多段多級AO工藝在某水質凈化廠改造工程中的應用研究

江 文，丁正華

(深圳市楠柏環境科技有限公司，廣東 深圳 518000)

1 概述

原水質凈化廠1994年建成，設計規模為3萬m3/d，采用氧化塘處理工藝。設計出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)的一級B標準。為改造原水質凈化廠周邊環境，減小現有污水處理廠處理負荷，亟需對原水質凈化廠進行提標改造。鑒于多段多級AO工藝較好的脫氮除磷能力且技術成熟，提標改造工程在工藝遴選時，采用了“多段多級AO+高密度沉淀池”處理工藝[1]，多級AO工藝與除磷效果好的磁混沉淀工藝相結合，保證出水指標符合設計要求。本次提標改造工程出水CODcr、BOD5、NH3-N、TP、DO 5個指標執行《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)中的Ⅳ類水質標準、TN≤10 mg/L和SS≤6 mg/L(優于一級A標準)，其余指標執行《城鎮污水處理廠污染排放標準》(GB18918-2002)一級A標準，投入運行后出水水質能穩定達標。

2 設計規模及進出水質

該水質凈化廠改造工程項目分兩期建設，為半地下式結構，一期設計規模5萬m3/d，二期設計規模5萬m3/d，設計進出水質詳見表1。

表1 進出水水質表

3 主要改造內容及設計參數

3.1 水質凈化廠改造方案和工藝設計

本次提標改造工程在用地范圍拆除原水質凈化廠構筑物及設備后，在該用地上新建所有構筑物，污水處理廠加蓋建設上蓋公園，改造后的工藝流程圖見圖1。

圖1 改造工程工藝流程圖

3.1.1 污水處理工藝設計

該水質凈化廠改造工程污水處理采用“多級 AO 活性污泥法+高密度沉淀池”為主導的處理工藝。多級AO工藝不僅能節省占地面積、投資以及運行費用，而且提高了脫氮除磷效率[2]，抗沖擊負荷能力強。同時也節省了碳源，在進水碳源較低時分段進水補充缺氧池的碳源[3]，回流量設置較少或者基本不用回流。如果再輔以化學除磷，可滿足高標準出水要求。

3.1.2 深度處理工藝設計

除磷方式選擇采用生物除磷+化學除磷，設計采用高密度沉淀池進行深度處理，進一步去除SS和總磷。出水消毒工藝則采用紫外線消毒+投加次氯酸鈉，在紫外消毒渠進口段投加次氯酸鈉，確保糞大腸桿菌群數穩定達標。

3.1.3 污泥處理工藝

污泥處理采用“離心濃縮+板框壓濾脫水”的組合工藝，污泥高效脫水至含水率≤60%以下后外運，由特許經營者進行無害化處置。

3.2 主要設計參數

生化池設一座，設計尺寸65.6 m×65.0 m×8.8 m，分東、西兩組，設計規模5萬m3/d，池型按三級A/O工藝布置，第1段、第2段、第3段容積比控制為1:1.3:1.6，缺氧區、好氧區總容積比控制為1:1，污泥平均負荷0.05 kgBOD5/(kgMLSS·d)，總氮平均負荷0.02 kgTN/(kgMLSS·d)，污泥泥齡12.8 d，水力停留時間14.5 h，內回流比0%～300%，外回流比75%。

高密度沉淀池設1座分2組，設計單組處理能力為5萬m3/d，近期使用一組。高密度沉淀池采用磁混沉淀技術，由快混池、磁粉混合池、絮凝池、斜板沉淀池組成。設計停留時間依次為1.7 min、1.7 min、3.9 min、22 min。

4 改造工程的運行效果

該水質凈化廠改造工程調試后期和正常運行時的實際進出水質如表2所示。

表2 正產運行進出水質表

1)在調試期只有TN不能連續穩定達標，經過調整運行參數，投加外加碳源后，調試后期已能穩定達標；正常投入運行后一周內，所有指標均能連續穩定達標。

2)由于多級AO工藝各段污泥負荷基本相同，缺氧、好氧交替進行，污泥產生量相對于傳統A2/O工藝有所減少。生化池MLSS設計值為3 000 mg/L，污泥齡為12.8 d，因此理論污泥量為7.97 tDS/d，而實際運行時，污泥產生量少于理論污泥量，投產運行后的近1個月的日平均污泥量約為7.56 tDS/d。

5 運行過程中出水穩定達標的原因分析

5.1 設置合適的污泥回流比

污泥回流比主要影響生物系統對總磷和總氮的去除，在等比例分段連續進水的條件下，選取具有代表性的污泥回流比參數(即R=0.75，1，1.25，1.5)試驗，調整污泥回流比，待系統穩定后，通過分析多級多段AO系統的總氮和總磷去除率，研究污泥回流比(R)對系統性能的影響。總氮和總磷去除率結果表明，隨著污泥回流比增大，生物處理系統的總氮去除率提高，總磷去除率卻下降。但污泥回流比增大，會相應增加動力消耗和運行費用，因此在運行控制時，綜合考慮各種因素，污泥回流比一般取50%～70%，本系統在穩定運行時調整污泥回流比為70%。

5.2 合理控制各級池內溶解氧

本系統設置精確的曝氣量調節，控制各池溶解氧。在采用等比例分段連續進水的條件下，調整缺氧區和好氧區，好氧區溶解氧降低時，COD和總磷去除率并未下降，但總氮去除率變化明顯。當好氧區DO控制在2.0 mg/L以上時，不發生同步硝化反硝化，因此總氮去除率低，當好氧區DO下降到0.6 mg/L時，同步硝化反硝化現象明顯，總氮去除率較高。綜合考慮各種因素，多級AO工藝中的DO設置如下：最后一級的好氧區DO濃度控制在1.5～2 mg/L，其余各級控制在 0.5～1.2 mg/L，從好氧區末端進入第一級缺氧區的DO濃度控制在0.2～0.3 mg/L。

5.3 較高的污泥平均濃度

確定生物池內合理的MLSS是提高脫氮除磷效果，保證生物處理系統正常運行的重要參數。多級AO工藝生物池內形成了由高到低的污泥濃度梯度，池內的平均污泥濃度也較一般活性污泥法高，脫氮除磷菌群增殖速度快，數量多，在活性污泥中占比也增大，從而提高了脫氮除磷效率，提升了出水水質。要提高生物池MLSS，就要增大污泥回流量；需要降低時，就要增大剩余污泥量，綜合考慮各種因素，本系統控制MLSS在3 500～4 500 mg/L，污泥回流比取70%。

5.4 進水量配比可調控

生化池各級進水流量分配比例應考慮各級缺氧區進水量能夠提供上一級好氧區的硝酸鹽完全反硝化所需的碳源。第一級進水量滿足釋磷反應，以及回流污泥中的硝酸鹽反硝化所需的碳源后，最后一級進水流量應盡可能小，以確保出水總氮較低。根據進水水質、出水水質及進水量進行流量分配，一般可采用等負荷流量分配和流量分配系數法，也可根據試驗或者類似工程進行流量分配。本工程參考類似工程和結合調試運行數據，確定進水流量比為0.5:0.3:0.2，在該進水配比下，總氮處理效果較好，水質變化時，亦可適當調整進水流量比。

6 結論及建議

本提標改造工程選用“多級 AO 活性污泥法+高密度沉淀池”，在調整好運行參數后，實際出水能穩定達到設計出水標準，部分指標優于設計值。因為多級AO系統生物池內平均污泥濃度高，各級池內有機物分布均勻，反硝化菌競爭少，好氧區硝化液可直接進入缺氧區，脫氮除磷效果很好，尤其適合碳源不足的城市混流污水的處理。最后，結合本水質凈化廠運行情況，有以下幾點建議。

1)如需進一步提高本工藝的除磷脫氮效果，可根據進水水質情況合理分配各段進水比例，特別是當進水COD較低時，必須根據實際情況判斷各段的碳源實際需求，并進行合理調整，如有必要還需要外加碳源。

2)當第三段好氧池DO值較高時，須降低外回流比，一方面可保持缺氧池DO在較小值，另一方面也可增加聚磷菌能有效利用碳源的濃度，促進P的充分釋放，有助于提高生化池除磷效果。

3)當進水有機物濃度較小導致缺氧池碳源不足或者進水氨氮偏高時，可及時補充外加碳源或關閉后2段進水，提高脫氮效果[4]。