AAO-MBR-磁混凝沉淀用于污水處理廠提標擴建

朱艷臣，夏侯迎，楊凱，王久龍，周剛，黃珠慧，李鑫，岳昌盛

（浙江省環(huán)境工程有限公司，浙江 杭州 310012）

1 工程概況

20 1 9-1 2-1 0，山西省人民政府批準發(fā)布了DB14/1928—2019《污水綜合排放標準》省級強制性地方標準。該標準在國標的基礎(chǔ)上對化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）和總磷（TP）3 項主要水污染物的質(zhì)量濃度提出了更嚴的要求，即ρ（COD）≤40 mg/L，ρ（NH3-N）≤2 mg/L，ρ（TP）≤0.4 mg/L。

山西省中陽縣污水處理廠一期工程設(shè)計規(guī)模1.0 萬m3/d，2010 年正式運行，二期工程建設(shè)規(guī)模為0.5 萬m3/d，2017 年運行使用，主工藝均采用CASS生物反應(yīng)池工藝，出水水質(zhì)執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中的一級A 排放標準。為應(yīng)對遠期發(fā)展污水量增加的問題，進一步削減污染物環(huán)境排放量，改善區(qū)域水質(zhì)，提高地區(qū)及下游居民生活質(zhì)量，當?shù)叵嚓P(guān)部門決定對中陽縣污水處理廠提標擴建，提標擴建后總設(shè)計規(guī)模2.0 萬m3/d，其中，一、二期提標工程1.5 萬m3/d，擴建工程0.5 萬m3/d，均設(shè)計采用AAO-MBR-磁混凝沉淀工藝，出水達到DB14/1928—2019《污水排放綜合標準》，其他指標達到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中的一級A 排放標準。具體設(shè)計進、出水水質(zhì)如表1 所示。提標擴建工程總體設(shè)計方案如圖1 所示。

圖1 提標擴建工程總體方案設(shè)計

表1 設(shè)計進、出水水質(zhì)表單位：mg/L

2 工程設(shè)計

2.1 預(yù)處理工藝

預(yù)處理的主要作用是有效去除來水中含有的大量泥沙，避免無機顆粒污泥進入生化池，降低生化池處理效率；降低來水污染物負荷，提高生化池處理效率；調(diào)節(jié)水質(zhì)水量、合理分配各組生化池進水量的作用。

粗格柵提升泵房利用原有構(gòu)筑物，更換池內(nèi)部分潛污提升泵。針對原有一、二期細格柵-旋流沉砂池久經(jīng)使用，出現(xiàn)一定程度的損壞，提砂效果較差；進廠進水指標波動較大，且生化池進水前段未有分配系統(tǒng)及調(diào)節(jié)水量功能的處理單元，同時又因廠區(qū)用地緊張，設(shè)計在生化池前新建預(yù)處理單元，廢除原細格柵-旋流沉砂池，新建細格柵-初沉池-調(diào)節(jié)池[1]。新建細格柵-初沉池-調(diào)節(jié)池為合建全地下組合池，上部規(guī)劃為廠區(qū)停車場及倉庫，多功能利用[2]?？紤]到當?shù)氐赜蚯闆r，來水含有大量泥沙及格柵過濾不掉的較大懸浮物，初沉池內(nèi)排泥泵設(shè)計采用潛污切割泵，避免排泥泵堵塞排泥不及時，致使無機顆粒污泥進入生化池，降低生化池處理效率；調(diào)節(jié)池設(shè)計多臺提升泵，分別對應(yīng)各生化池，既能均勻分配至各生化池，又能根據(jù)生化池實際處理能力合理分配進水量。

新建組合池尺寸52.5 m×36.5 m×4.5 m，有效水深4 m。其中細格柵渠尺寸為8.0 m×2.5 m×1.5 m；初沉池尺寸為34.0 m×8.0 m×4.5 m，表面負荷7 mm/s；調(diào)節(jié)池尺寸為44.5 m×36.5 m×4.5 m，有效容積為6 500 m3，水力停留時間（HRT）為7.8 h。配置細格柵2 臺，柵條間距5 mm，安裝角度75°；行車式刮泥機1 臺，行走速度為1.0 m/min；潛污切割泵2臺，流量Q=20 m3/h，揚程H=15 m，功率P=4.0 kW；調(diào)節(jié)池提升泵5 臺（4 用1 備），Q=250 m3/h，H=20 m，P=22 kW，變頻控制；潛水攪拌機4 臺，葉輪直徑為620 mm，轉(zhuǎn)速n=480 r/min，P=11 kW。

2.2 生物池工藝

考慮污水處理廠提標擴建工程不停產(chǎn)運行及一、二期場地和預(yù)留用地緊張，擴建生物池采用AAO-MBR 工藝，一、二期CASS 生物池在原池容下（通過拆除或增加原池內(nèi)部構(gòu)造池體）改造為AAO-MBR 工藝，不僅可以減少設(shè)計常規(guī)生化池后端沉淀池的用地[3]，同時設(shè)計同類型生物池也可便于現(xiàn)場運行管理。生化池設(shè)計了內(nèi)回流多位置可調(diào)、逐級回流和污泥多點回流措施，MBR 膜池的污泥可回流至厭氧池、缺氧池和好氧池，好氧池硝化液可回流至厭氧池和缺氧池，缺氧池的污泥回流至厭氧池。MBR 膜池的混合液回流至缺氧池實現(xiàn)反硝化脫氮，缺氧池的污泥回流至厭氧池，實現(xiàn)厭氧釋磷。在缺氧池進水端設(shè)置碳源加藥管，提供反硝化所需碳源，在MBR 膜池進水渠設(shè)置了PAC 藥劑加藥管，保證了TN、TP 的處理效果。設(shè)置內(nèi)回流多位置可調(diào)、逐級回流和污泥多點回流措施，同時也起到降低MBR 高溶解氧對生物脫氮、生物除磷的影響。

原一、二期生化池改造：不進行新建增加池容，完全利用原有CASS 池改造，通過拆除原CASS 池選擇區(qū)隔墻改成厭氧池和第一段缺氧池，在原CASS 池后端曝氣段通過增設(shè)隔墻改成第二、三段缺氧池，好氧池，膜池和設(shè)備間，厭氧池和缺氧池增設(shè)水下低速環(huán)流攪拌機，好氧池增設(shè)池底曝氣器。

擴建AAO-MBR 池1 座，尺寸為22.5 m×22.3 m×7.5 m（AAO 池）+13.0 m×7.5 m×5.0 m（膜池），有效容積為3 750 m3，HRT 為18.0 h（其中厭氧池為1.2 h，缺氧池為5.0 h，好氧池為10.2 h，膜-生物反應(yīng)器（MBR）為1.6 h）；改造AAO-MBR 池3 座，尺寸為38.8 m×16.0 m×5.7 m（AAO 池）+13.0 m×6.6 m×5.0 m（膜池），有效容積為3 350 m3，HRT 為16.1 h（其中厭氧池為1.0 h，缺氧池為4.1 h，好氧池為9.6 h，MBR 為1.4 h）；各組生物池污泥質(zhì)量濃度（MLSS）為8 g/L，COD 負荷為0.05 kg/（kgMLSS·d），氨氮負荷為0.011 kg/（kgMLSS·d），TN 負荷為0.03 kg/（kgMLSS·d）。

各組生物池配置設(shè)備如下：MBR 膜片17 280 m2，膜通量12 L/（m2·h）；環(huán)流攪拌器4 臺，葉輪直徑1 400 mm，n=95 r/min，P=2.2 kW。具體擴建、改造生物池平面布置和工藝流程如圖2—圖4 所示。

圖2 擴建AAO-MBR 生物池平面布置圖

圖3 改造AAO-MBR 生物池平面布置圖

圖4 提標擴建AAO-MBR 生物池工藝流程圖

2.3 深度處理工藝

原深度處理采用的石英砂過濾器，已滿足不了出水水質(zhì)的要求，考慮施工時間不停水及廠區(qū)用地緊張，設(shè)計新增磁混凝沉淀池2 座，均為鋼結(jié)構(gòu)撬裝成套設(shè)備。采用撬裝成套設(shè)備，一是可以減少土建施工和現(xiàn)場設(shè)備安裝及自控程序調(diào)試的時間，二是可以達到不停水施工，設(shè)備運至到廠區(qū)即可進行進、出水管道的連接，不影響污水廠正常運行。新建磁混凝沉淀池能有效降低出水SS 含量，保證出水總磷達標。

擴建磁混凝沉淀池，撬裝成套設(shè)備1 座，尺寸為9.7 m×4.0 m×4.1 m，表面負荷為14.9 m3/（m2·h），絮凝區(qū)總停留時間為8.1 min。配置設(shè)備：①剪切機1臺，Q=5 m3/h，n＜1 415 r/min，P=0.55 kW；②磁分離機1 臺，Q=5 m3/h，P=0.55 kW；③鏈板刮泥機1 臺，直徑4 m，P=0.18 kW。

提標磁混凝沉淀池，撬裝成套設(shè)備1 座，尺寸為12.3 m×7.5 m×5.2 m，表面負荷為12.4 m3/（m2·h），絮凝區(qū)總停留時間為8.3 min。配置設(shè)備：①剪切機1臺，Q=10 m3/h，n＜450 r/min，P=1.5 kW；②磁分離機1 臺，Q=10 m3/h，P=0.75 kW；③鏈板刮泥機1 臺，直徑為7.5 m，P=0.75 kW。

2.4 污泥處理工藝

污泥處理單元包括污泥儲池、脫水機房，已不滿足外運處理處置的相關(guān)要求，在不改動原有建構(gòu)筑物的情況，設(shè)計污泥處理采用“疊螺脫水+低溫除濕干化機”，既可以有效降低污泥含水率，便于后續(xù)對外運污泥的處理，又可降低工程投資，快速進行設(shè)備更換，降低對污水廠運行的影響。

設(shè)計日處理絕干污泥量為4 t/d，進泥含固率2%，出泥含水率小于等于60%。疊螺脫水機2 臺，DS 單臺處理量120～200 kg/h；進泥螺桿泵2 臺，Q=15～30 m3/h，H=20 m，P=11 kW；高壓帶式脫水機1 臺，設(shè)計處理能力1.7 t/h（≤85%含水率污泥），帶寬1.0 m（變頻）。

3 工程設(shè)計特點及應(yīng)注意問題

原有一、二期細格柵-旋流沉砂池久經(jīng)使用，出現(xiàn)一定程度的損壞，提砂效果較差；生化池進水前段沒有分配系統(tǒng)及調(diào)節(jié)水量功能的處理單元，進水水質(zhì)波動時，對生化系統(tǒng)沖擊較大。設(shè)計新建預(yù)處理單元細格柵-初沉池-調(diào)節(jié)池，可以起到調(diào)節(jié)水量水質(zhì)，降低生化進水污染物質(zhì)量濃度，提高生化系統(tǒng)抗沖擊負荷能力的作用。組合池為合建全地下結(jié)構(gòu)，上部規(guī)劃為廠區(qū)停車場及倉庫，多功能利用。

原一、二期工程生化工藝采用CASS 工藝，在進水指標波動的情況下，出水總氮、總磷不能穩(wěn)定達標，本次提標擴建生化工藝采用AAO-MBR 工藝。生化池采用內(nèi)回流多位置可調(diào)、逐級回流和污泥多點回流措施，使得MBR 膜池的污泥可回流至厭氧池、缺氧池和好氧池，好氧池硝化液可回流至厭氧池和缺氧池，缺氧池的污泥回流至厭氧池。MBR 膜池的混合液回流至缺氧池實現(xiàn)反硝化脫氮，缺氧池的污泥回流至厭氧池，實現(xiàn)厭氧釋磷。在缺氧池進水端設(shè)置碳源加藥管，提供反硝化所需碳源，在MBR 膜池進水渠設(shè)置了PAC藥劑加藥管，保證了TN、TP 的處理效果。采用內(nèi)回流多位置可調(diào)、逐級回流和污泥多點回流措施，同時也起到降低MBR 高溶解氧對生物脫氮、生物除磷的影響，確保總氮、總磷在進水不利條件下穩(wěn)定達標。

提標擴建主工藝均采用AAO-MBR 工藝，方便廠區(qū)運營管理。同時在AAO-MBR 池配置pH 計、MLSS儀、ORP 儀、DO 儀等儀表[4]，可以較好地反映生化池的運行狀況。膜系統(tǒng)配置膜壓表等儀表，可以較好地反映膜系統(tǒng)的堵塞情況，便于對膜系統(tǒng)進行及時清洗。

提標擴建新增的磁混凝沉淀池均采用撬裝成套設(shè)備，不僅可以減少建設(shè)投資、不停水施工及不影響污水廠正常運行的要求，也有利于廠內(nèi)運行管理[5]。運行過程中可靈活地根據(jù)膜池出水水質(zhì)情況投加除磷藥劑，有效降低出水SS 含量，保證出水總磷達標排放。因項目用地緊張，部分新建建構(gòu)筑物不置于原一期工程用地范圍內(nèi)，設(shè)計時需要對一、二期工程和擴建工程項目總平圖布置進行綜合考慮，確保一、二期工程和擴建工程在新建改造過程中的安全運行。

4 運行效果

山西省中陽縣污水處理廠提標擴建工程于2021年4 月開始正常運行，4—10 月實際進、出水水質(zhì)如表2所示。由表2 可知，在進水水質(zhì)滿足設(shè)計進水水質(zhì)時，處理后CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP 總處理率分別為95.4%、96.8%、97.5%、97.3%、77.6%、94.3%，CODCr、NH3-N、TP 出水可穩(wěn)定達到DB14/1928—2019《污水排放綜合標準》中表2 的要求，其他指標出水可穩(wěn)定達到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中的一級A 排放標準。

表2 實際進、出水水質(zhì)表單位：mg/L

5 運行成本

本項目直接運行成本費用包括運行電費、藥劑費用、污泥處置費及人工費用（不含折舊以及大修費用）。電耗費約為0.88 元/m3，藥劑費（含PAC、PAM、乙酸鈉、次氯酸鈉等）約為0.297 元/m3，污泥處置費約為0.2 元/m3，人工費約為0.17 元/m3，直接運行成本為1.547 元/m3。

6 結(jié)論

實際運行結(jié)果表明，污水經(jīng)處理后CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP 總處理率分別為95.4%、96.8%、97.5%、97.3%、77.6%、94.3%，CODCr、NH3-N、TP出水可以穩(wěn)定達到DB14/1928—2019《污水排放綜合標準》的表2 要求，其他指標出水可以穩(wěn)定達到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中的一級A 排放標準。

山西省中陽縣污水處理廠提標擴建工程采用“AAO-MBR-磁混凝”為主體的污水處理工藝是可行的，既實現(xiàn)了污水處理廠不停水安全運行，也解決了污水處理廠出水總氮、總磷在進水不利條件下不能穩(wěn)定達標的問題。