對某A/A/O+微絮凝過濾工藝污水處理廠提標改造工程實踐

謝新立， 張曉寧

(1.上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司 濟南分公司， 山東 濟南 250014； 2.山西省城鄉規劃設計研究院有限公司， 山西 太原 030001)

大同市某污水處理廠的設計出水水質為《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準，隨著《山西省水污染防治工作方案實施情況考核規定》(晉水防辦發〔2017〕25號文)等的實施，出水水質標準較一級A更為嚴格，原有水處理工藝難以滿足新的地方性標準要求。因此，對污水處理廠各構筑物現狀進行全面評估，研究提標改造方案，是保證污水廠出水水質滿足新標準的必經之路。

1 工程概況

該污水處理廠占地面積為1.5 ha。以處理生活污水為主，設計處理能力為0.5×104m3/d。原設計污水處理工藝為浮動生物床與人工濕地組合工藝，于2009年6月2日開工建設，2010年底正式投入運行。污水處理廠于2016年進行了改造，改造后的處理工藝為A/A/O+微絮凝過濾+人工濕地。

污水處理廠于2017年改造完成并投入試運行，現有的主要工藝處理建(構)筑物包括粗細格柵間、污水提升泵房1座、配水井1座、調節池及初沉池1座、A/A/O生物池3座、二沉池2座、中間水池1座、混合反應活性砂濾池1座(分2組)、人工濕地3組、污泥池1座、鼓風機房及脫水機房1座，工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程現狀Fig.1 Flow chart of current process

2 現有構筑物與設施

2.1 進水井、粗細格柵間和污水泵房

進水井、粗細格柵槽、平流沉砂池和泵房吸水井均為鋼筋混凝土結構，進水井平面凈尺寸為1.5 m×1.0 m，深3.55 m；粗細格柵槽尺寸為5.9 m×1.0 m，深3.55 m；泵房吸水井尺寸為8.0 m×5.85 m，深5.55 m，有效水深為2.74 m。

回轉式粗格柵除污機、回轉式細格柵除污機各有2臺，格柵寬均為300 mm。

旋流除砂器共3臺，單臺參數：處理水量180 m3/h，進水壓力0.20 MPa，尺寸Φ0.478×1.410 m，平均除砂率90%。

提升泵3臺，2用1備，其中1臺設變頻：額定流量，180 m3/h；額定揚程，20 m；電機功率，18.5 kW。

用于初沉池氣提泵供氣的鼓風機1臺：風量，1.43 m3/min；風壓，80 kPa；電機功率，4.55 kW。

用于活性砂濾池供氣的鼓風機2臺，1用1備，主要技術參數：風量，1.2 m3/min；風壓，70 kPa；電機功率，3.0 kW；儲氣罐容積，≥0.6 m3。

乙酸鈉投加設備1套，主要技術參數：結晶乙酸鈉投加濃度，30%；攪拌機功率，2.2 kW；計量泵流量，500～1 000 L/h；計量泵揚程，20 m；計量泵功率，0.6 kW；乙酸鈉儲存罐，5 m3。

2.2 初沉池與調節池

初沉池與調節池合建，根據進水水質，初沉池也可作為調節池的一部分，靈活運行。

2.2.1 初沉池

初沉池主要參數：設計流量，208.3 m3/h；平面尺寸，12.86 m×5.0 m；水深，6.45 m；沉淀時間，1.83 h；表面水力負荷，3.5 m3/(m2·h)。

初沉池內設鏈條式刮泥機1套：鏈條寬度，5.0 m；電機功率，1.1 kW。初沉池內設氣提排砂泵2套，排砂泵出水排至砂水分離器：額定流量，1.43 m3/min；額定揚程，8.0 m；電機功率，2.2 kW。

調節容積為1 623 m3，其中415 m3為初沉池所占容積。初沉池、調節池和新建生物池合建：平面尺寸，19.57 m×12.86 m；有效水深，6.45 m；池總深，7.15 m；有效容積，1 623 m3；總容積，1 799 m3。

2.2.2 調節池

調節池主要設備為雙曲線渦流攪拌器4套，主要技術參數：葉輪直徑，D=2 000 mm；電機功率，N=3 kW；功率密度，1 W/m3。

2.3 配水井

生物池之前設配水井1座。配水井為圓形，直徑為5.75 m，設1個進水口、3個出水口。設手電兩用附壁式方閘門(0.4 m×0.4 m)3套。

2.4 A/A/O生物池

現有的生物池共3座，分為2類。

2.4.1 原有生物池

第一類為污水廠最初建設的生物池2座，參數如下：平面尺寸，12.6 m×18.6 m；水深，5.7 m；超高，0.5 m；池深，6.2 m；有效容積，1 335.85 m3；水力停留時間，19.2 h。

單座缺氧區配套雙曲線渦流攪拌器4臺，單臺主要技術參數：葉輪直徑，1 000 mm；電機功率，N=1.5 kW；功率密度，8.9 W/m3。

單座好氧區配套328個微孔曝氣器，單個參數如下：盤片直徑，215 mm；單片充氧能力，≥0.16 kg O2/h；單片服務面積，≥0.29 m2；氧轉移效率，≥25%；充氧動力效率，≥5 kg O2/(kW·h)。

好氧段末端設2臺混合液回流泵，庫房備用1臺，其主要參數：流量，200 m3/h；揚程，11 m；電機功率，2.5 kW。

2.4.2 新建生物池

第二類為上次一級A提標改造新增的生物池，共1座，參數如下：平面尺寸，12.69 m×20.62 m；有效容積，1 491.5 m3；水力停留時間18.56 h，其中厭氧區1.52 h、缺氧區9.55 h、好氧區7.49 h；水深，5.7 m；超高，0.9 m；池深，6.6 m。

厭氧池設1臺雙曲線渦流攪拌器，其主要技術參數如下：螺旋槳直徑，500 mm；電機功率，N=0.75 kW；功率密度，7 W/m3。

缺氧池設2臺低速推流攪拌器，其主要技術參數如下：葉輪直徑，1 800 mm；電機功率，N=3.0 kW；功率密度，8.9 W/m3。

好氧池曝氣設備選用微孔曝氣器，共319個，其主要技術參數：盤片直徑，215 mm；單片充氧能力，≥0.14 kg O2/h；單片服務面積，≥0.27 m2；氧轉移效率，≥25%；充氧動力效率，≥5 kg O2/(kW·h)。

好氧段末端設2臺混合液回流泵，同時工作，在庫房備用1臺，共3臺，單臺參數：流量，70 m3/h；揚程，0.8 m；電機功率，1.5 kW。

2.5 二沉池

二沉池為污水處理廠最初建設，為平流式沉淀池，2座并聯運行，單池參數：設計流量，208 m3/h；平面尺寸，28.0 m×5.0 m；有效水深，2.3 m；超高，2.3 m；池深，4.6 m；沉淀時間，2.3 h；表面負荷，0.74 m3/(m2·h)；出口堰負荷，1.45 L/(s·m)。

配套桁架式刮吸泥機2臺，其寬度L=5 m，總功率N=2.24 kW。

2.6 中間水池

中間水池為矩形鋼筋混凝土結構，單池平面尺寸為7.5 m×6 m，池深4.5 m，水深3.0 m。

配套提升泵3臺，2用1備，其中1臺采用變頻調速，其主要技術參數：額定流量，130 m3/h；額定揚程，12 m；電機功率，7.5 kW。

2.7 深度處理單元

混合池、反應池、砂濾池采用合建形式，共建設2座，對稱布置。

2.7.1 機械混合池

單組設計流量，105 m3/h；混合時間，115 s；單組平面尺寸，1.5 m×1.5 m；水深，1.5 m；超高，0.5 m；池深，2.0 m。

混合池攪拌設備采用三葉軸流型推進式攪拌器，共2套，其攪拌器直徑為0.5 m，攪拌器外緣線速度為5 m/s，電機功率為1.1 kW。

2.7.2 機械攪拌反應池

單組設計流量，105 m3/h；反應時間，10 min；單格平面尺寸，1.5 m×1.5 m；水深，4.0 m；超高，0.5 m；池深，4.5 m；攪拌機槳板邊緣線速度，ν1=0.50 m/s、ν2=0.35 m/s。

攪拌設備采用豎軸式框式攪拌器，每格1臺，單座反應池共2臺。其主要技術參數：葉輪直徑，1.3 m；軸上槳板數，4；槳板長度，1.0 m；槳板寬度，0.1 m；電機功率，0.75 kW。

機械攪拌反應池出水口設1套手動鑄鐵閘門(φ500)。

2.7.3 活性砂濾池

單格設計流量，52.5 m3/h；過濾速度，8.75 m/h；強制濾速，11.6 m/h；單格過濾面積，6.0 m2；砂床高度，2.0 m。

主要設備包括4套活性砂過濾器、2套手動鑄鐵方形閘門(φ250)，過濾器總高度為6.2 m，單套空氣消耗量，150 L/min。

2.8 污泥池

污泥池1座，平面尺寸為7.1 m×6.5 m，池深為5.1 m，有效水深為3.0 m。

配套污泥回流泵3臺，2用1備，主要計算參數：額定流量，130 m3/h；額定揚程，12 m；電機功率，7.5 kW。

配套剩余污泥泵2臺，1用1備，主要技術參數：額定流量，12 m3/h；額定揚程，15 m；電機功率，1.1 kW。

2.9 鼓風機房及污泥脫水間

污泥脫水及鼓風機房為一層磚混結構，中間采用隔墻分割，軸線尺寸為14.4 m×7.5 m。

設鼓風機3臺，2用1備，主要技術參數：風量，14.32 m3/min；風壓，70 kPa；電機功率，24 kW。

設疊螺式污泥脫水機1臺，主要技術參數：處理量，60～100 kg DS/h；電機總功率，2.13 kW。

2.10 人工濕地

表流式人工濕地面積為5 600 m2，池深1.5 m，填料及種植土厚度為1.0 m。污水從人工濕地表面流過，水深在0.3～0.6 m。氧通過自由擴散補給，污水中所含的溶解性和顆粒性污染物與介質中的微生物和植物根系接觸，被進一步降解。冬季氣溫較低時，將枯萎的植物收割，覆蓋在人工濕地表面保溫，或者采用冰層保溫。

2.11 紫外線消毒和計量渠

紫外線消毒渠為矩形鋼筋混凝土結構，平面尺寸為5.78 m×1.28 m，渠深為1.0 m。

3 存在的問題分析

本次提標改造工程建設內容一方面為通過合理改造污水處理廠的現有生化處理設施及深度處理設施，使出水達到提標目的；另一方面為針對污水處理廠目前存在的各項問題進行改造，使其運行更加順暢。針對污水處理廠現有的處理工藝、運行情況和存在的問題，確定提標改造思路如下[1]：

① 污水廠目前采用A/A/O+微絮凝過濾+人工濕地工藝，2017年改造完成至今運行狀況良好，本次改造的主要目標是提升出水CODCr、NH3-N、TP三項指標。

② 污水廠現有的一級處理各構筑物及設備運行穩定，不需要進行改造。本次改造的重點是計算、核實生物池現有容積，以盡可能利用現有設施、減少改造投資為原則，合理改造生物池內部結構，使最終出水CODCr、NH3-N、TP達到《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)Ⅴ類水質標準[2]。

③ 水廠所在地屬于嚴寒地區，冬季氣候寒冷，目前設置在室外的各個水處理單元在設計時未考慮池壁及池頂保溫，冬季A/A/O生化池中微生物活性降低，影響出水水質，且極端天氣可能有結冰風險。本次改造針對現狀，對配水井、生物池的池壁及池頂進行保溫改造，提高水溫，以保障冬季生物池運行效果；對混合、反應、活性砂濾池池壁進行保溫改造，防止結冰。

4 改造建設規模與設計水質

由于水廠內用地緊張，布局緊湊，無擴建可能。因此，本次改造工程仍按水廠原設計規模0.5×104m3/d確定，后期新增污水處理需求另選廠址進行建設。污水處理廠以生活污水為主，設計水質按污水處理廠目前進水水質考慮。設計排放標準中CODCr、NH3-N、TP按照《山西省水污染防治工作方案實施情況考核規定》(晉水防辦發〔2017〕25號文)規定，達到《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)Ⅴ類水質標準；BOD5、SS、TN仍執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級A標準[3]。

表1 污水設計水質及排放標準Tab.1 Design quality and discharge standard for sewage mg·L-1

5 改造工藝方案

5.1 生物池池容校核

現有的生物反應池采用A/A/O池工藝，均分厭氧池、缺氧池、好氧池3個處理段，池體為鋼筋混凝土結構。設計流量按最高日平均時污水量為208 m3/h，總設計池容為3 719 m3，其中厭氧區320 m3、缺氧區1 843 m3、好氧區1 556 m3。

厭氧區：水力停留時間，1.5 h；設計有效池容，312.5 m3。缺氧區：水力停留時間，9.3 h；設計有效池容，1 934 m3。好氧區：水力停留時間，6.8 h；設計有效池容，1 418 m3。

剩余污泥：生物剩余污泥，459 kg/d；非生物剩余污泥，370 kg/d；總剩余污泥，829 kg/d。

曝氣系統：曝氣器安裝深度，5.5 m；好氧池溶解氧濃度，2.0 mg/L；設計最大需氧量，AORmax=91 kg/h；設計最大標準需氧量，SORmax=156 kg/h；曝氣器氧利用率，EA=25%；設計最大供氣量，Gsmax=58 m3/min；平均供氣量，Gs=42 m3/min。

對反應池進行調整，確定如下改造方案。

① 現有設計池容為3 719 m3，可滿足本次提標所需，生物池尺寸不做調整。

② 現有厭氧區容積為320 m3，可滿足提標所需，本次改造不做變動，停留時間為1.54 h。

③ 計算所需缺氧段池容為1 934 m3，好氧段池容為1 418 m3。現有缺氧段池容為1 843 m3，好氧段池容為1 556 m3。與計算結果相比缺氧段偏小，好氧段偏大。本次改造設計增設兼氧區：在現有每組生物池好氧段的1個分格內均增設缺氧攪拌設施，同時保留現有的曝氣設施；在缺氧區的1個分格內增設曝氣盤，同時保留原有的攪拌器。工程在運行調試時根據實際情況啟閉供氧設施，從而靈活調節缺氧段與好氧段容積[4]。

5.2 生物池容積改造

① 對現有生物池進行清淤，拆除生物池部分隔墻，新建隔墻進行重新分隔，使污水可順著水流方向在溝道內不停地循環流動后排出，從而使好氧段兼有完全混合與推流式的優點，生物池內進行徹底的生化反應，以提高生物池的抗沖擊負荷能力，保證出水效果。

經計算，生物池需清淤并進行外運的污泥量約1 460 m3；需拆除并外運的隔墻長度約為100 m，墻體厚300 mm，高6.2 m；需新建的隔墻長度約為200 m，墻體厚300 mm，高6.2 m；改造過程中需拆除原好氧區曝氣裝置300 m2，隔墻改造后需重新購買安裝；為保證新增攪拌器的安裝，需在池體上方新建攪拌器安裝梁54 m，梁寬800 mm，高500 mm。

② 好氧區及兼氧區曝氣器設計采用膜狀微孔曝氣器，每組好氧池曝氣器500個，共1 500個。其主要技術參數：盤片直徑，215 mm；單片充氧能力，≥0.14 kg O2/h；單片服務面積，≥0.27 m2；氧轉移效率，≥25%；充氧動力效率，≥5 kg O2/(kW·h)。

③ 為保證生物池的設計流態和生化反應效果，每座生物池增設3臺低速推流攪拌器。3座生物池共設9臺攪拌器，單臺主要技術參數如下：葉輪直徑，1 400 mm；葉輪轉速，56 r/min；電機功率，3 kW；水推力，>180 N。

④ 為保證出水效果，設計在生物池添加填料以提高污泥濃度。設計選用改性生物懸浮填料，填充率按25%設計。填料主要技術參數：產品規格，φ10×10 mm；外壁厚度，>0.4 mm；懸浮填料體積，852 m3；比重(未掛膜)，960 kg/m3；比表面積，1 200 m2/m3；孔隙率，>87%。

6 運行效果

該提標改造工程于2020年8月初通過竣工驗收，2020年9月進行試運行，2020年10月正式投入使用。運行以來，每月初定期對進出水質進行檢測，處理效果一直穩定。其中2021年4月至7月進出水水質的監測結果見表2。

表2 對污水的處理效果Tab.2 Treatment effect of sewage

續表2 (Continue)

運行實踐表明，對該采用A/A/O+微絮凝過濾工藝運行的污水處理廠，在廠區用地緊張、不新增處理構筑物的前提下，通過對處理構筑物內部結構合理調整，實現了對COD、BOD5、SS、NH3-N、TN和TP的高效去除，各項指標的平均去除率分別為85.4%、91.2%、92.6%、97.0%、80.1%和93.2%，取得了較好的去除效果，出水水質滿足排放要求。

7 結論

① 對采用A/A/O+微絮凝過濾工藝運行的污水處理廠，在廠區用地緊張、不新增用地的前提下，通過對處理構筑物內部的調整，可以實現對COD、BOD5、SS、NH3-N、TN和TP的高效去除。

② 提標改造盡可能利用了原有的處理構筑物，減小對原有處理構筑物的影響，通過對內部結構的局部調整實現工藝的優化運行，從而減小工程投資，加快施工進度。

③ 改造后的處理工藝簡單，處理流程短，具有操作靈活、抗負荷沖擊能力強等優點。對COD、BOD5、SS、NH3-N、TN和TP的平均去除率分別為85.4%、91.2%、92.6%、97.0%、80.1%和93.2%，出水達到當地規定的排放要求，可以為目前污水處理廠的提標改造提供工程借鑒。