AAO-MBR-磁混凝沉淀用于污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)建

朱艷臣，夏侯迎，楊凱，王久龍，周剛，黃珠慧，李鑫，岳昌盛

（浙江省環(huán)境工程有限公司，浙江 杭州 310012）

1 工程概況

20 1 9-1 2-1 0，山西省人民政府批準(zhǔn)發(fā)布了DB14/1928—2019《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》省級(jí)強(qiáng)制性地方標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)標(biāo)的基礎(chǔ)上對(duì)化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）和總磷（TP）3 項(xiàng)主要水污染物的質(zhì)量濃度提出了更嚴(yán)的要求，即ρ（COD）≤40 mg/L，ρ（NH3-N）≤2 mg/L，ρ（TP）≤0.4 mg/L。

山西省中陽(yáng)縣污水處理廠一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模1.0 萬(wàn)m3/d，2010 年正式運(yùn)行，二期工程建設(shè)規(guī)模為0.5 萬(wàn)m3/d，2017 年運(yùn)行使用，主工藝均采用CASS生物反應(yīng)池工藝，出水水質(zhì)執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)。為應(yīng)對(duì)遠(yuǎn)期發(fā)展污水量增加的問(wèn)題，進(jìn)一步削減污染物環(huán)境排放量，改善區(qū)域水質(zhì)，提高地區(qū)及下游居民生活質(zhì)量，當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門(mén)決定對(duì)中陽(yáng)縣污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)建，提標(biāo)擴(kuò)建后總設(shè)計(jì)規(guī)模2.0 萬(wàn)m3/d，其中，一、二期提標(biāo)工程1.5 萬(wàn)m3/d，擴(kuò)建工程0.5 萬(wàn)m3/d，均設(shè)計(jì)采用AAO-MBR-磁混凝沉淀工藝，出水達(dá)到DB14/1928—2019《污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)》，其他指標(biāo)達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)。具體設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表1 所示。提標(biāo)擴(kuò)建工程總體設(shè)計(jì)方案如圖1 所示。

圖1 提標(biāo)擴(kuò)建工程總體方案設(shè)計(jì)

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)表單位：mg/L

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 預(yù)處理工藝

預(yù)處理的主要作用是有效去除來(lái)水中含有的大量泥沙，避免無(wú)機(jī)顆粒污泥進(jìn)入生化池，降低生化池處理效率；降低來(lái)水污染物負(fù)荷，提高生化池處理效率；調(diào)節(jié)水質(zhì)水量、合理分配各組生化池進(jìn)水量的作用。

粗格柵提升泵房利用原有構(gòu)筑物，更換池內(nèi)部分潛污提升泵。針對(duì)原有一、二期細(xì)格柵-旋流沉砂池久經(jīng)使用，出現(xiàn)一定程度的損壞，提砂效果較差；進(jìn)廠進(jìn)水指標(biāo)波動(dòng)較大，且生化池進(jìn)水前段未有分配系統(tǒng)及調(diào)節(jié)水量功能的處理單元，同時(shí)又因廠區(qū)用地緊張，設(shè)計(jì)在生化池前新建預(yù)處理單元，廢除原細(xì)格柵-旋流沉砂池，新建細(xì)格柵-初沉池-調(diào)節(jié)池[1]。新建細(xì)格柵-初沉池-調(diào)節(jié)池為合建全地下組合池，上部規(guī)劃為廠區(qū)停車(chē)場(chǎng)及倉(cāng)庫(kù)，多功能利用[2]。考慮到當(dāng)?shù)氐赜蚯闆r，來(lái)水含有大量泥沙及格柵過(guò)濾不掉的較大懸浮物，初沉池內(nèi)排泥泵設(shè)計(jì)采用潛污切割泵，避免排泥泵堵塞排泥不及時(shí)，致使無(wú)機(jī)顆粒污泥進(jìn)入生化池，降低生化池處理效率；調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)多臺(tái)提升泵，分別對(duì)應(yīng)各生化池，既能均勻分配至各生化池，又能根據(jù)生化池實(shí)際處理能力合理分配進(jìn)水量。

新建組合池尺寸52.5 m×36.5 m×4.5 m，有效水深4 m。其中細(xì)格柵渠尺寸為8.0 m×2.5 m×1.5 m；初沉池尺寸為34.0 m×8.0 m×4.5 m，表面負(fù)荷7 mm/s；調(diào)節(jié)池尺寸為44.5 m×36.5 m×4.5 m，有效容積為6 500 m3，水力停留時(shí)間（HRT）為7.8 h。配置細(xì)格柵2 臺(tái)，柵條間距5 mm，安裝角度75°；行車(chē)式刮泥機(jī)1 臺(tái)，行走速度為1.0 m/min；潛污切割泵2臺(tái)，流量Q=20 m3/h，揚(yáng)程H=15 m，功率P=4.0 kW；調(diào)節(jié)池提升泵5 臺(tái)（4 用1 備），Q=250 m3/h，H=20 m，P=22 kW，變頻控制；潛水?dāng)嚢铏C(jī)4 臺(tái)，葉輪直徑為620 mm，轉(zhuǎn)速n=480 r/min，P=11 kW。

2.2 生物池工藝

考慮污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)建工程不停產(chǎn)運(yùn)行及一、二期場(chǎng)地和預(yù)留用地緊張，擴(kuò)建生物池采用AAO-MBR 工藝，一、二期CASS 生物池在原池容下（通過(guò)拆除或增加原池內(nèi)部構(gòu)造池體）改造為AAO-MBR 工藝，不僅可以減少設(shè)計(jì)常規(guī)生化池后端沉淀池的用地[3]，同時(shí)設(shè)計(jì)同類(lèi)型生物池也可便于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行管理。生化池設(shè)計(jì)了內(nèi)回流多位置可調(diào)、逐級(jí)回流和污泥多點(diǎn)回流措施，MBR 膜池的污泥可回流至厭氧池、缺氧池和好氧池，好氧池硝化液可回流至厭氧池和缺氧池，缺氧池的污泥回流至厭氧池。MBR 膜池的混合液回流至缺氧池實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮，缺氧池的污泥回流至厭氧池，實(shí)現(xiàn)厭氧釋磷。在缺氧池進(jìn)水端設(shè)置碳源加藥管，提供反硝化所需碳源，在MBR 膜池進(jìn)水渠設(shè)置了PAC 藥劑加藥管，保證了TN、TP 的處理效果。設(shè)置內(nèi)回流多位置可調(diào)、逐級(jí)回流和污泥多點(diǎn)回流措施，同時(shí)也起到降低MBR 高溶解氧對(duì)生物脫氮、生物除磷的影響。

原一、二期生化池改造：不進(jìn)行新建增加池容，完全利用原有CASS 池改造，通過(guò)拆除原CASS 池選擇區(qū)隔墻改成厭氧池和第一段缺氧池，在原CASS 池后端曝氣段通過(guò)增設(shè)隔墻改成第二、三段缺氧池，好氧池，膜池和設(shè)備間，厭氧池和缺氧池增設(shè)水下低速環(huán)流攪拌機(jī)，好氧池增設(shè)池底曝氣器。

擴(kuò)建AAO-MBR 池1 座，尺寸為22.5 m×22.3 m×7.5 m（AAO 池）+13.0 m×7.5 m×5.0 m（膜池），有效容積為3 750 m3，HRT 為18.0 h（其中厭氧池為1.2 h，缺氧池為5.0 h，好氧池為10.2 h，膜-生物反應(yīng)器（MBR）為1.6 h）；改造AAO-MBR 池3 座，尺寸為38.8 m×16.0 m×5.7 m（AAO 池）+13.0 m×6.6 m×5.0 m（膜池），有效容積為3 350 m3，HRT 為16.1 h（其中厭氧池為1.0 h，缺氧池為4.1 h，好氧池為9.6 h，MBR 為1.4 h）；各組生物池污泥質(zhì)量濃度（MLSS）為8 g/L，COD 負(fù)荷為0.05 kg/（kgMLSS·d），氨氮負(fù)荷為0.011 kg/（kgMLSS·d），TN 負(fù)荷為0.03 kg/（kgMLSS·d）。

各組生物池配置設(shè)備如下：MBR 膜片17 280 m2，膜通量12 L/（m2·h）；環(huán)流攪拌器4 臺(tái)，葉輪直徑1 400 mm，n=95 r/min，P=2.2 kW。具體擴(kuò)建、改造生物池平面布置和工藝流程如圖2—圖4 所示。

圖2 擴(kuò)建AAO-MBR 生物池平面布置圖

圖3 改造AAO-MBR 生物池平面布置圖

圖4 提標(biāo)擴(kuò)建AAO-MBR 生物池工藝流程圖

2.3 深度處理工藝

原深度處理采用的石英砂過(guò)濾器，已滿(mǎn)足不了出水水質(zhì)的要求，考慮施工時(shí)間不停水及廠區(qū)用地緊張，設(shè)計(jì)新增磁混凝沉淀池2 座，均為鋼結(jié)構(gòu)撬裝成套設(shè)備。采用撬裝成套設(shè)備，一是可以減少土建施工和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝及自控程序調(diào)試的時(shí)間，二是可以達(dá)到不停水施工，設(shè)備運(yùn)至到廠區(qū)即可進(jìn)行進(jìn)、出水管道的連接，不影響污水廠正常運(yùn)行。新建磁混凝沉淀池能有效降低出水SS 含量，保證出水總磷達(dá)標(biāo)。

擴(kuò)建磁混凝沉淀池，撬裝成套設(shè)備1 座，尺寸為9.7 m×4.0 m×4.1 m，表面負(fù)荷為14.9 m3/（m2·h），絮凝區(qū)總停留時(shí)間為8.1 min。配置設(shè)備：①剪切機(jī)1臺(tái)，Q=5 m3/h，n＜1 415 r/min，P=0.55 kW；②磁分離機(jī)1 臺(tái)，Q=5 m3/h，P=0.55 kW；③鏈板刮泥機(jī)1 臺(tái)，直徑4 m，P=0.18 kW。

提標(biāo)磁混凝沉淀池，撬裝成套設(shè)備1 座，尺寸為12.3 m×7.5 m×5.2 m，表面負(fù)荷為12.4 m3/（m2·h），絮凝區(qū)總停留時(shí)間為8.3 min。配置設(shè)備：①剪切機(jī)1臺(tái)，Q=10 m3/h，n＜450 r/min，P=1.5 kW；②磁分離機(jī)1 臺(tái)，Q=10 m3/h，P=0.75 kW；③鏈板刮泥機(jī)1 臺(tái)，直徑為7.5 m，P=0.75 kW。

2.4 污泥處理工藝

污泥處理單元包括污泥儲(chǔ)池、脫水機(jī)房，已不滿(mǎn)足外運(yùn)處理處置的相關(guān)要求，在不改動(dòng)原有建構(gòu)筑物的情況，設(shè)計(jì)污泥處理采用“疊螺脫水+低溫除濕干化機(jī)”，既可以有效降低污泥含水率，便于后續(xù)對(duì)外運(yùn)污泥的處理，又可降低工程投資，快速進(jìn)行設(shè)備更換，降低對(duì)污水廠運(yùn)行的影響。

設(shè)計(jì)日處理絕干污泥量為4 t/d，進(jìn)泥含固率2%，出泥含水率小于等于60%。疊螺脫水機(jī)2 臺(tái)，DS 單臺(tái)處理量120～200 kg/h；進(jìn)泥螺桿泵2 臺(tái)，Q=15～30 m3/h，H=20 m，P=11 kW；高壓帶式脫水機(jī)1 臺(tái)，設(shè)計(jì)處理能力1.7 t/h（≤85%含水率污泥），帶寬1.0 m（變頻）。

3 工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)及應(yīng)注意問(wèn)題

原有一、二期細(xì)格柵-旋流沉砂池久經(jīng)使用，出現(xiàn)一定程度的損壞，提砂效果較差；生化池進(jìn)水前段沒(méi)有分配系統(tǒng)及調(diào)節(jié)水量功能的處理單元，進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)時(shí)，對(duì)生化系統(tǒng)沖擊較大。設(shè)計(jì)新建預(yù)處理單元細(xì)格柵-初沉池-調(diào)節(jié)池，可以起到調(diào)節(jié)水量水質(zhì)，降低生化進(jìn)水污染物質(zhì)量濃度，提高生化系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力的作用。組合池為合建全地下結(jié)構(gòu)，上部規(guī)劃為廠區(qū)停車(chē)場(chǎng)及倉(cāng)庫(kù)，多功能利用。

原一、二期工程生化工藝采用CASS 工藝，在進(jìn)水指標(biāo)波動(dòng)的情況下，出水總氮、總磷不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，本次提標(biāo)擴(kuò)建生化工藝采用AAO-MBR 工藝。生化池采用內(nèi)回流多位置可調(diào)、逐級(jí)回流和污泥多點(diǎn)回流措施，使得MBR 膜池的污泥可回流至厭氧池、缺氧池和好氧池，好氧池硝化液可回流至厭氧池和缺氧池，缺氧池的污泥回流至厭氧池。MBR 膜池的混合液回流至缺氧池實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮，缺氧池的污泥回流至厭氧池，實(shí)現(xiàn)厭氧釋磷。在缺氧池進(jìn)水端設(shè)置碳源加藥管，提供反硝化所需碳源，在MBR 膜池進(jìn)水渠設(shè)置了PAC藥劑加藥管，保證了TN、TP 的處理效果。采用內(nèi)回流多位置可調(diào)、逐級(jí)回流和污泥多點(diǎn)回流措施，同時(shí)也起到降低MBR 高溶解氧對(duì)生物脫氮、生物除磷的影響，確保總氮、總磷在進(jìn)水不利條件下穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

提標(biāo)擴(kuò)建主工藝均采用AAO-MBR 工藝，方便廠區(qū)運(yùn)營(yíng)管理。同時(shí)在AAO-MBR 池配置pH 計(jì)、MLSS儀、ORP 儀、DO 儀等儀表[4]，可以較好地反映生化池的運(yùn)行狀況。膜系統(tǒng)配置膜壓表等儀表，可以較好地反映膜系統(tǒng)的堵塞情況，便于對(duì)膜系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)清洗。

提標(biāo)擴(kuò)建新增的磁混凝沉淀池均采用撬裝成套設(shè)備，不僅可以減少建設(shè)投資、不停水施工及不影響污水廠正常運(yùn)行的要求，也有利于廠內(nèi)運(yùn)行管理[5]。運(yùn)行過(guò)程中可靈活地根據(jù)膜池出水水質(zhì)情況投加除磷藥劑，有效降低出水SS 含量，保證出水總磷達(dá)標(biāo)排放。因項(xiàng)目用地緊張，部分新建建構(gòu)筑物不置于原一期工程用地范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)一、二期工程和擴(kuò)建工程項(xiàng)目總平圖布置進(jìn)行綜合考慮，確保一、二期工程和擴(kuò)建工程在新建改造過(guò)程中的安全運(yùn)行。

4 運(yùn)行效果

山西省中陽(yáng)縣污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)建工程于2021年4 月開(kāi)始正常運(yùn)行，4—10 月實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)如表2所示。由表2 可知，在進(jìn)水水質(zhì)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)時(shí)，處理后CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP 總處理率分別為95.4%、96.8%、97.5%、97.3%、77.6%、94.3%，CODCr、NH3-N、TP 出水可穩(wěn)定達(dá)到DB14/1928—2019《污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)》中表2 的要求，其他指標(biāo)出水可穩(wěn)定達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)。

表2 實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)表單位：mg/L

5 運(yùn)行成本

本項(xiàng)目直接運(yùn)行成本費(fèi)用包括運(yùn)行電費(fèi)、藥劑費(fèi)用、污泥處置費(fèi)及人工費(fèi)用（不含折舊以及大修費(fèi)用）。電耗費(fèi)約為0.88 元/m3，藥劑費(fèi)（含PAC、PAM、乙酸鈉、次氯酸鈉等）約為0.297 元/m3，污泥處置費(fèi)約為0.2 元/m3，人工費(fèi)約為0.17 元/m3，直接運(yùn)行成本為1.547 元/m3。

6 結(jié)論

實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，污水經(jīng)處理后CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP 總處理率分別為95.4%、96.8%、97.5%、97.3%、77.6%、94.3%，CODCr、NH3-N、TP出水可以穩(wěn)定達(dá)到DB14/1928—2019《污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)》的表2 要求，其他指標(biāo)出水可以穩(wěn)定達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)。

山西省中陽(yáng)縣污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)建工程采用“AAO-MBR-磁混凝”為主體的污水處理工藝是可行的，既實(shí)現(xiàn)了污水處理廠不停水安全運(yùn)行，也解決了污水處理廠出水總氮、總磷在進(jìn)水不利條件下不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。