多模式AAO 工藝在小型城鎮污水處理廠的應用

陶冶

（遼寧省生態環境事務服務中心，沈陽 110161）

隨著我國城鎮化率的迅速提高，小城鎮的人口規模和污水排放量也急劇增加。小城鎮的污水集中處理設施以建設規模小于1.0×104t/d 的小型污水處理廠為主[1]。城鎮小型污水處理廠數量多、地域分布廣[2]，污水處理廠之間進水水質差異性大[3]，處理工藝選擇的合理性關系著污水處理廠能否穩定運行。

多模式AAO 工藝通過管道或渠道為缺氧和厭氧池預留入口，并在入口設置分配堰門，即可根據進水水質和處理要求在生化池內實現傳統AAO、倒置AAO、分點進水AAO、改良AAO 等多種運行模式的變換，工藝適應性較強[4,5]。本文以北方某小型城鎮污水處理廠為研究對象，介紹了其工藝流程，并分析了其處理效果，以期為同類型污水處理廠的設計及運行提供參考。

1 工程概況

工程規劃的服務區域總面積約為5.0km2，現排水量約為0.77×104t/d，以生活污水為主。本項目設計總規模為2.0×104t/d，分兩期建設，一期工程規模為1.0×104t/d，同時預留二期擴建用地。出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A 標準，具體進、出水水質見表1。

表1 設計進、出水水質（單位：mg/L）

2 工程方案

2.1 工藝選擇

2.1.1 預處理工藝

本工程預處理設施主要包括粗、細格柵和沉砂池。城鎮污水處理廠由于雨污混接、管網破損、地下水入滲等原因，普遍存在進水碳源不足的問題。然而活性污泥中的厭氧釋磷和反硝化脫氮過程都要求有足夠的碳源，工程中常采用取消初沉池的設計方案來提高進水中的碳源濃度[6]，因此本項目不設置初沉池。

2.1.2 生化處理工藝

該污水處理廠服務范圍內主要為生活污水，可生化性較好，但是由于工程建設規模小，因此抗沖擊能力有限。為了使污水處理廠能夠充分適應水質的大幅度變化，二級處理工藝采用多模式AAO 工藝。根據周邊城鎮污水處理廠多年進、出水水質監測數據及運行經驗，采用乙酸鈉作為外加碳源以保證生物脫氮效果。

2.1.3 深度處理工藝

污水經過二級處理后TP、SS 和糞大腸桿菌等指標不能穩定達到設計水質標準，需要繼續進行深度處理。綜合考慮工程投資、水質特性、用地條件和運行維護等因素，深度處理工藝方案采用混合絮凝+活性砂過濾組合工藝，采用PAC（聚合氯化鋁）作為絮凝劑和化學除磷劑。消毒過程采用高效、無二次污染的紫外線消毒工藝。

2.1.4 除臭工藝

除臭設計主要用于處理粗格柵間、進水泵房集水池、細格柵間以及污泥脫水機房等處的臭氣。由于污水處理廠周圍十分空曠，衛生防護距離內無任何構筑物和敏感點，因此工藝選用植物提取液噴淋除臭。植物提取液中的活性成分能夠與惡臭物質發生加成、氧化還原、中和、縮合等反應，最終將其轉化成無味、無毒的物質[7]。

2.2 工藝流程

污水處理廠預處理段構筑物按照遠期2.0×104t/d的規模設計建設，設備按照一期工程1.0×104t/d 的規模安裝，以便于污水處理廠近、遠期的結合和發展。生化池、混合絮凝池和活性砂濾池的構筑物均分為2個序列，每個序列的處理能力為0.5×104t/d，可獨立運轉。剩余污泥經過脫水后含水率可降至80%以下，最終外運處理。污水處理廠工藝流程見下圖。

污水處理廠工藝流程

2.3 主要設備及構筑物

2.3.1 粗格柵及提升泵房

新建粗格柵間及污水提升泵房1 座，地下式鋼砼結構，平面尺寸（L×B）為11.0m×5.3m。粗格柵間設計配套回轉式格柵2 臺，粗格柵機柵條間隙為20mm，設計過柵流速為0.6m/s。

污水提升泵房內集水池的尺寸（L×B×H）為8.4m×4.5m×9.7m，集水池用于均衡污水的水質水量。集水池內設計提升泵4 臺，旱季2 用2 備，雨季4 臺全開。單臺提升泵流量為330m3/h、揚程為13m。

2.3.2 細格柵間

新建細格柵間1 座，高架式鋼砼結構，尺寸（L×B×H）為1.6m×16.8m×1.1m。細格柵間內設計過水渠2 道，每道過水渠安裝回轉式格柵1 臺。細格柵機柵條間隙為4.0mm，設計過柵流速為0.8m/s。

2.3.3 旋流沉砂池

新建旋流沉砂池2 座，單座沉砂池體直徑為3.05m，地上式鋼砼結構（加蓋）。旋流沉砂池設計配套羅茨鼓風機2 臺，1 用1 備，單臺鼓風機風量為1.43m3/min、風壓為49kPa。

2.3.4 多模式AAO 生化池

新建多模式AAO生化池1座，半地下式鋼砼結構。生化池分為兩個系列，單個系列尺寸（L×B×H）為25m×30m×6.0m。每個系列通過設置隔墻分為預缺氧區、厭氧區、缺氧區和好氧區，其中預缺氧區容積為125m3、厭氧區容積為250m3、缺氧區容積為889m3、好氧區容積為2640m3。

生化池的每個系列均設置獨立的進水渠道和混合液配水渠。進水渠道和混合液配水渠在預缺氧區、厭氧區和缺氧區設置多個進水點，每個進水點配置可調節堰門，根據進水水質情況合理分配進水量。

生化池設計污泥負荷為0.09kgBOD5/（kgMLSS·d），污泥齡為16d，水力停留時間為15.6h。生化池好氧區末端安裝內回流泵4 臺（每個系列2 臺），單臺流量為250m3/h、揚程為1.2m。

2.3.5 二沉池

新建二沉池2 座，半地下式鋼砼結構，用于泥水分離。二沉池為周邊進水、周邊出水，池體直徑為20m，設計表面負荷為1.05m3/（m2·h）。

新建二沉池配水井及污泥泵房1 座，半地下式鋼砼結構，直徑為11m、高度為6m。安裝回流污泥泵4 臺，單臺流量為125m3/h、揚程為4.0m；剩余污泥泵2 臺，單臺流量為37.5m3/h、揚程為10m。

2.3.6 混合絮凝池

新建混合絮凝池1 座，半地下式鋼砼結構。混凝沉淀池分為混合池和絮凝池，混合池和絮凝池各分為兩格。每格混合池尺寸（L×B×H）為1.1m×1.1m×4.55m，設計混合時間為30s。每格絮凝池尺寸（L×B×H）為2.45m×2.45m×5.15m，設計反應時間為4.93min。

2.3.7 活性砂濾池

新建活性砂濾池1 座，半地下式鋼砼結構。濾池分為兩格，每格尺寸（L×B×H）為7.35m×4.9m×6.5m。活性砂濾池內共安裝過濾器12 套，過濾器采用石英砂為濾料，砂床高度為2.0m，設計平均濾速為5.8m/h。

2.3.8 紫外消毒池

新建紫外消毒間1 座，半地下式鋼砼結構，平面尺寸（L×B）為11.65×15.85m。消毒間內設置消毒渠道1 條，尺寸（L×B×H）為2.4m×0.2m×1.85m。

紫外消毒模塊包括自動控制系統和24 根紫外燈管。自動控制系統由UV 傳感器、流量計和PLC 組成。系統根據UV 傳感器和流量計的信號計算所需的紫外消毒劑量，并通過PLC 裝置控制紫外燈管。

2.3.9 配套建筑

鼓風機房：地上式框架結構，平面尺寸（L×B）為11.2m×7.7m。選用3 臺羅茨鼓風機，2 用1 備，變頻運行。單臺風量為32.5m3/h、風壓為0.062MPa，配套電機功率為187kW。

加藥間：地上式框架結構，平面尺寸（L×B）為10.0m×5.0m。安裝用于投加PAC 的計量泵2 臺（1用1 備），設計最大投加量為40mg/L；用于投加乙酸鈉的計量泵2 臺（1 用1 備），設計最大投加量為70mg/L。

污泥脫水間：地上式框架結構，平面尺寸（L×B）為19.4m×7.7m（含污泥堆棚間）。本工程設計脫水污泥量為247m3/d，選用帶式壓濾機1 臺，處理能力為20—35m3/h，聚丙烯酰胺（PAM）加藥量為3—5g/kgDS。

3 運行效果分析

工程自建成投產后，至今可滿負荷運行，出水各項指標均能穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A 標準。2020 年的實際進、出水情況見表2。

由表2 可知，進水CODCr、BOD5濃度遠低于設計進水水質，進水BOD5/TN 僅為1.05—2.51，碳源明顯不足。另外，進水中的有機物、氮、磷等污染物的各月平均濃度存在較大差異，呈現明顯的波動性，其中4—5 月進水氮、磷平均濃度超出設計水質。

表2 2020 年實際進、出水水質情況（單位：mg/L）

為了保證污水處理廠的脫氮除磷效果，同時避免過高的運行費用，污水處理廠在汛期進水碳氮比較低的月份（7—8 月）采用倒置AAO 模式運行，運行工況為內回流比200%、污泥回流比100%、污泥濃度3500—4000mg/L；在冬季碳氮比較低的月份（2 月和11 月）則將污泥回流比降低至50%，并將污泥濃度提高至5000mg/L 以上，使系統適應低溫運行環境；在其他月份，污水處理廠主要以傳統AAO 模式運行，運行工況為內回流比100%、污泥回流比50%、污泥濃度3000—4000mg/L，以此降低電耗并兼顧生物除磷效果。

4 技術經濟指標

經測算，本工程總投資約為4900 萬元，其中工程費用約為3640 萬元。處理量折算后單位總成本為1.47 元/m3，單位經營成本為0.98 元/m3，運行電耗約為0.33kW·h/m3，工程運行費用及能耗較低。

5 結語

本工程采用多模式AAO+混合絮凝+活性砂過濾+紫外線消毒的主體工藝，處理后的出水水質滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中的一級A 標準，直接處理成本為0.98 元/m3，具有良好的環境、經濟效益。

多模式AAO 工藝通過調整進水點和回流點的組合，能夠實現多種運行模式的靈活切換，對水質變化適應性強，運行穩定可靠，為小型城鎮污水處理廠的運營管理提供了方便，具有一定的推廣價值。