改良A2/O 工艺在污水厂扩建工程的应用实例

谢丽清，贾彦武，唐行鹏，王明智

（1.北方工程设计研究院有限公司，石家庄050011；2. 河北省水利水电第二勘测设计研究院，石家庄050021）

承德市某污水处理厂位于平泉市平泉镇， 现有处理规模为3.0万m3/d，污水厂占地3.9hm2；采用“粗格栅及提升泵站+细格栅及旋流沉砂池+百乐克综合生化池+D型滤池”处理工艺。2017年污水处理厂进水量在2.8万～3.5万m3/d， 春秋季节进水量偏低， 夏季较高，冬季由于城区内采用水源热泵较多，因此冬季排水量最高可达3.5万m3/d。 本期污水厂扩建规模为2.0万m3/d，扩建后整体规模达到5.0万m3/d，出水标准为GB18918—2002 《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》的一级A标准。

该污水厂位于河北北部寒冷地区， 最冷月生化池水温为8～10 ℃， 低温环境下微生物活性大大下降。 彭赵旭［1］等指出，水温低于10 ℃，硝化菌呈休眠状态， 且水温每降低1 ℃硝化菌生长速率下降10%。本项目生化系统的难点就在于冬季低温条件下硝化反硝化效果不佳。在设计时考虑改善构筑物保温、增大水力停留时间、降低污泥负荷等工程措施，提高生化系统脱氮除磷的效果。此外，现有污水厂未考虑远期发展预留，亦不具备征地条件，因此扩建工程只能在现有空地进行建设。可利用空地面积1.106万m2，这要求扩建工程选用集约高效的处理工艺。

1 进出水水质及工艺流程

污水厂来水主要是生活污水和工业废水， 二者各占总水量的65%和35%。 根据现场调研，污水厂服务范围内的工业企业以建材、机械制造、轮胎制造、化工、矿冶、农副产品深加工等工业为主。 根据近年污水处理厂实测进水水质， 确定设计进水水质如表1。

表1 污水厂扩建工程进出水水质指标 单位：mg/L

扩建工程采用污水处理工艺为 “预处理+改良A2/O生化池+磁混高效沉淀池+纤维转盘滤池+紫外线消毒工艺”。 具体如图1。

图1 工艺流程

2 工艺技术特点

二级生化系统采用的改良A2/O工艺是基于先进的同步硝化反硝化脱氮理论为基础的高效一体化生物处理系统。通过低通气量、地毯式曝气装置控制曝气池在低氧环境运行（溶解氧0.5～0.8mg/L），生物池兼有水解酸化作用［2］，对难降解的COD有较好的适应性，COD的去除效果要优于其他好氧工艺。 其次低氧环境能使硝化反硝化反应同步进行， 且短程硝化反硝化占有相当比例，该系统不仅简化了系统脱氮的运行流程，降低了对碳源的需求，节约了能耗，提高了脱氮效率， 同时也避免了由于硝态氮积累带来的不利影响［3］。 此外，低氧环境微生物生长速度偏低，污泥龄长，污泥浓度高，系统容积负荷及抗冲击性能增强。

改良A2/O工艺采用一体化结构，如图2，分为厌氧区、缺氧区、低氧曝气区、空气提升区、澄清区，将厌氧、缺氧、好氧、泥水分离等不同处理功能的单元集中于同一反应池中，使得占地面积大大减小。厌氧区、缺氧区、曝气区的划分参照HJ 576—2010《厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范》的要求。 各单元作用如下：

（1） 厌氧区。 在厌氧环境下微生物进行磷的释放，为生物除磷做准备。

（2）缺氧区。利用曝气区回流的硝化液进行反硝化反应，脱氮。

（3）低氧曝气区。通过控制曝气池在低氧环境下运行， 去除有机物的同时， 实现同步脱氮及生物除磷，池内设内回流泵将硝化液回流至缺氧区前端。

（4）空气提升区。 竖井内设置空气推流器，利用特殊的水力结构，形成高效的空气推流系统，使曝气区内混合液大比例返混，降低F/M（有机底物/活性污泥量），延长污泥龄。

（5）澄清区。 采用上向流斜板沉淀池结构，对曝气区出水进行泥水分离， 同时通过回流泵将部分污泥回流至厌氧区前端， 通过剩余污泥泵间歇排放污泥至储泥池。

图2 改良A2/O系统平面

深度处理采用磁混高效沉淀工艺，如图3，主要包括快混池、加载絮凝池、助凝反应池、高效澄清池4个部分。快混池投加铝盐或铁盐作为混凝剂，混凝剂充分水解，与水中胶体发生电中和脱稳作用，使微小颗粒聚集在一起。加载絮凝池投入适量磁粉，磁粉作为微小晶核，更容易形成矾花［4］，且大大提高矾花比重。从沉淀区底部回流的污泥被泵送到加载絮凝池，使系统内的磁粉得以循环利用。 为使固体悬浮物进一步形成较大、较密实的絮凝物，在助凝反应池内投加高分子助凝剂，使细小颗粒逐渐形成较大絮体。而后污水进入高效沉淀池， 高效沉淀池利用浅层沉淀原理，采用斜管作为填料，使沉淀区表面负荷明显提高。该工艺的特点是借助外加磁粉加强絮凝效果，生成比重较大的矾花，提高沉淀效率，减小占地面积。磁粉在整个系统中是循环使用的， 通过磁粉回收系统从污泥中将磁粉进行分离后再进行回收， 有效控制运行成本。

图3 磁混高效沉淀工艺流程

3 主体构筑物及工艺参数

扩建工程建构筑物实施如表2。

表2 建构筑物实施

3.1 细格栅及旋流沉砂池

细格栅采用2套内进流孔板式细格栅， 渠宽1200mm，渠深1550mm， b=3mm，安装倾角α=90°，配套冲洗水泵及冲洗水箱。污水经细格栅进入2套旋流沉砂设备，直径2430mm，配套设备旋流搅拌机及提砂泵各1台， 搅拌机转速为15r/min， 提砂泵采用Q=20m3/h，H=10m，N=1.1kW。

3.2 改良A2/O综合生化池

改良A2/O综合生化池分2系列，为矩形钢筋混凝土结构，总体尺寸为：77.4m×40.2m×6.5m，有效水深6.0m。 按照生物处理工艺要求分为厌氧区、缺氧区、低氧曝气区、空气提升区、澄清区5个区域。 设计参数如下：总停留时间14.45h（不含沉淀区），其中厌氧区1.48h，缺氧区3.58h，低氧曝气区9.54h。污泥浓度：6g/L，BOD污泥负荷：0.11kgBOD/kgMLSS·d，TN负荷率：0.05kgTN/ kgMLSS·d。 污泥回流比100%，硝化液回流比230%。厌/缺氧区设潜水搅拌机使污水处于缺氧状态。低氧曝气区末端设溶解氧仪，通过实时采样溶氧仪变送器反馈的电信号， 经可编程序控制器进行模数转换，数字处理及工艺参数运算后，实时控制风机的转速， 从而按照工艺对溶解氧的要求动态调节供风量， 使池中溶解氧浓度稳定的控制在0.5mg/L左右。曝气装置采用可提升微孔曝气软管，其微孔直径约1mm，通气量1.25m3/（m·h），氧传递效率30%。 澄清区与曝气区贴建，为上向流斜板沉淀池，采用行车式吸泥机将污泥提升回流至厌氧区前段。 澄清区表面负荷1.16m3/（m2·h）。

3.3 磁混高效沉淀池

磁混高效沉淀池1座， 设计规模5万m3/d， 分2系列，污水厂原有百乐克综合生化池（3万m3/d）及新建改良A2/O综合生化池（2万m3/d）出水一起进入前端配水井，后进入快混池、磁粉混合池、絮凝池、沉淀池，处理后出水经末端配水井（配比3∶2）分别进入原有D型滤池及新建纤维转盘滤池。 各混合絮凝池均设搅拌机，磁粉混合池上方设磁粉投加及回收系统，磁粉回收率99%。 沉淀池采用2座上向流斜管沉淀池，分别配套中心传动浓缩机直径10m。其设计参数如表3。

表3 磁混高效沉淀池设计参数

3.4 纤维转盘滤池

纤维转盘滤池的进水形式为外进内出式， 其作用在于去除污水中以悬浮状态存在的各种杂质，提高污水处理厂出水水质，使处理水SS达到要求。设计进水SS≤30mg/L， 出水SS≤10mg/L。 采用转盘直径3000mm，6盘/套，单盘有效面积12.6m2，平均时过滤速度11m/h，配套反洗水泵3台。

3.5 紫外消毒渠

紫外消毒渠1座，分2个系列，设计规模为5万m3/d，总平面尺寸15.2m×3.5m，渠深2.5m。 设计紫外透光率（UVT）65%；杀菌指标粪大肠杆菌数＜1000个/L。每条消毒明渠安装1套紫外消毒模块 （64支256W紫外灯），水位控制系统采用自动水位控制器。

4 运行情况分析

4.1 处理效果

污水厂扩建工程2019年1月调试完成， 投入运行。 冬季由于有部分地热水进入污水厂， 实际进水COD200～350mg/L，TN50～60mg/L左右。虽然理论上脱氮的碳源足够，但是由于冬季低温及进水C/N因地热水进入降低，冬季运行需要投加碳源保证处理效果。

2019年1～2月通过对污水厂进水、改良A2/O生化池末端、紫外消毒出水进行连续监测，实际结果如图4～图6，进水COD平均282.7mg/L，生化单元末端出水COD 平 均47.2mg/L， 紫 外 消 毒 出 水COD 平 均29.0mg/L。 生化单元对COD去除效率83.3%，深度处理单元对COD去除效率38.5%。进水TN平均55.6mg/L，出水TN平均11.3mg/L，TN去除率平均79.55%。 进水TP平均4.92mg/L，生化单元末端出水TP平均2.57mg/L，紫外消毒出水TP平均0.29mg/L。 生化单元对TP去除效率47.83%， 深度处理单元对TP 去除效率为88.62%。运行结果显示，污水处理厂出水各项指标稳定达到GB 18918—2002 《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准。

图4 水质监测COD去除效果

图5 水质监测TN去除效果

图6 水质监测TP去除效果

4.2 投资与经济成本

该污水处理厂扩建工程总投资6432.50万元，其中土建及设备安装部分5805.16 万元， 其他费用627.34万元。

原有百乐克池（规模3万t/d）采用3台132kW罗茨风机同时运行，新建改良A2/O生化池（规模2万m3/d）采用2台75kW空气悬浮风机同时运行。 为保证脱氮效果， 污水厂冬季仍需投加乙酸钠至原有百乐克池及新建改良A2/O生化池。新建改良A2/O生化池与原有百乐克生化池的运行费用对比如图7。

图7 改良A2/O工艺与百乐克工艺运行费用

从图7可看出，改良A2/O工艺比百乐克工艺节省碳源费用36.27%，节省电费40.34%，整体运行费用节省35.88%。

5 结语

针对冬季低温反硝化效果差、 厂区用地受限等难点， 扩建工程采用改良A2/O工艺和磁混高效沉淀技术进行处理，结果表明，生化池冬季脱氮除磷效果良好，出水水质可稳定达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准。 而且新建改良A2/O生化池比原有百乐克生化池节省运行费用35.88%，实现了节能降耗的目的，其经验可供河北北部寒冷地区借鉴。