基于多模式A2/O 工藝污水處理廠的設(shè)計(jì)及運(yùn)行效果

張 磊，張福波，單連斌，王鴦鴦

（1.沈陽環(huán)境科學(xué)研究院，遼寧沈陽 110167；2.遼寧城建設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧撫順 113008；3.中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，北京 100037）

1 工程概況

沈陽市道義污水處理廠歷經(jīng)兩期工程建設(shè)，一期設(shè)計(jì)處理能力為2.5×104m3/d，于2010 年投入運(yùn)營(yíng)；二期設(shè)計(jì)處理能力為2.5×104m3/d，于2015 年竣工運(yùn)行。匯水區(qū)域內(nèi)以大專院校和居民生活區(qū)為主，工業(yè)企業(yè)為輔。企業(yè)以中小型為主，多從事農(nóng)副食品加工或食品制造行業(yè)。

一、二期工程二級(jí)處理采用傳統(tǒng)A2/O 工藝，末端采用高密度沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池作為深度處理單元，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。處理后的尾水排入南小河，最終匯入蒲河。剩余污泥經(jīng)脫水后含水率下降至80%，用于制備蚯蚓養(yǎng)殖基料。

由于政府對(duì)周邊地區(qū)的開發(fā)力度持續(xù)加大，污水處理廠已滿負(fù)荷運(yùn)行。根據(jù)遼寧省和沈陽市的相關(guān)規(guī)定和要求，同時(shí)結(jié)合沈北新區(qū)的發(fā)展規(guī)劃，污水處理廠需要在原基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)建，以推動(dòng)蒲河流域水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

三期工程建設(shè)用地位于污水處理廠的東南側(cè)，設(shè)計(jì)規(guī)模為5.0×104m3/d。通過統(tǒng)計(jì)分析一、二期工程近年來的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，將實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)與原設(shè)計(jì)水質(zhì)進(jìn)行比較，確定三期擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。具體設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Table 1 Design influent and effluent quality mg/L

2.2 工藝流程

道義地區(qū)的排水管網(wǎng)多為合流制，存在著復(fù)雜的多源滲漏；分流制管網(wǎng)由于管道私接、雨污混接等原因，也呈現(xiàn)出典型的合流制特征，因此污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)、水量存在一定波動(dòng)。項(xiàng)目要求工藝耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，三期工程二級(jí)處理采用多模式A2/O 工藝；同時(shí)采用乙酸鈉作為補(bǔ)充碳源，聚合氯化鋁（PAC）作為化學(xué)除磷劑，確保工藝的脫氮除磷效果。

綜合考慮排放標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行管理和技術(shù)改造空間等多方面因素，混凝沉淀單元沿用既有工藝路線，采用高密度沉淀池，過濾單元選用連續(xù)流砂過濾器。連續(xù)流砂過濾器采用單一均質(zhì)的石英砂濾料，可同時(shí)進(jìn)行過濾和洗砂，無需停機(jī)反沖洗，已在城鎮(zhèn)污水深度處理領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用〔1〕。連續(xù)流砂過濾器具有操作管理簡(jiǎn)便，出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，通過簡(jiǎn)單改造后還能夠具備生物硝化/反硝化功能，可以滿足三期工程的技術(shù)要求。

污水處理廠三期工程的具體工藝流程見圖1。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process

2.3 工程特點(diǎn)

由于受雨污合流影響，污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)的季節(jié)性變化明顯，加之匯水區(qū)域內(nèi)的企業(yè)污染治理設(shè)施運(yùn)行水平普遍不高，事故排放或超標(biāo)排放也可能對(duì)污水處理廠造成沖擊，單一的運(yùn)行模式難以應(yīng)對(duì)水質(zhì)變化。

本工程采用的多模式A2/O 工藝可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)A2/O 工藝、分點(diǎn)進(jìn)水倒置A2/O 工藝、改良A2/O 工藝等多種運(yùn)行模式，對(duì)水質(zhì)變化的適應(yīng)性強(qiáng)〔2〕。生化池的厭氧區(qū)和缺氧區(qū)共設(shè)置6 格，每格池型相同，并各安裝雙曲面攪拌器1 臺(tái)；同時(shí)設(shè)置了進(jìn)水分配渠道和內(nèi)回流液分配管道，通過控制調(diào)節(jié)堰門即可實(shí)現(xiàn)各運(yùn)行模式的切換，具體平面布置見圖2。

圖2 多模式A2/O 工藝平面布置Fig.2 Layout of multi-mode A2/O process

由圖2 可知，以常規(guī)A2/O 模式運(yùn)行時(shí)，污水從1#進(jìn)水點(diǎn)位進(jìn)入①號(hào)池，硝化液經(jīng)2#內(nèi)回流點(diǎn)位進(jìn)行回流，流程為厭氧—缺氧—好氧。傳統(tǒng)A2/O 工藝由于厭氧釋磷和反硝化過程對(duì)基質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)，以及回流污泥中攜帶硝酸鹽和溶解氧等問題，難以同時(shí)保證脫氮和除磷效果〔3〕，適用于對(duì)脫氮除磷效率要求不高的情況。

以分點(diǎn)進(jìn)水倒置A2/O 模式運(yùn)行時(shí)，污水分別從1#和3#進(jìn)水點(diǎn)位進(jìn)入，硝化液全部經(jīng)3#內(nèi)回流點(diǎn)位進(jìn)行回流，流程為缺氧—厭氧—好氧。分點(diǎn)進(jìn)水倒置A2/O 工藝能夠根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)調(diào)節(jié)缺氧區(qū)和厭氧區(qū)的進(jìn)水比例，兼顧脫氮除磷對(duì)碳源的需求〔4〕，適用于對(duì)生物脫氮要求較高的情況。

以改良A2/O 模式運(yùn)行時(shí)，1#和2#進(jìn)水點(diǎn)位分別進(jìn)水，硝化液經(jīng)1#內(nèi)回流點(diǎn)位進(jìn)行回流，流程為缺氧—厭氧—缺氧—好氧。改良A2/O 工藝?yán)眠M(jìn)水中的碳源消除了回流污泥中硝酸鹽對(duì)厭氧區(qū)的不利影響，保證了厭氧釋磷的效果〔5〕，適用于對(duì)生物除磷要求較高的情況。

2.4 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

（1）粗格柵間與提升泵房。粗格柵間與提升泵房合建，平面尺寸為18 m×24 m。設(shè)計(jì)粗格柵渠道2條，每條渠道內(nèi)安裝回轉(zhuǎn)式格柵1 臺(tái)，設(shè)備寬度為1.8 m，柵條間隙為20 mm。集水井內(nèi)安裝提升泵4臺(tái)，2 用2 備，單泵流量1 000 m3/h，揚(yáng)程13 m。

（2）細(xì)格柵間與旋流沉砂池。細(xì)格柵間與旋流沉砂池組合建設(shè)，尺寸L×B×H=18 m×18 m×10 m，雙層框架結(jié)構(gòu)。一、二期工程細(xì)格柵采用回轉(zhuǎn)式格柵，大量漂浮物翻過格柵頂部后不能落入接料口，導(dǎo)致出水漏渣率高。本工程設(shè)計(jì)細(xì)格柵渠道2 條，每條渠道安裝階梯式格柵1 臺(tái)，設(shè)備寬度為2.0 m，柵條間隙為3.0 mm。旋流沉砂池尺寸為D3.05 m×1.1 m，水力停留時(shí)間為38.3 s。

（3）生化池。新建多模式A2/O 生化池1 座，分為2 組，尺寸L×B×H=80.3 m×73.5 m×8.0 m，設(shè)計(jì)停留時(shí)間為17.4 h，其中好氧區(qū)停留時(shí)間為10.8 h。生化池設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷為0.066 kg/（kg·d）（以BOD5計(jì)），污泥齡為16 d。設(shè)計(jì)污泥回流比為50%～100%，內(nèi)回流比為150%～300%。

（4）二沉池及污泥回流池。二沉池采用周邊進(jìn)水、周邊出水的圓形輻流式沉淀池，共2 座。單座池體直徑為40 m，總池深5.2 m，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為1.14 m3/（m2·h）。

新建污泥回流池1 座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，池體直徑14.8 m。污泥回流池配套安裝污泥回流泵3 臺(tái)，2 用1備，單泵流量為765 m3/h，揚(yáng)程為5 m；剩余污泥泵2臺(tái)，1 用1 備，單泵流量為50 m3/h，揚(yáng)程為15 m。

（5）高密度沉淀池。新建高密度沉淀池2 座，每座平面尺寸為27.2 m×12.4 m。高密度沉淀池混合區(qū)水力停留時(shí)間為2.5 min，設(shè)計(jì)PAC 投加濃度為10～15 mg/L；絮凝反應(yīng)區(qū)水力停留時(shí)間為10 min，設(shè)計(jì)PAM 投加量為1 mg/L；沉淀區(qū)為斜管沉淀池，共計(jì)安裝乙丙共聚蜂窩填料230 m3。

（6）連續(xù)流砂過濾。過濾設(shè)備采用56 套連續(xù)流砂過濾器，每套設(shè)備砂床高度為2 000 mm，過濾面積為6 m2，峰值流量過濾速度為9.22 m/h。過濾介質(zhì)采用表面飽滿、含硅量高的天然石英砂，粒徑為1.2～2.0 mm，性能參數(shù)符合《水處理用濾料》（GJ/T 432—2005）相關(guān)要求。

（7）接觸消毒池。新建接觸消毒池1 座，尺寸L×B×H=60 m×12 m×4.0 m，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間30 min，設(shè)計(jì)有效氯投加量為10 mg/L。配套PE 儲(chǔ)藥罐2 套；隔膜計(jì)量泵2臺(tái)，1用1備，單泵流量為1 000 L/h，揚(yáng)程50 m，可手動(dòng)調(diào)節(jié)沖程。

（8）配套建筑。鼓風(fēng)機(jī)房：選用3 臺(tái)空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)，2 用1 備，變頻運(yùn)行。單臺(tái)風(fēng)量為125 Nm3/h，風(fēng)壓為78.4 kPa，配套電機(jī)功率為187 kW。加藥間：除磷劑選用PAC，投加點(diǎn)分別為生化池末端和高密度沉淀池混合區(qū)，設(shè)計(jì)最大投加量為72 kg/h。助凝劑選用PAM，配置三腔絮凝裝置1 套，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，最大投加量為2 708.3 L/h。碳源選用乙酸鈉，投加點(diǎn)設(shè)置在生化池缺氧段，設(shè)計(jì)最大投加量為91.25 kg/h。污泥脫水間：選用3 臺(tái)臥式螺旋沉降離心機(jī)，2 用1 備，每天運(yùn)行16 h。單臺(tái)處理能力為50 m3/h，進(jìn)泥含水率99%以上，出泥含水率低于80%。

3 運(yùn)行效果

污水處理廠擴(kuò)建工程于2019 年11 月份開始通水試運(yùn)行，2 個(gè)月后運(yùn)行趨于穩(wěn)定。2020 年系統(tǒng)平均進(jìn)水量為4.65×104m3/d，最大進(jìn)水量為5.96×104m3/d，2020 年全年實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)見表2。

表2 實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)Table 2 Actual influent and effluent quality mg/L

由表2 可知，進(jìn)水各項(xiàng)指標(biāo)波動(dòng)劇烈，COD、SS經(jīng)常超出設(shè)計(jì)水質(zhì)，進(jìn)水總磷濃度也偶有超標(biāo)情況；同時(shí)8—9 月份的進(jìn)水濃度明顯低于其他月份，呈現(xiàn)出季節(jié)性變化。該廠出水水質(zhì)穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到或優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示設(shè)計(jì)工藝對(duì)水質(zhì)變化具有良好的適應(yīng)性。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

本工程總投資約1.26億元，其中工程費(fèi)用約1.10億元，噸水基建投資為2 200元。廠區(qū)占地47 200 m2，噸水用地指標(biāo)約為0.94 m2/（m3·d），符合《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》（GB 50318—2017）相關(guān)要求。處理量折算后單位總成本為0.875元/m3，單位經(jīng)營(yíng)成本為0.534元/m3，運(yùn)行電耗約為0.30 kW·h/m3，工程運(yùn)行費(fèi)用及能耗較低。

5 結(jié)論

道義污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)、水量波動(dòng)大，季節(jié)性變化明顯，并混有部分工業(yè)廢水，采用運(yùn)行模式單一的傳統(tǒng)生化工藝存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性。擴(kuò)建工程采用多模式A2/O 工藝，運(yùn)行模式能夠根據(jù)進(jìn)水條件進(jìn)行適時(shí)切換；同時(shí)新增高密度沉淀池+連續(xù)流砂過濾池作為深度處理單元，確保出水水質(zhì)滿足設(shè)計(jì)要求。運(yùn)行實(shí)踐表明，本工程耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，脫氮除磷效果穩(wěn)定，出水各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。