A2O氧化沟-混凝沉淀-反硝化深床滤池工艺在大型经开区污水处理中的应用

于跃，李渊博

（安徽东华环境市政工程有限责任公司，合肥　230088）

A2O氧化沟-混凝沉淀-反硝化深床滤池工艺在大型经开区污水处理中的应用

于跃，李渊博

（安徽东华环境市政工程有限责任公司，合肥230088）

为降低污水排放对巢湖的污染，采用A2O氧化沟-混凝沉淀-反硝化深床滤池组合工艺处理某大型经开区污水。分析了污水水质特征，论述了处理工艺的选择过程，介绍了工程设计参数和工程设计特点，以及实际运行情况。工程运行结果表明，该工艺出水水质稳定，可达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准，其中TP、TN、NH3-N、CODCr的质量浓度分别不超过0.3、5、1.5和30mg/L。

A2O氧化沟； 反硝化；深床滤池

国家级合肥经济技术开发区位于合肥市南郊与肥西县接壤地域，毗邻巢湖。经过多年发展，区内进驻了大量企业，主要为家电电子、汽车及零部件、装备制造、快速消费品等生产企业和电子信息、新材料、住宅产业化、生物医药等新兴产业，同时区内还有学校、居民小区等。该开发区内产生的工业废水和生活污水通过管道收集至经开区污水处理厂集中处理，处理达标后排放至派河，最终汇入巢湖。

巢湖是我国五大淡水湖泊之一，属长江下游左岸水系。巢湖主要通过裕溪河与长江连通，因建巢湖闸和裕溪河闸，巢湖由原来的过水性、河流性湖泊变成了受人工控制的半封闭、封闭式湖泊，其水域的水基本上不与长江水交流。因此巢湖的自净能力大为削弱，环境污染日益严重，已被列为国家重点治理的污染湖泊。根据《巢湖流域水污染防治条例》，巢湖湖体按地表Ⅲ类水环境保护，派河入湖水质按地表Ⅳ类水标准保护。

为加强对巢湖水污染的防治，改善地表水环境质量，该污水处理厂出水在稳定达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准的基础上，对TP、TN、NH3-N、CODCr4项指标提出了更高的要求。对于大型污水处理厂而言，出水较难稳定达到GB 18918—2002中一级A标准，要达到地表Ⅳ类水标准更为不易。其主要问题是出水氮、磷指标很难达标。而大型经开区污水处理厂一般处理规模较大，化学除磷的成本太高，通常只能作为辅助手段。在这种形式下，如何选择能够稳定达到一级A标准的生物脱氮除磷工艺是新建污水处理厂和老污水处理厂升级改造所面临的关键问题［1-2］。

1　工程概况

合肥经济技术开发区污水处理厂扩建工程设计规模为10万m3/d，其废水来源主要为生活污水及一类、二类工业废水，其中工业污水无难生化的有机污染物，可生化性好，无高浓度NH3-N污水排入，工业废水排放的接管标准应符合CJ 343—2010《污水排入城镇下水道水质标准》的有关规定。根据环评要求，本工程设计出水要求在达到GB 18918—2002一级 A标准的基础上，TP、TN、NH3-N、CODCr4项指标的质量浓度分别不高于0.3、5、1.5和30mg/L，因此在设计过程中需要重点考虑污水处理厂出水中有机物、氮、磷的去除。本文在总结以往设计经验的基础上采用A2O氧化沟作为二级生物处理的主工艺，辅以化学除磷［3］，并在污水处理流程的末端设置反硝化深床滤池，通过外加碳源满足反硝化脱氮的需要，使得出水中TN达标［4-5］。

2　设计规模及进、出水水质

2.1设计规模

本污水处理厂扩建工程设计规模为10万m3/d，其中工业废水约占55%。

2.2设计进、出水水质

大型经济技术开发区污水处理厂扩建工程进水来源主要为生活污水及一类、二类工业废水，其中工业废水应达到CJ 343—2010的有关规定后，才能排入市政管网。根据本工程环评批复要求，出水在稳定达到GB 18918—2002中一级A标准的基础上，TP、TN、NH3-N、CODCr4项指标的质量浓度分别不高于0.3、5、1.5和30mg/L。

大型经济技术开发区污水处理厂主要进、出水水质见表1。

本工程污水处理厂进水m（BOD5）/m（CODCr）值约为0.5，属于可生化性好的污水。本工程月平均水质指标m（BOD5）/m（TN）值为3.6，属于碳源尚充足的污水。一般二级生化处理出水TN的质量浓度难以达到5mg/L以下，因此需设置后置反硝化段作为把关工序。本工程月平均水质指标m（BOD5）/ m（TP）值为30，属于碳源充足的污水，可采用生物除磷工艺；但根据进水水质和确保出水达标要求，需辅以化学除磷的方式。

表1　设计进、出水水质Tab.1　Design inf1uent and eff1uent water qua1ity

3　工艺流程

3.1处理工艺流程选择

污水二级处理工艺的选择是根据进水水质情况和出水水质要求来确定的。从进厂污水的组分来看，污水中有毒有害物质甚微，且污水m（BOD5）/ m（CODCr）值约为0.5，可生化性好，只要严格控制有毒有害物质进入污水处理厂，其正常运行是有保障的。对于本工程，采用常规的活性污泥处理工艺已不能满足处理要求，必须采用具有脱氮除磷功能的生化处理工艺。常见的生物脱氮除磷工艺一般都包含独立的好氧区、缺氧区和厌氧区，以强化对污水中NH3-N、硝酸盐和磷的去除。目前在国内使用较多的，无外乎常规A2O工艺、CAST工艺、A2O氧化沟工艺等。而A2O氧化沟具有以下一些突出的优点：①回流活性污泥回流至A2O氧化沟厌氧段，在此区域内混合液的基质浓度很高，有利于聚磷菌对基质的摄取。②好氧段采用完全混合式的循环流流态，相对于推流式A2O工艺，其对水质水量变化的适应能力更强，能耐受一定的冲击负荷。③氧化沟内局部曝气，在其流道上交替出现缺氧、好氧区域，能形成短程硝化反硝化反应，有利于生化脱氮［6-7］。因此，本工程二级生化处理工艺采用A2O氧化沟工艺。

由于本工程的出水标准要求很高，常规或强化的二级生化处理工艺不能或难以稳定地达到此要求，必须通过深度处理进一步去除二级处理不能完全去除的污染物，以最终满足出水水质要求。深度处理设计的主要考虑因素是TN、TP的去除，不考虑CODCr、NH3-N的去除。根据深度处理工段进出水的水质特点和性能要求，深度处理需要有化学除磷和反硝化脱氮的功能。本工程考虑将后沉淀化学除磷与后置反硝化生物滤池分开设置，因此本工程的深度处理采用混凝反应斜板沉淀池（后沉淀化学除磷）-后置反硝化深床滤池的工艺。

3.2处理工艺流程说明

根据处理工艺流程选择，得出本工程的工艺总体流程为粗格栅提升泵站-细格栅-曝气沉砂池-A2O氧化沟-二沉池-混凝反应斜板沉淀池-反硝化深床滤池-消毒。工艺流程详见图1。

图1　污水处理工艺流程Fig.1　Process f1ow of wastewater treatment

由经开区污水主干管送来的污水首先进入污水处理厂的粗格栅井内，经粗格栅去除较大的漂浮物后，经提升进入细格栅，进一步拦截和去除污水中的细小悬浮物，再经过曝气沉砂池处理，分离并去除污水中的砂粒与浮渣。经上述一级处理后的污水和回流污泥一起进入氧化沟的厌氧段，进行生物除磷，并改善污水沉降性能。厌氧段出水进入缺氧段，进行反硝化反应，使污染物得到降解。好氧段内设倒伞型表曝机，充分供氧，降解去除大部分有机污染物并将大部分有机氮、NH3-N转化成硝酸盐和亚硝酸盐。在好氧段与缺氧段间设置内回流门，将硝化液回流至缺氧段实现反硝化。

生化处理后的污水经配水井流入二沉池，进行固液分离。二沉池出水提升至混凝反应斜板沉淀池，在混凝反应斜板沉淀池中投加铝盐进行化学除磷。然后进入反硝化深床滤池，并在反硝化深床滤池中投加甲醇，进一步去除TN、SS［8-9］。滤池出水进入消毒池进行消毒，消毒后的污水达标排放。二沉池分离出的剩余污泥以及斜板沉淀池产生的污泥经提升后送污泥浓缩脱水间，经污泥脱水机脱水后泥饼外运。

4　主要构筑物及设计参数

（1）细格栅及沉砂池。细格栅采用栅隙3 mm的板式细格栅，栅前后渠宽0.9 m，格栅渠宽1.4 m，渠道总长7.7 m，沉砂池采用曝气沉砂池，共2座，单座尺寸为16.0 m×4.0 m×2.5 m（有效水深），停留时间为3.3min。

（2）A2O氧化沟。设计规模10万m3/d，采用卡鲁塞尔2000型氧化沟，共2座，单座尺寸为150.0 m×60.0 m×5.0 m（有效水深）。水力总停留时间为21.50 h，其中选择池停留时间为0.35 h、厌氧段停留时间为2.00 h、前置缺氧段停留时间为3.75 h，好氧段停留时间为15.40 h，混合液回流比为2∶1～4∶1，污泥回流比为1∶1，好氧段溶解氧的质量浓度在2～4mg/L，混合液MLSS的质量浓度为4g/L，污泥负荷为0.06kg［BOD5］/（kg［MLSS］·d）（不计厌氧段及缺氧段），污泥龄为20d。

（3）二沉池。采用中心进水周边出水辐流式沉淀池，共4座，单座直径为40.0 m，池边水深为4.5 m，表面负荷为1.15 m3/（m2·h），水力停留时间为3.5 h，出水采用环形集水槽，双侧溢流堰出水。

（4）混凝斜板沉淀池。共设4个系列，单系列平面尺寸为15.0 m×12.5 m（有效宽度）。混合时间为40 s，絮凝反应时间为14min；斜板沉淀表面水力负荷为7.2 m3/（m2·h）。

（5）反硝化深床滤池。共设8格，单格尺寸为18.3 m×6.1 m×5.6 m（总池深）。去除负荷为0.62kg［NO3--N］/（m3·d），滤料粒径为1.70～3.35 mm，平均滤速为4.8 m3/（m2·h），峰值滤速为6.24 m3/（m2·h），滤料层厚1.83 m。

（6）消毒池。消毒采用二氧化氯消毒。尺寸为35.0 m×22.5 m×3.5 m（有效水深），停留时间为30min。

5　工艺特点

（1）A2O氧化沟采用卡鲁塞尔2000型氧化沟。卡鲁塞尔2000氧化沟内设置了特有的前置反硝化区及混合液内回流调控机制，可实现强化生物脱氮。本工程中氧化沟属延时曝气工艺，NH3-N得到充分氧化，二沉池出水中NH3-N浓度能达到要求。氧化沟的污泥负荷低，整体上为完全混合式生物反应器，具有较强的抗冲击负荷的能力，出水能稳定达到处理要求。同时，混合液体通过绕竖直轴低速旋转的表曝机而充氧，表曝机具有操作简单、维修方便、充氧效率高等特点。

（2）二沉池后接混凝反应斜板沉淀池。二沉池出水SS质量浓度一般在20mg/L，且TP浓度也不能满足排放要求，需辅以化学除磷措施。因此在二沉池后接混凝反应斜板沉淀池，并在混凝反应斜板沉淀池内进行化学除磷。这样的工艺选择有如下3个优点：①后化学沉淀除磷避免了对氧化沟及滤池的干扰。②斜板沉淀池出水中SS质量浓度降低至10mg/L左右，有效延长滤池运行周期，增强滤池的脱氮效果。③二沉池出水的SS浓度要求可适当放宽，二沉池的水力负荷也可提高，节约投资成本。

（3）反硝化深床滤池具有明显的反硝化脱氮能力以及抗进水溶解氧干扰的能力。深床滤池滤料层在缺氧环境下运行，滤料表面附着大量的反硝化生物菌群，进水借助重力流通过滤料层，污水中的硝态氮被滤料载体生物膜吸附，还原成氮气从污水中释放出来，从而实现污水的反硝化脱氮，颗粒滤料同时具有截留SS的作用。

进水中溶解氧浓度如果过高，异养菌将会占用滤料层高度，影响反硝化脱氮效果。本工程反硝化深床滤池TN去除负荷选择较低（0.62kg［NO3--N］/（m3·d）），具有较高的抗冲击负荷以及抗进水溶解氧干扰的能力，保证滤池出水稳定达标。在实际运行过程，当滤池进水溶解氧的质量浓度为6～8mg/L时，其反硝化脱氮功能依然保持稳定。

6　运行效果

该工程于2015年10月份正式投入试运行。根据调试及正式运行的情况来看，系统运行稳定，出水良好，经监测，出水水质各项指标基本达到设计要求。2016年主要运行指标的监测值详见表2。

从表2可以看出，污水处理厂出水基本上能稳定达标，当进水TP、TN、NH3-N、CODCr接近设计值（如进水质量浓度分别为5.68、49.6、28.6和421.0mg/L）时，出水中各指标值分别为0.12、4.5、0.6和23.4mg/L，均达到了设计要求。这说明，A2O氧化沟-混凝沉淀-反硝化深床滤池工艺在设计负荷下能稳定实现达标排放的要求。

表2　污水处理厂出水污染物指标Tab.2　Eff1uent water qua1ity of wastewater treatment p1ant

7　工程投资及运行成本

本工程建安费及设备购置费共约为20 250万元，其中建筑工程费约为8 820万元，安装工程费约为2 910万元，设备购置费约为8 520万元。

污水处理运行成本约为0.68元/m3，其中电费为0.25元/m3，人工费为0.08元/m3，药剂费为0.22元/m3，污泥清运费为0.08元/m3，设备维修费为0.05元/m3。

8　结语

（1）工程实践表明，采用A2O氧化沟-混凝沉淀-反硝化深床滤池工艺处理大型经开区排放的污水，整体工艺稳定，出水水质在达到GB 18918—2002一级A标准的基础上，TP、TN、NH3-N、CODCr4项指标接近地表Ⅳ类水标准，满足当地环保部门的要求。

（2）增设在线碳源投加装置，能较为精确地控制碳源投加量，满足反硝化的需求，使得出水中TN达标，同时做到经济节能，稳定运行。

（3）反硝化深床滤池TN去除负荷设计取值应考虑进水溶解氧的影响。实际运行效果表明，反硝化深床滤池具有抗进水溶解氧干扰的能力。

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Application of A2O oxidation ditch-coagulation sedimentation-deep bed denitrification filter process in treatment of wastewater from large economic-technological development area

YU Yue，LI Yuan-bo
（Anhui East China Environment and Municipal Engineering Co.，Ltd.，Hefei 230088，China）

In order to reduce the inf1uence of wastewater towards Chaohu Lake，A2O oxidation ditch-coagu-1ation sedimentation-deep bed denitrification fi1ter combined process was adopted to treat wastewater discharged from a 1arge economic-techno1ogica1 deve1opment area.The characteristics of the said kind of wastewater were ana1yzed；besides，the se1ection procedure of the combined process was e1aborated with the parameters and characteristics of the project design introduced at the same time.The running resu1ts of the project showed that，the qua1ity of the eff1uent water from the said process was stab1e，which met the specification of A 1eve1 grade one in GB 18918—2002 Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant，and the mass concentrations of TP，TN，NH3-N，CODCrwere not above 0.3，5，1.5，and 30mg/L respective1y.

A2O；oxidation ditch；denitrification；deep bed fi1ter

消防设计

X703.1

B

1009-2455（2016）03-0062-04

于跃（1972-），男，安徽阜阳人，高级工程师，本科，主要从事环保工程的设计工作，（电话）0551-62523585（电子信箱）yuyue@chinaecec.com。

2016-05-26（修回稿）