“A2/O+混凝沉淀+纤维转盘过滤”工艺在污水处理厂升级改造中的工程实践

张占梅，石瑞琦，任筱雨，潘云霞，李 锐

(1.重庆交通大学 河海学院，重庆 400074；2.西南大学 工程技术学院，重庆 400715；3.国电投集团远达水务有限公司，重庆 400064)

0 引 言

随着环保要求日益严格，人们对城镇污水处理厂出水水质提出了更高的要求[1，2]。按照辽宁省政府环保工作目标及生态环境部《水污染防治行动计划实施情况考核规定(试行)》要求，辽宁省城镇污水处理厂出水在“十三五”期间要全部达到GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准。昌图污水处理厂原设计出水为一级B排放标准，且处理工艺单一、工艺流程不完善，再加上项目地处严寒地区，低温条件对生化反应影响较大，导致出水水质不稳定[3-5]，尤其冬季出水水质超标严重，亟需进行升级改造。

1 工程背景

昌图污水处理厂位于辽宁省铁岭市昌图县昌图镇，主要收集处理昌图县城区域生活污水及少量工业废水，设计总规模为5×104m3/d，分两期建设。其中一期为2×104m3/d、二期为3×104m3/d，目前均为满负荷运行。原工艺为“预处理+A/O+二沉池”，出水水质执行GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B排放标准。提标改造工程实施后，该厂出水水质需达一级A排放标准。

2 原设计工况及存在问题

2.1 处理规模及进出水水质

昌图污水处理厂设计处理规模为5×104m3/d，设计进水水质要求CODcr≤350 mg/L、BOD5≤180 mg/L、SS≤200 mg/L、NH3-N≤30 mg/L、TN≤40 mg/L、TP≤4 mg/L；设计出水水质要求满足GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B排放标准，即要求CODcr≤60 mg/L、BOD5≤20 mg/L、SS≤20 mg/L、NH3-N≤8 mg/L、TN≤20 mg/L、TP≤1 mg/L。

为掌握目前污水处理厂实际进出水情况，2018年7月—2019年5月分别对进出水水质进行监测分析，结果如表1。

表1 污水处理厂进、出水水质

由表1可以看出，在进水基本满足设计要求的前提下，出水水质虽满足一级B排放标准，但BOD5、SS、TN、TP等参数，无法满足一级A排放标准。因此，技术升级改造的重点是提升BOD、SS、TN和TP的去除效果。

2.2 设计工艺流程

昌图污水处理厂一期、二期工程工艺一致，具体工艺流程如图1。

图1 原设计工艺流程

2.2.1 预处理系统

由粗格栅、细格栅和沉砂池组成。污水经粗格栅去除栅渣后由泵提升，经细格栅及平流式沉砂池进一步处理去除悬浮物、漂浮物及少量的有机物等。

2.2.2 A/O生化反应池

污水生化处理核心构筑物，设2组，设计处理水量分别为2×104、3×104m3/d，K=1.1，设计流量为0.255、0.382 m3/s，总池容分别为5 072、10 432.8 m3。

2.2.3 二沉池

A/O反应池出水进入二沉池进行泥水分离，共2座。经二沉池处理后的水直接外排。

2.2.4 污泥处理

剩余污泥直接排入污泥储池，然后由泵排至带式污泥脱水机，脱水后外运填埋，污泥含水率为约80%～85%。

2.3 主要问题

2.3.1 无法满足脱氮除磷需要

从表1可以看出，进水中有机物及N、P的含量不均衡，实际运行中如果污泥浓度、回流比、污泥龄、溶解氧能工艺参数调控不合理，将无法达到预期处理效果，再加上硝化菌是自养菌，为使硝化段内硝化菌占优势，理论上，BOD/TN需大于2.86才能满足反硝化要求[6,7]，而污水处理厂实际进水BOD5平均值为40 mg/L，不利于硝化反应；且过程中污泥龄和停留时间短，不仅导致硝化菌繁殖较慢，而且废水中的氮得不到充分硝化，影响反硝化效果导致脱氮率较低[8,9]。要强化脱氮除磷效果满足更高环境标准，必须对生化处理工艺进行优化升级。

2.3.2 无法满足出水SS及消毒杀菌指标

原二沉池采用中心进水、周边出水的辐流式二沉池，直径较小但设计负荷高，沉淀效果不理想，出水水质中SS偏高。此外，原工艺未设置消毒系统，不能确保水质中细菌和病原菌稳定达标，给受纳水体带来潜在环境风险。

2.3.3 气温条件导致出水水质不稳定

温度是影响污水处理效果的一个关键因素[10]。低温引起微生物生长缓慢和酶促反应速度下降，导致污泥活性降低，使得生化反应速率下降，影响污水处理效果。在生物脱氮过程中，硝化反应适宜温度是20～30 ℃，在15 ℃以下硝化速度下降；反硝化反应适宜温度是20～40 ℃，在15 ℃以下反硝化菌的增殖速率降低，代谢速率也降低[11,12]。该厂冬季温度达不到硝化菌及反硝化菌的最适温度，对氮的去除效率有很大影响。另外，温度对二沉池沉淀效率影响也较大，气温低时，颗粒沉速也随之降低，导致沉淀池处理效率下降、出水中SS超标。

3 提标改造

3.1 改造思路

基于原工艺流程存在的主要问题，提标改造重点是提升对氮、磷及有机物的去除效果，同时进一步降低出水中SS的含量，在现有处理设施及构筑物的基础上进行改造，并增加杀菌消毒工艺单元，确保满足一级A排放标准要求。

3.1.1 改造生化处理工艺，提升脱氮除磷

为强化脱氮除磷效果，在原A/O池内增加缺氧段，将原工艺改造成A2/O工艺，并新增A2/O生化池和二沉池各一座。A2/O工艺在脱氮除磷的同时可去除污水中CODcr及BOD5，且运行管理简单，对水力负荷、有机负荷冲击的适应能力强，冬季低温条件下也有较好的处理效果。

3.1.2 新增混凝沉淀处理单元，强化化学除磷

经A2/O生物处理工艺后CODcr、BOD5、TN和氨氮基本可以达到一级A排放标准，但是SS和TP还需经过深度工艺后方可满足要求。故在二沉池后新增深度处理工艺，增设高效沉淀池，提升磷及SS的去除效果[13,14]。混凝沉淀段增设混凝剂(PAC)和助凝剂(PAM)投加设施。

3.1.3 确保出水悬浮物达标，增设纤维过滤设施

由于是改造工程，新增的深度处理设施会增加一部分水头损失。经计算，经过絮凝沉淀处理单元后，采用常规的过滤装置无法满足要求。而纤维过滤装置占地面积小，水可由周边进中间出以加大过滤面，且水头损失较小[15]。因此，过滤系统采用纤维转盘过滤，过滤后出水SS一般小于10 mg/L。

3.1.4 完善工艺流程，增设消毒工艺

昌图污水处理厂原系统未设消毒工艺，改造中增设紫外线消毒处理工艺单元。紫外线消毒灭菌效率高、作用时间短、运行管理方便不需建造较大的接触池，建消毒渠即可，占地面积和土建费用大大减少。

综上分析，改造后污水处理厂属于三级处理工艺，其中一级处理为“粗格栅+提升泵+细格栅+沉砂池”，二级处理采用“A2/O+二沉池”工艺，深度处理采用“高效沉淀池+纤维转盘滤池+消毒工艺”。具体工艺流程如图2。

图2 改造后工艺流程

3.2 改造设计

3.2.1 改造生化处理系统(含二沉池)

1)将原有A/O池改造为A2/O生化反应池

改造后A2/O生化池：污泥负荷为0.082 kg BOD5/(kgMLSS·d)，污泥浓度为3 500 mg/L，气水比分别为7.8∶1(一期)、8.4∶1(二期)，最大供气量为60 m3/min，污泥龄为12.4 d，最大回流比为100%，总有效容积为6 050 m3(一期)、10 433 m3(二期)。水力停留时间12.7 h(一期)、12.5 h(二期)。厌氧池容：停留时间1.5 h，容积为720 m3(一期)、1 250 m3(二期)；缺氧池容：停留时间4h，容积为1 920 m3(一期)、3 330 m3(二期)；好氧池容：停留时间7.2 h(一期)、7.0 h(二期)，容积为3 410 m3(一期)、5 853 m3(二期)。

2)新建生化池

平面尺寸L(长)×B(宽)×H(高)=71.5 m×23.6 m×7.0 m，污泥浓度为3 500 mg/L，污泥负荷为0.082 kg BOD5/(kgMLSS·d)，气水比为6∶1，最大供气量为77 m3/min，污泥龄为12.4 d，污泥外回流比为100%，污泥内回流比为200%，总有效容积为9 831 m3。水力停留时间12.7 h，厌氧池容：停留时间1.5 h，容积为1 158 m3；缺氧池容：停留时间4 h，容积为3 096 m3；好氧池容：停留时间7.2 h，容积为5 577 m3。

3)二沉池

原有二沉池：池边有效水深为3.5 m，单池外形尺寸为φ24 m×4 m(一期)、φ28 m×4 m(二期)，分2座，平均日平均时表面负荷为0.53 m3/(m2·h)(一期)、0.68 m3/(m2·h)(二期)，最大日最大时表面负荷为0.73 m3/(m2·h)(一期)、0.934 m3/(m2·h)(二期)。

新建二沉池1座，采用周进周出二沉池，直径32 m，有效水深4.5 m；平均日平均时表面负荷为0.96 m3/(m2·h)，最大日最大时表面负荷1.32 m3/(m2·h)。

3.2.2 新建混凝沉淀系统

1)混合池

混合池采用机械混合，分2格，总有效容积170 m3，停留时间为3.5 min，混合反应搅拌速度梯度700 s-1；快速搅拌器2台，直径D=1.85 m，功率N=5.5 kW。

2)反应池

反应池共设4个反应单元，总有效容积 702 m3，总停留时间14.5 min；每个单元反应池内设有导流筒，并配有低速搅拌器1台，D=2.5 m，N=11 kW。

3)高效沉淀池

高效沉淀池设1座，分2格，设计流量Q=2 875 m3/h，变化系数1.38；斜管上升区流速为12.6 m/h，总有效容积2 217 m3，共计 2 系列；底部沉淀区设悬挂中心传动刮泥机1台，D=12 m，N=1.1 kW，底板坡度为0.07。

3.3.3 新建纤维过滤系统

纤维转盘滤池设1座，分2格，尺寸L×B×H=10.6 m×10.0 m×4.7 m，每格配反冲洗泵2台，单台泵流量Q=50 m3/h，扬程为7 m(已修改)，N=2.2 kW；每池内有滤盘10片，滤盘D=3 m，单盘有效面积12.6 m2；每格旋转驱动电机1台，N=0.75 kW；每格装机功率N=5.43 kW。

3.3.4 新建消毒系统

紫外消毒系统安装于2组开放式紫外消毒明渠中，每条渠宽1.2 m，尺寸L×B×H=12.6 m×2.4 m×3.8 m，紫外设备采用模块化结构，每条渠道沿水流方向安装1个模块组，每个模块组共含8模块，每个模块8根灯管；采用低压高强灯，系统总装机功率N=46.12 kW。

4 运行效果分析

改造工程于2019年5月建成运行，经过近6个月的调试运行后，自2019年12月份，系统运行及出水水质较稳定，出水水质达到一级A排放标准，结果如表2。

表2 改造后实际出水数据

由表2可知，经升级改造处理后，出水CODcr值为23.20～34.95 mg·L-1、出水BOD5为7.40～8.60 mg·L-1，均满足排放标准。氨氮(NH3-N)和总氮(TN)的去除率分别为75.64%～86.28%及47.99%～70.22%，说明改后对有机物及氮均具有很好的处理效果。出水中SS和TP满足10及1 mg·L-1的排放要求，说明新建的深度处理系统高效沉淀池及纤维转盘过滤，对出水水质有了进一步保障。

5 结 语

1)为满足日益严格的环保要求及排放标准，污水处理厂原有工艺流程需要升级改造，并新增深度处理系统，强化脱氮除磷效效果、提升出水水质。

2)在充分利旧基础上，将原生化段A/O工艺改造为A2/O工艺，并新增絮凝沉淀-过滤-消毒”深度处理单元，本次提标改造通过采用“A2/O+混凝沉淀+纤维转盘过滤+紫外线消毒”工艺，有效地提升了处理效果，各项出水指标达到了GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准。

3)升级改造后经过五个月的运行，系统整体运行良好，出水水质稳定，实现了预期改造目标，且具有良好的环境效益和社会效益，为寒冷地区污水处理厂工艺设计提供了有益的参考示例。