小型污水处理厂提标改造多级AAO工艺

　　一、工程背景

　　乡宁县城区污水处理厂原建设规模为1.0万m3/d，污水处理工艺采用“AAO+机械絮凝反应+过滤”工艺，出水标准执行GB18918―2002城镇污水处理厂污染物排放标准中的一级标准A类标准要求，处理后一部分用于城市景观用水，一部分直接排入鄂河。

　　在城镇污水处理厂排放标准全面提高的政策背景下，根据山西省水污染防治2018年行动计划文件要求，污水处理厂出水COD、氨氮、总磷三项主要污染物排放指标稳定达到地表水Ⅴ类标准，为此，需对污水处理厂进行提标改造。

　　二、提标改造前污水处理厂概况

　　2.1 改造前水质、水量及实际运行情况

　　通过对水厂2017年1月~2018年3月进出水质、水量数据分析，污水处理厂总进水量在4000m3/d~6000m3/d较多，2017年进水量季节性变化明显，冬季进水量较夏季少，2018年1月，2月进水量逐步增大。

　　现状月平均COD指标中有2个月份的指标在400mg/L左右，其余13个月的平均值均在366mg/L以下，总氮指标月平均值最大值88.6mg/L，其余14个月的平均值均在75.3mg/L以下，氨氮指标月平均值最大值65.4mg/L，其余14个月的平均值均在53.0mg/L以下。

　　污水处理厂改造前进水水质大部分指标较原设计偏高，且进水量未达到满负荷，因此出水水质指标大部分可以达到一级A标准，但在水量高或进水水质浓度高时，不能保障。

　　2.2 改造前存在的问题及原因分析

　　1)县城排水体质为雨污合流制，雨季进水泥沙量大。冬季进水水温较低，最低温度在5℃左右，生物池处理效率低，出水COD、氨氮不能保障达标。

　　2)污水处理厂昼夜进水量变化大，预处理提升泵池调节容积小，提升泵启停频率高，检修维护频繁。

　　3)旋流沉砂池停留时间短，除砂效果差，加大后续构筑物负担。

　　4)初沉池出泥管路堵塞，沉淀池停用，导致二级生化段进水无机的悬浮物含量高。

　　5)现状进水COD、氨氮、总氮较原设计值偏大，根据校核计算，现有的AAO池池容小，停留时间仅12.6h，处理负荷高。

　　6)二沉池采用半桥式刮泥机重力排泥，排泥不畅，浮泥较多，出水中悬浮物较高，严重影响深度处理效果。

　　7)深度处理采用的混凝、过滤设施已停用。由于二沉池出水悬浮物较多，经混凝后形成大量的矾花，出水未设沉淀设施直接进入后端滤池，而滤池采用粒度较细的单层石英砂，最终造成滤池表面污泥结板，导致滤池不能使用。

　　三、提标改造工程设计思路及工艺方案确定

　　3.1 改造工程进出水水质确定

　　本着“适度超前、预留空间”的原则预测污水厂未来进水水质。乡宁县城区污水处理厂运行多年，其进水水质具有相当程度的可靠性，本次设计调取水厂2017年1月~2018年3月的水质进行分析，并结合生活污水水质特点最终确定设计进水水质见表1。

　　乡宁县城区污水处理厂提标改造工程出水COD、氨氮、总磷执行GB3838―2002地表水环境质量标准Ⅴ类标准限值要求，其余指标仍执行GB18918―2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准限值，见表2。

　　3.2 改造总体思路

　　根据进水水质特点分析，提标改造工程以生物脱氮除磷为主要工艺选择。

　　1)预处理段：污水处理厂现状昼夜污水进水量变化大，现状集水池容积较小，停留时间仅满足最大一台10min流量，造成水泵启停频繁，且对生化池运行造成一定影响，因此粗格栅后增加调节池一座，对进水水量进行调节，配套污水提升泵，并与现状集水池联通。

　　由于进水含沙量较大，新增曝气沉砂池一座，增大停留时间，提高沉砂池稳定性、排砂率，并新增新式孔径2mm内进流网板式细格栅，降低生物池内浮渣量。

　　2)二级处理段：污水处理厂运行多年，进水水质较稳定，处理工艺采用生物脱氮除磷工艺符合本工程水质特点。降解污染物主要工序原设计是AAO工艺，符合指南要求，但目前进水水质较原设计增大，且出水标准要求严格，因此须对原有工艺进行校核，作相应改造。

　　根据现有的生化段池容及提标改造建设规模，校核认为生化池总停留时间12.6h较短，处理负荷高，出水水质不能保障，因此须扩大生化池池容/提高污泥浓度，降低容积负荷，保障BOD5，COD，NH3￣N，TN在二级处理段稳定达控制目标。TP在二级处理段可通过生物除磷得到大部分去除，剩余部分在三级处理段通过化学反应去除。为保证冬季寒冷条件下生化池内的污水温度，确保污水中微生物的活性及主要水质去除的稳定性，对现状及新建外露生化段处理设施增加相应保温措施。

　　3)深度处理段：维修现有机械絮凝池，新增斜板沉淀池，更换现有的滤池滤料，组成混凝、沉淀、过滤单元，这一过程水中悬浮微粒集聚变大，或形成絮团，从而加快粒子的聚沉，达到固―液分离的目的，保证出水TP，SS达标。

　　4)增加应急处理设施：在冬季水温低，出水COD、氨氮经生化系统处理后仍不能稳定达标时，在深度处理段设置投药设施：a.增设投加活性炭粉末除设备，保障出水COD达标，b.增加次氯酸钠投加设备，保障出水氨氮达标。

　　3.3 改造工艺方案确定

　　采用“预处理+多级AAO+混凝、沉淀、过滤”的方案。

　　拆除现有初沉池，新建多级AAO的厌氧缺氧池，改造现有的生物池为好氧池及Ⅱ段缺氧、好氧池，深度处理段新建斜板沉淀池，改造、维修原有混凝反应池、双层滤池。

　　在Ⅰ段好氧池内投加MBBR填料，提高硝化菌浓度，并对新建的厌氧、缺氧池进行保温加盖。

　　新建的多级AAO的厌氧缺氧池，在池体设计时，考虑多点进水设置，充分利用原水中的碳源。

　　改造后工艺流程见图1。

　　四、提标改造工艺设计

　　1)预处理阶段：保留并利用原有进水井、粗格栅间及配套设施，新建调节池、超细格栅、曝气沉砂池及其相应配套设备。

　　调节池上层作为应急加药间，并与调节池合建。应急加药间内设碳源加药设备及活性炭粉末加药设备。

　　2)二级处理阶段：

　　a、多级AAO池是本工程污水处理的核心构筑物，用于生物脱氮除磷。多级AAO池由厌氧区、Ⅰ段缺氧区、Ⅰ段好氧区及Ⅱ段缺氧区、Ⅱ段好氧区五部分组成。本次改造在原初沉池拆除的空地上新建厌氧区、Ⅰ段缺氧区，改造原AAO池为Ⅰ段好氧区及Ⅱ段缺氧区、Ⅱ段好氧区。

　　改造后生物池设计参数：总停留时间为26.4h，其中厌氧池为2.0h，Ⅰ段缺氧池为12h，Ⅰ段好氧池为8.0h，Ⅱ段缺氧池为3.3h，Ⅱ段好氧池为1.1h，混合液污泥浓度4000mg.MLSS/L，污泥龄15d，BOD污泥负荷0.111kgBOD/kgMLSS.d，气水比14∶1，混合液回流比300%~350%，污泥回流比100%。

　　由于本项目进水生物脱氮的碳源不充足，为保证反硝化过程的充分进行，设置碳源投加系统，实际运行中根据水质情况进行碳源投加，碳源投加量按BOD5/TN提升至3.5∶1进行配置，在Ⅰ段，Ⅱ段缺氧池前段均设投加点。

　　乡宁县冬季气温较低，为保障生化池内污水温度，对新建的厌氧池、缺氧池进行加盖、保温，原有生物池已经建有加盖设施，不变动。

　　b、污水厂现有2座?20m的中进周出的二沉池，采用半桥式刮泥机。二沉池最大流量时表面负荷1.05m3/(m2?h)，停留时间2.4h。原采用半桥式刮泥机为重力排泥，运行时间越长，导致管道堵塞，造成排泥不畅，浮泥较多，因此将2台刮泥设备改造为2台全桥式刮吸泥机，并根据二沉池现状内部构造，相应定制专用刮吸泥机。

　　3)深度处理阶段及出水：改造机械絮凝池、新建斜板沉淀池、更换滤池内部滤料、配套布水管路。保留并利用原有接触消毒池、巴氏计量槽、在线监测间。现状的二氧化氯发生器及配套药剂储罐已不能使用，本工程拆除二氧化氯发生器，更换为次氯酸钠加药设备。

　　五、技术经济指标分析

　　提标改造工程总投资约3817.0万元。其中土建费用1447.4万元，设备费用1429.6万元，安装费用368.0万元，二类费用356.0万元，预备费216.0万元。工程单位建设投资为3817.0元/m3。

　　六、提标改造工程运行后出水水质

　　乡宁县城区污水处理厂提标改造工程已于2019年7月底安装调试完工，8月份进入试运行阶段，根据8月~11月实际运行数据显示，9月上旬水厂进水量达到满负荷，改造后的工艺运行稳定，效果良好，出水水质稳定达标。

　　七、结论

　　1)增加调节池，解决了昼夜进水量变化大对后续系统的冲击。

　　2)采用多级A/O工艺，解决了原工艺外加碳源多、运行成本高的问题。

　　3)冬季水温低，生化池内微生物活性降低，处理率下降，增加保温措施后，有助于维持生化池内微生物正常生存的环境，保障微生物的活性，确保工艺要求的处理效率。

　　4)保障出水TN指标达到排放要求。

　　5)新增加了应急处理设施，冬季气温低的情况下，保障出水COD、氨氮达标。此次改造工艺切实可行，为类似污水厂提标改造提供了借鉴。(来源：山西省建筑标准设计研究院)