AAAO+MBR组合工艺在寒冷地区城镇污水处理厂的应用

郭嘉宇 南国英 郭晓鹏 王彤宇 王彤明 任淑萍 代学民*

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000；2.张家口鸿源污水处理有限公司，河北 张家口市崇礼区 076300；3.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300074)

张家口市崇礼区位于河北省西北部，阴山山脉东段的大马山群山支系和燕山余脉交接地带，地貌属坝上坝下过渡型山区，1-3月份平均气温-8.76℃，10-12月份平均气温-3.93℃，属于寒冷地区.冬季平均气温-12℃，平均风速仅为二级，降雪早，全年积雪1.5米左右，存雪期150多天，雪质参数符合国际滑雪标准，被专家誉为中国发展滑雪产业理想区域.

随着张家口市崇礼区城镇经济的飞速发展以及城镇人口的日益增加，城镇污水排放量成为一个庞大的污染负担.同时，2022年冬奥会将在崇礼举办，吸引国内外游客参观游览，这无疑是对城镇污水处理能力的巨大考验.此外，为积极响应国家《水污染防治行动计划》(水十条)对处理厂出水水质的要求，改善清水河周边及永定河流域水质，提高城镇居民和下游居民的水质质量，实现崇礼区水资源循环可持续发展，故新建崇礼污水处理厂势在必行.

1 工程概况

崇礼城区现有污水处理厂一座，设计处理能力8000m3/d，污水厂出水执行一级A排放标准，主体工艺采用预处理+CASS+絮凝沉淀+滤池过滤工艺.污水厂实际运行处理量为5400m3/d，峰值流量达到6380m3/d时出现污水溢流现象，而且由于崇礼区属于寒冷地区，冬季气温低下，影响污水处理效果难以达到排放标准.为保证城镇水环境的稳定性以及污水达标排放，现对崇礼城区污水处理厂进行新建工程.因原污水处理厂土地面积不满足扩建改造条件，所以在距离现有污水处理厂南侧4.8km的下两间房村选址新建污水处理厂，厂区占地面积60亩.新建污水处理厂规模为2.5×104m3/d，主要服务主城区及附近滑雪场，配套管网98km，主体工艺采用AAAO+MBR组合工艺系统，出水水质同时满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)以及《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准.

根据现有污水处理厂近些年收集的进水水质数据确定新建污水处理厂设计进出水水质.具体参数见表1.

表1 崇礼区新建污水处理厂设计进出水水质(单位mg/l)

2 工艺流程

考虑崇礼冬季寒冷的实际情况，并参考近几年国内外相关污水处理厂实例和经验分析，确定崇礼区新建污水处理厂处理工艺流程如图1所示.主体处理工艺采用AAAO+MBR组合处理工艺，能够有效去除降解有机污染物，脱氮除磷效果好，出水水质优良.城镇生活污水通过市政管网收集进入污水处理厂后，经粗格栅截留去除粒径大于20mm的悬浮物，再经潜污泵提升至细格栅和旋流沉砂池，通过细格栅截留直径大于3mm的悬浮物后出水进入旋流沉砂池，通过搅拌作用去除粒径较大的砂粒，然后污水进入膜格栅拦截粒径大于1mm的悬浮物，膜格栅出水后依次进入厌氧池、缺氧池I、缺氧池II和曝气池，通过强化生物代谢作用去除污水中的各类污染物.生物处理系统的出水再进入MBR膜分离系统进行固液分离，而后进入接触消毒池通过投加次氯酸钠进行消毒杀菌，其部分出水可回用作内部反冲洗、绿化等，剩余出水就近外排入清水河.处理过程产生的污泥先通过带式浓缩机机降低污泥含水率，再由拉板隔膜压滤机机械脱水后形成泥饼外运.

图1 崇礼区新建污水处理厂运行流程图

3 主要构筑物及参数

3.1 粗格栅及提升泵房

粗格栅与提升泵房合建，平面尺寸L×B×H=15.17m×6m×4.5m.粗格栅选用回转式机械粗格栅2台，栅条间隙20mm，渠宽1.0m，安装倾角75°，排渣高度1.4m，设备功率1.1kw；配有一套皮带输送机，宽度为500mm，输送长度4.0m，功率为1.1kw；提升泵房为地下式潜水泵站，选用3台潜污泵(两用一备，均为变频控制)，单台流量Q=720m3/h，扬程H=12m，功率N=37.5kw.

3.2 细格栅及旋流沉砂池

细格栅及旋流沉砂池合建，平面尺寸L×B×H=25.20m×14.50m×7.70m.细格栅采用回转式细格栅2台，栅条间隙为3mm，安装倾角为75°，渠宽1.0m，渠深1.85m，设备功率1.1kw.旋流沉砂池用于去除进水中比重大于2.65，粒径大于0.2mm的砂粒，D×H=3.65m×4.16m.配有砂水分离器1台，型号SF-320，处理量12-20L/s，N=0.37kw，沉砂由砂斗收集后外运.

3.3 膜格栅

膜格栅采用内流式非金属孔板格栅2台，栅条间隙为1mm，渠宽1600mm，栅前水深1.35m，设备功率1.5kw.配备螺旋压榨机一台，螺旋直径355mm，设备功率2.2kw.

3.4 AAAO+MBR生化组合池

①AAAO池

厌氧池设计两组，单组尺寸L×B×H=15.4m×9.0m×7.0m，有效水深6.0m，停留时间为1.6h.在厌氧条件下，聚磷微生物充分利用碳源进行释放磷的过程[1]，为后续进入好氧环境充分吸收磷做准备.

缺氧池I设计两组，单组尺寸L×B×H=29.0m×9.0m×7.0m，有效水深6.0m，停留时间为3.0h，缺氧池I回流至厌氧池混合液回流比为200%.

缺氧池II设计两组，单组尺寸L×B×H=32.8m×9.0m×7.0m，有效水深6.0m，停留时间为3.4h.在缺氧池中，好氧反应器内循环送来的回流液中含有丰富的硝态氮，由缺氧池中的反硝化微生物进行脱氮处理.

曝气池设计两组，单组尺寸L×B×H=52.10m×18.0m×7.0m，有效水深6.0m，停留时间为10.66h，曝气池回流至缺氧池I和缺氧池II混合液回流比为300%.污泥负荷为0.062kgBOD5/kgMLSS·d，污泥浓度为8000mg/L，污泥龄为15d，曝气设备采用1188套可变微孔管式曝气器，单个曝气设备通气量为6-8m3/h.在好氧池中通过好氧微生物吸附降解水中的各类污染物，并将通过回流作用强化脱氮除磷效果.

②MBR池

MBR池设计两组，膜池数量共为8个，单个膜池尺寸L×B×H=13.68m×3.80m×6.00m，平均曝气量为25.67m3/min，停留时间为1.8h，混合液外回流比为300%-400%.膜组件采用3840片聚偏氟乙烯(PVDF)外压式中空纤维膜，膜运行通量为13.21L/m2·h.MBR工艺实现了HRT与SRT的完全分离，进一步去除污水中污染物，稳定提升出水水质.MBR工艺对硝酸菌和聚磷菌等微生物的完全截留，提高了脱氮除磷系统内的生物总量进而强化系统去除污染物的能力[2].

MBR反应器的污泥系统采用3台变频污泥回流泵(两用一备)，单台流量Q=2083m3/h，扬程H=1.3m，功率N=18.5kw.同时配有剩余污泥泵2台，单台流量Q=80m3/h，扬程H=16m,功率N=7.5KW.MBR反冲洗系统采用2台反冲洗泵，1台柠檬酸加药泵，2台次氯酸钠加药泵台，碱加药泵1台，采用投加次氯酸钠、柠檬酸等药剂的方式进行清洗.

3.5 接触消毒池

接触消毒池设计1座，尺寸L×B×H=18.0m×10.0m×4.75m.采用投加次氯酸钠工艺进行水质消毒杀菌，投加浓度为10mg/l，停留时间为30min.

3.6 污泥脱水机房

污泥脱水机房尺寸L×B×H=32.34m×13.44m×6.60m.脱水设备采用型号DS-2000带式浓缩机(Q=50m3/h，N=1.85kw)和型号XMZG300/1500-U程控自动拉板隔膜压滤机(过滤面积300m2)，并投加PAC和PAM药剂进行絮凝沉淀，其滤液和砂水分离液回流至进水处进行循环，泥饼外运至垃圾处理厂卫生填埋.

4 低温下稳定运行措施

4.1 加强处理系统保温措施

张家口市崇礼区属于寒冷地区，为确保冬季寒冷低温下稳定运行，对生化池以及重要附属构筑物池壁采用保温棉或者保温板进行防护，同时采用池顶加盖措施以及搭建砖混结构或车间框架进行防护.对于处理流程中重要的仪器设备，为保证其稳定运行以及处理效果，可在房间内安装暖气.此外，对污水处理厂进水管道以及各处理构筑物输送管道也应采用保温棉包裹，避免在输送过程中因管道散热问题影响后续处理效果.

4.2 调整工艺参数以适应低温条件

(1)适当提高某些处理反应器的水力停留时间(HRT)并保证充足碳源.将缺氧池的水力停留时间增加1h，并在厌氧池进水处连续投加碳源，提高进水碳氮比≥2，保证生化处理单元污水中充足的碳源.

(2)适当提高反应器内污泥浓度以及曝气量.缺氧池I、缺氧池II污泥浓度控制在8g/L左右，曝气池污泥浓度为10g/L左右，MBR膜池污泥浓度达到12g/L左右，曝气池末端DO控制在大于4mg/L.

5 运行效果

该污水处理厂于2020年10月进入试运行阶段，截止2021年4月，其运行效果稳定，运行期间出水水质见表2.由表2可见，出水水质远优于排放标准.

表2 新建污水处理厂运行出水水质(单位mg/l)

6 技术经济分析

项目总投资为11766.31万元，其中建设投资为10018.16万元，日运行成本为4.38万元.污水处理厂装机容量1571kw，计算容量1168kw，最大负荷年利用小时数8760小时，日耗电数为2.8×104千瓦时.污水处理厂平均每天消耗的PAM为10.33kg，PAC为750kg.

7 结 语

(1)AAAO+MBR组合工艺系统排列紧凑，对土地的需求远小于其他传统处理工艺；对水质水量变化适应能力强，能有效应对各种突发状况；此外，自动化操作系统的普及，更符合现代水处理技术的潮流.

(2)AAAO+MBR组合工艺系统处理生活污水，运行效果稳定，出水水质满足一级A排放标准，对改善当地水环境质量，促进当地经济发展具有重要意义.

(3)AAAO+MBR组合工艺具有较长的污泥龄、较高的污泥浓度，能有效应对寒冷地区冬季低温下污水处理效果不稳定的情况，采用搭建框架结构或砖混结构车间以及对输送管道进行保温等措施，可实现冬季低温下稳定达标运行.

(4)在冬季，可以通过适当提高缺氧池的水力停留时间并保证生化处理单元污水中充足的碳源，适当提高生化处理单元内污泥浓度以及曝气池内的曝气量，来保证寒冷地区污水厂在低温下的稳定运行，达标排放.