栏目导语

     

以作品为媒，让图纸说话，感受每一个工程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项目设计过程中的理念和经验，相互启迪，引领发展。          

作者简介

AUTHORS*

北控水务集团有限公司  侯亚红，顾雪锋，李海龙，齐  坡，周灵俊

   

本文引用格式    

   

   

侯亚红, 顾雪锋, 李海龙, 等. 改良 AAO+磁混凝工艺在污水厂提标改造项目中的应用———以山东某污水处理厂为例[J] . 净水技术, 2022, 41(4) :126-133.

HOU Y H, GU X F, LI H L, et al. Application of modified process of AAO + magnetic coagulation in upgrading and reconstruction project of WWTP———Case study of a WWTP in Shandong[J]. Water Purification Technology, 2022, 41(4) :126-133.

山东某污水厂现状处理规模为3万m3/d，进水中印染、机械加工等工业废水占比约30%，现状出水标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级A标准，尾水排至明堂河，属于南水北调一般保护区域。根据当地区域水环境总体要求，本污水厂出水中部分指标需满足《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中IV类水体限值要求，即 COD _Cr ≤30 mg/L，TN≤10（12）mg/L，TP≤0.3 mg/L，需进行原位提标改造。

本厂厂区用地紧张且附近无地可征用，进水中工业废水占比较高，新出水标准要求较高，故需进行原位提标改造，深度挖潜生化处理等现状设施功能，增设节地高效的深度处理工艺。经过现场踏勘和方案对比分析，本工程选用改良AAO+新增磁混凝沉淀（预留活性炭投加）+V型滤池的原位提标改造工艺，取得了良好的处理效果，可为国内类似项目原位提标改造提供参考。

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污水厂现状分析    

   

1.1  

现状概况  

污水厂始建于2009年，现状建设规模为3万 m3 /d，实际日均污水处理量约为2.2万 m3 /d，主要处理园区内300多家企事业单位和近10万人的生产生活污水。污水处理工艺采用AAO+二沉池+二泵房+V型滤池，出水执行一级A标准。污泥采用储泥池+带式浓缩脱水机处理，出泥含水率≤80%。消毒采用 ClO ₂ ，现状厂区无除臭系统。

1.2  

现状进水水质分析  

污水厂进水中生活污水占比约70%，工业废水占比约30%，其中工业废水以印染、机械加工、综合制药、食品加工等为主。

对污水厂2019年1月—2020年9月的进水进行频次分析，如表所示，厂区进水水质与原设计进水水质较为接近，原设计进水水质取值较为合理，但 COD _Cr 、SS、TP这3项指标偶尔会出现超标现象。进水中B/C约为0.38，可生化性一般；BOD5/TP约为54.61； BOD ₅ /T N约为3.20。实际进水水质碳源相对不足，为保证出水TN稳定达标，需部分时段额外投加碳源。

表1 污水厂原设计及实际进水水质

1.3  

现状处理工艺  

污水厂现采用AAO工艺，工艺流程如图所示。

现状污水处理工艺

1.4  

现状出水水质  

对污水厂2019年1月—2020年9月的出水进行频次分析，如表所示。 COD _Cr 、 BOD ₅ 、SS、氨氮、TN、TP一级A达标率均为100%，现状工艺流程和设计参数可满足一级A出水标准。若按准Ⅳ类新标准考核， COD _Cr 达标率为85.14%，氨氮达标率为79.50%，TN达标率为74.47%，TP达标率为80.33%，达标率均较低，无法满足新要求，现状处理工艺亟需改造。

表2 污水厂原设计及实际出水水质

注：括号外数值为3月1日—11月30日的控制指标；括号内数值为12月1日—次年3月1日的控制指标

1.5  

提标改造要求  

本项目为原位提标改造工程，进水中含印染、机械加工等工业废水，新标准要求较高，其中 COD _Cr ≤30 mg/L，TN≤10（12）mg/L，TP≤0.3 mg/L，结合实际进出水水质情况以及现状池体和设备情况， 本次提标改造工程需重点关注 COD _Cr 、TN、TP这3项污染指标。 另外，工艺改造时需充分利用现状设施，深度挖潜生化处理能力，针对性增设节地高效的深度处理单元。

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现状改造重难点分析及应对措施

     
   

   

通过分析实际进出水水量水质情况，复核现状处理设施，同时结合厂区实际运营情况和新标准要求，本项目需重点关注以下问题。

2.1  

进水水质复杂  

本厂进水中含印染纺织、机械加工、综合制药、食品加工、机械加工等工业废水，占比约30%，印染纺织废水中溶解性难生物降解性 COD _Cr 较高，新标准要求出水 COD _Cr 含量由50 mg/L降至30 mg/L，TN含量由15 mg/L降至10 mg/L，TP含量由0.5 mg/L降至0.3 mg/L，现状工艺为AAO+V型滤池，无法满足提标要求。经复核，现状生化池总有效池容（23 625 m3 ）设置合理，但分区不合理，且无内回调节设施、无固定碳源投加设施、进水点单一，另外深度处理工艺缺少混凝沉淀段，仅靠生化处理难以满足C、N、P污染物提标要求。

2.2  

厂区用地紧张  

厂区现状建构筑物布局较为紧凑，无提标改造预留用地。经工艺论证，在充分改造利用现有处理设施的基础上，需新增混凝沉淀单元、碳源除磷药剂投加装置、化验间、除臭装置等处理设施， 需充分利用现状零星地块，选择节地高效工艺，合理规划施工顺序。

2.3  

部分设备老化  

本厂建设使用已有十余年，细格栅、二沉池出水槽、中间提升泵、储泥池搅拌器、生化池曝气系统、生化池搅拌器等工艺设备和部分电气自控设备老化严重，运行效果不佳，且维修频繁，需对其重置。

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提标改造工艺设计

     
   

   

3.1  

提标改造设计水量水质  

本厂现状建设规模为3万 m3 /d，实际日均污水处理量约为2.2万 m3 /d，提标改造工程设计规模维持现状不变。

经对比分析实际进水水质情况和原设计进水水质，本提标改造工程设计进水水质延用原设计进水水质，出水按照当地要求执行地表Ⅳ类水标准，具体如表3所示。

表3 设计进、出水水质

注：括号外数值为3月1日—11月30日的控制指标；括号内数值为12月1日—次年3月1日的控制指标。

3.2  

工艺设计  

本提标改造工程污水处理工艺采用改良AAO+二沉池+二次提升泵房+磁混凝沉淀池（预留活性炭投加）+V型滤池，污泥处理采用污泥均质池+带式浓缩脱水机，除臭采用生物滤池工艺 ，具体如图所示。

提标改造工艺流程

1）预处理系统

现状粗格栅及提升泵房设备完好、运行工况佳，维持现状利用。

细格栅旋流沉砂池建设时间较长，细格栅老化严重，除渣效果较差，本工程对其重置。主要设计参数为：格栅形式为网板格栅，数量2套，栅条间隙为6 mm，栅渠宽度为1 300 mm，安装角度为75°。

2）生物处理系统

现状AAO生化池设计规模为3万 m3 /d，有效水深为5.8 m，总有效池容为23 625 m3 ，其中，厌氧区水力停留时间（HRT）为2.13 h，缺氧区HRT为3.30 h，好氧区HRT为13.47 h，总计HRT为18.90 h。进水点仅设厌氧池1处，曝气设施老化严重、曝气不均匀，内回流通过在缺氧、好氧池间设置连通渠、靠渠道闸门控制。经复核，总池容可满足要求，但各分区池容设计不合理，缺氧池池容严重偏小，需重新设计各分区池容，增设进水点，充分利用进水中碳源，增设设内回流泵、灵活调节混合液回流量，并重置碳源投加设施、曝气系统等，强化生物池去碳脱氮能力。

将现状生化池改造为改良AAO，维持总池容不变，增设缺氧、第一好氧池2处可调进水点，调整各分区池容，延长缺氧区HRT至5.51 h，缩短好氧区HRT至9.92 h，在好氧池末端设置1.00 h脱气区，同时重置碳源投加设施、推流器、曝气器等。主要工艺设计参数为：设计混合液悬浮浓度（MLSS）为4 000 mg/L，混合液回流比为300%，污泥回流比为100%，气水比为4.8:1。

AAO生化池改造平面图

现状生化池曝气采用离心风机，效率较低、噪声大，且老化严重，将其更换为空气悬浮风机，总计3台，2用1备，均采用变频控制，主要设计参数为： Q =50 N m3 /min， P =68.6 kPa， N =80.0 kW。

现状二沉池为中进周出辐流式，数量2座，池径为35 m，混凝土出水渠池壁破损严重，本工程对出水渠进行改造，采用内嵌SS304不锈钢板，厚度为1 mm。

现状污泥泵房部分设备老化严重，本工程对其重置。污泥回流泵总计3台：现状利用2台（其中1台为变频控制， Q =738 m3 /h， H =3 m， N =11 kW），重置1台（变频控制， Q =625 m3 /h， H =3 m， N =11 kW）。剩余污泥泵维持现状，总计2台，1用1备， Q =50 m3 /h， H =12.5 m， N =5.5 kW。

3）深度处理系统

现状深度处理段仅设有V型滤池单元，化学除磷药剂直接投加在生化池中，药耗较大且效能较低。二沉池出水部分时段SS较高，直接进入V型滤池，导致滤料堵塞板结，反洗频次较高，增大了现场设施维护工作量。厂区仅有一片空地，现状为太阳能板用地，平面尺寸为25 m×20 m。新出水标准要求较高，而磁混凝沉淀池具备负荷高、处理效果好、占地少、耐冲击等特点。因此，本项目在V型滤池前拆除现状太阳能板，利用此片空地增设磁混凝沉淀池，同时预留活性炭投加池，进一步强化N、P污染物去除能力。

新建磁混凝沉淀池1座，分2格，设计规模为3万m3/d，变化系数为1.32，活性炭混合池HRT为10.52 min，混凝池HRT为2.31 min，磁混池HRT为2.31 min，絮凝池HRT为4.62 min，沉淀池平均负荷为10.66 m3 /(m2·h)，污泥回流比为5%。活性炭采用湿式投加，污泥回流泵前设置截污剪碎格栅机。磁粉采用人工干式投加，同时每格池单设磁粉回收系统1套，处理量为40 m3 /h。剩余污泥通过高剪机打散磁粉污泥混合絮体，再通过水力旋流器初步分离磁粉和污泥，最后经过磁分离器将磁粉从污泥中分离出来返回混凝池，经过磁粉回收后的剩余污泥进入污泥脱水系统进一步处理。

现状V型滤池设计规模为3万m3/d，1座，分5格，土建良好，运行状况佳，维持现状利用。相关参数为：单格平面尺寸为8.0 m×6.4 m，平均滤速为5.2 m/h。

现状二泵房中间提升泵扬程不能满足新要求，本工程对其重置，总计3台，其中2台采用变频控制，主要设计参数为： Q =825 m3 /h， H =6.5 m， N =22 kW。

4）污泥处理系统改造

经复核，本次提标改造污泥产量变化不大，现状带式浓缩脱水机运行状况良好，维持现状利用。贮泥池进中无搅拌设备，增加搅拌器1台。

5）加药间改造

本工程需重置碳源投加装置、新增除磷药剂投加装置。现状加药间平面尺寸为24.0 m×8.1 m，可满足本工程药剂投加装置集中布设要求。现状有PAM、SPFS加药设施，将其拆除并改造为葡萄糖、PAM、SPFS等加药设施，主要设备有加药缓冲罐、加药泵、在线稀释装置等。

6）新增除臭系统

现状厂区无除臭设施，本工程新增除臭系统1套，除臭范围为粗格栅提升泵房、细格栅旋流沉砂池、厌氧池、贮泥池、脱水机房，除臭风量为9 000 m3 /h，采用生物滤池工艺。

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工程设计特点

     
   

   

1）原位提标改造，无需新征用地

厂区布局紧凑，现状空地较少，深度处理工艺存在缺陷，而新标准要求高，且厂外无地可征，故需进行原位提标改造，采取了以下措施：充分利用现状设施，深度挖潜生化系统处理能力，保留现状V型滤池，增设节地高效的加碳磁混凝沉淀池，改造利用现状加药间集中布置碳源、除磷药剂投加设施等。

2）选用“改良AAO+加碳磁混凝沉淀池”，稳定可靠，调控灵活

通过调整生化池各分区池容、增设多点可调进水、重置碳源投加应急装置、增设混合液回流泵变频控制、重置曝气系统等，将现状常规AAO池型改造为改良AAO池型，生化处理系统更加稳定可靠且可灵活调控。深度处理段保留V型滤池，增设加炭磁混凝沉淀池，强化去碳除磷能力，活性炭投加量可根据实际运行状况灵活调配，具有占地小、投资省、运行可靠的特点。

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运行效果及经济指标分析    

     
   

   

5.1  

运行效果  

本提标改造工程于2020年6月开工，2020年10月建成通水，2020年11月—2021年6月实际日出水水质情况如图所示，各项指标均可达到准Ⅳ类标准要求。

提标改造后的实际日出水水质

5.2  

经济指标分析  

本提标改造工程总投资为2 567.53万元，其中建安费为1 996.69万元，提标改造后污水厂直接运行成本为0.76元/m3（含电费、药剂费、水费及人工费等），总投资和运行成本均低于国内同类项目。