净水技术｜AAO+高效沉淀池+滤布滤池工艺在污水处理厂提标中的应用

来源：开云下载    发布时间：2024-08-07 10:13:52

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  以作品为媒，让图纸说话，感受每一个工程建设项目背后的设计理念和思想。“设计案例”与国内各大设计院所联名合作，深入剖析我国市政给排水新改扩建工程建设项目设计过程中的理念和经验，相互启迪，引领发展。

  通信作者：魏金豹，男，硕士，主要是做市政给排水设计工作，E-mail：。

  对于城镇生活垃圾污水厂的提标改造，一般为深度挖掘生化段潜能，增加深度处理工艺，以降低出水中的TP、SS。现阶段污水厂提标改造工艺多采用高效沉淀池及过滤组合工艺，来达到污水高标准排放，近年来被普遍的使用，如张双等报道的三峡库区某12万m³/d的城镇污水厂，采用高效沉淀池与滤布滤池组合工艺进行提标改造，工艺稳定运行达到一级A标准。其中，高效沉淀池处理工艺是一种以化学污泥为载体，借助不断循环的颗粒介质，依托浅池沉淀理论，进行快速反应，去除水中以SS为主要附着体的TP及其他污染物质。以滤布滤池为代表的表面过滤，多采用纤维滤布，将SS截留在滤布外，滤后水通过滤盘内收集，以达到去除SS的目的。

  本文以该厂提标改造工程为例，分析现状污水处理厂进水、运行及场地条件，梳理限制提标的关键影响因素，对比生化段及深度处理工艺，确定生化段采用运行成本及能耗较低的传统厌氧-缺氧-好氧（AAO）工艺，深度处理选用高效沉淀池+滤布滤池工艺，配合调整部分运行参数，改造及新建部分构（建）筑物，使该厂改造后出水水质稳定达到一级A排放标准，可为类似项目提供参考。

  江西某县级城区生活垃圾污水处理厂一期工程于2009年建成并投入运行，处理规模为1.0万m³/d，出水执行一级B标准，采用生物膜法污水处理工艺，尾水排放至贡江，剩余活性污泥采用机械浓缩脱水后外运处置。

  厂区现状占地1.28万㎡，厂区范围外无其他预留用地，经过方案论证及技术经济比选，采用AAO+高效沉淀池+滤布滤池工艺作为提标改造工程处理工艺，使出水达到一级A标准要求。

  该污水处理厂一期工程污水采用粗格栅、细格栅、沉砂池及曝气生物流化池（ABFT）生物膜处理工艺，再经二沉池，消毒达标后外排，污泥采用机械浓缩脱水后外运处置，原工艺流程如图1所示。

  该厂自建成投入以来，运行整体状况良好，但由于投产时间比较久，仍存在部分问题，具体如下。

  该污水处理厂出水平均浓度满足一级B设计的基本要求，但月处理平均水量波动较大，进水的水质月平均浓度（CODCr、SS、氨氮、TP）呈上涨的趋势，除TP月平均值超出原有设计进水浓度，其余指标也波动明显。

  经过核算，现有ABFT生化池HRT仅有4.15 h，生化池HRT不够，易引起污染物不能够达到处理要求，增加后续处理构筑物的负荷和加药量。同时，作为生化池的核心的膜，实际运行过程中基本脱落，飘浮于池面。从日常的运维中判断，填料的实际运作情况未能实现设计要求。

  穿孔曝气装置的优点是结构相对简单，不容易堵塞，工作阻力小；但是氧气的有效利用率较低，只有5%左右。同时，动力效率低，一般不超过1 kg/（kW·h）。

  目前ABFT池工艺运行，氨氮及TN运行压力大，尤其是氨氮，虽然能满足一级B要求，但是从现状出水水质判断，不足以满足一级A要求，提标需求大。内无污泥回流系统，虽然生物膜法可以不设置污泥回流，但根据运作情况，在填料脱落、老化破碎后，会导致AFBT池污泥浓度很难保证，影响处理效果。

  原ABFT池无污泥回流系统，对TP去除有限，不满足城乡建设局下发通知要求的一级A标准，再加上进水TP浓度超出原有设计值，长时间运行，系统脱磷压力大。

  该污水厂为典型的城市生活垃圾污水厂，根据该厂实测水量水质资料，确定提标改造设计进水水量依然为1.0万m³/d，相关水质如表1所示。

  注：氨氮括号外数值为水温12 ℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12 ℃时的控制指标。

  分析该厂设计进水水质，结合相关设计经验，针对现状存在问题，避免厂区现有构（建）筑物的大规模拆除或新建，系统模块设计污水处理厂范围内现有及提标改造构（建）筑物布局合理性，拟从二级生化处理到三级深度处理两个方面着手，确定提标改造思路如下。

  二级生化处理改造工艺比选时，结合本项目真实的情况，确定原有生化系统不能有较大调整，尽量利旧。首先，氧化沟为圆弧形池体，与现状不符。其次，序批式活性污泥法（SBR）为反应沉淀一体化的池体，要求的HRT较大，且SBR工艺进出水水位高差较大，现状亦不足以满足，因此，本次提标将主体工艺确定为AAO处理工艺。拆除原ABFT池生物填料，将原生物膜法改造为活性污泥法，从根本解决填料老化脱落等问题，保证生化池高效运行效果；同时，拆除原有穿孔管，在生化段更换氧转移效率更加高的纳米微孔曝气器，对好氧段进行供氧；在好氧段末端设置混合液内回流，强化反硝化，在二沉池设置污泥外回流，保证生化段的污泥浓度。

  在深度处理工艺段，主要考虑以SS及TP去除为目标，充分论证混凝、沉淀、过滤等单体及组合工艺后，确定新增高效沉淀池及滤布滤池作为深度处理工艺。在深度处理段投加除磷药剂，利用混凝沉淀和过滤工序将水中的磷转化沉淀物，达到去除污水中总磷及SS的目的；同时，新增污泥深度脱水装置，利用现有的污泥脱水机房，将原带式压滤机更换为低温干化设备，将污泥含水率降低至60%以下。

  提标改造后的工艺流程如图3所示。主要改造内容有：对原ABFT池、二沉池、污泥脱水机房做改造；新建1座好氧池、1座二次提升泵房、1座高效沉淀池、1座纤维转盘滤池、1座加氯间及接触消毒池等单体。

  原ABFT生物反应池平面尺寸为35.70 m×19.60 m，每座分2组，每组设计规模为0.5万m³/d。本次改造中，取消原初沉池，拆除进水花墙及原初沉池的斜管填料，将原生物膜法改造为活性污泥性法，调整原池体内的过水孔及进出水管道，改成厌氧段、缺氧段及好氧段，同时在厌氧段及缺氧段新增立式双曲面搅拌器，用于厌氧池、缺氧池的搅拌。

  生化段调整为活性污泥法后，要增加污泥外回流，因此，在原剩余污泥泵基础上新增3台污泥外回流泵及相应管路配件，保证生化段的MLSS。

  新建1座高效沉淀池，分2组，每组设计规模为0.5万m³/d，总尺寸为18.6 m×15.8 m×7.55 m，其中混合区平面尺寸为2.0 m×2.0 m，有效水深为4.70 m，设计HRT为204 s，絮凝区平面尺寸为3.5 m×3.5 m，有效水深为6.85 m，设计HRT为914 s，沉淀区平面尺寸为7.5 m×7.5 m，有效水深为6.80 m，斜管安装角度为60°，表面负荷为6.22 m³/（㎡·h）。

  新建1座纤维转盘滤池，平面尺寸为8.20 m×2.85 m，设计规模为1.0万m³/d，直径为3 000 mm，滤速为10.0 m³/（h·㎡），共4只盘片，单只盘片有效过滤面积不小于11 ㎡，孔隙为10 μm。滤片2侧进水，通过可编程逻辑控制器（PLC）自动控制。

  该污水厂一期工程采用紫外消毒，衰减严重，消毒效果一般，且能耗较高。经过论证，本提标改造出水采用次氯酸钠接触消毒工艺。由于成品次氯酸钠的采购、运输、使用、存储等环节都有必要进行监管，且当地没有成品次氯酸钠溶液，因此，本工程采用食盐现场电解制备次氯酸钠的方式。新建1座加氯间及接触消毒池，其中消毒池平尺寸为24.10 m×10.60 m×3.30 m，有效水深为2.8 m，设计规模为1.0万m³/d，停HRT为30 min，共1条渠道。加氯间平面尺寸为18.10 m×6.94 m，层高为6 m，设计规模为1.0万m³/d，配备2套次氯酸钠发生器，有效氯产量为4 000 g/h。

  本次提标改造新增高效沉淀池，该单体需投加除磷剂聚合氯化铝（PAC），原有加药间空间不足，因此，新建1座加药间，用于PAC的溶解配药、投加，以及PAC药剂的存储，主要服务于高效沉淀池药剂的配套使用。平面尺寸为15.62 m×9.24 m，层高为6 m，设计规模为1.0万m³/d。配有2台溶药池搅拌器，3台隔膜计量泵，1台电动单梁悬吊起重机。

  该污水处理厂提标改造工程于2019年底建成并调试后投产，提标改造完成后，实际处理水量为1.0万m³/d左右。投产后2020年12月—2021年11月的运行数据如图6所示。可见，整体运行良好，出水稳定，均达到设计出水水质，多项指标甚至达到地表IV类水质要求。持续稳定运行一段时间后，相关单位从能耗、加药、人工操作等方面做工艺优化，摸索出了适合该厂实际最优的管理模式，为其他相关污水处理厂提标改造提供借鉴。

  本提标改造工程总占地为12 819.5 ㎡，单位用地面积为1.28 ㎡/(m³·d)。根据《城市生活垃圾处理和给水与污水处理工程建设项目建设用地指标》（建标[2015]157号）表6规定，该项目建设规模属于V类深度处理，建设用地控制面积为0.55~1.75 ㎡/(m³·d)。相较而言，本工程提标改造后，实际用地指标在控制范围内偏低。根据王涛等人研究，该工艺与其他工艺相比，占地也相对较小。

  本工程总投资约为3 000万元，建筑工程及设备采购安装费约为2 200万元，工程建设其他费约为800万元。提标改造完成后统计分析近1年运行数据，污水处理运行成本约为1.76元/m³，其中药剂费为0.35元/m³，动力费为0.81元/m³（电费单价按0.81元/（kW·h）计），自来水费为0.009元/m³（水费单价按3.15元/m³计），人员工资为0.41元/m³，修理费为0.088元/m³，另外的费用为0.096元/m³。

  本文主要基于江西某生活垃圾污水处理厂，该污水厂提标改造工程建成后，污水处理规模为1.0万m³/d，采用了粗格栅+细格栅+沉砂池+AAO工艺+二沉池+高效沉淀池+滤布滤池+接触消毒主体处理工艺，从实际运行效果判断，该工艺实现了对生活垃圾污水的有效处理，出水水质可完全达到设计值，取得了较显著的效益。

  在本次改造中，将原有的穿孔曝气管调整为微纳米曝气盘，提高了污水中碳源利用率和氧气的利用效率，更换3台鼓风机，改造前一期厂区总装机功率为549.6 kW，提标后，总装机功率为516.25 kW，在其他工况近似的前提下，降低了电耗，节省了该污水厂的运行成本。

  本工程将高效沉淀池及滤布滤池作为深度处理工艺，在无新增厂区外用地情况下，实现提标改造，用地指标为1.28㎡/（m³·d），属于该类工程的控制性用地指标，因此，本工程对国内类似的污水处理厂的提标改造，尤其是用地紧张的城市污水处理厂的改造或建设具备极其重大的参考价值。

  本文原标题为《AAO+高效沉淀池+滤布滤池工艺在污水处理厂提标中的应用》，发表在《净水技术》2023年第6期“城镇给排水工程设计案例专栏”，有删减，欢迎水业学者、科研与技术人员参考引用。

  净水技术 关注生活饮用水指标制定中的指标遴选原则（2023年第6期精彩内容导览）