北京高碑店再生水处理厂升级改造工艺方案设计
冯凯
(北京市市政工程设计研究总院，北京100082)
摘要为实现污水的资源化利用，通过改造工程将高碑店污水处理厂升级成为再生水处理厂，
规模100万m3／d，出水主要水质指标要求达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)IV类水体
水质标准。通过对现状污水处理厂及改造目标的分析，综合考虑技术、经济、可实施性等多方面因
素，选取升级改造主体为A2／o(填料)工艺，新建的深度处理部分采用反硝化生物滤池+膜过滤+臭
氧脱色工艺。介绍了水处理和污泥处理部分的工艺设计方案及设计参数，分析了工艺方案特点。
关键词污水处理厂升级改造再生水生物除磷脱氮生物滤池厌氧消化碳源利用
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
高碑店污水处理厂是北京市建设的第一座大型
城市污水处理厂，一期工程和二期工程分别于
1993年和1999年竣工通水，总设计处理规模100
万m3／d。由于北京市天然水资源短缺，河湖天然补
给水匮乏，迫切需要发展污水资源化再利用。高碑
店污水处理厂现有设施难以满足污水回用要求，需
进行全面的升级改造，成为再生水厂。
1 高碑店污水处理厂的现状
高碑店污水处理厂设计规模100万m3／d，总变
化系数为1．2。设计出水水质执行《污水综合排放
标准》(GB 8978--1996)的二级标准。
其污水处理部分采用传统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
式沉淀池；二级处理为活性污泥法，出水排入通惠河。
污泥处理采用中温厌氧消化技术，污泥经重力浓缩后，
进入两级中温厌氧消化处理，消化污泥机械脱水后产
生的泥饼外运。污泥厌氧消化过程中产生的沼气用于
发电，解决厂内部分用电。原设计工艺流程见图1。
冀群事崔与诜至⋯⋯。
通惠河
图1高碑店污水处理J工艺流程
建厂十几年来，高碑店污水处理厂的处理
污水量逐年增加，201 0年，平均处理水量超过
80万m3／d，出水水质均满足原设计要求，但仍
不符合再生水水质标准，需对处理设施进行升
级改造。
2再生水厂处理规模及设计进出水水质
2．1设计规模
高碑店污水处理厂的再生水资源将主要用于景
观河湖补水、电厂工业冷却等方面，设计规模为100
万rn3／d。
2．2设计进出水水质
自高碑店污水处理厂投入运行后，其服务区
范围内的城市及经济建设有了显著的发展，居住
人口增加，工业企业经历了由发展、繁荣到外迁
的蜕变过程，污染源有了明显的变化，污水处理
厂的进水水质由早年大幅震荡到2004年以后逐
步平稳。
统计分析高碑店污水处理厂2004～2010年的
日平均进水水质，参考涵盖率80％的实际进水水质
数据(与30日移动平均进水水质的最大值接
近)，确定设计进水水质。
高碑店厂的再生水大部分补给河湖，
少量用于工业循环冷却系统等，其水质直
接影响河湖水体。因此，其设计出水水质
主要满足《城市污水再生利用景观环境用
水水质》(GB／T 18921—2002)中的娱乐
性河道类景观环境用水的水质标准，其中
部分未涵盖的水质指标，参考了《地表水
环境质量标准》(GB 3838—2002)中IV
类水体的水质标准等。设计进出水水质
见表1。
36给水排水Voi．38 No．12 2012
表1设计进出水水质
项目进水出水参考标准
BODs／mg／L 200 ≤6 GB 3838--2002 IV类
COD／mg／L 400 ≤30① GB 3838--2002 IV类
集中式生活饮用水地
TN／mg／L 58 ≤i0②
表水源地水质标准
循环冷却水系统补水
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
生活饮用水水源水质
色度／度≤15
标准
浊度／NTU ≤5 GB／T 18921--2002
水温／℃ 14～25
pH 6～8
注：①按照月平均出水达到该指标进行设计，且进水中溶解性不可
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工艺方案
3．1水处理方案
通过对高碑店污水处理厂近十几年的运行数据
进行统计分析，结合再生水水质要求，在对比多种方
案的基础上，最终水处理方案采用A2／0(填料)+
反硝化生物滤池+膜过滤+臭氧脱色工艺，其工程
内容包括对现有设施的升级改造和新建深度处理设
施两部分内容，工艺流程见图2。
对现有设施进行升级改造，最大限度发挥现有
设施的处理能力，采用A2／O(填料)工艺，将现有二
级生物处理系统改造成A2／O工艺，并在曝气池好
氧区的硝化段投加填料，提高局部硝化污泥浓度，强
i碗葫箍蔚ii瞄⋯r=一25蘸0％磊磊磊豪磊‘j
内旧流^
反硝化生物皑地(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标准，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。
新建深度处理设施采用反硝化生物滤池+膜过
滤+臭氧脱色工艺，将二沉池出水中残留的有机污
染物、悬浮物、N、P等通过生物滤池和膜过滤等单
元去除。由于氨氮浓度已经达标，新建深度处理设
施中只设反硝化生物滤池。二沉池出水经过提升泵
站提升后，进反硝化滤池脱氮除磷，滤后水加压经保
安过滤器和微滤(超滤)膜过滤，除去水中各种胶体
和颗粒物，膜后水经臭氧氧化脱色及紫外线消毒，在
清水池暂作停留，最后由出水泵房泵入再生水管网。
根据出水水质情况，在反硝化生物滤池前补充碳源，
投加化学除磷药剂。在清水池前和配水泵前投加少
量次氯酸钠，防止清水池和输水管线中生长微生物。
3．2污泥处理方案
高碑店污水处理厂规模大，污泥产量很高，现有
污泥处理工艺为污泥浓缩+厌氧消化+脱水，从多
年的运行情况看，在污泥的减量化、无害化和资源化
方面效果显著，特别是污泥的能源化利用是全国同
类工程的典范。该厂采用污泥厌氧消化产生的沼气
发电，2007年累计发电量1 227万kW·h，接近全
厂年电耗的20％，经济、环境效益明显。因此，高碑
店厂污泥处理的总体工艺思路不变，并且按照水处
理系统升级改造方案的需要和分析现况污泥处理设
施存在的问题，对局部污泥处理设施进行改造、扩
建，污泥处理系统流程见图3。
图3污泥处理工艺流程
水处理工艺中产生的污泥分为初沉污泥和剩余
污泥，经独立输送系统进入污泥处理区。首先采用污
泥转鼓浓缩机对初沉污泥和剩余污泥分别进行浓缩，
然后送人现状污泥厌氧消化系统进行消化分解并产
生沼气，出泥排人污泥脱水机，脱水后产生的泥饼含
水率约80％，外运或进入拟建的污泥干化系统处置。
改造后的污泥处理系统有以下特点：第一，污泥
浓缩方式改用机械浓缩机代替现有重力浓缩池，降
低出泥含水率至97％以下，利于后续污泥的厌氧消
化；第二，为了进一步提高生物污泥厌氧消化的产沼
气量，采用超声波强化污泥消化工艺，即用超声波处
理击破部分剩余污泥，增加污泥中可利用碳源量，提
高沼气产量及污泥消减量；第三，初沉污泥中含有丰
富的碳源，将部分或全部初沉污泥排人由一期浓缩
池改造而成的水解池内，经酸化水解及浓缩处理后，
分离的上清液中含有大量的VFA，输送至污水处理
工艺中，补充碳源，强化生物除磷脱氮效果；第四，新
建化学除磷设施，处理污泥处理系统产生的消化池
上清液、污泥脱水滤液，降解其中的磷。
4主要工艺参数
(1)设计流量：100万m3／d，峰值系数Kz一1．2。
(2)细格栅间：新增孔板式格栅，孔间隙3 ml-n。
(3)初沉池(原)：按照季节、处理水量调节沉淀
池运行数量。表面水力负荷>o．88 m／h。初沉污
泥量180 tDS／d。
(4)生物处理池：由原曝气池改造而来。总
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％；气水比4～10；剩余污泥量
172 tDS／d；外加碳源种类为甲醇。
(5)二沉池⑩：平均表面恸负荷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)膜过滤系统：采用压力式超滤膜。膜系统
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)污泥浓缩水解池：改造原一期6座重力浓
缩池。污泥来源为初沉污泥；固体停留时间3---,4 d。
(10)新建污泥浓缩机房：初沉污泥干物质量
180∞S／d；剩余污泥干物质量172①6／d；浓缩污泥
含水率96％～97％；超声波处理剩余污泥比例20％。
(11)厌氧消化池(原)：进泥含水率97％；一级、
二级停留时间16 d；投配率6％；沼气产气率7．5 m3
沼气／m3进泥。
(1 2)新建污泥脱水机房：与现况污泥脱水机房一
起运行，处理干污泥量148①6／d；出泥含水率80％。
5工艺方案特点
5．1出水水质达标，运行稳定
水处理工艺方案为二级处理和深度处理两部分
串联，工艺流程较长，出水水质达标保证率高。二级
处理部分设有初沉池，与曝气池+二沉池结合，对进
水波动有较好的缓冲能力，出水能稳定达到《城镇污
水处理厂污染物排放标准》(GB 18918--2002)一级
B标准。深度处理部分中，生物滤池抗冲击能力强，
受气候、水量和水质变化影响小，对于低浓度污染物
有很好的生物处理效果；膜的过滤精度很高，可有效
地截留颗粒物、胶体、微生物等，运行平稳，对出水水
质稳定达标起到最终的保证作用。
5．2充分挖掘、发挥已建设施的潜力
全厂工艺方案包括水处理工艺方案及污泥处理
工艺方案，其中污泥处理工艺维持现有工艺路线，即
污泥浓缩一厌氧消化一脱水，并配合污水处理工艺
的改造进行局部的调整或新建。
水处理工艺方案主要包括对现有设施的升级改
造和新建深度处理设施两部分内容，其间相互关联，
需整体考虑。对现有设施进行升级改造，完善生物
除磷脱氮功能，最大限度地提高生物处理效果，并加
设化学除磷处理，使出水水质基本达到或部分优于
GB 18918--2002一级B标准，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运行管理灵活
由于水处理工艺流程较长，根据运行水质、水量，
在满足出水要求的前提下，可超越或间歇运行部分处
理单元，如反硝化滤池，也可以只处理部分进水，出水
混合达标，这样可节省运行费用，操作、运行灵活。
5．4对现有污水处理系统的正常运行影响较小
对现有污水处理设施的拆除、新建、改造量较
少，全厂共4个系列，可分系列实施，按照近期预测
的平均处理污水量80万13"13／d计，一个系列停产施
工，其他3个系列运行，冲击负荷影响不大，可维持
现有处理水平。新建的深度处理工程远离现有处理
设施，可单独建设，对现有管线、设施的改造极少。
5．5合理分配污水碳源，节能降耗
本项目生物除磷脱氮对碳源需求量高，原污水
中碳源的合理利用直接影响处理效果和运行费用。
通常污水处理过程的碳源供给包括3个来源：第一，
进水中固有的可利用碳源；第二，开发原污水的内部
碳源，即将进水中不可利用的碳源经水解酸化处理
后转化成小分子、可生化的碳源；第三，外加碳源。
在方案设计中，充分挖掘原污水中的可利用碳
源，并优先用于生物除磷和脱氮，以减少外加碳源
量。同时，在生物除磷脱氮、污泥厌氧消化工艺的设
计中，尽量提高对各种碳源的利用效率。
由于初沉池可提高系统的抗冲击负荷能力，有
利于再生水厂稳定运行；另外，雨季时初沉池可对超
量的合流污水进行一级处理，社会、环境效益显著。
故在方案设计中保留初沉池。但初沉池会去除污水
中大量有机碳源，不利于后续生物除磷脱氮处理。
针对上述问题，方案设计中增加流量调节设施，
根据季节、处理水量改变初沉池的运行数量，提高处
理负荷，在去除无机悬浮物的同时，尽量减少对有机污
染物的去除，为后续生物除磷脱氮保留更多的可利用
碳源。另外，对初沉污泥进行水解酸化处理，分离的上
清液中含有大量的VFA等，输送至厌氧池，实现初沉
污泥中有效碳源的回收，用于水处理系统的除磷脱氮。
上述方案设计，将提高对进水中有效碳源的利用效率，
降低外加碳源用量，从而减少处理系统的产泥量。
为了进一步挖掘剩余污泥中的碳源量，提高生
物污泥厌氧消化的产沼气量，采用超声波污泥破碎
工艺处理、击破部分剩余污泥，提高污泥生化性能，
投入污泥厌氧消化系统，沼气产量、污泥消减量增
加，热电联产产生的热量和电能亦增多。
上述方案，均利于再生水厂运行能耗、费用的降
低，为其可持续发展提供有力的支持。
6结语
高碑店再生水处理厂工程是对已建污水处理厂
剩余污泥温度分级一生物分相(TSBP)厌氧消化系统运行研究
蔚静雯1 郑明霞2 王凯军2 陶涛1 徐丽圆1
(1华中科技大学环境科学与工程学院，武汉430074；2清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京100084)
摘要在厌氧消化阶段理论指导下，开发了温度分级一生物分相(TSBP)工艺，通过控制温度和
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
内微生物相扫描电镜的结果显示TSBP系统能提供产酸茵和产甲烷茵各自适宜的生长富集条件，成
功实现了两者的基本分离，能够提高厌氧消化效率。
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
随着我国城市污水处理厂建设力度加大，污泥产
量激增，污泥的处理处置问题日益突出[1～。厌氧消化
是实现污泥稳定化、无害化、减量化、资源化的重要工艺
之·，在降解有机物的同时可以产生再生能源(如沼气)，
在解决污泥处理处置问题方面有着很大的发展潜力[3]。
如今，国内外城市污水处理厂的污泥系统采用的
厌氧消化工艺基本上都是传统单级厌氧消化工艺。
传统的厌氧消化工艺存在消化速率较低、停留时间长
及产气率低等问题，限制了厌氧消化技术优势的发
挥。早在1958年，Babbit等[4]就提出了利用两级或
者多级的概念解决污泥厌氧消化工艺中间产物的抑
制效应。从20世纪70年代开始，很多研究者对厌
氧消化工艺都进行了深入研究，并提出了两级、两
相、分级、分相等概念[5~9]。20多年来，分级／分相
厌氧消化工艺广泛应用在废水和固体废物方面，同
样也在污泥方面进行了大量研究[10~16]。但从分级／
分相的概念提出至今，很多研究都没有把分级和分
相加以区分，事实上分相系统涉及到在两个不同反应
器内分离酸化过程和产甲烷化过程，而分级是涉及到
所有其他基质和微生物在一个反应器或不同反应器
内的分离。但是由于分相不可能完全分离水解和酸
化过程，而在分级过程中也可能存在分相的现象，以
国家高技术研究发展计划{863计划)项目(2009AA064702)。至于现在很多研究中两者之间没有明确的区分。
进行升级改造的项目，工艺方案需要综合分析现有
设施的长期运行情况，结合改造目标和各种可行的
工艺方案，在可实施的前提下，按照科学、可靠、经
济、合理的原则进行方案设计。随着时间的推移，整
个工艺方案还需不断地改进、完善，融人更多的可持
续设计理念，如采用厌氧氨氧化工艺对高氮污泥滤
液进行除氮处理，减少生物脱氮所需碳源量等，充分
发挥本工程的环境效益、社会效益和经济效益。
参考文献
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
术研究中心译．北京：中国建筑出版社，2000
2国际水协废水生物处理设计与运行数学模型课题组活性污泥数
学模型．上海：同济大学出版社，2002
3 Design of Municipal Wastewater Treatment Plants一4 th
ed．WEF and ASCE，1998
4郑平，徐向阳，胡宝兰．新型生物脱氮理论与技术．北京：科学出版
社，2004
5 Nutrient Control Design Manual．Ⅱ’A／600／R--09／012，2009
&通讯处：100082北京市西直门北大街32号市政大厦
E-mail：
fengkai@bmedi．cn
收稿日期：2012—10—08
来源： 给水排水V01．38 No．12 2012 39
