改良型AAO-磁混凝沉淀-臭氧-活性炭工艺在城镇污水处理厂中的应用实例

陈斌， 唐晶， 叶青徽， 高晓红

（中冶华天工程技术有限公司， 南京 210019）

1 工程概况

安徽某污水处理厂进水为生活污水和工业废水的混合污水， 以工业废水为主， 占比60%以上， 企业排放废水经过预处理， 达到GB／T 31962—2015《污水排入城镇下水道水质标准》中B 级标准方可排入城镇污水管网。 污水处理厂服务范围内的工业片区， 以先进制造业、 电子产业和现代服务业作为主导产业， 兼有新材料产业和绿色食品产业以及配套生活区， 所排放废水主要表现为有机污染物浓度高，重金属离子含量较高， 可生化性低， 且水质水量波动较大等特点［1］。 本项目的重点和难点是难降解COD 的去除， 其分子链长， 化学键能高， 化学结构稳定， 难于被微生物直接降解。 该污水处理厂采用改良型AAO－磁混凝沉淀－臭氧氧化－活性炭过滤组合工艺， 出水指标执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A 标准。

2 设计规模及进出水水质

2.1 设计规模

该污水处理厂总设计规模为3×104m3／d， 本项目为一期工程， 设计规模为1.5×104m3／d， 总变化系数为1.53。

2.2 设计进出水水质

通过取样分析， 同时参照周边地区同类型污水处理厂进水水质， 确定污水处理厂设计进水水质。出水水质执行GB 18918—2002 中的一级A 标准。本次工程的设计进出水水质如表1 所示。

表1 设计进出水水质Tab. 1 Design influent and effluent water quality

3 污水处理工艺

3.1 污水处理工艺选择

本项目污水处理厂的预处理系统由生活污水预处理系统和工业废水预处理系统组成。 生活污水预处理采用粗细格栅及沉砂池。 工业废水中重金属离子采用氢氧化物沉淀法去除［2］， 微小的悬浮固体、胶体通过投加PFS 絮凝剂形成较大颗粒絮体， 与氢氧化物沉淀物一同在初沉池内进行固液分离。 采用水解酸化工艺， 将有机物大分子分解为小分子进入生物处理系统进一步降解。

具备脱氮除磷功能的污水生化处理工艺较多，如SBR、 AO、 AAO 工艺、 氧化沟系列工艺等。 改良型AAO 工艺是常用的污水处理工艺， 国内工程实例较多， 工艺成熟可靠， 运行经验丰富， 本工程采用改良型AAO 工艺作为二级处理工艺［3］。

深度处理主要是针对生化出水进一步去除部分SS、 COD、 BOD5及TP 等， 使其达标排放。 混凝沉淀采用磁混凝沉淀处理技术， 该技术在常规絮凝剂与助凝剂中投加磁粉， 利用磁粉密度大的特性， 高效快速地沉淀絮凝团， 实现固液分离， 将污染物去除， 该技术能够节约土地资源， 减少基建费用投入； 同时其水力负荷高、 药剂投加量少， 有效降低污水处理成本， 经济效益显著［4］。 本项目的重点和难点是难降解COD 的去除， 臭氧－生物活性炭深度处理工艺能够有效去除水中的氨氮、 COD 以及消毒副产物等， 同时使色度、 嗅和味等多项水质指标得到全面改善［5-8］。 本项目采用臭氧－活性炭工艺作为难降解COD 的去除工艺， 同时活性炭加砂滤池起到过滤功能。 消毒采用投加NaClO 方式， 消毒后尾水排放至水体。

3.2 污水处理工艺流程

生活污水首先进入粗格栅渠道， 去除较大的漂浮物后， 经泵提升进入细格栅进一步拦截较小的漂浮物后， 通过旋流沉砂池去除砂砾等， 再进入生物处理系统。 工业废水首先进入粗格栅渠道去除较大的漂浮物， 经泵提升进入调节池进行水质水量调节后进入混凝沉淀池， 在混凝沉淀池通过投加药剂（NaOH、 PFS）将进水中的重金属转化为氢氧化物沉淀， 在沉淀段进行固液分离后出水进入水解酸化池， 将大分子有机物分解为小分子进入生物处理系统进一步降解。 经过分别预处理后的生活污水和工业废水汇集至改良型AAO 生物池， 进行有机物降解和脱氮除磷， 生物池出水进入二沉池进行泥水分离后， 出水进入深度处理系统， 污泥回流至生物池维持足够的生物量， 剩余污泥排至污泥浓缩池。 二沉池出水经中间提升泵房提升后进入磁混凝沉淀池， 通过投加化学药剂（PAC、 PAM）、 磁粉去除TP、 SS， 之后通过臭氧接触池和活性炭滤池的协同作用进一步去除难降解COD 和SS 等， 出水进入接触消毒池并投加NaClO， 消毒后尾水排放至水体。 工艺流程如图1 所示。

图1 污水处理厂工艺流程Fig. 1 Process flow of sewage treatment plant

4 主要建（构）型筑物及设计参数

（1） 改良型AAO 生物池。 1 座2 组， 半地下式钢筋混凝土结构。 单组尺寸为51.20 m×22.65 m×6.60 m， 水力停留时间为21.3 h， 总污泥龄为20.33 d， 污泥负荷为0.05 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）， 硝化液回流比为150%～300%， 污泥回流比为60%～150%， 供氧量为450 kg［O2］／h。 单组参数： 预缺氧区尺寸为7.00 m×8.35 m×6.60 m， 水力停留时间为1.1 h； 厌氧区尺寸为7.00 m×11.00 m×6.60 m，水力停留时间为1.5 h； 缺氧区尺寸为9.20 m×22.65 m×6.60 m， 水力停留时间为4.0 h； 好氧区3 个系列串联， 单系列尺寸为33.40 m × 7.35 m ×6.60 m，水力停留时间为14.7 h。 主要设备（单组）： 预缺氧区潜水搅拌器2 台， 叶轮直径为340 mm， 电机功率为2.2 kW； 厌氧区潜水搅拌器2 台， 叶轮直径为340 mm， 电机功率为2.2 kW； 缺氧区潜水推流器2 台， 叶轮直径为1 600 mm， 电机功率为4.0 kW；好氧区管式曝气器563 根， 单根长度为1.0 m， 通气量为3 ～12 m3／（h·m）， 氧转移效率为20% ～25%； 硝化液回流泵3 台（2 用1 备， 均变频）， 流量为130 L／s， 扬程为0.8 m， 电机功率为2.5 kW。

（2） 矩形周进周出二沉池。 1 座3 格， 半地下式钢筋混凝土结构。 单格尺寸为43.30 m×8.00 m×5.30 m， 水力停留时间为3 h， 表面负荷为0.92 m3／（m2·h）。 主要设备： 非金属链条刮泥机3 台， B ＝8 m， L ＝43.3 m， N ＝0.75 kW； 回流污泥泵3 台（2 用1 备）， 流量为470 m3／h， 扬程为7 m， 功率为18.5 kW； 剩余污泥泵2 台（1 用1 备）， 流量为50 m3／h， 扬程为20 m， 功率为5.5 kW。

（3） 磁混凝沉淀池。 1 座2 组， 半地下式钢筋混凝土结构。 单组混合池尺寸为1.95 m×1.95 m×5.2 m， 水力停留时间为1.75 min； 单组磁粉投加池尺寸为1.95 m×1.95 m×5.20 m， 水力停留时间为1.75 min； 单组絮凝池尺寸为2.40 m×2.40 m×5.20 m， 水力停留时间为2.7 min； 单组沉淀池尺寸为8.00 m×8.00 m×7.30 m， 斜管沉淀区液面负荷为10.5 m3／（m2·h）， PAC 投加量为100 mg／L， PAM 投加量为1 mg／L。 主要设备： 混合搅拌机2 台， 叶轮直径为1 200 mm， 电机功率为2.2 kW； 磁粉搅拌机2 台， 叶轮直径为1 200 mm， 电机功率为3.0 kW；絮凝搅拌机2 台， 叶轮直径为600 mm， 电机功率为4.0 kW； 中心传动刮泥机2 台， 直径为8.0 m，电机功率为0.75 kW； 回流污泥泵4 台（2 用2 备，变频）， 流量为35 m3／h， 扬程为10 m， 功率为5.5 kW； 剩余污泥泵4 台（2 用2 备， 变频）， 流量为20 m3／h， 扬程为15 m， 功率为4.0 kW； 剪切机2 台，流量为20 m3／h， 功率为2.2 kW； 磁分离机2 台，流量为20 m3／h， 功率为2.2 kW； 斜管91.12 m2（投影面积）， 长1.0 m， 直径为80 mm， 倾角60°。

（4） 臭氧接触池。 1 座2 组， 半地下式钢筋混凝土结构。 土建按远期规模建设， 设备按近期规模配置， 单组尺寸为26.55 m×7.00 m×7.25 m（有效水深6.0 m）。 水力停留时间为1.26 h， 臭氧投加量为24 mg／L。 主要设备： 曝气盘110 只， 直径为150 mm， 材质钛板＋不锈钢； 尾气破坏器2 台， 尾气处理量为18 kg［O3］／h， 电机功率为4.8 kW。

（5） 活性炭滤池。 1 座4 格， 半地下式钢筋混凝土结构， 单格尺寸为8.60 m × 5.40 m × 6.05 m。设计滤速为6.95 m／h， 强制滤速为9.27 m／h， 活性炭滤料层厚度为2.0 m。 1＃ 拼装滤板128 块， 尺寸为980 mm × 980 mm × 100 mm； 2＃ 拼 装 滤 板16块， 尺寸为980 mm×530 mm×100 mm； 颗粒活性炭滤料300 m3， 亚甲基蓝值大于200 mg／g， 碘值大于900 mg／g， 比表面积大于或等于900 m2／g； 石英砂滤料76 m3， 粒径为0.9 ～1.2 mm； 卵石15 m3，粒径为2 ～4 mm。 主要设备： 反洗风机2 台（1 用1备）， 采用罗茨风机， 流量为32 m3／min， 排出压力为47 kPa， 电机功率为45 kW； 反冲洗水泵3 台（2用1 备）， 单台流量为740 m3／h， 扬程为10 m， 电机功率为37 kW。

（6） 臭氧制备车间。 1 座， 框架结构， 平面尺寸为20.0 m×12.0 m。 主要设备： 臭氧发生器2 套（1 用1 备）， 额定产量为15 kg／h， 额定质量浓度为135 mg／L， 电机功率为150 kW； 板式换热器2套， 换热功率大于或等于120 kW； 内循环水泵2台， 单台流量为30 m3／h， 扬程为23 m， 电机功率为4.0 kW； 逆流式冷却塔1 套， 处理能力为80 m3／h， 电机功率为2.2 kW； 外循环水泵3 台（2 用1 备）， 单台流量为36 m3／h， 扬程为30 m， 电机功率为7.5 kW； 液氧储罐1 座， 有效容积为50 m3，承压能力为0.8 MPa。

5 工程运行效果

目前该工程运行稳定， 平均水量约为1.1 万m3／d， 最 大 水 量 约 为1.34 万m3／d。 进 水COD、NH3－N、 TN、 TP、 SS 平均质量浓度分别为395.8、30.7、 41.3、 4.2、 213.5 mg／L， 出水COD、 NH3－N、TN、 TP、 SS 平均质量浓度分别为40.6、 3.6、 10.4、0.32、 8.3 mg／L， 各项指标均能稳定达到GB 18918—2002 一级A 标准。

6 投资及经营成本

工程建设投资约为1.28 亿元。 经营成本为2.39元／m3， 主要为外购原辅材料费用（液氧、 NaOH、PFS、 PAC、 PAM、 乙酸钠、 NaClO 等药剂）、 外购燃料动力费（电费）、 污泥运输费、 人员工资及福利费、 修理费、 折旧费、 财务费用及其他费用等。

7 结语

（1） 该工程实践表明， 对以工业废水为主的城镇污水处理厂， 采用改良型AAO－磁混凝沉淀－臭氧氧化－活性炭滤池组合工艺进行处理， 出水能够稳定达到GB 18918—2002 中的一级A 标准。 该工艺结构紧凑， 处理效果稳定， 运行维护方便， 运行费用相对较低。 对同类污水处理厂的建设运营具有一定参考价值。

（2） 臭氧－活性炭工艺进一步去除了难降解COD， 建议工程中臭氧投加量及反应时间根据中试试验确定， 以达到最佳处理效果和经济合理性。

（3） 以工业废水为主的城镇污水处理厂， 前端应增加水解酸化等预处理工艺， 以便充分发挥生化系统的潜能。