AO工艺城镇污水处理设施升级改造工程应用研究李斯亮刘敏刘志鹏等

给水排水　Ｖｏｌ．４０　Ｎｏ．９　２０１４３３　　　ＡＯ工艺城镇污水处理设施升级改造工程应用研究１，２　　３　３　１（１哈尔滨工业大学市政环境工程学院，哈尔滨　１５００９０；２黑龙江省住房和城乡建设厅，哈尔滨　１５０００１；３龙江环保集团股份有限公司，哈尔滨　１５００２０）　　摘要　以宁安污水处理厂升级改造工程为研究对象，以开发适合中小城镇现有污水处理设施升级改造的技术体系为目标，探讨悬浮填料改造升级现有Ａ／Ｏ工艺中小城镇污水处理设施后处理生活污水的效能、工艺参数优化与污染物去除机理，以最低投入、不新增占地、减量污泥、不新增处理单元等技术特征，使污水处理厂出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ　１８９１８—２００２）一级Ａ标准。关键词　Ａ／Ｏ工艺　提标改造　悬浮填料１　工程背景宁安污水处理厂始建于２０１０年１月，处理规模为１万ｍ３／ｄ，采用一体化Ａ／Ｏ工艺，总占地为３．０２ｈｍ２，用于处理宁安市中心区域的生活污水，服务面积９ｋｍ２，服务人口１１万。出水水质执行（ＧＢ　１８９１８—２００２）的一级Ｂ标准直接排入牡丹江。随着宁安市城镇化进程的不断深入，在城市污水排放量不断增加的同时，污水浓度也不断提高，因此，宁安污水处理厂原有处理能力已经不能满足城市发展对环境的要求，迫切需要实施扩建及升级改造。２　改造目标（１）处理能力增加至２万ｍ３／ｄ。由于一期工程并未考虑远期预留，且扩建工期紧张，如再建４座悬浮污泥层Ａ／Ｏ一体化池，需新增建筑用地且所需要的时间较长、投资也相对较大。因此，采用在原有工艺的基础上投加悬浮填料的方案，实现处理能力的增加。（２）提高出水水质。改造工程建成投产后，出水水质需由一级Ｂ提高为一级Ａ标准。（３）解决冬季低温氨氮处理率低的难题。由于宁安市地处寒冷地区，每年冬季低温期持续时间４～５个月，期间大部分地区水温降至－１２℃以下，使得污水处理厂的运行面临较多的问题，比较突出的就是低温期氨氮去除效果差，不能达标排放。通过向生物系统内投加悬浮填料，使填料表面大量形成长泥龄生物菌群，从而在很大程度上提高了生物系统内的硝化细菌含量，强化了污水处理厂的总体处理效果。３　改造方案论证３．１　进出水水质该污水处理厂进水水质如表１所示，设计出水水质满足ＧＢ　１８９１８—２００２一级Ａ标准。表１　设计进出水水质项目ＢＯＤ５／ｍｇ／ＬＣＯＤ／ｍｇ／ＬＮＨ３—Ｎ／ｍｇ／ＬＴＮ／ｍｇ／Ｌ水量／万ｍ３／ｄ进水２００　４００　３５　５０　２出水２０　５０　８（５）１５　２　注：括号外数值为水温＞１２℃时的控制指标，括号内数值为水温≤１２℃时的控制指标。３．２　工艺流程结合宁安污水处理厂实际工程状况，采用一体化Ａ／Ｏ系统改造＋悬浮填料工艺应用于宁安污水厂工艺改造中。工艺流程见图１。图１　工艺流程３．３　设计参数（见表２）４　改造实施进程２０１１年６月１６日～１１月１０日进行基础设施增容改造，包括相应进水管道、排泥管道改造；相应设备增容等。３４　　　给水排水　Ｖｏｌ．４０　Ｎｏ．９　２０１４表２　设计参数参数数值ＢＯＤ５／ｋｇ／ｄ４　０００ＣＯＤ／ｋｇ／ｄ　８　０００氨氮／ｋｇ／ｄ　７００总氮／ｋｇ／ｄ　１　０００填料内部污泥浓度（投加率１７％）／ｍｇ／Ｌ　４０　０００生化池内混合液／ｍｇ／Ｌ　３　３００综合污泥浓度／ｍｇ／Ｌ　９　７００污泥负荷／ＢＯＤ５／（ｋｇＭＬＶＳＳ·ｄ）０．１硝化速率／ｋｇＮＨ３—Ｎ／（ｋｇＭＬＶＳＳ·ｄ）０．０４７反硝化速率／ｋｇＮ／（ｋｇＭＬＶＳＳ·ｄ）０．０３６　　２０１２年３月２７日～４月１９日，进行２＃生化池池体改造，包括：①针对原一体化Ａ／Ｏ池设计不足，完善排泥系统。包括总排泥管路改造，每池排泥点由１８个增至４５０个，排泥汇管分段加倍，使系统排泥均匀；增加带一定吸程的管道泵，并提高进储泥池水头，让进泥管始终高于储泥池液位，利于排泥；②针对Ｖ型斜面妨碍填料在曝气系统中循环流通，每池增设搅拌机４台，共增加搅拌机１６台，以保证悬浮填料在系统内的悬浮状态，防止悬浮填料聚集在曝气池出水端；③改造气提管路，优化水利条件，由原来的单纯Ｏ池内循环改为回流至Ａ池前端，实现真正的内回流，提高反硝化效果；④增加悬浮填料回流，进一步提高反硝化效果。３月２０日～５月１９日，２＃池悬浮填料挂膜启动，好氧池内投聚氨酯填料１７４ｍ３（投加率１７％），污泥取自牡丹江某污水处理厂二沉池排除的剩余污泥，采用快速排泥法挂膜。当填料内表面长出黄色且透明的生物膜，同时可获得较为稳定的出水水质，表明挂膜成功，可以正式投入运行，运行数据与同期其余生化池指标对比，考察处理效果。４月２０日～５月２８日，２＃生化池二期调试阶段及１＃池体二期改造，进行１＃池体改造，以２＃固定化硝化菌为种源，按体积比１７％投加悬浮填料，调试运行直至满负荷运行。５月２９日～８月２７日，３＃、４＃池体二期改造，重复上一步骤，分别进行３＃、４＃池体二期改造，直至４池全部满负荷运行，完成二期工程改造。５　运行效果５．１　处理水量宁安污水处理厂通过改造原有基础设施，投加悬浮填料的方式优化原有工艺。原有一体化Ａ／Ｏ反应池可以维持３　０００～４　０００ｍｇ／Ｌ的污泥浓度，投加悬浮填料后ＭＬＳＳ可达８　０００～１０　０００ｍｇ／Ｌ，为实现较高的容积负荷创造了条件，不新增生化池而将处理能力由１万ｍ３／ｄ提高至２万ｍ３／ｄ，节省了基建费用。５．２　污水处理厂运行效能分析５．２．１　２＃单池改造阶段５．２．１．１　水质指标从２０１２年４月２０日～５月１７日，统计天数２７ｄ。２＃生化池于４月１９日改造完毕，开始单池满负荷运行，运行效果见图２。同等运行工况下，与其余３组生化池运行效果数据对比：２＃氨氮出水超标天数３ｄ，平均出水浓度５．２５ｍｇ／Ｌ，平均去除率达８２％；对照组３＃超标天数２１ｄ，平均出水浓度１６．９ｍｇ／Ｌ，出水水质严重超标，平均去除率仅为４０％。图２　２＃单池改造进出水指标对比５．２．１．２　微生物相分析２＃生化系统电镜照片见图３，系统中污泥絮粒大，呈圆形封闭状，絮粒胶体厚实，结构紧密，丝状菌数量少；系统中以固着型纤毛虫和钟虫为主，在高倍镜下可见钟虫、纤毛环摆动频繁，同时存在少量轮虫，约２～３个／片；染色镜检观察，曝气池混合液和载体内细菌数量明显多于３＃，约１０５～１０６个／片；电镜观察，清晰可见悬浮填料内部附着大量球菌。对照组３＃生化系统中污泥絮粒大小适中，但存在部分开放结构，并伴有很多细小絮粒；填料内轮虫占绝对优势，同时存在大量游动型纤毛虫、肾形虫及鞭毛虫；染色镜检观察，曝气池混合液中细菌数量给水排水　Ｖｏｌ．４０　Ｎｏ．９　２０１４３５　　　图３　春季２＃生化系统电镜扫描结果较少，约１０３个／片。５．２．２　改选后工程正式运行阶段效能分析５．２．２．１　水质指标２０１２年８月２７日～１１月２０日，９月各项水质指标除ＴＰ超标１次外，其余指标均达标，ＢＯＤ５、ＣＯＤ、氨氮、ＴＮ、ＳＳ平均去除率分别为：９０％、８９．３１％、８０．２３％、３８．９５％和９５．３５％；１０月、１１月各项水质指标均达标排放，ＢＯＤ５、ＣＯＤ、氨氮、ＴＮ、ＴＰ和ＳＳ平均去除率分别为８７．４４％、８８．８０％、８２．３８％、４７．０７％、７０．０４％和９４．９５％及９０．９７％、８７．２１％、８７．０６％、６０．７４％、８９．５１％和９４．４２％。１０月末、１１月初，处于污水处理水温波动期，出水氨氮、总氮未出现超标现象和不合理波动，系统具有较好的脱氮能力，可以认为二期工程安全平稳的渡过了本阶段。改造后工程的氨氮去除情况见图４。图４　改造后工程进出水氨氮情况５．２．２．２　生化系统指标悬浮填料投加后能够提高现有装置的负荷而不增加现有沉淀池的固体负荷。系统出水利用悬浮污泥层进行泥水分离，由于混合液中大量的活性污泥被填料吸附并留在系统中，所以混合液中的悬浮物并没有提高。改造后（１１月）２＃池污泥指标见表３。５．２．２．３　微生物相进入冬季期，水温骤降，微生物是否能够适应低温环境，且微生物在温度变化时的群落多样性和硝表３　改造后２＃池污泥指标参数数值　ＭＬＳＳ／ｍｇ／Ｌ综合浓度９　４００～１１　０４５混合液４　３２５～４　７８５载体内５　６３５～６　２６０　ＭＬＶＳＳ／ｍｇ／Ｌ综合浓度５　１９５～５　７８５混合液１　８９５～２　０３５载体内３　３００～３　７５０　有机分／％综合浓度５５混合液４５载体内６２化菌的稳定性考察，对于二期工程的有效性研究具有标志性意义。由扫描电镜图片（见图５）可知，悬浮填料内部仍聚集较多数量的球菌（硝化菌），且数量略多于２＃池春季低温启动期间。结合１１月水温波动期进出水水质数据，季节性水温变化对悬浮填料内部微生物群落多样性影响较小，即随着季节性变化硝化菌的优势地位依然存在，有效缓解了水温波动带来的氨氮去除率低等负面影响，维持了生物正常生长繁殖的需要，保证了系统的正常进行。图５　冬季２＃池填料扫描电镜６　结论（１）采用悬浮填料改造一体化Ａ／Ｏ生物处理工艺，应用灵活，可在反应池运行时投放，且驯化时间短，节省空间和基建费用，适用于已建设施的改扩建。（２）通过系统外耐低温硝化菌的培养、驯化、增殖、载体复配，很好地解决了北方地区污水处理厂冬季低温期氨氮处理率低的难题。（３）工程改造以来氨氮去除率低温期达９０％，中温期达９５％以上，处理效果稳定高效。　　＆Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｓｉｌｉａｎｇ　[e-mail]收稿日期：２０１４－０４－１６修回日期：２０１４－０７－１０