改良A2O工藝在兩級生物濾池改造中的應用

趙 璽，李緒忠，葉婭萍

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，長沙 410007）

某城鎮污水處理廠于2020年初建成通水，項目設計處理規模為1.0×104m3/d，設計進出水水質如表1所示。主要監測指標有化學需氧量（CODCr）、五日生化需氧量（BOD5）、懸浮物（SS）、總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）和pH。本項目原有處理工藝流程為格柵槽→初沉池→調節池→厭氧生物濾池（AF）→曝氣生物濾池（BAF）→斜板沉淀池→清水池→活性炭過濾→紫外線消毒。由于生物濾池對進水SS 的要求較高，原處理工藝設置地下式初沉池和地下式調節池，水力停留時間較長，初沉池在去除SS 的同時會去除部分BOD5，同時調節池進行曝氣，也會去除部分BOD5，降低BOD5與TN 的比值，影響脫氮效果，導致出水TN 不能達標。由于進水TN 濃度較高，生化池需要補充大量碳源，同時采用專利載體填料，運行成本較高。在調試運行過程中，增加混合液回流設施（混合液回流比200%）同時補充碳源，投加固體微生物菌種，出水TN 濃度始終在20 mg/L以上。經分析，主要原因是進水溫度偏低、氨氮負荷較高，不能培養出以硝化菌為優勢菌種的成熟生物膜。為了節省工程投資和縮短施工時間，有必要充分利用原有構筑物和設備，對原工藝的兩級生物濾池（AF+BAF）進行改造。

表1 設計進出水水質

1 改造思路

原生化處理工藝生物膜培養時間長，對后期運營管理人員的技術水平要求較高，因此原有生化處理構筑物適合改造為活性污泥法處理構筑物——改良厭氧缺氧好氧池（A2O）。活性污泥法的二沉池采用斜板沉淀池，活性污泥容易黏附在斜板上造成堵塞，改造時將其改為豎流式沉淀池。由于進水氨氮濃度較高，僅靠活性污泥法很難保證出水TN 達標，因此改造時在二沉池后增設反硝化濾池。為了減少濾池的反沖洗頻率，保證濾池進水SS 符合要求，改造時在反硝化濾池前增加高效沉淀池，在高效沉淀池投加聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM），去除污水中的TP，保證出水TP 達標排放。其中，PAM 包括陰離子聚丙烯酰胺（APAM）和陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）。改造后，設計工藝流程改為格柵槽→調節池→改良A2O 池→豎流沉淀池→清水池→高效沉淀池→反硝化濾池→紫外線消毒。原有初沉池改為調節池，原有調節池作為廠區事故應急池使用。

為了降低改造投資，本項目充分利用原有構筑物和設備，對原有構筑物進行改造。一是初沉池。將初沉池改造為調節池，為了防止有機物沉淀，增設潛水攪拌機。二是生物濾池。將兩組生物濾池（每組有8 格濾池）改造為兩組改良A2O 池，每組中1 格作為預缺氧池，1 格作為厭氧池，2 格作為缺氧池，4 格作為好氧池。保留池體結構，拆除池內濾料、支架和曝氣管，在厭氧池和缺氧池內安裝攪拌裝置，在好氧池內安裝微孔曝氣器。三是二沉池。將原有的斜板二沉池改造為3 座相同的豎流式沉淀池。四是清水池。新建隔墻，一部分作為調節二沉池出水的中間水池，一部分作為清水池，兼做反硝化濾池的反沖洗水池。五是過濾車間。拆除現有活性炭過濾器，新增高效沉淀池、反硝化濾池，為了縮短施工周期，高效沉淀池及反硝化濾池均采用鋼制設備。

2 改造內容

2.1 改良A2O 池

改良A2O 池分為兩組，總容積為6 860.8 m3，水力停留時間為16.47 h。好氧池的混合液懸浮固體濃度（MLSS）約為3 500 mg/L，溶解氧（DO）濃度為3～5 mg/L，污泥回流比為100%，硝化液回流比為200%。每格預缺氧池、厭氧池和缺氧池配備2 臺潛水攪拌器，單臺功率為2.2 kW；可變微孔曝氣器配備972 個，直徑為260 mm，流量為2.5 m3/h；磁懸浮離心鼓風機配備2 臺，1 用1 備，單臺風量為50 m3/min，風壓為80 kPa，功率為75 kW；潛水軸流泵配備4 臺，2 用2 備，單臺流量為417 m3/h，揚程為5 m，功率為22 kW，用于硝化液回流；污泥池配備2 臺潛水排污泵，1 用1 備，單臺流量為400 m3/h，揚程為28 m，功率為45 kW，用于污泥回流。

2.2 豎流式沉淀池

豎流式沉淀池分3 格，中心筒直徑為1.8 m，表面負荷為0.83 m3/（m2·h）。出水采用三角堰集水槽，出口堰負荷為1.37 L/（s·m）。

2.3 高效沉淀池

高效沉淀池采用4 套鋼制設備，單套處理水量為2 500 m3/d。單套斜管區面積為16.25 m2，表面負荷為6.4 m3/（m2·h）。每格豎流式沉淀池配備1 臺泥位計，當達到最高泥位時，自動開啟電動排泥閥，通過靜壓排泥至污泥池，當到達最低泥位時，關閉電動排泥閥。

2.4 反硝化濾池

反硝化濾池采用4 套鋼制設備，單套處理水量為2 500 m3/d。濾池設計濾速為3.5 m/h，強制濾速為4.65 m/h，設計最大過濾水頭為2 m。濾池采用恒水位等速過濾方式，過程如下：待濾水→配水總渠→單格進水閥門→進入濾磚→礫石承托層→石英砂濾層→集水渠→出水總管。沖洗分3 個階段。一是單獨氣沖，歷時3 min，氣洗強度為90 m3/（m2·h）。二是氣水同時反沖洗，歷時3 min，氣洗強度為90 m3/（m2·h），水洗強度為15 m3/（m2·h）。三是單獨水沖，歷時4 min，沖洗強度為15 m3/（m2·h）。定時進行反沖洗，反沖周期為24 h，水頭損失控制在1.5 m，先到者優先。驅氮周期為4 h，每次水沖的沖洗歷時70 s，沖洗強度為15 m3/（m2·h）。

3 運行效果分析

本項目于2021年1月底改造完成，調試運行1 個月，2021年3—9月進出水水質如表2所示。改造后，本項目出水能夠穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A 標準。改良A20 工藝具有良好的脫氮除磷功能，進水中大部分有機物、TN、TP 可通過改良A20 工藝去除[1]。

表2 2021年3—9月進出水水質

冬季，本項目進水溫度較低，最低水溫為10 ℃左右，進水TN 濃度高達80 mg/L，絕大多數微生物正常生長的溫度是20～35 ℃，低溫會影響微生物細胞的酶活性，從而降低污水處理效果[2]。設計時，采取改善構筑物保溫性能、增加水力停留時間、降低污泥負荷等工程措施，提高生化系統脫氮除磷效果[3]。為了提高TN 去除率，改造時在生化池進水端根據進水水質投加乙酸鈉補充碳源，保證污水BOD5與TN的比值大于5，出水TN 明顯降低。由于進水氨氮及TN 的濃度波動較大，可采用多點進水、多點硝化液回流的方式，充分利用進水中的有機物作為反硝化反應的電子供體，減少外加碳源的投加量[4]。反硝化濾池能夠有效去除SS 及TN，根據生化池出水TN 變化，調整反硝化濾池碳源投加量，保障TN 穩定達標。

本項目主要運行成本估算結果如表3所示。經合計，運行成本為0.96 元/m3。本項目運行費用偏高，主要原因有兩點。一是進水氨氮濃度較高，反硝化補充碳源乙酸鈉的成本較高；二是本項目設計規模偏小，人工成本偏高。

表3 運行成本估算結果

4 結論

本項目主要處理生活污水，冬季進水溫度低，氨氮和TN 濃度高，這就需要強化脫氮除磷功能。改造后，經改良A20 池+豎流式沉淀池+高效沉淀池+反硝化濾池的組合工藝處理，出水水質能穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A 標準，其經驗可供冬季寒冷地區城鎮污水處理廠借鑒。