改良A2/O 工藝在污水廠擴建工程的應用實例

謝麗清，賈彥武，唐行鵬，王明智

（1.北方工程設計研究院有限公司，石家莊050011；2. 河北省水利水電第二勘測設計研究院，石家莊050021）

承德市某污水處理廠位于平泉市平泉鎮， 現有處理規模為3.0萬m3/d，污水廠占地3.9hm2；采用“粗格柵及提升泵站+細格柵及旋流沉砂池+百樂克綜合生化池+D型濾池”處理工藝。2017年污水處理廠進水量在2.8萬～3.5萬m3/d， 春秋季節進水量偏低， 夏季較高，冬季由于城區內采用水源熱泵較多，因此冬季排水量最高可達3.5萬m3/d。 本期污水廠擴建規模為2.0萬m3/d，擴建后整體規模達到5.0萬m3/d，出水標準為GB18918—2002 《城鎮污水處理廠污染物綜合排放標準》的一級A標準。

該污水廠位于河北北部寒冷地區， 最冷月生化池水溫為8～10 ℃， 低溫環境下微生物活性大大下降。 彭趙旭［1］等指出，水溫低于10 ℃，硝化菌呈休眠狀態， 且水溫每降低1 ℃硝化菌生長速率下降10%。本項目生化系統的難點就在于冬季低溫條件下硝化反硝化效果不佳。在設計時考慮改善構筑物保溫、增大水力停留時間、降低污泥負荷等工程措施，提高生化系統脫氮除磷的效果。此外，現有污水廠未考慮遠期發展預留，亦不具備征地條件，因此擴建工程只能在現有空地進行建設。可利用空地面積1.106萬m2，這要求擴建工程選用集約高效的處理工藝。

1 進出水水質及工藝流程

污水廠來水主要是生活污水和工業廢水， 二者各占總水量的65%和35%。 根據現場調研，污水廠服務范圍內的工業企業以建材、機械制造、輪胎制造、化工、礦冶、農副產品深加工等工業為主。 根據近年污水處理廠實測進水水質， 確定設計進水水質如表1。

表1 污水廠擴建工程進出水水質指標 單位：mg/L

擴建工程采用污水處理工藝為 “預處理+改良A2/O生化池+磁混高效沉淀池+纖維轉盤濾池+紫外線消毒工藝”。 具體如圖1。

圖1 工藝流程

2 工藝技術特點

二級生化系統采用的改良A2/O工藝是基于先進的同步硝化反硝化脫氮理論為基礎的高效一體化生物處理系統。通過低通氣量、地毯式曝氣裝置控制曝氣池在低氧環境運行（溶解氧0.5～0.8mg/L），生物池兼有水解酸化作用［2］，對難降解的COD有較好的適應性，COD的去除效果要優于其他好氧工藝。 其次低氧環境能使硝化反硝化反應同步進行， 且短程硝化反硝化占有相當比例，該系統不僅簡化了系統脫氮的運行流程，降低了對碳源的需求，節約了能耗，提高了脫氮效率， 同時也避免了由于硝態氮積累帶來的不利影響［3］。 此外，低氧環境微生物生長速度偏低，污泥齡長，污泥濃度高，系統容積負荷及抗沖擊性能增強。

改良A2/O工藝采用一體化結構，如圖2，分為厭氧區、缺氧區、低氧曝氣區、空氣提升區、澄清區，將厭氧、缺氧、好氧、泥水分離等不同處理功能的單元集中于同一反應池中，使得占地面積大大減小。厭氧區、缺氧區、曝氣區的劃分參照HJ 576—2010《厭氧-缺氧-好氧活性污泥法污水處理工程技術規范》的要求。 各單元作用如下：

（1） 厭氧區。 在厭氧環境下微生物進行磷的釋放，為生物除磷做準備。

（2）缺氧區。利用曝氣區回流的硝化液進行反硝化反應，脫氮。

（3）低氧曝氣區。通過控制曝氣池在低氧環境下運行， 去除有機物的同時， 實現同步脫氮及生物除磷，池內設內回流泵將硝化液回流至缺氧區前端。

（4）空氣提升區。 豎井內設置空氣推流器，利用特殊的水力結構，形成高效的空氣推流系統，使曝氣區內混合液大比例返混，降低F/M（有機底物/活性污泥量），延長污泥齡。

（5）澄清區。 采用上向流斜板沉淀池結構，對曝氣區出水進行泥水分離， 同時通過回流泵將部分污泥回流至厭氧區前端， 通過剩余污泥泵間歇排放污泥至儲泥池。

圖2 改良A2/O系統平面

深度處理采用磁混高效沉淀工藝，如圖3，主要包括快混池、加載絮凝池、助凝反應池、高效澄清池4個部分。快混池投加鋁鹽或鐵鹽作為混凝劑，混凝劑充分水解，與水中膠體發生電中和脫穩作用，使微小顆粒聚集在一起。加載絮凝池投入適量磁粉，磁粉作為微小晶核，更容易形成礬花［4］，且大大提高礬花比重。從沉淀區底部回流的污泥被泵送到加載絮凝池，使系統內的磁粉得以循環利用。 為使固體懸浮物進一步形成較大、較密實的絮凝物，在助凝反應池內投加高分子助凝劑，使細小顆粒逐漸形成較大絮體。而后污水進入高效沉淀池， 高效沉淀池利用淺層沉淀原理，采用斜管作為填料，使沉淀區表面負荷明顯提高。該工藝的特點是借助外加磁粉加強絮凝效果，生成比重較大的礬花，提高沉淀效率，減小占地面積。磁粉在整個系統中是循環使用的， 通過磁粉回收系統從污泥中將磁粉進行分離后再進行回收， 有效控制運行成本。

圖3 磁混高效沉淀工藝流程

3 主體構筑物及工藝參數

擴建工程建構筑物實施如表2。

表2 建構筑物實施

3.1 細格柵及旋流沉砂池

細格柵采用2套內進流孔板式細格柵， 渠寬1200mm，渠深1550mm， b=3mm，安裝傾角α=90°，配套沖洗水泵及沖洗水箱。污水經細格柵進入2套旋流沉砂設備，直徑2430mm，配套設備旋流攪拌機及提砂泵各1臺， 攪拌機轉速為15r/min， 提砂泵采用Q=20m3/h，H=10m，N=1.1kW。

3.2 改良A2/O綜合生化池

改良A2/O綜合生化池分2系列，為矩形鋼筋混凝土結構，總體尺寸為：77.4m×40.2m×6.5m，有效水深6.0m。 按照生物處理工藝要求分為厭氧區、缺氧區、低氧曝氣區、空氣提升區、澄清區5個區域。 設計參數如下：總停留時間14.45h（不含沉淀區），其中厭氧區1.48h，缺氧區3.58h，低氧曝氣區9.54h。污泥濃度：6g/L，BOD污泥負荷：0.11kgBOD/kgMLSS·d，TN負荷率：0.05kgTN/ kgMLSS·d。 污泥回流比100%，硝化液回流比230%。厭/缺氧區設潛水攪拌機使污水處于缺氧狀態。低氧曝氣區末端設溶解氧儀，通過實時采樣溶氧儀變送器反饋的電信號， 經可編程序控制器進行模數轉換，數字處理及工藝參數運算后，實時控制風機的轉速， 從而按照工藝對溶解氧的要求動態調節供風量， 使池中溶解氧濃度穩定的控制在0.5mg/L左右。曝氣裝置采用可提升微孔曝氣軟管，其微孔直徑約1mm，通氣量1.25m3/（m·h），氧傳遞效率30%。 澄清區與曝氣區貼建，為上向流斜板沉淀池，采用行車式吸泥機將污泥提升回流至厭氧區前段。 澄清區表面負荷1.16m3/（m2·h）。

3.3 磁混高效沉淀池

磁混高效沉淀池1座， 設計規模5萬m3/d， 分2系列，污水廠原有百樂克綜合生化池（3萬m3/d）及新建改良A2/O綜合生化池（2萬m3/d）出水一起進入前端配水井，后進入快混池、磁粉混合池、絮凝池、沉淀池，處理后出水經末端配水井（配比3∶2）分別進入原有D型濾池及新建纖維轉盤濾池。 各混合絮凝池均設攪拌機，磁粉混合池上方設磁粉投加及回收系統，磁粉回收率99%。 沉淀池采用2座上向流斜管沉淀池，分別配套中心傳動濃縮機直徑10m。其設計參數如表3。

表3 磁混高效沉淀池設計參數

3.4 纖維轉盤濾池

纖維轉盤濾池的進水形式為外進內出式， 其作用在于去除污水中以懸浮狀態存在的各種雜質，提高污水處理廠出水水質，使處理水SS達到要求。設計進水SS≤30mg/L， 出水SS≤10mg/L。 采用轉盤直徑3000mm，6盤/套，單盤有效面積12.6m2，平均時過濾速度11m/h，配套反洗水泵3臺。

3.5 紫外消毒渠

紫外消毒渠1座，分2個系列，設計規模為5萬m3/d，總平面尺寸15.2m×3.5m，渠深2.5m。 設計紫外透光率（UVT）65%；殺菌指標糞大腸桿菌數＜1000個/L。每條消毒明渠安裝1套紫外消毒模塊 （64支256W紫外燈），水位控制系統采用自動水位控制器。

4 運行情況分析

4.1 處理效果

污水廠擴建工程2019年1月調試完成， 投入運行。 冬季由于有部分地熱水進入污水廠， 實際進水COD200～350mg/L，TN50～60mg/L左右。雖然理論上脫氮的碳源足夠，但是由于冬季低溫及進水C/N因地熱水進入降低，冬季運行需要投加碳源保證處理效果。

2019年1～2月通過對污水廠進水、改良A2/O生化池末端、紫外消毒出水進行連續監測，實際結果如圖4～圖6，進水COD平均282.7mg/L，生化單元末端出水COD 平 均47.2mg/L， 紫 外 消 毒 出 水COD 平 均29.0mg/L。 生化單元對COD去除效率83.3%，深度處理單元對COD去除效率38.5%。進水TN平均55.6mg/L，出水TN平均11.3mg/L，TN去除率平均79.55%。 進水TP平均4.92mg/L，生化單元末端出水TP平均2.57mg/L，紫外消毒出水TP平均0.29mg/L。 生化單元對TP去除效率47.83%， 深度處理單元對TP 去除效率為88.62%。運行結果顯示，污水處理廠出水各項指標穩定達到GB 18918—2002 《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中的一級A標準。

圖4 水質監測COD去除效果

圖5 水質監測TN去除效果

圖6 水質監測TP去除效果

4.2 投資與經濟成本

該污水處理廠擴建工程總投資6432.50萬元，其中土建及設備安裝部分5805.16 萬元， 其他費用627.34萬元。

原有百樂克池（規模3萬t/d）采用3臺132kW羅茨風機同時運行，新建改良A2/O生化池（規模2萬m3/d）采用2臺75kW空氣懸浮風機同時運行。 為保證脫氮效果， 污水廠冬季仍需投加乙酸鈉至原有百樂克池及新建改良A2/O生化池。新建改良A2/O生化池與原有百樂克生化池的運行費用對比如圖7。

圖7 改良A2/O工藝與百樂克工藝運行費用

從圖7可看出，改良A2/O工藝比百樂克工藝節省碳源費用36.27%，節省電費40.34%，整體運行費用節省35.88%。

5 結語

針對冬季低溫反硝化效果差、 廠區用地受限等難點， 擴建工程采用改良A2/O工藝和磁混高效沉淀技術進行處理，結果表明，生化池冬季脫氮除磷效果良好，出水水質可穩定達到GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A排放標準。 而且新建改良A2/O生化池比原有百樂克生化池節省運行費用35.88%，實現了節能降耗的目的，其經驗可供河北北部寒冷地區借鑒。