AAO-MBR-磁混凝沉淀用于污水处理厂提标扩建

朱艳臣，夏侯迎，杨凯，王久龙，周刚，黄珠慧，李鑫，岳昌盛

（浙江省环境工程有限公司，浙江 杭州 310012）

1 工程概况

20 1 9-1 2-1 0，山西省人民政府批准发布了DB14/1928—2019《污水综合排放标准》省级强制性地方标准。该标准在国标的基础上对化学需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）和总磷（TP）3 项主要水污染物的质量浓度提出了更严的要求，即ρ（COD）≤40 mg/L，ρ（NH3-N）≤2 mg/L，ρ（TP）≤0.4 mg/L。

山西省中阳县污水处理厂一期工程设计规模1.0 万m3/d，2010 年正式运行，二期工程建设规模为0.5 万m3/d，2017 年运行使用，主工艺均采用CASS生物反应池工艺，出水水质执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A 排放标准。为应对远期发展污水量增加的问题，进一步削减污染物环境排放量，改善区域水质，提高地区及下游居民生活质量，当地相关部门决定对中阳县污水处理厂提标扩建，提标扩建后总设计规模2.0 万m3/d，其中，一、二期提标工程1.5 万m3/d，扩建工程0.5 万m3/d，均设计采用AAO-MBR-磁混凝沉淀工艺，出水达到DB14/1928—2019《污水排放综合标准》，其他指标达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A 排放标准。具体设计进、出水水质如表1 所示。提标扩建工程总体设计方案如图1 所示。

图1 提标扩建工程总体方案设计

表1 设计进、出水水质表单位：mg/L

2 工程设计

2.1 预处理工艺

预处理的主要作用是有效去除来水中含有的大量泥沙，避免无机颗粒污泥进入生化池，降低生化池处理效率；降低来水污染物负荷，提高生化池处理效率；调节水质水量、合理分配各组生化池进水量的作用。

粗格栅提升泵房利用原有构筑物，更换池内部分潜污提升泵。针对原有一、二期细格栅-旋流沉砂池久经使用，出现一定程度的损坏，提砂效果较差；进厂进水指标波动较大，且生化池进水前段未有分配系统及调节水量功能的处理单元，同时又因厂区用地紧张，设计在生化池前新建预处理单元，废除原细格栅-旋流沉砂池，新建细格栅-初沉池-调节池[1]。新建细格栅-初沉池-调节池为合建全地下组合池，上部规划为厂区停车场及仓库，多功能利用[2]。考虑到当地地域情况，来水含有大量泥沙及格栅过滤不掉的较大悬浮物，初沉池内排泥泵设计采用潜污切割泵，避免排泥泵堵塞排泥不及时，致使无机颗粒污泥进入生化池，降低生化池处理效率；调节池设计多台提升泵，分别对应各生化池，既能均匀分配至各生化池，又能根据生化池实际处理能力合理分配进水量。

新建组合池尺寸52.5 m×36.5 m×4.5 m，有效水深4 m。其中细格栅渠尺寸为8.0 m×2.5 m×1.5 m；初沉池尺寸为34.0 m×8.0 m×4.5 m，表面负荷7 mm/s；调节池尺寸为44.5 m×36.5 m×4.5 m，有效容积为6 500 m3，水力停留时间（HRT）为7.8 h。配置细格栅2 台，栅条间距5 mm，安装角度75°；行车式刮泥机1 台，行走速度为1.0 m/min；潜污切割泵2台，流量Q=20 m3/h，扬程H=15 m，功率P=4.0 kW；调节池提升泵5 台（4 用1 备），Q=250 m3/h，H=20 m，P=22 kW，变频控制；潜水搅拌机4 台，叶轮直径为620 mm，转速n=480 r/min，P=11 kW。

2.2 生物池工艺

考虑污水处理厂提标扩建工程不停产运行及一、二期场地和预留用地紧张，扩建生物池采用AAO-MBR 工艺，一、二期CASS 生物池在原池容下（通过拆除或增加原池内部构造池体）改造为AAO-MBR 工艺，不仅可以减少设计常规生化池后端沉淀池的用地[3]，同时设计同类型生物池也可便于现场运行管理。生化池设计了内回流多位置可调、逐级回流和污泥多点回流措施，MBR 膜池的污泥可回流至厌氧池、缺氧池和好氧池，好氧池硝化液可回流至厌氧池和缺氧池，缺氧池的污泥回流至厌氧池。MBR 膜池的混合液回流至缺氧池实现反硝化脱氮，缺氧池的污泥回流至厌氧池，实现厌氧释磷。在缺氧池进水端设置碳源加药管，提供反硝化所需碳源，在MBR 膜池进水渠设置了PAC 药剂加药管，保证了TN、TP 的处理效果。设置内回流多位置可调、逐级回流和污泥多点回流措施，同时也起到降低MBR 高溶解氧对生物脱氮、生物除磷的影响。

原一、二期生化池改造：不进行新建增加池容，完全利用原有CASS 池改造，通过拆除原CASS 池选择区隔墙改成厌氧池和第一段缺氧池，在原CASS 池后端曝气段通过增设隔墙改成第二、三段缺氧池，好氧池，膜池和设备间，厌氧池和缺氧池增设水下低速环流搅拌机，好氧池增设池底曝气器。

扩建AAO-MBR 池1 座，尺寸为22.5 m×22.3 m×7.5 m（AAO 池）+13.0 m×7.5 m×5.0 m（膜池），有效容积为3 750 m3，HRT 为18.0 h（其中厌氧池为1.2 h，缺氧池为5.0 h，好氧池为10.2 h，膜-生物反应器（MBR）为1.6 h）；改造AAO-MBR 池3 座，尺寸为38.8 m×16.0 m×5.7 m（AAO 池）+13.0 m×6.6 m×5.0 m（膜池），有效容积为3 350 m3，HRT 为16.1 h（其中厌氧池为1.0 h，缺氧池为4.1 h，好氧池为9.6 h，MBR 为1.4 h）；各组生物池污泥质量浓度（MLSS）为8 g/L，COD 负荷为0.05 kg/（kgMLSS·d），氨氮负荷为0.011 kg/（kgMLSS·d），TN 负荷为0.03 kg/（kgMLSS·d）。

各组生物池配置设备如下：MBR 膜片17 280 m2，膜通量12 L/（m2·h）；环流搅拌器4 台，叶轮直径1 400 mm，n=95 r/min，P=2.2 kW。具体扩建、改造生物池平面布置和工艺流程如图2—图4 所示。

图2 扩建AAO-MBR 生物池平面布置图

图3 改造AAO-MBR 生物池平面布置图

图4 提标扩建AAO-MBR 生物池工艺流程图

2.3 深度处理工艺

原深度处理采用的石英砂过滤器，已满足不了出水水质的要求，考虑施工时间不停水及厂区用地紧张，设计新增磁混凝沉淀池2 座，均为钢结构撬装成套设备。采用撬装成套设备，一是可以减少土建施工和现场设备安装及自控程序调试的时间，二是可以达到不停水施工，设备运至到厂区即可进行进、出水管道的连接，不影响污水厂正常运行。新建磁混凝沉淀池能有效降低出水SS 含量，保证出水总磷达标。

扩建磁混凝沉淀池，撬装成套设备1 座，尺寸为9.7 m×4.0 m×4.1 m，表面负荷为14.9 m3/（m2·h），絮凝区总停留时间为8.1 min。配置设备：①剪切机1台，Q=5 m3/h，n＜1 415 r/min，P=0.55 kW；②磁分离机1 台，Q=5 m3/h，P=0.55 kW；③链板刮泥机1 台，直径4 m，P=0.18 kW。

提标磁混凝沉淀池，撬装成套设备1 座，尺寸为12.3 m×7.5 m×5.2 m，表面负荷为12.4 m3/（m2·h），絮凝区总停留时间为8.3 min。配置设备：①剪切机1台，Q=10 m3/h，n＜450 r/min，P=1.5 kW；②磁分离机1 台，Q=10 m3/h，P=0.75 kW；③链板刮泥机1 台，直径为7.5 m，P=0.75 kW。

2.4 污泥处理工艺

污泥处理单元包括污泥储池、脱水机房，已不满足外运处理处置的相关要求，在不改动原有建构筑物的情况，设计污泥处理采用“叠螺脱水+低温除湿干化机”，既可以有效降低污泥含水率，便于后续对外运污泥的处理，又可降低工程投资，快速进行设备更换，降低对污水厂运行的影响。

设计日处理绝干污泥量为4 t/d，进泥含固率2%，出泥含水率小于等于60%。叠螺脱水机2 台，DS 单台处理量120～200 kg/h；进泥螺杆泵2 台，Q=15～30 m3/h，H=20 m，P=11 kW；高压带式脱水机1 台，设计处理能力1.7 t/h（≤85%含水率污泥），带宽1.0 m（变频）。

3 工程设计特点及应注意问题

原有一、二期细格栅-旋流沉砂池久经使用，出现一定程度的损坏，提砂效果较差；生化池进水前段没有分配系统及调节水量功能的处理单元，进水水质波动时，对生化系统冲击较大。设计新建预处理单元细格栅-初沉池-调节池，可以起到调节水量水质，降低生化进水污染物质量浓度，提高生化系统抗冲击负荷能力的作用。组合池为合建全地下结构，上部规划为厂区停车场及仓库，多功能利用。

原一、二期工程生化工艺采用CASS 工艺，在进水指标波动的情况下，出水总氮、总磷不能稳定达标，本次提标扩建生化工艺采用AAO-MBR 工艺。生化池采用内回流多位置可调、逐级回流和污泥多点回流措施，使得MBR 膜池的污泥可回流至厌氧池、缺氧池和好氧池，好氧池硝化液可回流至厌氧池和缺氧池，缺氧池的污泥回流至厌氧池。MBR 膜池的混合液回流至缺氧池实现反硝化脱氮，缺氧池的污泥回流至厌氧池，实现厌氧释磷。在缺氧池进水端设置碳源加药管，提供反硝化所需碳源，在MBR 膜池进水渠设置了PAC药剂加药管，保证了TN、TP 的处理效果。采用内回流多位置可调、逐级回流和污泥多点回流措施，同时也起到降低MBR 高溶解氧对生物脱氮、生物除磷的影响，确保总氮、总磷在进水不利条件下稳定达标。

提标扩建主工艺均采用AAO-MBR 工艺，方便厂区运营管理。同时在AAO-MBR 池配置pH 计、MLSS仪、ORP 仪、DO 仪等仪表[4]，可以较好地反映生化池的运行状况。膜系统配置膜压表等仪表，可以较好地反映膜系统的堵塞情况，便于对膜系统进行及时清洗。

提标扩建新增的磁混凝沉淀池均采用撬装成套设备，不仅可以减少建设投资、不停水施工及不影响污水厂正常运行的要求，也有利于厂内运行管理[5]。运行过程中可灵活地根据膜池出水水质情况投加除磷药剂，有效降低出水SS 含量，保证出水总磷达标排放。因项目用地紧张，部分新建建构筑物不置于原一期工程用地范围内，设计时需要对一、二期工程和扩建工程项目总平图布置进行综合考虑，确保一、二期工程和扩建工程在新建改造过程中的安全运行。

4 运行效果

山西省中阳县污水处理厂提标扩建工程于2021年4 月开始正常运行，4—10 月实际进、出水水质如表2所示。由表2 可知，在进水水质满足设计进水水质时，处理后CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP 总处理率分别为95.4%、96.8%、97.5%、97.3%、77.6%、94.3%，CODCr、NH3-N、TP 出水可稳定达到DB14/1928—2019《污水排放综合标准》中表2 的要求，其他指标出水可稳定达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A 排放标准。

表2 实际进、出水水质表单位：mg/L

5 运行成本

本项目直接运行成本费用包括运行电费、药剂费用、污泥处置费及人工费用（不含折旧以及大修费用）。电耗费约为0.88 元/m3，药剂费（含PAC、PAM、乙酸钠、次氯酸钠等）约为0.297 元/m3，污泥处置费约为0.2 元/m3，人工费约为0.17 元/m3，直接运行成本为1.547 元/m3。

6 结论

实际运行结果表明，污水经处理后CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP 总处理率分别为95.4%、96.8%、97.5%、97.3%、77.6%、94.3%，CODCr、NH3-N、TP出水可以稳定达到DB14/1928—2019《污水排放综合标准》的表2 要求，其他指标出水可以稳定达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A 排放标准。

山西省中阳县污水处理厂提标扩建工程采用“AAO-MBR-磁混凝”为主体的污水处理工艺是可行的，既实现了污水处理厂不停水安全运行，也解决了污水处理厂出水总氮、总磷在进水不利条件下不能稳定达标的问题。