改良AAO及污泥深度脱水工艺用于城镇污水厂迁建提标

摘 要: 焦作市第一污水处理厂迁建提标工程为满足一级 A 出水排放标准及污泥脱水含水率 ＜ 50% 的要求，污水处理采用“前置缺氧改良 AAO + 高效沉淀 + D 型滤池”工艺，污泥处理采用板框压滤深度脱水工艺。实际运行表明，出水水质达到了一级 A 排放标准，出泥含水率 ＜ 50% 。工程设计总投资为 2． 08 亿元，处理成本及运行成本分别为 1． 12 和 0． 84 元/m3，污泥深度脱水处理费用为 100 元/t 左右( 80% 含水率污泥) 。

1 工程概况

焦作市第一污水处理厂迁建提标工程是由政府筹资按规划迁址并进行水质提标升级而新建的一座城镇污水处理厂，迁建新址位于现状二厂南侧。工程设计总规模为 10 × 104 m3 / d，污泥处理部分兼顾了焦作第二污水处理厂( 15 × 104 m3 / d) 污泥量，其规模达 200 t / d。

污水处理采用“前置缺氧改良 AAO + 混合絮凝高效沉淀 + D 型滤池 + ClO₂ 消毒”主体工艺; 污泥处理采用“机械浓缩 + 污泥调理 + 板框压滤深度脱水”主体工艺。

工程服务范围: 老城区排水区域 36． 2 k㎡ 范围内的污水集中处理，包括解放区和山阳区。

工程建设目标: ①处理规模为 10 × 104 m3/ d，处理出水达到国标一级 A 排放标准; ②污泥处理规模为 200 t / d( 含水率为 80% ) ，出泥含水率达到 50%以下。

2 设计水质

本工程进水为典型城市生活污水，进水中工业废水含量约 20% ，污染物浓度总体适中，工业废水含量少，且均已达到下水道排放标准后入网，工业废水未对城市污水造成冲击，整体处理难度不大。

2015 年污水厂实际运行水质见表 1。

迁建提标工程设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》( GB 18918—2002) 一级 A 标准。设计进、出水水质见表 2。

3 工艺设计

① 二级处理

针对本工程实际进水碳氮比不高，对出水磷的去除率要求较高的情况，设计采用“前置缺氧改良AAO”为主体的二级处理工艺［1］( 见图1) ，利用部分进水( 30% ～ 40% ) 中的有机物反硝化回流污泥中的硝态氮，有效保障厌氧段聚磷菌的磷释放，在进水碳源不十分充足、反硝化程度不很高的情况下仍可获得较好的除磷效果。生化池流态采用典型推流式反应器，设计时适当提高污泥龄，保证氨氮的硝化。二沉池采用表面负荷较高、出水水质好、运行稳定的周进周出形式。设计中备用了碳源投加设备及化学除磷设备。

② 三级处理

三级深度处理采用系统缓冲能力强、反冲洗周期长的“混合 + 絮凝 + 沉淀 + 过滤”工艺。三级强化预处理具体采用机械快速混合、机械絮凝反应和斜管沉淀形式的高效沉淀池，三级滤池采用新型 D型滤池。

新型 D 型滤池具有过滤精度高( ≥5 μm 的 SS去除率≥95% ) 、滤速快( 16 ～ 25 m / h) 、纳污量大( 15 ～ 35 kg /m3 ) 、反冲洗耗水率低 ( ＜ 0． 5% ～2% ) 、加药量少( 常规技术的 1 /3 ～ 1 /2) 、运行费用低及占地面积小( 常规技术的 1 /3) 等特点。已在焦作二厂成功运行 5 年以上。

③ 污泥处理工艺

污水处理采用了长泥龄生物脱氮除磷工艺，污泥性质相对较为稳定，剩余污泥量较少。从一、二厂实际泥质检测结果来看，其无机物含量多，有机物含量及热值偏低，产气效能预期不佳。现状一、二厂剩余污泥泥质灰分大，产生的污泥不经消化直接脱水，效果较好，故设计采用直接浓缩脱水处理工艺。

深度脱水处理污泥含水率低，满足与后续污泥处置衔接的要求: 深度脱水后形成的泥饼经适当放置含水率达 50% 以下，减量化效果明显，符合《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》( GB /T23485—2009) 的要求，可直接运往垃圾填埋场与生活垃圾进行混合填埋; 深度脱水后的污泥可用于制砖; 深度脱水泥饼因含水率降低，热值提高，该泥饼还可作焚烧处置，产生的热量可回收利用。

4 核心构筑物设计参数

① 改良 AAO 池

Qmax = 11． 5 × 104 m3 / d，2 处理系列 4 池; V总 =84 240 m3; V单池 = 21 060 m3，单座内尺寸为 78 m ×45． 9 m × 6． 5 m，有效水深为 6． 0 m; 反应泥龄为 12d，总泥龄为 16． 5 d; MLSS 为 3 500 mg /L; 设计水温为 12 ℃ ; 污泥负荷为 0． 07 kgBOD5 /( kgMLSS·d) ;剩余污泥产率为 1． 274 kgDS / kgBOD5 ; 剩余污泥量为 17． 84 t / d( 均日) ; 外回流比为 50% ～ 100% ，内回流比为 50% ～ 150% ; 设计停留时间为 20． 1 h，其中前置缺氧区为 57． 5 min( 4． 8% ) 、厌氧区为 2． 3 h( 11． 4% ) 、缺氧区为 4． 23 h ( 21． 0% ) 、好氧区为12． 65 h( 62． 8% ) ; 实际需氧量( AOＲ) 为 1 190． 7kgO2 / h; 标准需氧量为 1 639． 5 kgO2 / h; 供气量为29 278 m3 / h。

主要工艺设备:

曝气装置为 EPDM 膜微孔曝气器，4 012 根，充氧能力为 7 ～ 12 m3 /( h·根) ，90 mm，L1 000 mm，氧利用率≥20% 。混合液回流泵: 潜水泵 8 台，变频调速，Q = 300 ～ 900 m3 / h，H = 25 kPa。混合搅拌: 高速潜水搅拌器28 台，前置缺氧区5． 5 kW，4 台，厌氧区 4 kW，8 台，后缺氧区 5． 5 kW，16 台。空气总管控制阀门: DN500 空气电动调节蝶阀和手动检修蝶阀各 4 台。进水渠控制: 手动调节堰门 8 套，2 000mm × 500 mm × 500 mm。回流污泥渠控制: 手动调节堰门 4 套，2 000 mm × 500 mm × 500 mm。OＲP 仪4 台，－ 1 500 ～ + 1 500 mV; DO 仪共 12 台，0 ～ 10mg /L。MLSS 混合液浓度计 12 台，0 ～ 10 g /L。空气流量计 4 台，测量范围为 0 ～ 20 m3 / s。全流程除臭微 生 物 培 养 箱 40 套，含 箱 体、内 件、填料等，1 200 mm，H = 2 000 mm，配套配电箱、一拖二变频控制柜等。

② 高效沉淀池

混合反应沉淀池采用第三代“污泥循环型”沉淀池，由快混池、絮凝反应池及沉淀池组成。Qmax = 5 417 m3 / h，Qave = 10 × 104 m3/ d; 前混合

池 2 座，V单池 = 41． 4 m3，停留时间为 1 min; 速度梯度 ＞ 250 s － 1。絮凝反应池 2 座，V单池 = 898 m3，停留时间为 20 min; 速度梯度 ＞ 50 s － 1。高密度澄清池 2座，单池斜管面积为 225 ㎡，斜管最大上升流速为11 m3 /( ㎡·h) 。

主要设备:

前混凝区混合搅拌器 2 套，立轴折桨式，变频调速，N = 22 kW。絮凝反应池絮凝搅拌机 4 套，立轴导流筒轴流叶轮式，变频调速，N = 1． 5 kW。高密度澄清池，斜管沉淀池刮泥机 2 套，17 m，N = 2． 2kW。回流污泥螺杆泵( 手动调节) 5 台( 4 用 1 备) ，Q = 0 ～ 120 m3 / h，H = 2． 0 MPa。斜板投影面积为450 m2，含斜板支撑、集水槽及三角堰板，L = 1． 5 m，θ = 60°，壁厚为 0． 8 mm，斜板间隔为 100 mm; 手动除油撇渣器 2 台，17 m。出水钢槽含堰板 36 个，尺寸为 7 500 mm × 300 mm × 300 mm; 插板闸 3 台，1 600 mm × 2 490 mm。主要仪表: 悬浮固体测量仪2 套，0 ～ 4 000 NTU，0 ～ 10 000 mg /L; pH 计及取样器 2 套，0 ～ 14; 浮球开关 2 套; 超声波泥位计 2 套，0 ～ 5 m; 高低液位报警器 2 套; pH 计及取样器 1套，0 ～ 14。

③ D 型滤池

Qmax = 13 × 104 m3 / d，1 座 8 格; 尺 寸 为37． 42 m × 29． 98 m × ( 4． 5 ～ 7． 9) m; 单池过滤面积为 42 ㎡，滤池 8 格，设计平均日平均时过滤速度为13． 37 m / h，高日平均时过滤速度为 15． 37 m / h，高日高时过 滤 速 度 为 17． 38 m / h，强制过滤速度为19． 86 m / h; 反冲洗水冲强度为 6 L /( ㎡·s) ，反冲洗气冲强度为 32 L /( ㎡·s) ; 过滤精度≥5 μm 的悬浮颗粒去除率达 95% 以上; 滤床纳污量: 15 ～ 35kg /m3; 剩余积泥率 ＜ 2% ; 滤料填装密实高度为 0． 8m; 反冲洗耗水量 ＜ 0． 5% ～ 2% 。

主要设备:

DT 自适应聚酯纤维滤料 300 m3。配水布气系统8 套，面积为42 ㎡，含滤头、滤板、盖板、盖板支撑等，包括 22ABS 滤头、混凝土滤板、PP 材质盖板、盖板 配 套 SS304 盖 板 支 撑、SS304 中梁连接板、SS304 边梁连接板、SS304 滤板压板、SS304 等边环角钢、16 ～ 32 卵石、配套 SS304 螺栓。配套管路阀门，包括各类气动方闸门、伸缩气动蝶阀、伸缩气动蝶阀、可调节开度伸缩气动蝶阀、电动蝶阀、对夹式手动蝶阀、铜制电磁阀、配套管路及辅件等。反洗风机 3 台( 2 用 1 备) ，Q = 44． 3 m3 /min，P = 50 kPa，N = 55 kW。反洗水泵 3 台( 2 用 1 备) ，Q = 454m3/ h，H = 120 kPa，N = 22 kW。电控装置 1 套，集控柜 1 台、PLC 控制系统 1 套含软件编程，现场控制台8 套，以柜内接线端子为界。

④ 深度脱水系统

污泥深度脱水工艺流程见图 2。

污泥进料系统: 污水厂含水率为 99． 2% 的污泥通过转鼓浓缩机预浓缩至含水率 96% 左右，进入储泥池，然后通过渣浆泵提升进入综合调理池。污泥调理及药剂储存投加系统: 采用 3 套碳钢防腐结构粉状药剂料仓。料仓设料位计，底部配刀闸门，配套计量输送装置。调理剂采用槽罐车运送至调理剂料仓内。调理剂和污泥在综合调理池中充分搅拌混匀。工作方式为间歇进料、连续搅拌方式。污泥压榨输送系统: 进泥泵将经调理的污泥输送至压榨机;压榨机进泥含水率为 95% ，出泥含水率为 50% ; 清洗压榨泵清洗周期: 1 ～ 3 次/周; 干化后的出泥采用3 级输送机系统。

主要设计参数:

污泥深度脱水处理占地面积约 2 514 m2，主体建筑为混凝土框架结构脱水车间厂房( 2 层) ，建筑面积约为 1 980 m2。生产车间外有调理池、储泥池、缓冲池等构筑物。生产车间( 两层) 1 间，43． 5 m ×33． 5 m × 14． 0 m; 卸泥间 1 间，22． 5 m × 8． 25 m ×11． 3 m; 配电间 1 间，12． 85 m × 12． 8 m × 5． 7 m; 调理池 6 座，单池 5． 0 m × 5． 0 m × 4． 5 m; 清洗水池及压榨水池 1 座，5． 85 m × 3． 0 m × 3． 5 m; 浓缩污泥储池 1 座，9． 0 m × 9． 5 m × 5． 35 m; 脱水污泥临时堆棚1 座，50． 0 m × 17． 0 m × 9． 0 m; 储 泥 池 1 座，12． 5 m × 9． 5 m × 5． 35 m。

深度脱水泥饼平均含水率 ＜ 60% ，蠕虫卵死亡率 ＞ 95% ，粪大肠菌群菌值 ＞ 0． 01，横向剪切强度 ＞25 kN /m2，深度脱水系统年工作时间≥7 800 h /a，每日运行时间为 16 h，压滤机工作压力( 二次挤压压力) ≥1． 5 MPa，压滤机工作周期不超过 3． 5 h，滤布寿命( 压滤次数) 不低于 1 300 次，月平均药剂的投加量不超过 8% ( 以 80% 含水率污泥计) 。

主要工艺设备:

污泥提升及预浓缩系统: 剩余污泥提升泵 4 台( 2 用 2 备) ，Q = 250 m3 / h; 带式浓缩机 5 台，Q ＜ 70m3 / h，配套反洗水泵 5 台，PAM 加药泵 5 台，自动溶药装置 2 套; 浓缩后污泥提升泵 3 台( 2 用 1 备) ，Q = 125 m3 / h。泥药调理系统: 调理池共 6 座，单格有效容 积 约 85 m3，配套 6 台桨叶调理搅拌机，1 500 /2 000 mm，P = 15 kW; 调理剂加药泵 Q =1 ～ 5 m3 / h，P = 0． 75 kW，4 台( 2 用 2 备) ，配套 2 个15 m3 PE 储药罐，用于投加 1#药剂; 料仓 3 个，单仓V = 30 m3，配套静态计量投加装置，用于投加 2 #药剂。污泥压榨深度脱水系统: 污泥专用压榨机 4 台，单台能力为 50 t / d; 压榨机专用进料泵 4 台，Q≤70m3 / h，P = 30 kW; 压榨水泵 4 台，Q ＜ 30 m3 / h，P 为18． 5 kW; 清洗水泵 3 套( 2 用 1 备) ，Q ＜ 15 m3 / h，P为( 15 + 15) kW; 气罐 Q = 1． 0 m3，P = 0． 80 MPa，3 个，配套 1． 2 m3 空气冷干机 2 台，气罐 Q = 5． 0m3，P = 0． 80 MPa，2 个; 空压机各 2 台，P = 0． 80MPa，Q = 5． 0 /1． 0 m3 /min。深度脱水污泥传输、储存: 输送机，配套三级输送设备，输送至储泥斗; 碳钢防腐储泥斗 2 个，V = 60 m3 /个。

5 工程调试与运行

本工程于 2016 年 4 月 20 日建设完成，2016 年8 月 16 日完成交工验收，竣工后即交付进入调试运行阶段，目前正在进行环保验收。项目于 2017 年 8 月 16 日由市环境保护局进行了环保验收现场检查，进 水 COD 为 167 ～ 228mg /L、氨氮为 23． 3 ～ 29． 4 mg /L、SS 为 153 ～ 199mg /L、BOD5 为 63． 7 ～ 85． 5 mg /L、总磷为 0． 932 ～0． 955 mg /L、总氮为 24． 9 ～ 25． 3 mg /L、色度为 32 ～64 倍，出 水 COD 为 16． 3 ～ 19． 6 mg /L、氨 氮 为0． 778 ～ 1． 63 mg /L、SS 为 5 ～ 9 mg /L、BOD5 为1． 4 ～1． 7 mg /L、总磷 为 0． 311 ～ 0． 355 mg /L、总 氮 为11． 7 ～ 12． 0 mg /L、色度为 4 倍，达到了一级 A 排放标准。板框脱水出泥泥饼含水率为 47． 5% ～ 48． 7% 。

6 技术经济分析

该工程的规划总控制用地面积为 12． 85 hm2，实际 用 地 为 7． 93 hm2，折合用地指标为 0． 793m2 /( m3·d － 1 ) ，厂区绿化率为 37． 6% 。工程总投资为 2． 08 亿元，一类工程费为 1． 69 亿元。污水单位处理成本为 1． 12 元/m3，单位运行成本为 0． 84元/m3。污水电耗为 0． 36 kW·h /m3，其中，污水部分( 二级 + 三级处理) 电耗为 0． 278 kW·h，污泥深度脱水部分电耗为 0． 082 kW·h，年总用电量为1 314 × 104 kW · h，单 位 BOD5 能 耗 为 2． 57kW·h / kgBOD5。深度处理 PAM( 阴离子) 消耗量为36． 5 t /a，化学除磷 PAC 消耗量为 1 672 t /a，消毒ClO2 消耗量为 365 t /a ( 氯酸钠 392 t /a、盐酸 173t /a) 。污泥深度脱水各类调理药剂费、水电费及耗材费用控制在 100 元/t 左右( 折 80% 含水率污泥) ，其中 污 泥 脱 水 PAM ( 阳 离 子) 40 t /a、固 化 剂2 500 t /a、三氯化铁 416 t /a。

7 结论

焦作市第一污水处理厂迁建提标工程设计采用“前置缺氧改良 AAO + 混合絮凝高效沉淀 + D 型滤池 + ClO2 消毒”工艺，出水水质达到了一级 A 排放标准。剩余污泥经机械浓缩 + 污泥调理 + 板框压滤深度脱水后达到低于 50% 含水率的预期效果。