改良A2O工艺在两级生物滤池改造中的应用

赵 玺，李绪忠，叶娅萍

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，长沙 410007）

某城镇污水处理厂于2020年初建成通水，项目设计处理规模为1.0×104m3/d，设计进出水水质如表1所示。主要监测指标有化学需氧量（CODCr）、五日生化需氧量（BOD5）、悬浮物（SS）、总氮（TN）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）和pH。本项目原有处理工艺流程为格栅槽→初沉池→调节池→厌氧生物滤池（AF）→曝气生物滤池（BAF）→斜板沉淀池→清水池→活性炭过滤→紫外线消毒。由于生物滤池对进水SS 的要求较高，原处理工艺设置地下式初沉池和地下式调节池，水力停留时间较长，初沉池在去除SS 的同时会去除部分BOD5，同时调节池进行曝气，也会去除部分BOD5，降低BOD5与TN 的比值，影响脱氮效果，导致出水TN 不能达标。由于进水TN 浓度较高，生化池需要补充大量碳源，同时采用专利载体填料，运行成本较高。在调试运行过程中，增加混合液回流设施（混合液回流比200%）同时补充碳源，投加固体微生物菌种，出水TN 浓度始终在20 mg/L以上。经分析，主要原因是进水温度偏低、氨氮负荷较高，不能培养出以硝化菌为优势菌种的成熟生物膜。为了节省工程投资和缩短施工时间，有必要充分利用原有构筑物和设备，对原工艺的两级生物滤池（AF+BAF）进行改造。

表1 设计进出水水质

1 改造思路

原生化处理工艺生物膜培养时间长，对后期运营管理人员的技术水平要求较高，因此原有生化处理构筑物适合改造为活性污泥法处理构筑物——改良厌氧缺氧好氧池（A2O）。活性污泥法的二沉池采用斜板沉淀池，活性污泥容易黏附在斜板上造成堵塞，改造时将其改为竖流式沉淀池。由于进水氨氮浓度较高，仅靠活性污泥法很难保证出水TN 达标，因此改造时在二沉池后增设反硝化滤池。为了减少滤池的反冲洗频率，保证滤池进水SS 符合要求，改造时在反硝化滤池前增加高效沉淀池，在高效沉淀池投加聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM），去除污水中的TP，保证出水TP 达标排放。其中，PAM 包括阴离子聚丙烯酰胺（APAM）和阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）。改造后，设计工艺流程改为格栅槽→调节池→改良A2O 池→竖流沉淀池→清水池→高效沉淀池→反硝化滤池→紫外线消毒。原有初沉池改为调节池，原有调节池作为厂区事故应急池使用。

为了降低改造投资，本项目充分利用原有构筑物和设备，对原有构筑物进行改造。一是初沉池。将初沉池改造为调节池，为了防止有机物沉淀，增设潜水搅拌机。二是生物滤池。将两组生物滤池（每组有8 格滤池）改造为两组改良A2O 池，每组中1 格作为预缺氧池，1 格作为厌氧池，2 格作为缺氧池，4 格作为好氧池。保留池体结构，拆除池内滤料、支架和曝气管，在厌氧池和缺氧池内安装搅拌装置，在好氧池内安装微孔曝气器。三是二沉池。将原有的斜板二沉池改造为3 座相同的竖流式沉淀池。四是清水池。新建隔墙，一部分作为调节二沉池出水的中间水池，一部分作为清水池，兼做反硝化滤池的反冲洗水池。五是过滤车间。拆除现有活性炭过滤器，新增高效沉淀池、反硝化滤池，为了缩短施工周期，高效沉淀池及反硝化滤池均采用钢制设备。

2 改造内容

2.1 改良A2O 池

改良A2O 池分为两组，总容积为6 860.8 m3，水力停留时间为16.47 h。好氧池的混合液悬浮固体浓度（MLSS）约为3 500 mg/L，溶解氧（DO）浓度为3～5 mg/L，污泥回流比为100%，硝化液回流比为200%。每格预缺氧池、厌氧池和缺氧池配备2 台潜水搅拌器，单台功率为2.2 kW；可变微孔曝气器配备972 个，直径为260 mm，流量为2.5 m3/h；磁悬浮离心鼓风机配备2 台，1 用1 备，单台风量为50 m3/min，风压为80 kPa，功率为75 kW；潜水轴流泵配备4 台，2 用2 备，单台流量为417 m3/h，扬程为5 m，功率为22 kW，用于硝化液回流；污泥池配备2 台潜水排污泵，1 用1 备，单台流量为400 m3/h，扬程为28 m，功率为45 kW，用于污泥回流。

2.2 竖流式沉淀池

竖流式沉淀池分3 格，中心筒直径为1.8 m，表面负荷为0.83 m3/（m2·h）。出水采用三角堰集水槽，出口堰负荷为1.37 L/（s·m）。

2.3 高效沉淀池

高效沉淀池采用4 套钢制设备，单套处理水量为2 500 m3/d。单套斜管区面积为16.25 m2，表面负荷为6.4 m3/（m2·h）。每格竖流式沉淀池配备1 台泥位计，当达到最高泥位时，自动开启电动排泥阀，通过静压排泥至污泥池，当到达最低泥位时，关闭电动排泥阀。

2.4 反硝化滤池

反硝化滤池采用4 套钢制设备，单套处理水量为2 500 m3/d。滤池设计滤速为3.5 m/h，强制滤速为4.65 m/h，设计最大过滤水头为2 m。滤池采用恒水位等速过滤方式，过程如下：待滤水→配水总渠→单格进水阀门→进入滤砖→砾石承托层→石英砂滤层→集水渠→出水总管。冲洗分3 个阶段。一是单独气冲，历时3 min，气洗强度为90 m3/（m2·h）。二是气水同时反冲洗，历时3 min，气洗强度为90 m3/（m2·h），水洗强度为15 m3/（m2·h）。三是单独水冲，历时4 min，冲洗强度为15 m3/（m2·h）。定时进行反冲洗，反冲周期为24 h，水头损失控制在1.5 m，先到者优先。驱氮周期为4 h，每次水冲的冲洗历时70 s，冲洗强度为15 m3/（m2·h）。

3 运行效果分析

本项目于2021年1月底改造完成，调试运行1 个月，2021年3—9月进出水水质如表2所示。改造后，本项目出水能够稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A 标准。改良A20 工艺具有良好的脱氮除磷功能，进水中大部分有机物、TN、TP 可通过改良A20 工艺去除[1]。

表2 2021年3—9月进出水水质

冬季，本项目进水温度较低，最低水温为10 ℃左右，进水TN 浓度高达80 mg/L，绝大多数微生物正常生长的温度是20～35 ℃，低温会影响微生物细胞的酶活性，从而降低污水处理效果[2]。设计时，采取改善构筑物保温性能、增加水力停留时间、降低污泥负荷等工程措施，提高生化系统脱氮除磷效果[3]。为了提高TN 去除率，改造时在生化池进水端根据进水水质投加乙酸钠补充碳源，保证污水BOD5与TN的比值大于5，出水TN 明显降低。由于进水氨氮及TN 的浓度波动较大，可采用多点进水、多点硝化液回流的方式，充分利用进水中的有机物作为反硝化反应的电子供体，减少外加碳源的投加量[4]。反硝化滤池能够有效去除SS 及TN，根据生化池出水TN 变化，调整反硝化滤池碳源投加量，保障TN 稳定达标。

本项目主要运行成本估算结果如表3所示。经合计，运行成本为0.96 元/m3。本项目运行费用偏高，主要原因有两点。一是进水氨氮浓度较高，反硝化补充碳源乙酸钠的成本较高；二是本项目设计规模偏小，人工成本偏高。

表3 运行成本估算结果

4 结论

本项目主要处理生活污水，冬季进水温度低，氨氮和TN 浓度高，这就需要强化脱氮除磷功能。改造后，经改良A20 池+竖流式沉淀池+高效沉淀池+反硝化滤池的组合工艺处理，出水水质能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A 标准，其经验可供冬季寒冷地区城镇污水处理厂借鉴。