改良AAO+磁混凝工藝在污水廠提標改造項目中的應用
——以山東某污水處理廠為例

侯亞紅，顧雪鋒，李海龍，齊 坡，周靈俊

(北控水務集團有限公司，浙江杭州 311100)

隨著國家“綠水青山”環境生態戰略的不斷深化，對河流等總體生態環境的要求不斷提高。山東省某污水廠現狀處理規模為3萬m3/d，進水中印染、機械加工等工業廢水占比約為30%，污水處理采用細格柵旋流沉砂池+AAO+V型濾池，現狀出水標準為《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中一級A標準，尾水排至明堂河，屬于南水北調一般保護區域。根據當地區域水環境總體要求，本污水廠出水中部分指標需滿足《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中IV類水體限值要求，即CODCr≤30 mg/L，TP≤0.3 mg/L。

本廠廠區用地緊張且附近無地可征用，進水中工業廢水占比較高，新出水標準要求較高，故需進行原位提標改造，深度挖潛生化處理等現狀設施功能[1]，增設節地高效的深度處理工藝。經過現場踏勘和方案對比分析，本工程選用改良AAO+新增磁混凝沉淀(預留活性炭投加)+V型濾池的原位提標改造工藝，取得了良好的處理效果，可為國內類似項目原位提標改造提供參考。

1 污水廠現狀分析

1.1 現狀概況

污水廠始建于2009年，現狀建設規模為3萬 m3/d，實際污水處理量約為2.2萬 m3/d，主要處理園區內300多家企事業單位和近10萬人的生產生活污水。污水處理工藝采用AAO+二沉池+二泵房+V型濾池，出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中一級A標準。污泥采用儲泥池+帶式濃縮脫水機處理，出泥含水率≤80%。消毒采用ClO2，現狀廠區無除臭系統。

1.2 現狀進水水質分析

污水廠進水中生活污水占比約為70%，工業廢水占比約為30%，其中工業廢水以印染、機械加工、綜合制藥、食品加工等為主。

對污水廠2019年1月—2020年9月的進水進行頻次分析，如表1和圖1所示，廠區進水水質與原設計進水水質較為接近，原設計進水水質取值較為合理，但CODCr、SS、TP這3項指標偶爾會出現超標現象。進水中B/C約為0.38，可生化性一般；BOD5/TP約為54.61；BOD5/TN約為3.20。實際進水水質碳源相對不足，為保證出水TN穩定達標，需部分時段額外投加碳源。

表1 污水廠原設計及實際進水水質

圖1 污水廠實際進水水質

1.3 現狀處理工藝

污水廠現采用AAO工藝，污水消毒采用ClO2，污泥處理采用帶式濃縮脫水一體機，工藝流程如圖2所示。

圖2 現狀污水處理工藝

1.4 現狀出水水質

對污水廠2019年1月—2020年9月的出水進行頻次分析，如表2和圖3所示。CODCr、BOD5、SS、氨氮、TN、TP一級A達標率均為100%，現狀工藝流程和設計參數可滿足一級A出水標準。若按準Ⅳ類新標準考核，CODCr達標率為85.14%，氨氮達標率為79.50%，TN達標率為74.47%，TP達標率為80.33%，達標率均較低，無法滿足新要求，現狀處理工藝亟需改造。

表2 污水廠原設計及實際出水水質

圖3 污水廠實際出水水質

1.5 提標改造要求

本項目為原位提標改造工程，進水中含印染、機械加工等工業廢水，新標準要求較高，其中CODCr含量≤30 mg/L、TN含量≤10(12)mg/L、TP含量≤0.3 mg/L，結合實際進出水水質情況以及現狀池體和設備情況，本次提標改造工程需重點關注CODCr、TN、TP這3項污染指標。另外，工藝改造時需充分利用現狀設施，深度挖潛生化處理能力，針對性增設節地高效的深度處理單元。

2 現狀改造重難點分析及應對措施

通過分析實際進出水水量水質情況，復核現狀處理設施，同時結合廠區實際運營情況和新標準要求，本項目需重點關注以下問題。

2.1 進水水質復雜

本廠進水中含印染紡織、機械加工、綜合制藥、食品加工、機械加工等工業廢水，占比約為30%，印染紡織廢水中溶解性的難生物降解性CODCr較高，新標準要求出水CODCr含量由50 mg/L降至30 mg/L，TN含量由15 mg/L降至10 mg/L，TP含量由0.5 mg/L降至0.3 mg/L，現狀工藝為AAO+V型濾池，無法滿足提標要求。經復核，現狀生化池總有效池容(23 625 m3)設置合理，但分區不合理，且無內回流調節設施、無固定碳源投加設施、進水點單一[2]，另外深度處理工藝缺少混凝沉淀段，僅靠生化處理難以滿足C、N、P污染物提標要求。

2.2 廠區用地緊張

廠區現狀建構筑物布局較為緊湊，無提標改造預留用地。經工藝論證，在充分改造利用現有處理設施的基礎上，需新增混凝沉淀單元、碳源除磷藥劑投加裝置、化驗間、除臭裝置等處理設施，并充分利用現狀零星地塊，選擇節地高效工藝，合理規劃施工順序。

2.3 部分設備老化

本廠建設使用已有十余年，細格柵、二沉池出水槽、中間提升泵、儲泥池攪拌器、生化池曝氣系統、生化池攪拌器等工藝設備和部分電氣自控設備老化嚴重，運行效果不佳，且維修頻繁，需對其重置。

3 提標改造工藝設計

3.1 提標改造設計水量水質

本廠現狀建設規模為3萬m3/d，實際污水處理量約為2.2萬m3/d，提標改造工程設計規模維持現狀不變。

經對比分析實際進水水質情況和原設計進水水質，本提標改造工程設計進水水質沿用原設計進水水質，出水按照當地要求執行地表Ⅳ類水標準，具體如表3所示。

表3 設計進、出水水質

3.2 工藝設計

本提標改造工程污水處理工藝采用改良AAO+二沉池+二次提升泵房+磁混凝沉淀池(預留活性炭投加)[3]+V型濾池，污泥處理采用污泥均質池+帶式濃縮脫水機，除臭采用生物濾池工藝，具體如圖4所示。

圖4 提標改造工藝流程

1)預處理系統

現狀粗格柵及提升泵房設備完好、運行工況佳，維持現狀利用。

細格柵旋流沉砂池建設時間較長，細格柵老化嚴重，除渣效果較差，本工程對其進行重置。主要設計參數為：格柵形式為網板格柵，數量為2套，柵條間隙為6 mm，柵渠寬度為1 300 mm，安裝角度為75°。

2)生物處理系統

現狀AAO生化池設計規模為3萬m3/d，有效水深為5.8 m，總有效池容為23 625 m3，其中，厭氧區水力停留時間(HRT)為2.13 h，缺氧區HRT為3.30 h，好氧區HRT為13.47 h，總計HRT為18.90 h。進水點僅設厭氧池1處，曝氣設施老化嚴重、曝氣不均勻，內回流通過在缺氧、好氧池間設置連通渠、靠渠道閘門控制。經復核，總池容可滿足要求，但各分區池容設計不合理，缺氧池池容嚴重偏小，需重新設計各分區池容，增設進水點，充分利用進水中碳源，增設內回流泵、靈活調節混合液回流量，并重置碳源投加設施、曝氣系統等，強化生物池去碳脫氮能力。

將現狀生化池改造為改良AAO(圖5)，維持總池容不變，增設缺氧、好氧池Ⅰ這2處可調進水點[4]，調整各分區池容，延長缺氧區HRT至5.51 h，縮短好氧區HRT至9.92 h，在好氧池末端設置1.00 h脫氣區，同時重置碳源投加設施、推流器、曝氣器等。主要工藝設計參數為：設計混合液懸浮固體濃度(MLSS)為4 000 mg/L，混合液回流比為300%，污泥回流比為100%，氣水比為4.8∶1。

圖5 AAO生化池改造平面圖

現狀生化池曝氣采用離心風機，效率較低、噪聲大，且老化嚴重。將其更換為空氣懸浮風機[5]，總計3臺，2用1備，均采用變頻控制，主要設計參數為：Q=50 Nm3/min，P=68.6 kPa，N=80.0 kW。

現狀二沉池為中進周出輻流式，數量為2座，池徑為35 m，混凝土出水渠池壁破損嚴重。本工程對出水渠進行改造，采用內嵌SS304不銹鋼板，厚度為1 mm。

現狀污泥泵房部分設備老化嚴重，本工程對其重置。污泥回流泵總計3臺：現狀利用2臺(其中1臺為變頻控制，Q=738 m3/h，H=3 m，N=11 kW)，重置1臺(變頻控制，Q=625 m3/h，H=3 m，N=11 kW)。剩余污泥泵維持現狀，總計2臺，1用1備，Q=50 m3/h，H=12.5 m，N=5.5 kW。

3)深度處理系統

現狀深度處理段僅設有V型濾池單元，化學除磷藥劑直接投加在生化池中，藥耗較大且效能較低。二沉池出水部分時段SS較高，直接進入V型濾池，導致濾料堵塞板結，反洗頻次較高，增大了現場設施維護工作量。廠區僅有一片空地，現狀為太陽能板用地，平面尺寸為25 m×20 m。新出水標準要求較高，而磁混凝沉淀池具備負荷高、處理效果好、占地少、耐沖擊等特點[6]。因此，本項目在V型濾池前拆除現狀太陽能板，利用此片空地增設磁混凝沉淀池，同時預留活性炭投加池，進一步強化N、P污染物去除能力[7]。

新建磁混凝沉淀池1座，分2格，設計規模為3萬m3/d，變化系數為1.32，活性炭混合池HRT為10.52 min，混凝池HRT為2.31 min，磁混池HRT為2.31 min，絮凝池HRT為4.62 min，沉淀池平均負荷為10.66 m3/(m2·h)，污泥回流比為5%?；钚蕴坎捎脻袷酵都?，污泥回流泵前設置截污剪碎格柵機。磁粉采用人工干式投加，同時每格池單設磁粉回收系統1套，處理量為40 m3/h。剩余污泥通過高剪機打散磁粉污泥混合絮體，再通過水力旋流器初步分離磁粉和污泥，最后經過磁分離器將磁粉從污泥中分離出來返回混凝池，經過磁粉回收后的剩余污泥進入污泥脫水系統進一步處理。

現狀V型濾池設計規模為3萬m3/d，1座，分5格，土建良好，運行狀況佳，維持現狀利用。相關參數為：單格平面尺寸為8.0 m×6.4 m，平均濾速為5.2 m/h。

現狀二泵房中間提升泵揚程不能滿足新要求，本工程對其重置，總計3臺，其中2臺采用變頻控制，主要設計參數為：Q=825 m3/h，H=6.5 m，N=22 kW。

4)污泥處理系統改造

經復核，本次提標改造污泥產量變化不大，現狀帶式濃縮脫水機運行狀況良好，維持現狀利用。貯泥池進中無攪拌設備，增加攪拌器1臺。

5)加藥間改造

本工程需重置碳源投加裝置、新增除磷藥劑投加裝置。現狀加藥間平面尺寸為24.0 m×8.1 m，可滿足本工程藥劑投加裝置集中布設要求?，F狀有PAM、SPFS加藥設施[8]，將其拆除并改造為葡萄糖、PAM、SPFS等加藥設施，主要設備有加藥緩沖罐、加藥泵、在線稀釋裝置等。

6)新增除臭系統

現狀廠區無除臭設施，本工程新增除臭系統1套，除臭范圍為粗格柵提升泵房、細格柵旋流沉砂池、厭氧池、貯泥池、脫水機房，除臭風量為9 000 m3/h，采用生物濾池工藝[9]。

4 工程設計特點

1)原位提標改造，無需新征用地

廠區布局緊湊，現狀空地較少，深度處理工藝存在缺陷，而新標準要求高，且廠外無地可征，故需進行原位提標改造。采取了以下措施：充分利用現狀設施，深度挖潛生化系統處理能力，保留現狀V型濾池，增設節地高效的加碳磁混凝沉淀池，改造利用現狀加藥間集中布置碳源、除磷藥劑投加設施等。

2)選用“改良AAO+加碳磁混凝沉淀池”，穩定可靠，調控靈活

通過調整生化池各分區池容、增設多點可調進水、重置碳源投加應急裝置、增設混合液回流泵變頻控制、重置曝氣系統等，將現狀常規AAO池型改造為改良AAO池型，生化處理系統更加穩定可靠且可靈活調控。深度處理段保留V型濾池，增設加炭磁混凝沉淀池，強化去碳除磷能力，活性炭投加量可根據實際運行狀況靈活調配，具有占地小、投資省、運行可靠的特點。

5 運行效果及經濟指標分析

5.1 運行效果

本提標改造工程于2020年6月開工，2020年10月建成通水，2020年11月—2021年6月實際日出水水質情況如圖6所示，各項指標均可達到準Ⅳ類標準要求。

圖6 提標改造后的日出水水質

5.2 經濟指標分析

本提標改造工程總投資為2 567.53萬元，其中建安費為1 996.69萬元，提標改造后污水廠直接運行成本為0.76元/m3(含電費、藥劑費、水費及人工費等)，總投資和運行成本均低于國內同類項目。

6 結論

本工程設計規模為3萬m3/d，廠區用地受限，工藝存在缺陷，進水中工業廢水占比較高，新標準要求較高，需進行原位提標改造，充分利用現狀設施，深挖生化系統效能，增設節地高效設施。

污水處理提標改造工藝采用改良AAO+磁混凝沉淀池(預留活性炭投加)+V型濾池，投資省、運行穩定可靠且可靈活調配，出水各項指標可穩定達準Ⅳ類水標準。

本提標改造工程總投資為2 567.53萬元，其中建安費為1 996.69萬元，提標改造后污水廠直接運行成本為0.76元/m3，總投資和運行成本均低于國內同類項目。

本工程的實施削減了污染物排放總量，改善了當地水環境質量，也為國內同類項目提供了參考。