改良AAO+磁混凝工藝在污水廠提標(biāo)改造項(xiàng)目中的應(yīng)用
——以山東某污水處理廠為例

侯亞紅，顧雪鋒，李海龍，齊 坡，周靈俊

(北控水務(wù)集團(tuán)有限公司，浙江杭州 311100)

隨著國(guó)家“綠水青山”環(huán)境生態(tài)戰(zhàn)略的不斷深化，對(duì)河流等總體生態(tài)環(huán)境的要求不斷提高。山東省某污水廠現(xiàn)狀處理規(guī)模為3萬(wàn)m3/d，進(jìn)水中印染、機(jī)械加工等工業(yè)廢水占比約為30%，污水處理采用細(xì)格柵旋流沉砂池+AAO+V型濾池，現(xiàn)狀出水標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，尾水排至明堂河，屬于南水北調(diào)一般保護(hù)區(qū)域。根據(jù)當(dāng)?shù)貐^(qū)域水環(huán)境總體要求，本污水廠出水中部分指標(biāo)需滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中IV類水體限值要求，即CODCr≤30 mg/L，TP≤0.3 mg/L。

本廠廠區(qū)用地緊張且附近無(wú)地可征用，進(jìn)水中工業(yè)廢水占比較高，新出水標(biāo)準(zhǔn)要求較高，故需進(jìn)行原位提標(biāo)改造，深度挖潛生化處理等現(xiàn)狀設(shè)施功能[1]，增設(shè)節(jié)地高效的深度處理工藝。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和方案對(duì)比分析，本工程選用改良AAO+新增磁混凝沉淀(預(yù)留活性炭投加)+V型濾池的原位提標(biāo)改造工藝，取得了良好的處理效果，可為國(guó)內(nèi)類似項(xiàng)目原位提標(biāo)改造提供參考。

1 污水廠現(xiàn)狀分析

1.1 現(xiàn)狀概況

污水廠始建于2009年，現(xiàn)狀建設(shè)規(guī)模為3萬(wàn) m3/d，實(shí)際污水處理量約為2.2萬(wàn) m3/d，主要處理園區(qū)內(nèi)300多家企事業(yè)單位和近10萬(wàn)人的生產(chǎn)生活污水。污水處理工藝采用AAO+二沉池+二泵房+V型濾池，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。污泥采用儲(chǔ)泥池+帶式濃縮脫水機(jī)處理，出泥含水率≤80%。消毒采用ClO2，現(xiàn)狀廠區(qū)無(wú)除臭系統(tǒng)。

1.2 現(xiàn)狀進(jìn)水水質(zhì)分析

污水廠進(jìn)水中生活污水占比約為70%，工業(yè)廢水占比約為30%，其中工業(yè)廢水以印染、機(jī)械加工、綜合制藥、食品加工等為主。

對(duì)污水廠2019年1月—2020年9月的進(jìn)水進(jìn)行頻次分析，如表1和圖1所示，廠區(qū)進(jìn)水水質(zhì)與原設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)較為接近，原設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)取值較為合理，但CODCr、SS、TP這3項(xiàng)指標(biāo)偶爾會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。進(jìn)水中B/C約為0.38，可生化性一般；BOD5/TP約為54.61；BOD5/TN約為3.20。實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)碳源相對(duì)不足，為保證出水TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，需部分時(shí)段額外投加碳源。

表1 污水廠原設(shè)計(jì)及實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)

圖1 污水廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)

1.3 現(xiàn)狀處理工藝

污水廠現(xiàn)采用AAO工藝，污水消毒采用ClO2，污泥處理采用帶式濃縮脫水一體機(jī)，工藝流程如圖2所示。

圖2 現(xiàn)狀污水處理工藝

1.4 現(xiàn)狀出水水質(zhì)

對(duì)污水廠2019年1月—2020年9月的出水進(jìn)行頻次分析，如表2和圖3所示。CODCr、BOD5、SS、氨氮、TN、TP一級(jí)A達(dá)標(biāo)率均為100%，現(xiàn)狀工藝流程和設(shè)計(jì)參數(shù)可滿足一級(jí)A出水標(biāo)準(zhǔn)。若按準(zhǔn)Ⅳ類新標(biāo)準(zhǔn)考核，CODCr達(dá)標(biāo)率為85.14%，氨氮達(dá)標(biāo)率為79.50%，TN達(dá)標(biāo)率為74.47%，TP達(dá)標(biāo)率為80.33%，達(dá)標(biāo)率均較低，無(wú)法滿足新要求，現(xiàn)狀處理工藝亟需改造。

表2 污水廠原設(shè)計(jì)及實(shí)際出水水質(zhì)

圖3 污水廠實(shí)際出水水質(zhì)

1.5 提標(biāo)改造要求

本項(xiàng)目為原位提標(biāo)改造工程，進(jìn)水中含印染、機(jī)械加工等工業(yè)廢水，新標(biāo)準(zhǔn)要求較高，其中CODCr含量≤30 mg/L、TN含量≤10(12)mg/L、TP含量≤0.3 mg/L，結(jié)合實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)情況以及現(xiàn)狀池體和設(shè)備情況，本次提標(biāo)改造工程需重點(diǎn)關(guān)注CODCr、TN、TP這3項(xiàng)污染指標(biāo)。另外，工藝改造時(shí)需充分利用現(xiàn)狀設(shè)施，深度挖潛生化處理能力，針對(duì)性增設(shè)節(jié)地高效的深度處理單元。

2 現(xiàn)狀改造重難點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

通過(guò)分析實(shí)際進(jìn)出水水量水質(zhì)情況，復(fù)核現(xiàn)狀處理設(shè)施，同時(shí)結(jié)合廠區(qū)實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況和新標(biāo)準(zhǔn)要求，本項(xiàng)目需重點(diǎn)關(guān)注以下問(wèn)題。

2.1 進(jìn)水水質(zhì)復(fù)雜

本廠進(jìn)水中含印染紡織、機(jī)械加工、綜合制藥、食品加工、機(jī)械加工等工業(yè)廢水，占比約為30%，印染紡織廢水中溶解性的難生物降解性CODCr較高，新標(biāo)準(zhǔn)要求出水CODCr含量由50 mg/L降至30 mg/L，TN含量由15 mg/L降至10 mg/L，TP含量由0.5 mg/L降至0.3 mg/L，現(xiàn)狀工藝為AAO+V型濾池，無(wú)法滿足提標(biāo)要求。經(jīng)復(fù)核，現(xiàn)狀生化池總有效池容(23 625 m3)設(shè)置合理，但分區(qū)不合理，且無(wú)內(nèi)回流調(diào)節(jié)設(shè)施、無(wú)固定碳源投加設(shè)施、進(jìn)水點(diǎn)單一[2]，另外深度處理工藝缺少混凝沉淀段，僅靠生化處理難以滿足C、N、P污染物提標(biāo)要求。

2.2 廠區(qū)用地緊張

廠區(qū)現(xiàn)狀建構(gòu)筑物布局較為緊湊，無(wú)提標(biāo)改造預(yù)留用地。經(jīng)工藝論證，在充分改造利用現(xiàn)有處理設(shè)施的基礎(chǔ)上，需新增混凝沉淀單元、碳源除磷藥劑投加裝置、化驗(yàn)間、除臭裝置等處理設(shè)施，并充分利用現(xiàn)狀零星地塊，選擇節(jié)地高效工藝，合理規(guī)劃施工順序。

2.3 部分設(shè)備老化

本廠建設(shè)使用已有十余年，細(xì)格柵、二沉池出水槽、中間提升泵、儲(chǔ)泥池?cái)嚢杵?、生化池曝氣系統(tǒng)、生化池?cái)嚢杵鞯裙に囋O(shè)備和部分電氣自控設(shè)備老化嚴(yán)重，運(yùn)行效果不佳，且維修頻繁，需對(duì)其重置。

3 提標(biāo)改造工藝設(shè)計(jì)

3.1 提標(biāo)改造設(shè)計(jì)水量水質(zhì)

本廠現(xiàn)狀建設(shè)規(guī)模為3萬(wàn)m3/d，實(shí)際污水處理量約為2.2萬(wàn)m3/d，提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)規(guī)模維持現(xiàn)狀不變。

經(jīng)對(duì)比分析實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)情況和原設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，本提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)沿用原設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，出水按照當(dāng)?shù)匾髨?zhí)行地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，具體如表3所示。

表3 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

3.2 工藝設(shè)計(jì)

本提標(biāo)改造工程污水處理工藝采用改良AAO+二沉池+二次提升泵房+磁混凝沉淀池(預(yù)留活性炭投加)[3]+V型濾池，污泥處理采用污泥均質(zhì)池+帶式濃縮脫水機(jī)，除臭采用生物濾池工藝，具體如圖4所示。

圖4 提標(biāo)改造工藝流程

1)預(yù)處理系統(tǒng)

現(xiàn)狀粗格柵及提升泵房設(shè)備完好、運(yùn)行工況佳，維持現(xiàn)狀利用。

細(xì)格柵旋流沉砂池建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，細(xì)格柵老化嚴(yán)重，除渣效果較差，本工程對(duì)其進(jìn)行重置。主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：格柵形式為網(wǎng)板格柵，數(shù)量為2套，柵條間隙為6 mm，柵渠寬度為1 300 mm，安裝角度為75°。

2)生物處理系統(tǒng)

現(xiàn)狀A(yù)AO生化池設(shè)計(jì)規(guī)模為3萬(wàn)m3/d，有效水深為5.8 m，總有效池容為23 625 m3，其中，厭氧區(qū)水力停留時(shí)間(HRT)為2.13 h，缺氧區(qū)HRT為3.30 h，好氧區(qū)HRT為13.47 h，總計(jì)HRT為18.90 h。進(jìn)水點(diǎn)僅設(shè)厭氧池1處，曝氣設(shè)施老化嚴(yán)重、曝氣不均勻，內(nèi)回流通過(guò)在缺氧、好氧池間設(shè)置連通渠、靠渠道閘門控制。經(jīng)復(fù)核，總池容可滿足要求，但各分區(qū)池容設(shè)計(jì)不合理，缺氧池池容嚴(yán)重偏小，需重新設(shè)計(jì)各分區(qū)池容，增設(shè)進(jìn)水點(diǎn)，充分利用進(jìn)水中碳源，增設(shè)內(nèi)回流泵、靈活調(diào)節(jié)混合液回流量，并重置碳源投加設(shè)施、曝氣系統(tǒng)等，強(qiáng)化生物池去碳脫氮能力。

將現(xiàn)狀生化池改造為改良AAO(圖5)，維持總池容不變，增設(shè)缺氧、好氧池Ⅰ這2處可調(diào)進(jìn)水點(diǎn)[4]，調(diào)整各分區(qū)池容，延長(zhǎng)缺氧區(qū)HRT至5.51 h，縮短好氧區(qū)HRT至9.92 h，在好氧池末端設(shè)置1.00 h脫氣區(qū)，同時(shí)重置碳源投加設(shè)施、推流器、曝氣器等。主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)為：設(shè)計(jì)混合液懸浮固體濃度(MLSS)為4 000 mg/L，混合液回流比為300%，污泥回流比為100%，氣水比為4.8∶1。

圖5 AAO生化池改造平面圖

現(xiàn)狀生化池曝氣采用離心風(fēng)機(jī)，效率較低、噪聲大，且老化嚴(yán)重。將其更換為空氣懸浮風(fēng)機(jī)[5]，總計(jì)3臺(tái)，2用1備，均采用變頻控制，主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：Q=50 Nm3/min，P=68.6 kPa，N=80.0 kW。

現(xiàn)狀二沉池為中進(jìn)周出輻流式，數(shù)量為2座，池徑為35 m，混凝土出水渠池壁破損嚴(yán)重。本工程對(duì)出水渠進(jìn)行改造，采用內(nèi)嵌SS304不銹鋼板，厚度為1 mm。

現(xiàn)狀污泥泵房部分設(shè)備老化嚴(yán)重，本工程對(duì)其重置。污泥回流泵總計(jì)3臺(tái)：現(xiàn)狀利用2臺(tái)(其中1臺(tái)為變頻控制，Q=738 m3/h，H=3 m，N=11 kW)，重置1臺(tái)(變頻控制，Q=625 m3/h，H=3 m，N=11 kW)。剩余污泥泵維持現(xiàn)狀，總計(jì)2臺(tái)，1用1備，Q=50 m3/h，H=12.5 m，N=5.5 kW。

3)深度處理系統(tǒng)

現(xiàn)狀深度處理段僅設(shè)有V型濾池單元，化學(xué)除磷藥劑直接投加在生化池中，藥耗較大且效能較低。二沉池出水部分時(shí)段SS較高，直接進(jìn)入V型濾池，導(dǎo)致濾料堵塞板結(jié)，反洗頻次較高，增大了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施維護(hù)工作量。廠區(qū)僅有一片空地，現(xiàn)狀為太陽(yáng)能板用地，平面尺寸為25 m×20 m。新出水標(biāo)準(zhǔn)要求較高，而磁混凝沉淀池具備負(fù)荷高、處理效果好、占地少、耐沖擊等特點(diǎn)[6]。因此，本項(xiàng)目在V型濾池前拆除現(xiàn)狀太陽(yáng)能板，利用此片空地增設(shè)磁混凝沉淀池，同時(shí)預(yù)留活性炭投加池，進(jìn)一步強(qiáng)化N、P污染物去除能力[7]。

新建磁混凝沉淀池1座，分2格，設(shè)計(jì)規(guī)模為3萬(wàn)m3/d，變化系數(shù)為1.32，活性炭混合池HRT為10.52 min，混凝池HRT為2.31 min，磁混池HRT為2.31 min，絮凝池HRT為4.62 min，沉淀池平均負(fù)荷為10.66 m3/(m2·h)，污泥回流比為5%?；钚蕴坎捎脻袷酵都樱勰嗷亓鞅们霸O(shè)置截污剪碎格柵機(jī)。磁粉采用人工干式投加，同時(shí)每格池單設(shè)磁粉回收系統(tǒng)1套，處理量為40 m3/h。剩余污泥通過(guò)高剪機(jī)打散磁粉污泥混合絮體，再通過(guò)水力旋流器初步分離磁粉和污泥，最后經(jīng)過(guò)磁分離器將磁粉從污泥中分離出來(lái)返回混凝池，經(jīng)過(guò)磁粉回收后的剩余污泥進(jìn)入污泥脫水系統(tǒng)進(jìn)一步處理。

現(xiàn)狀V型濾池設(shè)計(jì)規(guī)模為3萬(wàn)m3/d，1座，分5格，土建良好，運(yùn)行狀況佳，維持現(xiàn)狀利用。相關(guān)參數(shù)為：?jiǎn)胃衿矫娉叽鐬?.0 m×6.4 m，平均濾速為5.2 m/h。

現(xiàn)狀二泵房中間提升泵揚(yáng)程不能滿足新要求，本工程對(duì)其重置，總計(jì)3臺(tái)，其中2臺(tái)采用變頻控制，主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：Q=825 m3/h，H=6.5 m，N=22 kW。

4)污泥處理系統(tǒng)改造

經(jīng)復(fù)核，本次提標(biāo)改造污泥產(chǎn)量變化不大，現(xiàn)狀帶式濃縮脫水機(jī)運(yùn)行狀況良好，維持現(xiàn)狀利用。貯泥池進(jìn)中無(wú)攪拌設(shè)備，增加攪拌器1臺(tái)。

5)加藥間改造

本工程需重置碳源投加裝置、新增除磷藥劑投加裝置?，F(xiàn)狀加藥間平面尺寸為24.0 m×8.1 m，可滿足本工程藥劑投加裝置集中布設(shè)要求?，F(xiàn)狀有PAM、SPFS加藥設(shè)施[8]，將其拆除并改造為葡萄糖、PAM、SPFS等加藥設(shè)施，主要設(shè)備有加藥緩沖罐、加藥泵、在線稀釋裝置等。

6)新增除臭系統(tǒng)

現(xiàn)狀廠區(qū)無(wú)除臭設(shè)施，本工程新增除臭系統(tǒng)1套，除臭范圍為粗格柵提升泵房、細(xì)格柵旋流沉砂池、厭氧池、貯泥池、脫水機(jī)房，除臭風(fēng)量為9 000 m3/h，采用生物濾池工藝[9]。

4 工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1)原位提標(biāo)改造，無(wú)需新征用地

廠區(qū)布局緊湊，現(xiàn)狀空地較少，深度處理工藝存在缺陷，而新標(biāo)準(zhǔn)要求高，且廠外無(wú)地可征，故需進(jìn)行原位提標(biāo)改造。采取了以下措施：充分利用現(xiàn)狀設(shè)施，深度挖潛生化系統(tǒng)處理能力，保留現(xiàn)狀V型濾池，增設(shè)節(jié)地高效的加碳磁混凝沉淀池，改造利用現(xiàn)狀加藥間集中布置碳源、除磷藥劑投加設(shè)施等。

2)選用“改良AAO+加碳磁混凝沉淀池”，穩(wěn)定可靠，調(diào)控靈活

通過(guò)調(diào)整生化池各分區(qū)池容、增設(shè)多點(diǎn)可調(diào)進(jìn)水、重置碳源投加應(yīng)急裝置、增設(shè)混合液回流泵變頻控制、重置曝氣系統(tǒng)等，將現(xiàn)狀常規(guī)AAO池型改造為改良AAO池型，生化處理系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠且可靈活調(diào)控。深度處理段保留V型濾池，增設(shè)加炭磁混凝沉淀池，強(qiáng)化去碳除磷能力，活性炭投加量可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況靈活調(diào)配，具有占地小、投資省、運(yùn)行可靠的特點(diǎn)。

5 運(yùn)行效果及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

5.1 運(yùn)行效果

本提標(biāo)改造工程于2020年6月開(kāi)工，2020年10月建成通水，2020年11月—2021年6月實(shí)際日出水水質(zhì)情況如圖6所示，各項(xiàng)指標(biāo)均可達(dá)到準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖6 提標(biāo)改造后的日出水水質(zhì)

5.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

本提標(biāo)改造工程總投資為2 567.53萬(wàn)元，其中建安費(fèi)為1 996.69萬(wàn)元，提標(biāo)改造后污水廠直接運(yùn)行成本為0.76元/m3(含電費(fèi)、藥劑費(fèi)、水費(fèi)及人工費(fèi)等)，總投資和運(yùn)行成本均低于國(guó)內(nèi)同類項(xiàng)目。

6 結(jié)論

本工程設(shè)計(jì)規(guī)模為3萬(wàn)m3/d，廠區(qū)用地受限，工藝存在缺陷，進(jìn)水中工業(yè)廢水占比較高，新標(biāo)準(zhǔn)要求較高，需進(jìn)行原位提標(biāo)改造，充分利用現(xiàn)狀設(shè)施，深挖生化系統(tǒng)效能，增設(shè)節(jié)地高效設(shè)施。

污水處理提標(biāo)改造工藝采用改良AAO+磁混凝沉淀池(預(yù)留活性炭投加)+V型濾池，投資省、運(yùn)行穩(wěn)定可靠且可靈活調(diào)配，出水各項(xiàng)指標(biāo)可穩(wěn)定達(dá)準(zhǔn)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。

本提標(biāo)改造工程總投資為2 567.53萬(wàn)元，其中建安費(fèi)為1 996.69萬(wàn)元，提標(biāo)改造后污水廠直接運(yùn)行成本為0.76元/m3，總投資和運(yùn)行成本均低于國(guó)內(nèi)同類項(xiàng)目。

本工程的實(shí)施削減了污染物排放總量，改善了當(dāng)?shù)厮h(huán)境質(zhì)量，也為國(guó)內(nèi)同類項(xiàng)目提供了參考。