改良A/A/O工藝在污水廠中的設(shè)計(jì)方案

劉 玲 張微薇

（1.南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210018；2.南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，江蘇 南京 211816）

0 引言

貴港市位于廣西東南部是一座內(nèi)河港口城市，近年來(lái)貴港市建設(shè)發(fā)展迅速，城市范圍不斷擴(kuò)大，現(xiàn)有污水處理廠容量已漸趨飽和，為了避免地表水體和地下水源遭到污染，亟需建設(shè)城東污水處理廠，保護(hù)天然水體環(huán)境。城東污水處理廠規(guī)模為近期4萬(wàn)m/d，遠(yuǎn)期8萬(wàn)m/d。建筑用地實(shí)際面積：40500m，建構(gòu)筑物總占地面積：10307m。該項(xiàng)目總投資為12362.8萬(wàn)元，其中工程費(fèi)用7353.8萬(wàn)元。根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)和處理要求，并結(jié)合項(xiàng)目區(qū)域規(guī)劃建設(shè)的實(shí)際情況和建設(shè)發(fā)展要求，確定該污水處理廠工程主要處理工藝：改良A/A/O+高效沉淀池；出水達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

在該污水處理廠未建設(shè)前，貴港市現(xiàn)有污水處理廠分別為城西污水處理廠、江南污水處理廠。

城西污水處理廠處理規(guī)模為10萬(wàn)m/d，實(shí)際污水處理量已接近滿負(fù)荷，服務(wù)范圍為江北片老城區(qū)、城北新區(qū)、糖城片及西江片區(qū)，處理工藝為氧化溝工藝；出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。江南污水處理廠處理規(guī)模為5萬(wàn)m/d，服務(wù)范圍：江南流域及江南工業(yè)園流域，處理工藝為氧化溝工藝；出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，2009年開(kāi)始建設(shè)，已建設(shè)完成。

隨著貴港市城市建設(shè)步伐的加快，城北區(qū)東部片區(qū)建設(shè)正在如火如荼地進(jìn)行，根據(jù)排水專項(xiàng)規(guī)劃要求，該片區(qū)污水應(yīng)匯入城東污水處理廠統(tǒng)一處理，但城東污水處理廠至今都未列入建設(shè)計(jì)劃，大量污水無(wú)法處理，必然導(dǎo)致郁江水體環(huán)境惡化。

1 污水量預(yù)測(cè)

污水由給水轉(zhuǎn)化而來(lái)，通過(guò)分析城鎮(zhèn)給水情況，可以確定城鎮(zhèn)污水量及主要構(gòu)成。城市用水量的預(yù)測(cè)，是確定城市供水規(guī)模、工程投資及污水量的依據(jù)。針對(duì)城東污水處理廠服務(wù)范圍，考慮采用現(xiàn)狀用水量推算法和用水指標(biāo)預(yù)測(cè)法來(lái)進(jìn)行污水量預(yù)測(cè)。確定城東污水處理廠近期規(guī)模為4萬(wàn)m/d，遠(yuǎn)期規(guī)模為8萬(wàn)m/d。

2 進(jìn)出水水質(zhì)及工藝流程

城市污水水質(zhì)如何，直接影響污水處理工藝及其參數(shù)的選擇、工程造價(jià)以及污水廠經(jīng)營(yíng)成本。因此須調(diào)查了解現(xiàn)狀城市排放的污水水質(zhì)，并結(jié)合城市居民生活水平狀況情況，參考類似城市污水廠原污水水質(zhì)的取值，合理確定城東污水處理廠原污水水質(zhì)，進(jìn)而選擇經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的污水處理工藝。

從我國(guó)污水處理廠的統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，一般北方城市污水收集系統(tǒng)比較完善，用水量較小，污水廠進(jìn)水水質(zhì)的BOD及值較高；而南方城市的污水收集系統(tǒng)不太完善，用水量較大，污水廠進(jìn)水水質(zhì)的BOD及值偏低。

污水處理的工藝流程應(yīng)根據(jù)進(jìn)水污染物濃度及設(shè)計(jì)出水水質(zhì)進(jìn)行選擇。由于城東污水處理廠尚未建成，其服務(wù)范圍內(nèi)的沙江泵站（設(shè)計(jì)流量1.24萬(wàn)m/d）及圣湖泵站（設(shè)計(jì)流量0.54萬(wàn)m/d）的污水現(xiàn)由城西污水處理廠進(jìn)行處理。目前2個(gè)泵站服務(wù)范圍內(nèi)尚未完全分流，進(jìn)水中存在部分雨水。近期對(duì)服務(wù)范圍內(nèi)幾處污水檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 泵站及主要排污點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果（mg/L）

城西污水處理廠已運(yùn)行多年，有較為翔實(shí)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，針對(duì)其進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行涵蓋率分析如表2所示。

貴港城西污水處理廠的服務(wù)范圍主要為老城區(qū)，管網(wǎng)基本為雨污合流，通過(guò)截流干管收集污水，常年進(jìn)水水質(zhì)相對(duì)較低，通過(guò)表2可以看出，在涵蓋率85%的情況下，對(duì)應(yīng)COD濃度僅為100mg/L，BOD濃度約為60mg/L，總氮及氨氮的濃度也較低。

表2 不同涵蓋率進(jìn)水水質(zhì)匯總表（mg/L）

城東污水處理廠來(lái)水主要為生活用水，服務(wù)范圍內(nèi)規(guī)劃污水管均為分流制，在建成后進(jìn)水水質(zhì)受原有合流制管網(wǎng)的影響程度較小。因此結(jié)合污水水質(zhì)情況，確定城東污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)根據(jù)貴港市人民政府辦公室正式印發(fā)的《貴港市水污染防治行動(dòng)計(jì)劃工作方案》（貴政辦通【2016】5號(hào)）要求，新建城東污水處理廠的出水執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)（mg/L）

處理廠進(jìn)水的BOD/COD＞0.3，可進(jìn)行生化處理，采用可靠的二級(jí)處理工藝完全可使出水COD≤50mg/L，達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

為了保證污水處理廠的正常運(yùn)行和出水水質(zhì)的穩(wěn)定，接管污水必須符合《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T31962—2015）中規(guī)定。

城東污水處理廠采用污水處理工藝為“預(yù)處理+改良A/A/O生化池+高效沉淀池+紫外線消毒工藝”。

3 工藝技術(shù)特點(diǎn)

傳統(tǒng)A/A/O法即厭氧/缺氧/好氧活性污泥法。污水在流經(jīng)3個(gè)不同功能分區(qū)的過(guò)程中，在不同微生物菌群的作用下，去除污水中的有機(jī)物、氮和磷。厭氧、缺氧和好氧3個(gè)區(qū)嚴(yán)格分開(kāi)，有利于不同微生物菌群的繁殖生長(zhǎng)，因此除磷脫氮效果較好。目前，該法在國(guó)內(nèi)外使用較為廣泛。A/A/O工藝是應(yīng)用最廣泛的生物除磷脫氮技術(shù)，但從理論上講，前置反硝化不可能實(shí)現(xiàn)100%的脫氮，因此，回流污泥中硝酸鹽對(duì)生物除磷的影響總是存在的，為了盡量減少這種不利影響，針對(duì)回流污泥中的硝酸鹽進(jìn)行反硝化的改良型A/A/O工藝得到了研究的應(yīng)用。

改良型A/A/O工藝是在傳統(tǒng)A/A/O法的厭氧池之前設(shè)置回流污泥反硝化池（圖1），來(lái)自二沉池的回流污泥和10%左右的進(jìn)水進(jìn)入反硝化池（另90%左右的進(jìn)水直接進(jìn)入?yún)捬醭兀Ａ魰r(shí)間為20min~30min，微生物利用10%進(jìn)水中的有機(jī)物作碳源進(jìn)行反硝化，去除回流污泥帶入的硝酸鹽，消除硝態(tài)氮對(duì)厭氧池釋磷的不利影響，保證除磷效果。

圖1 改良型A/A/O工藝流程

深度處理旨在進(jìn)一步降低出水中的COD、BOD、SS、TN、TP等污染物指標(biāo)，從一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，氮、磷等指標(biāo)的去除率要求較高，必須通過(guò)深度處理單元才能滿足出水要求。

污水深度處理工藝應(yīng)根據(jù)水質(zhì)目標(biāo)選擇，工藝單元的組合形式進(jìn)行多方案比較，滿足實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行穩(wěn)定的要求。污水深度處理工藝單元主要包括混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒，必要時(shí)可采用活性炭吸附、膜過(guò)濾、臭氧氧化和自然處理等工藝單元。根據(jù)城西污水處理廠現(xiàn)狀及目標(biāo)出水水質(zhì)、現(xiàn)有工藝流程與布局以及廠區(qū)可用地情況，該工程深度處理方案就混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒進(jìn)行論證。

高效混凝沉淀是以體外污泥循環(huán)回流為主要特征的一項(xiàng)沉淀澄清新技術(shù)，借助高濃度優(yōu)質(zhì)絮體群的作用，大幅度提高絮凝和沉淀效果而得名。過(guò)濾是保證出水水質(zhì)的重要環(huán)節(jié)，主要去除進(jìn)水中的懸浮固體。過(guò)濾裝置類型較多，一般有普通快濾池、雙閥濾池、無(wú)閥濾池、虹吸濾池、移動(dòng)沖洗罩濾池等。近年來(lái)，在傳統(tǒng)過(guò)濾裝置基礎(chǔ)上又發(fā)展形成了連續(xù)流砂過(guò)濾器、濾布濾池等成套、定型過(guò)濾設(shè)備。目前城市污水深度處理中常用的有濾布濾池和深床濾池等。

城東污水廠采用的深度處理工藝為高效混凝沉淀，它具有總投資相對(duì)較低、出水水質(zhì)穩(wěn)定、配套設(shè)備相對(duì)較少、運(yùn)行管理簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。高效混凝沉淀池是“混合凝聚、絮凝反應(yīng)、沉淀分離”3個(gè)單元的綜合體，即把混合區(qū)、絮凝區(qū)、沉淀區(qū)在平面上呈一字形緊密串接成為一個(gè)有機(jī)的整體。該工藝是在傳統(tǒng)的斜管式混凝沉淀池的基礎(chǔ)上，充分利用加速混合原理、接觸絮凝原理和淺池沉淀原理，把機(jī)械混合凝聚、強(qiáng)化絮凝、斜管沉淀分離3個(gè)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化組合，從而獲得常規(guī)技術(shù)所無(wú)法比擬的優(yōu)良性能?！案咝А斌w現(xiàn)在2個(gè)方面：1）集混合、絮凝、沉淀、泥渣濃縮于一體，水頭損失小，系統(tǒng)效率高；2）采用斜管沉淀、泥渣回流等措施大幅提高沉淀區(qū)表面負(fù)荷，沉淀效率高。高效混凝沉淀池處理效率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定，越來(lái)越多地應(yīng)用于污水深度處理中。

高效混凝沉淀池中絮體循環(huán)使用提高了絮凝劑使用效率，節(jié)約10%~30%的藥劑；斜管的布置提升了沉淀效果，具有較高的沉淀速度，可達(dá)20m/h~40m/h；排放的污泥濃度較高，可達(dá)30g/L~50g/L；耐沖擊負(fù)荷，對(duì)進(jìn)水波動(dòng)不敏感；處理效率高，單位面積產(chǎn)水量大，土建投資低，尤其適用于改擴(kuò)建工程。

4 主體構(gòu)筑物及工藝參數(shù)

4.1 粗細(xì)格柵及進(jìn)水泵房

粗格柵是去除污水中較大的漂浮物，攔截直徑大于20mm的雜物，以保護(hù)水泵不致堵塞和磨損，并保證后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行。采用2套三索式格柵除污機(jī)，渠寬1600mm，柵前水深0.85m，格柵間隙20mm，安裝傾角=75°。

進(jìn)水泵房是將污水一次提升，使污水以重力依次流過(guò)各處理構(gòu)筑物，以保證污水廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。采用4臺(tái)潛污泵，3用1備。

4.2 細(xì)格柵及進(jìn)水泵房

細(xì)格柵進(jìn)一步去除污水中的漂浮物及直徑大于5mm的雜物，保證后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行。采用2套回轉(zhuǎn)式細(xì)格柵清污機(jī)，渠寬1600mm，柵前水深1.0m，格柵間隙5mm，安裝傾角=75°。

旋流沉砂池：利用物理原理去除水中比重大于2.65，粒徑大于0.2mm的無(wú)機(jī)顆粒，如泥沙、煤渣等，保證后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行。污水經(jīng)細(xì)格柵進(jìn)入1套旋流沉砂設(shè)備，直徑3100mm，高=3.0m，配套設(shè)備攪拌機(jī)2套=0.75kW。螺旋壓榨機(jī)，=300mm，=1.5kW和砂水分離器，=12L/s~20L/s，=0.37kW各一臺(tái)。

4.3 改良A/A/O生化池

改良A/A/O生化池由預(yù)缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池組成，有效降解污水中有機(jī)物、TN、TP、SS等污染物。其土建、設(shè)備均按近期考慮，為4.0萬(wàn)m/d?？傮w尺寸為60m×58m×6m。設(shè)計(jì)參數(shù)如下：污泥濃度MLSS為3.5g/L，污泥回流比為50%~100%，混合液回流比為100%~300%，污泥總產(chǎn)率系數(shù)為0.6kgMLSS/kgBOD，校核污泥負(fù)荷為0.063kgBOD/kgMLSSd，污泥齡為15d，總停留時(shí)間HRT為12h（其中，預(yù)缺氧區(qū)0.5h、厭氧區(qū)1h、缺氧區(qū)4.0h、好氧區(qū)6.5h）。預(yù)缺/厭氧池各設(shè)兩套潛水?dāng)嚢杵鳌Ｈ毖醭卦O(shè)4套潛水推流器。曝氣裝置采用薄膜盤(pán)式微孔曝氣器，Φ260mm，=2.4m/（個(gè)·h）。

4.4 二沉池

二沉池是活性污泥系統(tǒng)的重要組成部分，其作用主要是使污泥分離，使混合液澄清、濃縮和回流活性污泥。其工作效果能夠直接影響活性污泥系統(tǒng)的出水水質(zhì)和回流污泥濃度。設(shè)計(jì)2座周進(jìn)周出式輻流式沉淀池，其直徑為32m，池邊水深：4.0m。平均表面水力負(fù)荷：1.04m/（mh），最高表面水力負(fù)荷：1.35m/（mh），平均固體負(fù)荷：174.1kg/（md）。每座二沉池配中心傳動(dòng)單管吸泥機(jī)1臺(tái)，其直徑=32m，=0.55kW。

4.5 高效沉淀池

高效沉淀池是“混合凝聚、絮凝反應(yīng)、沉淀分離”3個(gè)單元的綜合體，在傳統(tǒng)的斜管式混凝沉淀池的基礎(chǔ)上，充分利用加速混合原理、接觸絮凝原理和淺池沉淀原理，把機(jī)械混合絮凝、機(jī)械強(qiáng)化絮凝、斜管沉淀分離三個(gè)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化組合，從而獲得常規(guī)技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)良性能。該污水廠設(shè)計(jì)及高效混凝沉淀池1座，平面尺寸：×=25.0m×26.0m，有效水深：6.5m。其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：變化系數(shù)取1.31，混合時(shí)間=3min，絮凝時(shí)間=15min，斜板沉淀池平均表面負(fù)荷：8.0m/（m·h）。配備混合攪拌機(jī)1臺(tái)，絮凝反應(yīng)攪拌機(jī)2臺(tái)，濃縮刮泥機(jī)2臺(tái)，回流污泥螺桿泵2臺(tái)，剩余污泥螺桿泵2臺(tái)，備用污泥螺桿泵2臺(tái)。

4.6 紫外消毒渠與巴氏計(jì)量槽

紫外消毒渠目的為進(jìn)一步提高出水水質(zhì)，滿足排放水質(zhì)要求。紫外消毒渠1座，變化系數(shù)：取1.31，平面尺寸：×=11.7m×5.1m，有效水深：1.0m。巴氏計(jì)量槽1座，設(shè)計(jì)規(guī)模按遠(yuǎn)期考慮，為8.0萬(wàn)m/d。變化系數(shù)：取1.31，尺寸：××=15.0m×2.0m×1.5m。

4.7 尾水泵房

污水處理廠尾水最終排至郁江，結(jié)合郁江50年一遇水位，根據(jù)高水高排、低水低排的設(shè)計(jì)理念，汛期時(shí)通過(guò)尾水泵房排至郁江。采用4臺(tái)潛污泵，3用1備。

4.8 污泥處置

根據(jù)相關(guān)協(xié)議，該工程污泥脫水后（含水率低于80%）送至污泥集中處置中心進(jìn)行堆肥處置。該工程污泥處理處置采用污泥脫水+好氧堆肥+土地利用的技術(shù)路線。生化系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥、混凝沉淀產(chǎn)生的污泥暫存至污泥貯池內(nèi)，然后進(jìn)入脫水機(jī)房進(jìn)行濃縮脫水。綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與運(yùn)行管理因素，該工程污泥脫水設(shè)備選擇帶式濃縮脫水一體機(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

該設(shè)計(jì)方案廢水處理設(shè)備在運(yùn)行上有較大的靈活性及可調(diào)性，以適應(yīng)水質(zhì)、水量的變化。在平面布置方面，力求占地面積小，盡量降低工程造價(jià)。流程簡(jiǎn)單，操作、管理方便。主要處理工藝為A/A/O+高效沉淀池；出水達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。處理單元去除效果預(yù)測(cè)待處理污水經(jīng)上述各構(gòu)筑物處理以后，出水能夠達(dá)到預(yù)期的目的，對(duì)改善水體、水環(huán)境質(zhì)量，提高人民生活質(zhì)量，保證人民身體健康，貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，建立和諧社會(huì)，建設(shè)貴港市城東污水處理廠是十分必要的。