多段多级AO工艺在某水质净化厂改造工程中的应用研究

江 文，丁正华

(深圳市楠柏环境科技有限公司，广东 深圳 518000)

1 概述

原水质净化厂1994年建成，设计规模为3万m3/d，采用氧化塘处理工艺。设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级B标准。为改造原水质净化厂周边环境，减小现有污水处理厂处理负荷，亟需对原水质净化厂进行提标改造。鉴于多段多级AO工艺较好的脱氮除磷能力且技术成熟，提标改造工程在工艺遴选时，采用了“多段多级AO+高密度沉淀池”处理工艺[1]，多级AO工艺与除磷效果好的磁混沉淀工艺相结合，保证出水指标符合设计要求。本次提标改造工程出水CODcr、BOD5、NH3-N、TP、DO 5个指标执行《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅳ类水质标准、TN≤10 mg/L和SS≤6 mg/L(优于一级A标准)，其余指标执行《城镇污水处理厂污染排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，投入运行后出水水质能稳定达标。

2 设计规模及进出水质

该水质净化厂改造工程项目分两期建设，为半地下式结构，一期设计规模5万m3/d，二期设计规模5万m3/d，设计进出水质详见表1。

表1 进出水水质表

3 主要改造内容及设计参数

3.1 水质净化厂改造方案和工艺设计

本次提标改造工程在用地范围拆除原水质净化厂构筑物及设备后，在该用地上新建所有构筑物，污水处理厂加盖建设上盖公园，改造后的工艺流程图见图1。

图1 改造工程工艺流程图

3.1.1 污水处理工艺设计

该水质净化厂改造工程污水处理采用“多级 AO 活性污泥法+高密度沉淀池”为主导的处理工艺。多级AO工艺不仅能节省占地面积、投资以及运行费用，而且提高了脱氮除磷效率[2]，抗冲击负荷能力强。同时也节省了碳源，在进水碳源较低时分段进水补充缺氧池的碳源[3]，回流量设置较少或者基本不用回流。如果再辅以化学除磷，可满足高标准出水要求。

3.1.2 深度处理工艺设计

除磷方式选择采用生物除磷+化学除磷，设计采用高密度沉淀池进行深度处理，进一步去除SS和总磷。出水消毒工艺则采用紫外线消毒+投加次氯酸钠，在紫外消毒渠进口段投加次氯酸钠，确保粪大肠杆菌群数稳定达标。

3.1.3 污泥处理工艺

污泥处理采用“离心浓缩+板框压滤脱水”的组合工艺，污泥高效脱水至含水率≤60%以下后外运，由特许经营者进行无害化处置。

3.2 主要设计参数

生化池设一座，设计尺寸65.6 m×65.0 m×8.8 m，分东、西两组，设计规模5万m3/d，池型按三级A/O工艺布置，第1段、第2段、第3段容积比控制为1:1.3:1.6，缺氧区、好氧区总容积比控制为1:1，污泥平均负荷0.05 kgBOD5/(kgMLSS·d)，总氮平均负荷0.02 kgTN/(kgMLSS·d)，污泥泥龄12.8 d，水力停留时间14.5 h，内回流比0%～300%，外回流比75%。

高密度沉淀池设1座分2组，设计单组处理能力为5万m3/d，近期使用一组。高密度沉淀池采用磁混沉淀技术，由快混池、磁粉混合池、絮凝池、斜板沉淀池组成。设计停留时间依次为1.7 min、1.7 min、3.9 min、22 min。

4 改造工程的运行效果

该水质净化厂改造工程调试后期和正常运行时的实际进出水质如表2所示。

表2 正产运行进出水质表

1)在调试期只有TN不能连续稳定达标，经过调整运行参数，投加外加碳源后，调试后期已能稳定达标；正常投入运行后一周内，所有指标均能连续稳定达标。

2)由于多级AO工艺各段污泥负荷基本相同，缺氧、好氧交替进行，污泥产生量相对于传统A2/O工艺有所减少。生化池MLSS设计值为3 000 mg/L，污泥龄为12.8 d，因此理论污泥量为7.97 tDS/d，而实际运行时，污泥产生量少于理论污泥量，投产运行后的近1个月的日平均污泥量约为7.56 tDS/d。

5 运行过程中出水稳定达标的原因分析

5.1 设置合适的污泥回流比

污泥回流比主要影响生物系统对总磷和总氮的去除，在等比例分段连续进水的条件下，选取具有代表性的污泥回流比参数(即R=0.75，1，1.25，1.5)试验，调整污泥回流比，待系统稳定后，通过分析多级多段AO系统的总氮和总磷去除率，研究污泥回流比(R)对系统性能的影响。总氮和总磷去除率结果表明，随着污泥回流比增大，生物处理系统的总氮去除率提高，总磷去除率却下降。但污泥回流比增大，会相应增加动力消耗和运行费用，因此在运行控制时，综合考虑各种因素，污泥回流比一般取50%～70%，本系统在稳定运行时调整污泥回流比为70%。

5.2 合理控制各级池内溶解氧

本系统设置精确的曝气量调节，控制各池溶解氧。在采用等比例分段连续进水的条件下，调整缺氧区和好氧区，好氧区溶解氧降低时，COD和总磷去除率并未下降，但总氮去除率变化明显。当好氧区DO控制在2.0 mg/L以上时，不发生同步硝化反硝化，因此总氮去除率低，当好氧区DO下降到0.6 mg/L时，同步硝化反硝化现象明显，总氮去除率较高。综合考虑各种因素，多级AO工艺中的DO设置如下：最后一级的好氧区DO浓度控制在1.5～2 mg/L，其余各级控制在 0.5～1.2 mg/L，从好氧区末端进入第一级缺氧区的DO浓度控制在0.2～0.3 mg/L。

5.3 较高的污泥平均浓度

确定生物池内合理的MLSS是提高脱氮除磷效果，保证生物处理系统正常运行的重要参数。多级AO工艺生物池内形成了由高到低的污泥浓度梯度，池内的平均污泥浓度也较一般活性污泥法高，脱氮除磷菌群增殖速度快，数量多，在活性污泥中占比也增大，从而提高了脱氮除磷效率，提升了出水水质。要提高生物池MLSS，就要增大污泥回流量；需要降低时，就要增大剩余污泥量，综合考虑各种因素，本系统控制MLSS在3 500～4 500 mg/L，污泥回流比取70%。

5.4 进水量配比可调控

生化池各级进水流量分配比例应考虑各级缺氧区进水量能够提供上一级好氧区的硝酸盐完全反硝化所需的碳源。第一级进水量满足释磷反应，以及回流污泥中的硝酸盐反硝化所需的碳源后，最后一级进水流量应尽可能小，以确保出水总氮较低。根据进水水质、出水水质及进水量进行流量分配，一般可采用等负荷流量分配和流量分配系数法，也可根据试验或者类似工程进行流量分配。本工程参考类似工程和结合调试运行数据，确定进水流量比为0.5:0.3:0.2，在该进水配比下，总氮处理效果较好，水质变化时，亦可适当调整进水流量比。

6 结论及建议

本提标改造工程选用“多级 AO 活性污泥法+高密度沉淀池”，在调整好运行参数后，实际出水能稳定达到设计出水标准，部分指标优于设计值。因为多级AO系统生物池内平均污泥浓度高，各级池内有机物分布均匀，反硝化菌竞争少，好氧区硝化液可直接进入缺氧区，脱氮除磷效果很好，尤其适合碳源不足的城市混流污水的处理。最后，结合本水质净化厂运行情况，有以下几点建议。

1)如需进一步提高本工艺的除磷脱氮效果，可根据进水水质情况合理分配各段进水比例，特别是当进水COD较低时，必须根据实际情况判断各段的碳源实际需求，并进行合理调整，如有必要还需要外加碳源。

2)当第三段好氧池DO值较高时，须降低外回流比，一方面可保持缺氧池DO在较小值，另一方面也可增加聚磷菌能有效利用碳源的浓度，促进P的充分释放，有助于提高生化池除磷效果。

3)当进水有机物浓度较小导致缺氧池碳源不足或者进水氨氮偏高时，可及时补充外加碳源或关闭后2段进水，提高脱氮效果[4]。