多模式AAO 工艺在小型城镇污水处理厂的应用

2022-03-23陶冶

中国环保产业 2022年1期

陶冶

（辽宁省生态环境事务服务中心，沈阳 110161）

随着我国城镇化率的迅速提高，小城镇的人口规模和污水排放量也急剧增加。小城镇的污水集中处理设施以建设规模小于1.0×104t/d 的小型污水处理厂为主[1]。城镇小型污水处理厂数量多、地域分布广[2]，污水处理厂之间进水水质差异性大[3]，处理工艺选择的合理性关系着污水处理厂能否稳定运行。

多模式AAO 工艺通过管道或渠道为缺氧和厌氧池预留入口，并在入口设置分配堰门，即可根据进水水质和处理要求在生化池内实现传统AAO、倒置AAO、分点进水AAO、改良AAO 等多种运行模式的变换，工艺适应性较强[4,5]。本文以北方某小型城镇污水处理厂为研究对象，介绍了其工艺流程，并分析了其处理效果，以期为同类型污水处理厂的设计及运行提供参考。

1 工程概况

工程规划的服务区域总面积约为5.0km2，现排水量约为0.77×104t/d，以生活污水为主。本项目设计总规模为2.0×104t/d，分两期建设，一期工程规模为1.0×104t/d，同时预留二期扩建用地。出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A 标准，具体进、出水水质见表1。

表1 设计进、出水水质（单位：mg/L）

2 工程方案

2.1 工艺选择

2.1.1 预处理工艺

本工程预处理设施主要包括粗、细格栅和沉砂池。城镇污水处理厂由于雨污混接、管网破损、地下水入渗等原因，普遍存在进水碳源不足的问题。然而活性污泥中的厌氧释磷和反硝化脱氮过程都要求有足够的碳源，工程中常采用取消初沉池的设计方案来提高进水中的碳源浓度[6]，因此本项目不设置初沉池。

2.1.2 生化处理工艺

该污水处理厂服务范围内主要为生活污水，可生化性较好，但是由于工程建设规模小，因此抗冲击能力有限。为了使污水处理厂能够充分适应水质的大幅度变化，二级处理工艺采用多模式AAO 工艺。根据周边城镇污水处理厂多年进、出水水质监测数据及运行经验，采用乙酸钠作为外加碳源以保证生物脱氮效果。

2.1.3 深度处理工艺

污水经过二级处理后TP、SS 和粪大肠杆菌等指标不能稳定达到设计水质标准，需要继续进行深度处理。综合考虑工程投资、水质特性、用地条件和运行维护等因素，深度处理工艺方案采用混合絮凝+活性砂过滤组合工艺，采用PAC（聚合氯化铝）作为絮凝剂和化学除磷剂。消毒过程采用高效、无二次污染的紫外线消毒工艺。

2.1.4 除臭工艺

除臭设计主要用于处理粗格栅间、进水泵房集水池、细格栅间以及污泥脱水机房等处的臭气。由于污水处理厂周围十分空旷，卫生防护距离内无任何构筑物和敏感点，因此工艺选用植物提取液喷淋除臭。植物提取液中的活性成分能够与恶臭物质发生加成、氧化还原、中和、缩合等反应，最终将其转化成无味、无毒的物质[7]。

2.2 工艺流程

污水处理厂预处理段构筑物按照远期2.0×104t/d的规模设计建设，设备按照一期工程1.0×104t/d 的规模安装，以便于污水处理厂近、远期的结合和发展。生化池、混合絮凝池和活性砂滤池的构筑物均分为2个序列，每个序列的处理能力为0.5×104t/d，可独立运转。剩余污泥经过脱水后含水率可降至80%以下，最终外运处理。污水处理厂工艺流程见下图。

污水处理厂工艺流程

2.3 主要设备及构筑物

2.3.1 粗格栅及提升泵房

新建粗格栅间及污水提升泵房1 座，地下式钢砼结构，平面尺寸（L×B）为11.0m×5.3m。粗格栅间设计配套回转式格栅2 台，粗格栅机栅条间隙为20mm，设计过栅流速为0.6m/s。

污水提升泵房内集水池的尺寸（L×B×H）为8.4m×4.5m×9.7m，集水池用于均衡污水的水质水量。集水池内设计提升泵4 台，旱季2 用2 备，雨季4 台全开。单台提升泵流量为330m3/h、扬程为13m。

2.3.2 细格栅间

新建细格栅间1 座，高架式钢砼结构，尺寸（L×B×H）为1.6m×16.8m×1.1m。细格栅间内设计过水渠2 道，每道过水渠安装回转式格栅1 台。细格栅机栅条间隙为4.0mm，设计过栅流速为0.8m/s。

2.3.3 旋流沉砂池

新建旋流沉砂池2 座，单座沉砂池体直径为3.05m，地上式钢砼结构（加盖）。旋流沉砂池设计配套罗茨鼓风机2 台，1 用1 备，单台鼓风机风量为1.43m3/min、风压为49kPa。

2.3.4 多模式AAO 生化池

新建多模式AAO生化池1座，半地下式钢砼结构。生化池分为两个系列，单个系列尺寸（L×B×H）为25m×30m×6.0m。每个系列通过设置隔墙分为预缺氧区、厌氧区、缺氧区和好氧区，其中预缺氧区容积为125m3、厌氧区容积为250m3、缺氧区容积为889m3、好氧区容积为2640m3。

生化池的每个系列均设置独立的进水渠道和混合液配水渠。进水渠道和混合液配水渠在预缺氧区、厌氧区和缺氧区设置多个进水点，每个进水点配置可调节堰门，根据进水水质情况合理分配进水量。

生化池设计污泥负荷为0.09kgBOD5/（kgMLSS·d），污泥龄为16d，水力停留时间为15.6h。生化池好氧区末端安装内回流泵4 台（每个系列2 台），单台流量为250m3/h、扬程为1.2m。

2.3.5 二沉池

新建二沉池2 座，半地下式钢砼结构，用于泥水分离。二沉池为周边进水、周边出水，池体直径为20m，设计表面负荷为1.05m3/（m2·h）。

新建二沉池配水井及污泥泵房1 座，半地下式钢砼结构，直径为11m、高度为6m。安装回流污泥泵4 台，单台流量为125m3/h、扬程为4.0m；剩余污泥泵2 台，单台流量为37.5m3/h、扬程为10m。

2.3.6 混合絮凝池

新建混合絮凝池1 座，半地下式钢砼结构。混凝沉淀池分为混合池和絮凝池，混合池和絮凝池各分为两格。每格混合池尺寸（L×B×H）为1.1m×1.1m×4.55m，设计混合时间为30s。每格絮凝池尺寸（L×B×H）为2.45m×2.45m×5.15m，设计反应时间为4.93min。

2.3.7 活性砂滤池

新建活性砂滤池1 座，半地下式钢砼结构。滤池分为两格，每格尺寸（L×B×H）为7.35m×4.9m×6.5m。活性砂滤池内共安装过滤器12 套，过滤器采用石英砂为滤料，砂床高度为2.0m，设计平均滤速为5.8m/h。

2.3.8 紫外消毒池

新建紫外消毒间1 座，半地下式钢砼结构，平面尺寸（L×B）为11.65×15.85m。消毒间内设置消毒渠道1 条，尺寸（L×B×H）为2.4m×0.2m×1.85m。

紫外消毒模块包括自动控制系统和24 根紫外灯管。自动控制系统由UV 传感器、流量计和PLC 组成。系统根据UV 传感器和流量计的信号计算所需的紫外消毒剂量，并通过PLC 装置控制紫外灯管。

2.3.9 配套建筑

鼓风机房：地上式框架结构，平面尺寸（L×B）为11.2m×7.7m。选用3 台罗茨鼓风机，2 用1 备，变频运行。单台风量为32.5m3/h、风压为0.062MPa，配套电机功率为187kW。

加药间：地上式框架结构，平面尺寸（L×B）为10.0m×5.0m。安装用于投加PAC 的计量泵2 台（1用1 备），设计最大投加量为40mg/L；用于投加乙酸钠的计量泵2 台（1 用1 备），设计最大投加量为70mg/L。

污泥脱水间：地上式框架结构，平面尺寸（L×B）为19.4m×7.7m（含污泥堆棚间）。本工程设计脱水污泥量为247m3/d，选用带式压滤机1 台，处理能力为20—35m3/h，聚丙烯酰胺（PAM）加药量为3—5g/kgDS。

3 运行效果分析

工程自建成投产后，至今可满负荷运行，出水各项指标均能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A 标准。2020 年的实际进、出水情况见表2。

由表2 可知，进水CODCr、BOD5浓度远低于设计进水水质，进水BOD5/TN 仅为1.05—2.51，碳源明显不足。另外，进水中的有机物、氮、磷等污染物的各月平均浓度存在较大差异，呈现明显的波动性，其中4—5 月进水氮、磷平均浓度超出设计水质。

表2 2020 年实际进、出水水质情况（单位：mg/L）

为了保证污水处理厂的脱氮除磷效果，同时避免过高的运行费用，污水处理厂在汛期进水碳氮比较低的月份（7—8 月）采用倒置AAO 模式运行，运行工况为内回流比200%、污泥回流比100%、污泥浓度3500—4000mg/L；在冬季碳氮比较低的月份（2 月和11 月）则将污泥回流比降低至50%，并将污泥浓度提高至5000mg/L 以上，使系统适应低温运行环境；在其他月份，污水处理厂主要以传统AAO 模式运行，运行工况为内回流比100%、污泥回流比50%、污泥浓度3000—4000mg/L，以此降低电耗并兼顾生物除磷效果。