染物、懸浮物、N、P等通過生物濾池和膜過濾等單
元去除。由于氨氮濃度已經達標，新建深度處理設
施中只設反硝化生物濾池。二沈池出水經過提升泵
站提升後，進反硝化濾池脫氮除磷，濾後水加壓經保
安過濾器和微濾(超濾)膜過濾，除去水中各種膠體
和顆粒物，膜後水經臭氧氧化脫色及紫外線消毒，在
清水池暫作停留，最後由出水泵房泵入再生水管網。
根據出水水質情況，在反硝化生物濾池前補充碳源，
投加化學除磷藥劑。在清水池前和配水泵前投加少
量次氯酸鈉，防止清水池和輸水管線中生長微生物。
3．2汙泥處理方案
高碑店汙水處理廠規模大，汙泥産量很高，現有
汙泥處理工藝爲汙泥濃縮+厭氧消化+脫水，從多
年的運行情況看，在汙泥的減量化、無害化和資源化
方面效果顯著，特別是汙泥的能源化利用是全國同
類工程的典範。該廠采用汙泥厭氧消化産生的沼氣
发电，2007年累计发电量1 227万kW·h，接近全
廠年電耗的20％，經濟、環境效益明顯。因此，高碑
店廠汙泥處理的總體工藝思路不變，並且按照水處
理系統升級改造方案的需要和分析現況汙泥處理設
施存在的問題，對局部汙泥處理設施進行改造、擴
建，汙泥處理系統流程見圖3。
圖3汙泥處理工藝流程
水處理工藝中産生的汙泥分爲初沈汙泥和剩余
汙泥，經獨立輸送系統進入汙泥處理區。首先采用汙
泥轉鼓濃縮機對初沈汙泥和剩余汙泥分別進行濃縮，
然後送人現狀汙泥厭氧消化系統進行消化分解並産
生沼氣，出泥排人汙泥脫水機，脫水後産生的泥餅含
水率約80％，外運或進入擬建的汙泥幹化系統處置。
改造後的汙泥處理系統有以下特點：第一，汙泥
濃縮方式改用機械濃縮機代替現有重力濃縮池，降
低出泥含水率至97％以下，利于後續汙泥的厭氧消
化；第二，爲了進一步提高生物汙泥厭氧消化的産沼
氣量，采用超聲波強化汙泥消化工藝，即用超聲波處
理擊破部分剩余汙泥，增加汙泥中可利用碳源量，提
高沼氣産量及汙泥消減量；第三，初沈汙泥中含有豐
富的碳源，將部分或全部初沈汙泥排人由一期濃縮
池改造而成的水解池內，經酸化水解及濃縮處理後，
分離的上清液中含有大量的VFA，輸送至汙水處理
工藝中，補充碳源，強化生物除磷脫氮效果；第四，新
建化學除磷設施，處理汙泥處理系統産生的消化池
上清液、汙泥脫水濾液，降解其中的磷。
4主要工藝參數
(1)設計流量：100萬m3／d，峰值系數Kz一1．2。
(2)细格栅间：新增孔板式格栅，孔间隙3 ml-n。
(3)初沈池(原)：按照季節、處理水量調節沈澱
池运行数量。表面水力负荷>o．88 m／h。初沉污
泥量180 tDS／d。
(4)生物處理池：由原曝氣池改造而來。總
HRT 9．25 h；各分区HRT，厌氧区：缺氧区：好氧
区：消氧区一1．05 t(1．03～2．81)t(6．41～4．63)：
0．77；悬浮填料(好氧区内)HRT3 h；填充率40％；污泥
浓度2 500～4 000 mg／L；污泥回流比30％～100％；
混合液回流比250％；氣水比4～10；剩余汙泥量
172 tDS／d；外加碳源种类为甲醇。
(5)二沈池⑩：平均表面恸負荷Q88市／(rd·h)。
(6)反硝化生物滤池：平均滤速8．4 m／h；反硝化
负荷1．1 kgNO；一N／(m3·d)；外加碳源种类为甲醇。
(7)膜過濾系統：采用壓力式超濾膜。膜系統
设计最大通量≤65 L／(m2·h)；膜保安过滤精度
飞<z50 f．tm；产水率>90％。
(8)臭氧脱色系统：臭氧氧化接触时间15 min；
臭氧投加浓度≤5 mg／L。
(9)汙泥濃縮水解池：改造原一期6座重力濃
缩池。污泥来源为初沉污泥；固体停留时间3---,4 d。
(10)新建汙泥濃縮機房：初沈汙泥幹物質量
180∞S／d；剩余汙泥幹物質量172①6／d；濃縮汙泥
含水率96％～97％；超聲波處理剩余汙泥比例20％。
(11)厭氧消化池(原)：進泥含水率97％；一級、
二级停留时间16 d；投配率6％；沼气产气率7．5 m3
沼氣／m3進泥。
(1 2)新建污泥脱水机房：与现况污泥脱水机房一
起運行，處理幹汙泥量148①6／d；出泥含水率80％。
5工藝方案特點
5．1出水水質達標，運行穩定
水處理工藝方案爲二級處理和深度處理兩部分
串聯，工藝流程較長，出水水質達標保證率高。二級
處理部分設有初沈池，與曝氣池+二沈池結合，對進
水波動有較好的緩沖能力，出水能穩定達到《城鎮汙
水处理厂污染物排放標准》(GB 18918--2002)一级
B標准。深度处理部分中，生物滤池抗冲击能力强，
受氣候、水量和水質變化影響小，對于低濃度汙染物
有很好的生物處理效果；膜的過濾精度很高，可有效
地截留顆粒物、膠體、微生物等，運行平穩，對出水水
質穩定達標起到最終的保證作用。
5．2充分挖掘、發揮已建設施的潛力
全廠工藝方案包括水處理工藝方案及汙泥處理
工藝方案，其中汙泥處理工藝維持現有工藝路線，即
汙泥濃縮一厭氧消化一脫水，並配合汙水處理工藝
的改造進行局部的調整或新建。
水處理工藝方案主要包括對現有設施的升級改
造和新建深度處理設施兩部分內容，其間相互關聯，
需整體考慮。對現有設施進行升級改造，完善生物
除磷脫氮功能，最大限度地提高生物處理效果，並加
設化學除磷處理，使出水水質基本達到或部分優于
GB 18918--2002一级B標准，氨氮浓度、总磷浓度
均小于1 mg／L，减轻后续深度处理设施的负担。
5．3運行管理靈活
由于水處理工藝流程較長，根據運行水質、水量，
在滿足出水要求的前提下，可超越或間歇運行部分處
理單元，如反硝化濾池，也可以只處理部分進水，出水
混合達標，這樣可節省運行費用，操作、運行靈活。
5．4對現有汙水處理系統的正常運行影響較小
對現有汙水處理設施的拆除、新建、改造量較
少，全廠共4個系列，可分系列實施，按照近期預測
的平均處理汙水量80萬13"13／d計，一個系列停産施
工，其他3個系列運行，沖擊負荷影響不大，可維持
現有處理水平。新建的深度處理工程遠離現有處理
設施，可單獨建設，對現有管線、設施的改造極少。
5．5合理分配汙水碳源，節能降耗
本項目生物除磷脫氮對碳源需求量高，原汙水
中碳源的合理利用直接影響處理效果和運行費用。
通常汙水處理過程的碳源供給包括3個來源：第一，
進水中固有的可利用碳源；第二，開發原汙水的內部
碳源，即將進水中不可利用的碳源經水解酸化處理
後轉化成小分子、可生化的碳源；第三，外加碳源。
在方案設計中，充分挖掘原汙水中的可利用碳
源，並優先用于生物除磷和脫氮，以減少外加碳源
量。同時，在生物除磷脫氮、汙泥厭氧消化工藝的設
計中，盡量提高對各種碳源的利用效率。
由于初沈池可提高系統的抗沖擊負荷能力，有
利于再生水廠穩定運行；另外，雨季時初沈池可對超
量的合流汙水進行一級處理，社會、環境效益顯著。
故在方案設計中保留初沈池。但初沈池會去除汙水
中大量有機碳源，不利于後續生物除磷脫氮處理。
針對上述問題，方案設計中增加流量調節設施，
根據季節、處理水量改變初沈池的運行數量，提高處
理負荷，在去除無機懸浮物的同時，盡量減少對有機汙
染物的去除，爲後續生物除磷脫氮保留更多的可利用
碳源。另外，對初沈汙泥進行水解酸化處理，分離的上
清液中含有大量的VFA等，輸送至厭氧池，實現初沈
汙泥中有效碳源的回收，用于水處理系統的除磷脫氮。
上述方案設計，將提高對進水中有效碳源的利用效率，
降低外加碳源用量，從而減少處理系統的産泥量。
爲了進一步挖掘剩余汙泥中的碳源量，提高生
物汙泥厭氧消化的産沼氣量，采用超聲波汙泥破碎
工藝處理、擊破部分剩余汙泥，提高汙泥生化性能，
投入汙泥厭氧消化系統，沼氣産量、汙泥消減量增
加，熱電聯産産生的熱量和電能亦增多。
上述方案，均利于再生水廠運行能耗、費用的降
低，爲其可持續發展提供有力的支持。
6結語
高碑店再生水處理廠工程是對已建汙水處理廠
剩余汙泥溫度分級一生物分相(TSBP)厭氧消化系統運行研究
蔚静雯1 郑明霞2 王凯军2 陶涛1 徐丽圆1
(1華中科技大學環境科學與工程學院，武漢430074；2清華大學環境學院環境模擬與汙染控制國家重點聯合實驗室，北京100084)
摘要在厭氧消化階段理論指導下，開發了溫度分級一生物分相(TSBP)工藝，通過控制溫度和
停留时间来实现温度分级和产酸茵、产甲烷茵生物相分离。结果表明TSBP系统中，停留时间为4 d
的产酸反应器的溶解性COD浓度、挥发酸积累量、水解率都高于停留时间为2 d的反应器，分别能达
到5．2 g／L、4．7 g／L、22．6％。与传统中温单相系统相比较，控制产酸相反应器在45℃下停留时间
为4 d，产甲烷相反应器35℃下停留16 d时，TSBP厌氧消化系统运行较优，其甲烷产量和VS去除
率分别为754 mLCH4／d和51．29％，高于传统中温单相系统的408mLCH。／d和46．04％。反应器
內微生物相掃描電鏡的結果顯示TSBP系統能提供産酸茵和産甲烷茵各自適宜的生長富集條件，成
功實現了兩者的基本分離，能夠提高厭氧消化效率。
关键词剩余污泥温度分级一生物分相(TSBP) 产甲烷相产酸相停留时间
0前言
隨著我國城市汙水處理廠建設力度加大，汙泥産
量激增，汙泥的處理處置問題日益突出[1～。厭氧消化
是實現汙泥穩定化、無害化、減量化、資源化的重要工藝
之·，在降解有機物的同時可以産生再生能源(如沼氣)，
在解決汙泥處理處置問題方面有著很大的發展潛力[3]。
如今，國內外城市汙水處理廠的汙泥系統采用的
厭氧消化工藝基本上都是傳統單級厭氧消化工藝。
傳統的厭氧消化工藝存在消化速率較低、停留時間長
及産氣率低等問題，限制了厭氧消化技術優勢的發
揮。早在1958年，Babbit等[4]就提出了利用兩級或
者多級的概念解決汙泥厭氧消化工藝中間産物的抑
制效應。從20世紀70年代開始，很多研究者對厭
氧消化工藝都進行了深入研究，並提出了兩級、兩
相、分級、分相等概念[5~9]。20多年來，分級／分相
厭氧消化工藝廣泛應用在廢水和固體廢物方面，同
樣也在汙泥方面進行了大量研究[10~16]。但從分級／
分相的概念提出至今，很多研究都沒有把分級和分
相加以區分，事實上分相系統涉及到在兩個不同反應
器內分離酸化過程和産甲烷化過程，而分級是涉及到
所有其他基質和微生物在一個反應器或不同反應器
內的分離。但是由于分相不可能完全分離水解和酸
化過程，而在分級過程中也可能存在分相的現象，以
國家高技術研究發展計劃{863計劃)項目(2009AA064702)。至于現在很多研究中兩者之間沒有明確的區分。
進行升級改造的項目，工藝方案需要綜合分析現有
設施的長期運行情況，結合改造目標和各種可行的
工藝方案，在可實施的前提下，按照科學、可靠、經
濟、合理的原則進行方案設計。隨著時間的推移，整
個工藝方案還需不斷地改進、完善，融人更多的可持
續設計理念，如采用厭氧氨氧化工藝對高氮汙泥濾
液進行除氮處理，減少生物脫氮所需碳源量等，充分
發揮本工程的環境效益、社會效益和經濟效益。
參考文獻
1 Henze M污水生物与化学处理技术．国家城市给水排水工程技
術研究中心譯．北京：中國建築出版社，2000
2國際水協廢水生物處理設計與運行數學模型課題組活性汙泥數
學模型．上海：同濟大學出版社，2002
3 Design of Municipal Wastewater Treatment Plants一4 th
ed．WEF and ASCE，1998
4鄭平，徐向陽，胡寶蘭．新型生物脫氮理論與技術．北京：科學出版
社，2004
5 Nutrient Control Design Manual．Ⅱ’A／600／R--09／012，2009
&通訊處：100082北京市西直門北大街32號市政大廈
E-mail：
fengkai@bmedi．cn
收稿日期：2012—10—08
来源： 给水排水V01．38 No．12 2012 39
