多級AAO工藝用于小型污水處理廠提標改造

王 肖

(山西省建筑標準設計研究院，山西 太原 030012)

1 工程背景

鄉寧縣城區污水處理廠原建設規模為1.0萬m3/d，污水處理工藝采用“AAO+機械絮凝反應+過濾”工藝，出水標準執行GB 18918—2002城鎮污水處理廠污染物排放標準中的一級標準A類標準要求，處理后一部分用于城市景觀用水，一部分直接排入鄂河。

在城鎮污水處理廠排放標準全面提高的政策背景下，根據《山西省水污染防治2018年行動計劃》文件要求，污水處理廠出水COD、氨氮、總磷三項主要污染物排放指標穩定達到地表水Ⅴ類標準，為此，需對污水處理廠進行提標改造。

2 提標改造前污水處理廠概況

2.1 改造前水質、水量及實際運行情況

通過對水廠2017年1月～2018年3月進出水質、水量數據分析，污水處理廠總進水量在4 000 m3/d～6 000 m3/d較多，2017年進水量季節性變化明顯，冬季進水量較夏季少，2018年1月,2月進水量逐步增大。

現狀月平均COD指標中有2個月份的指標在400 mg/L左右，其余13個月的平均值均在366 mg/L以下；總氮指標月平均值最大值88.6 mg/L，其余14個月的平均值均在75.3 mg/L以下；氨氮指標月平均值最大值65.4 mg/L，其余14個月的平均值均在53.0 mg/L以下。

污水處理廠改造前進水水質大部分指標較原設計偏高，且進水量未達到滿負荷，因此出水水質指標大部分可以達到一級A標準，但在水量高或進水水質濃度高時，不能保障。

2.2 改造前存在的問題及原因分析

1)縣城排水體質為雨污合流制，雨季進水泥沙量大。冬季進水水溫較低，最低溫度在5 ℃左右，生物池處理效率低，出水COD、氨氮不能保障達標。

2)污水處理廠晝夜進水量變化大，預處理提升泵池調節容積小，提升泵啟停頻率高，檢修維護頻繁。

3)旋流沉砂池停留時間短，除砂效果差，加大后續構筑物負擔。

4)初沉池出泥管路堵塞，沉淀池停用，導致二級生化段進水無機的懸浮物含量高。

5)現狀進水COD、氨氮、總氮較原設計值偏大，根據校核計算，現有的AAO池池容小，停留時間僅12.6 h，處理負荷高。

6)二沉池采用半橋式刮泥機重力排泥，排泥不暢，浮泥較多，出水中懸浮物較高，嚴重影響深度處理效果。

7)深度處理采用的混凝、過濾設施已停用。由于二沉池出水懸浮物較多，經混凝后形成大量的礬花，出水未設沉淀設施直接進入后端濾池，而濾池采用粒度較細的單層石英砂，最終造成濾池表面污泥結板，導致濾池不能使用。

3 提標改造工程設計思路及工藝方案確定

3.1 改造工程進出水水質確定

本著“適度超前、預留空間”的原則預測污水廠未來進水水質。鄉寧縣城區污水處理廠運行多年，其進水水質具有相當程度的可靠性，本次設計調取水廠2017年1月～2018年3月的水質進行分析，并結合生活污水水質特點最終確定設計進水水質見表1。

表1 污水廠改造工程進水水質 mg/L

鄉寧縣城區污水處理廠提標改造工程出水COD、氨氮、總磷執行GB 3838—2002地表水環境質量標準Ⅴ類標準限值要求，其余指標仍執行GB 18918—2002城鎮污水處理廠污染物排放標準一級A標準限值，見表2。

表2 污水廠改造工程出水水質 mg/L

3.2 改造總體思路

根據進水水質特點分析，提標改造工程以生物脫氮除磷為主要工藝選擇。

1)預處理段：污水處理廠現狀晝夜污水進水量變化大，現狀集水池容積較小，停留時間僅滿足最大一臺10 min流量，造成水泵啟停頻繁，且對生化池運行造成一定影響，因此粗格柵后增加調節池一座，對進水水量進行調節，配套污水提升泵，并與現狀集水池聯通。

由于進水含沙量較大，新增曝氣沉砂池一座，增大停留時間，提高沉砂池穩定性、排砂率；并新增新式孔徑2 mm內進流網板式細格柵，降低生物池內浮渣量。

2)二級處理段：污水處理廠運行多年，進水水質較穩定，處理工藝采用生物脫氮除磷工藝符合本工程水質特點。降解污染物主要工序原設計是AAO工藝，符合指南要求，但目前進水水質較原設計增大,且出水標準要求嚴格，因此須對原有工藝進行校核，作相應改造。

根據現有的生化段池容及提標改造建設規模，校核認為生化池總停留時間12.6 h較短，處理負荷高，出水水質不能保障，因此須擴大生化池池容/提高污泥濃度，降低容積負荷，保障BOD5,COD,NH3-N,TN在二級處理段穩定達控制目標。TP在二級處理段可通過生物除磷得到大部分去除，剩余部分在三級處理段通過化學反應去除。為保證冬季寒冷條件下生化池內的污水溫度，確保污水中微生物的活性及主要水質去除的穩定性，對現狀及新建外露生化段處理設施增加相應保溫措施。

3)深度處理段：維修現有機械絮凝池，新增斜板沉淀池，更換現有的濾池濾料，組成混凝、沉淀、過濾單元，這一過程水中懸浮微粒集聚變大，或形成絮團，從而加快粒子的聚沉，達到固—液分離的目的，保證出水TP,SS達標。

4)增加應急處理設施:在冬季水溫低，出水COD、氨氮經生化系統處理后仍不能穩定達標時，在深度處理段設置投藥設施：a.增設投加活性炭粉末除設備，保障出水COD達標；b.增加次氯酸鈉投加設備，保障出水氨氮達標。

3.3 改造工藝方案確定

采用“預處理+多級AAO+混凝、沉淀、過濾”的方案。

拆除現有初沉池，新建多級AAO的厭氧缺氧池，改造現有的生物池為好氧池及Ⅱ段缺氧、好氧池，深度處理段新建斜板沉淀池,改造、維修原有混凝反應池、雙層濾池。

在Ⅰ段好氧池內投加MBBR填料，提高硝化菌濃度，并對新建的厭氧、缺氧池進行保溫加蓋。

新建的多級AAO的厭氧缺氧池，在池體設計時，考慮多點進水設置，充分利用原水中的碳源。

改造后工藝流程見圖1。

4 提標改造工藝設計

1)預處理階段：保留并利用原有進水井、粗格柵間及配套設施，新建調節池、超細格柵、曝氣沉砂池及其相應配套設備。

調節池上層作為應急加藥間，并與調節池合建。應急加藥間內設碳源加藥設備及活性炭粉末加藥設備。

2)二級處理階段：

a.多級AAO池是本工程污水處理的核心構筑物,用于生物脫氮除磷。多級AAO池由厭氧區、Ⅰ段缺氧區、Ⅰ段好氧區及Ⅱ段缺氧區、Ⅱ段好氧區五部分組成。本次改造在原初沉池拆除的空地上新建厭氧區、Ⅰ段缺氧區，改造原AAO池為Ⅰ段好氧區及Ⅱ段缺氧區、Ⅱ段好氧區。

改造后生物池設計參數：總停留時間為26.4 h，其中厭氧池為2.0 h，Ⅰ段缺氧池為12 h，Ⅰ段好氧池為8.0 h，Ⅱ段缺氧池為3.3 h，Ⅱ段好氧池為1.1 h；混合液污泥濃度4 000 mg·MLSS/L，污泥齡15 d，BOD污泥負荷0.111 kgBOD/kgMLSS·d，氣水比14∶1；混合液回流比300%～350%，污泥回流比100%。

由于本項目進水生物脫氮的碳源不充足，為保證反硝化過程的充分進行，設置碳源投加系統，實際運行中根據水質情況進行碳源投加，碳源投加量按BOD5/TN提升至3.5∶1進行配置，在Ⅰ段，Ⅱ段缺氧池前段均設投加點。

鄉寧縣冬季氣溫較低，為保障生化池內污水溫度，對新建的厭氧池、缺氧池進行加蓋、保溫，原有生物池已經建有加蓋設施，不變動。

b.污水廠現有2座φ20 m的中進周出的二沉池，采用半橋式刮泥機。二沉池最大流量時表面負荷1.05 m3/(m2·h)，停留時間2.4 h。原采用半橋式刮泥機為重力排泥，運行時間越長，導致管道堵塞，造成排泥不暢，浮泥較多，因此將2臺刮泥設備改造為2臺全橋式刮吸泥機，并根據二沉池現狀內部構造，相應定制專用刮吸泥機。

3)深度處理階段及出水：改造機械絮凝池、新建斜板沉淀池、更換濾池內部濾料、配套布水管路。保留并利用原有接觸消毒池、巴氏計量槽、在線監測間。現狀的二氧化氯發生器及配套藥劑儲罐已不能使用，本工程拆除二氧化氯發生器，更換為次氯酸鈉加藥設備。

5 技術經濟指標分析

提標改造工程總投資約3 817.0萬元。其中土建費用1 447.4萬元，設備費用1 429.6萬元，安裝費用368.0萬元，二類費用356.0萬元，預備費216.0萬元。工程單位建設投資為3 817.0元/m3。

6 提標改造工程運行后出水水質

鄉寧縣城區污水處理廠提標改造工程已于2019年7月底安裝調試完工，8月份進入試運行階段，根據8月～11月實際運行數據顯示，9月上旬水廠進水量達到滿負荷，改造后的工藝運行穩定，效果良好，出水水質穩定達標。

7 結論

1)增加調節池，解決了晝夜進水量變化大對后續系統的沖擊。2)采用多級A/O工藝，解決了原工藝外加碳源多、運行成本高的問題。3)冬季水溫低，生化池內微生物活性降低，處理率下降，增加保溫措施后，有助于維持生化池內微生物正常生存的環境，保障微生物的活性，確保工藝要求的處理效率。4)保障出水TN指標達到排放要求。5)新增加了應急處理設施，冬季氣溫低的情況下，保障出水COD、氨氮達標。此次改造工藝切實可行，為類似污水廠提標改造提供了借鑒。