AAAO+MBR組合工藝在寒冷地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠的應用

郭嘉宇 南國英 郭曉鵬 王彤宇 王彤明 任淑萍 代學民*

(1.河北建筑工程學院，河北 張家口 075000；2.張家口鴻源污水處理有限公司，河北 張家口市崇禮區(qū) 076300；3.中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300074)

張家口市崇禮區(qū)位于河北省西北部，陰山山脈東段的大馬山群山支系和燕山余脈交接地帶，地貌屬壩上壩下過渡型山區(qū)，1-3月份平均氣溫-8.76℃，10-12月份平均氣溫-3.93℃，屬于寒冷地區(qū).冬季平均氣溫-12℃，平均風速僅為二級，降雪早，全年積雪1.5米左右，存雪期150多天，雪質參數(shù)符合國際滑雪標準，被專家譽為中國發(fā)展滑雪產業(yè)理想?yún)^(qū)域.

隨著張家口市崇禮區(qū)城鎮(zhèn)經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及城鎮(zhèn)人口的日益增加，城鎮(zhèn)污水排放量成為一個龐大的污染負擔.同時，2022年冬奧會將在崇禮舉辦，吸引國內外游客參觀游覽，這無疑是對城鎮(zhèn)污水處理能力的巨大考驗.此外，為積極響應國家《水污染防治行動計劃》(水十條)對處理廠出水水質的要求，改善清水河周邊及永定河流域水質，提高城鎮(zhèn)居民和下游居民的水質質量，實現(xiàn)崇禮區(qū)水資源循環(huán)可持續(xù)發(fā)展，故新建崇禮污水處理廠勢在必行.

1 工程概況

崇禮城區(qū)現(xiàn)有污水處理廠一座，設計處理能力8000m3/d，污水廠出水執(zhí)行一級A排放標準，主體工藝采用預處理+CASS+絮凝沉淀+濾池過濾工藝.污水廠實際運行處理量為5400m3/d，峰值流量達到6380m3/d時出現(xiàn)污水溢流現(xiàn)象，而且由于崇禮區(qū)屬于寒冷地區(qū)，冬季氣溫低下，影響污水處理效果難以達到排放標準.為保證城鎮(zhèn)水環(huán)境的穩(wěn)定性以及污水達標排放，現(xiàn)對崇禮城區(qū)污水處理廠進行新建工程.因原污水處理廠土地面積不滿足擴建改造條件，所以在距離現(xiàn)有污水處理廠南側4.8km的下兩間房村選址新建污水處理廠，廠區(qū)占地面積60畝.新建污水處理廠規(guī)模為2.5×104m3/d，主要服務主城區(qū)及附近滑雪場，配套管網(wǎng)98km，主體工藝采用AAAO+MBR組合工藝系統(tǒng)，出水水質同時滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T18920-2002)以及《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準.

根據(jù)現(xiàn)有污水處理廠近些年收集的進水水質數(shù)據(jù)確定新建污水處理廠設計進出水水質.具體參數(shù)見表1.

表1 崇禮區(qū)新建污水處理廠設計進出水水質(單位mg/l)

2 工藝流程

考慮崇禮冬季寒冷的實際情況，并參考近幾年國內外相關污水處理廠實例和經(jīng)驗分析，確定崇禮區(qū)新建污水處理廠處理工藝流程如圖1所示.主體處理工藝采用AAAO+MBR組合處理工藝，能夠有效去除降解有機污染物，脫氮除磷效果好，出水水質優(yōu)良.城鎮(zhèn)生活污水通過市政管網(wǎng)收集進入污水處理廠后，經(jīng)粗格柵截留去除粒徑大于20mm的懸浮物，再經(jīng)潛污泵提升至細格柵和旋流沉砂池，通過細格柵截留直徑大于3mm的懸浮物后出水進入旋流沉砂池，通過攪拌作用去除粒徑較大的砂粒，然后污水進入膜格柵攔截粒徑大于1mm的懸浮物，膜格柵出水后依次進入?yún)捬醭?、缺氧池I、缺氧池II和曝氣池，通過強化生物代謝作用去除污水中的各類污染物.生物處理系統(tǒng)的出水再進入MBR膜分離系統(tǒng)進行固液分離，而后進入接觸消毒池通過投加次氯酸鈉進行消毒殺菌，其部分出水可回用作內部反沖洗、綠化等，剩余出水就近外排入清水河.處理過程產生的污泥先通過帶式濃縮機機降低污泥含水率，再由拉板隔膜壓濾機機械脫水后形成泥餅外運.

圖1 崇禮區(qū)新建污水處理廠運行流程圖

3 主要構筑物及參數(shù)

3.1 粗格柵及提升泵房

粗格柵與提升泵房合建，平面尺寸L×B×H=15.17m×6m×4.5m.粗格柵選用回轉式機械粗格柵2臺，柵條間隙20mm，渠寬1.0m，安裝傾角75°，排渣高度1.4m，設備功率1.1kw；配有一套皮帶輸送機，寬度為500mm，輸送長度4.0m，功率為1.1kw；提升泵房為地下式潛水泵站，選用3臺潛污泵(兩用一備，均為變頻控制)，單臺流量Q=720m3/h，揚程H=12m，功率N=37.5kw.

3.2 細格柵及旋流沉砂池

細格柵及旋流沉砂池合建，平面尺寸L×B×H=25.20m×14.50m×7.70m.細格柵采用回轉式細格柵2臺，柵條間隙為3mm，安裝傾角為75°，渠寬1.0m，渠深1.85m，設備功率1.1kw.旋流沉砂池用于去除進水中比重大于2.65，粒徑大于0.2mm的砂粒，D×H=3.65m×4.16m.配有砂水分離器1臺，型號SF-320，處理量12-20L/s，N=0.37kw，沉砂由砂斗收集后外運.

3.3 膜格柵

膜格柵采用內流式非金屬孔板格柵2臺，柵條間隙為1mm，渠寬1600mm，柵前水深1.35m，設備功率1.5kw.配備螺旋壓榨機一臺，螺旋直徑355mm，設備功率2.2kw.

3.4 AAAO+MBR生化組合池

①AAAO池

厭氧池設計兩組，單組尺寸L×B×H=15.4m×9.0m×7.0m，有效水深6.0m，停留時間為1.6h.在厭氧條件下，聚磷微生物充分利用碳源進行釋放磷的過程[1]，為后續(xù)進入好氧環(huán)境充分吸收磷做準備.

缺氧池I設計兩組，單組尺寸L×B×H=29.0m×9.0m×7.0m，有效水深6.0m，停留時間為3.0h，缺氧池I回流至厭氧池混合液回流比為200%.

缺氧池II設計兩組，單組尺寸L×B×H=32.8m×9.0m×7.0m，有效水深6.0m，停留時間為3.4h.在缺氧池中，好氧反應器內循環(huán)送來的回流液中含有豐富的硝態(tài)氮，由缺氧池中的反硝化微生物進行脫氮處理.

曝氣池設計兩組，單組尺寸L×B×H=52.10m×18.0m×7.0m，有效水深6.0m，停留時間為10.66h，曝氣池回流至缺氧池I和缺氧池II混合液回流比為300%.污泥負荷為0.062kgBOD5/kgMLSS·d，污泥濃度為8000mg/L，污泥齡為15d，曝氣設備采用1188套可變微孔管式曝氣器，單個曝氣設備通氣量為6-8m3/h.在好氧池中通過好氧微生物吸附降解水中的各類污染物，并將通過回流作用強化脫氮除磷效果.

②MBR池

MBR池設計兩組，膜池數(shù)量共為8個，單個膜池尺寸L×B×H=13.68m×3.80m×6.00m，平均曝氣量為25.67m3/min，停留時間為1.8h，混合液外回流比為300%-400%.膜組件采用3840片聚偏氟乙烯(PVDF)外壓式中空纖維膜，膜運行通量為13.21L/m2·h.MBR工藝實現(xiàn)了HRT與SRT的完全分離，進一步去除污水中污染物，穩(wěn)定提升出水水質.MBR工藝對硝酸菌和聚磷菌等微生物的完全截留，提高了脫氮除磷系統(tǒng)內的生物總量進而強化系統(tǒng)去除污染物的能力[2].

MBR反應器的污泥系統(tǒng)采用3臺變頻污泥回流泵(兩用一備)，單臺流量Q=2083m3/h，揚程H=1.3m，功率N=18.5kw.同時配有剩余污泥泵2臺，單臺流量Q=80m3/h，揚程H=16m,功率N=7.5KW.MBR反沖洗系統(tǒng)采用2臺反沖洗泵，1臺檸檬酸加藥泵，2臺次氯酸鈉加藥泵臺，堿加藥泵1臺，采用投加次氯酸鈉、檸檬酸等藥劑的方式進行清洗.

3.5 接觸消毒池

接觸消毒池設計1座，尺寸L×B×H=18.0m×10.0m×4.75m.采用投加次氯酸鈉工藝進行水質消毒殺菌，投加濃度為10mg/l，停留時間為30min.

3.6 污泥脫水機房

污泥脫水機房尺寸L×B×H=32.34m×13.44m×6.60m.脫水設備采用型號DS-2000帶式濃縮機(Q=50m3/h，N=1.85kw)和型號XMZG300/1500-U程控自動拉板隔膜壓濾機(過濾面積300m2)，并投加PAC和PAM藥劑進行絮凝沉淀，其濾液和砂水分離液回流至進水處進行循環(huán)，泥餅外運至垃圾處理廠衛(wèi)生填埋.

4 低溫下穩(wěn)定運行措施

4.1 加強處理系統(tǒng)保溫措施

張家口市崇禮區(qū)屬于寒冷地區(qū)，為確保冬季寒冷低溫下穩(wěn)定運行，對生化池以及重要附屬構筑物池壁采用保溫棉或者保溫板進行防護，同時采用池頂加蓋措施以及搭建磚混結構或車間框架進行防護.對于處理流程中重要的儀器設備，為保證其穩(wěn)定運行以及處理效果，可在房間內安裝暖氣.此外，對污水處理廠進水管道以及各處理構筑物輸送管道也應采用保溫棉包裹，避免在輸送過程中因管道散熱問題影響后續(xù)處理效果.

4.2 調整工藝參數(shù)以適應低溫條件

(1)適當提高某些處理反應器的水力停留時間(HRT)并保證充足碳源.將缺氧池的水力停留時間增加1h，并在厭氧池進水處連續(xù)投加碳源，提高進水碳氮比≥2，保證生化處理單元污水中充足的碳源.

(2)適當提高反應器內污泥濃度以及曝氣量.缺氧池I、缺氧池II污泥濃度控制在8g/L左右，曝氣池污泥濃度為10g/L左右，MBR膜池污泥濃度達到12g/L左右，曝氣池末端DO控制在大于4mg/L.

5 運行效果

該污水處理廠于2020年10月進入試運行階段，截止2021年4月，其運行效果穩(wěn)定，運行期間出水水質見表2.由表2可見，出水水質遠優(yōu)于排放標準.

表2 新建污水處理廠運行出水水質(單位mg/l)

6 技術經(jīng)濟分析

項目總投資為11766.31萬元，其中建設投資為10018.16萬元，日運行成本為4.38萬元.污水處理廠裝機容量1571kw，計算容量1168kw，最大負荷年利用小時數(shù)8760小時，日耗電數(shù)為2.8×104千瓦時.污水處理廠平均每天消耗的PAM為10.33kg，PAC為750kg.

7 結 語

(1)AAAO+MBR組合工藝系統(tǒng)排列緊湊，對土地的需求遠小于其他傳統(tǒng)處理工藝；對水質水量變化適應能力強，能有效應對各種突發(fā)狀況；此外，自動化操作系統(tǒng)的普及，更符合現(xiàn)代水處理技術的潮流.

(2)AAAO+MBR組合工藝系統(tǒng)處理生活污水，運行效果穩(wěn)定，出水水質滿足一級A排放標準，對改善當?shù)厮h(huán)境質量，促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展具有重要意義.

(3)AAAO+MBR組合工藝具有較長的污泥齡、較高的污泥濃度，能有效應對寒冷地區(qū)冬季低溫下污水處理效果不穩(wěn)定的情況，采用搭建框架結構或磚混結構車間以及對輸送管道進行保溫等措施，可實現(xiàn)冬季低溫下穩(wěn)定達標運行.

(4)在冬季，可以通過適當提高缺氧池的水力停留時間并保證生化處理單元污水中充足的碳源，適當提高生化處理單元內污泥濃度以及曝氣池內的曝氣量，來保證寒冷地區(qū)污水廠在低溫下的穩(wěn)定運行，達標排放.