牧屿污水厂原设计为1万吨/天，出水标准为一级B，现需扩建至5万吨/天，同时出水标准为地表准IV类。综合考虑建设工期、投资成本、运行成本、占地面积、运维管理等因素，主体工艺采用”多级缺好氧+高效沉淀池+反硝化深床滤池”，分析一年的运行数据，在进水水质不超过设计条件、高效沉淀池前端投加铝盐、缺氧池投加葡萄糖、反硝化深床滤池前端投加乙酸钠时，可使出水稳定达标,与MBR工艺比较，直接运行成本可减少约0.20元/吨水（不包括膜折旧费用）。
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) x( O4 r# r9 S; R# W8 X6 l) C* c' _01 项目背景
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: m) S, L6 H. g* U; f温岭市牧屿污水处理厂原处理规模1万m3/d，于2013年年底竣工，设计出水水质为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准，出水最终排入月河。依据《温岭市泽国镇污水专项规划（2013~2020）》，牧屿污水处理厂的来水量大幅增加。为满足环保要求，消除城镇水体污染根源，改善水系环境质量，浙江省委、省政府联合印发了《关于全面实施“河长制”进一步加强水环境治理工作的意见》（浙委发〔2013〕36号），2015年8月28日，台州市人民政府下发了专题会议纪要，要求“全市污水处理厂出水水质都要提高到地表准IV类”。为满足日益增长的污水量以及最新的环保要求，牧屿污水处理厂亟需提标和扩建。
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02 原污水厂概况
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& y: S. J$ l5 K$ D+ _2.1 原系统处理工艺及进出水水质. y- `* A0 @. E9 ]+ v d4 o
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原系统规模为1万吨/天，采用改良氧化沟工艺，即倒置AAO运行模式（氧化沟），流程为：粗细格栅→旋流沉砂→厌氧→兼氧→好氧→沉淀→消毒→排放。表1为原污水处理厂设计和实际进出水水质数据。 Z6 t1 a2 Z- B& E
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表1 2014年1月~2016年6月进出水水质
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原水水质统计缺少BOD5值，只有2016年偶然测定的一两个数据，根据一般城市污水处理厂的数据以及偶然测定的数据，污水处理厂进水BOD5按照COD的一半估算。原水COD/TN=3.17，COD/TP=35.5，BOD//TN=1.6, BOD/TP=17.7，原水碳氮比偏低，碳源不足。
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原设计出水为一级B标准，从实际运行效果来看，进水水质存在的最大问题是BOD浓度偏低，微生物进行脱氮除磷的碳源严重不足，导致出水氨氮、总氮和总磷去除效果不理想，基本未达到设计出水要求。分析原因，污水主要来自牧屿片内企业的工业废水及居民生活用水，目前城镇污水以生活污水为主，由于老城区污水管网系统尚不完善，且多为合流制管渠，污水浓度相对偏低；同时，从工业区的工业名录上看，工业企业多为低耗水、轻污染企业，也会导致污水偏淡。
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# {/ G9 G; S8 \$ f# G5 ^! K提标前的主要超标污染物是氨氮、总氮、TP。对比《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级B标准，NH3-N（≤8mg/l）的累计达标频率为73.7%，对比台州市地表准Ⅳ类水标准来判断，则达标率只有17.7%，而TN和TP达标率为0。- W5 i' A. R8 ?4 p, J8 `
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2.2 原系统问题的分析* V: v5 e# y" ?
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通过对原有系统设计文件及运行情况的考察，原系统生化系统总停留时间16.9h，其中缺氧段3.4h、厌氧段2.5h、好氧段11.0h，基本满足生化处理及生物脱氮除磷时间要求，但脱氮效率较低，存在的原因有：
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/ `( a$ h% d: ^（1）原系统风机运行不正常，原设计的两台风量为40m3/min的风机损坏无法使用，只有一台临时风机，风量只有18m3/min，造成氧化沟内曝气量严重不足，硝化效率较低。现场实测缺氧池缺氧池DO=0.03mg/L，厌氧池DO=0.04mg/L，好氧池DO=0.13~0.24mg/L。
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& ]+ J& E6 r( @( R Z. ?* j（2）进水碳氮比较低，碳氮比只有1.6，远低于常规要求比碳氮比不低于4的要求，反硝化所需碳源不足，生物脱氮除磷效果差。
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8 v& P! K- Z) }（3）无后置的化学除磷设施，若长期在二沉池出口投加化学除磷药剂，对污泥活性造成不良影响，除磷效果不佳。' d/ J. ^0 }" g& \
* r, J1 q+ L% D& m6 b03 提标扩建思路) F/ Y& |8 d$ z8 m
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3.1 原系统改造思路$ ]; E! K, ~# q. C
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原系统改造思路要充分考虑本次提标和扩建，力求功能分区明确，工艺流程简洁，主要有：1 n) R( W* n; d9 K, j
V# T$ Q$ C9 M- \（1）因提标改造期间不能停水，所以不改造现有构筑物，只更换或增加设备，优化运行参数；) R: }3 @1 g, z, r0 O5 E: C% L
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（2）优先考虑在原有生化池脱氮，提高脱氮效率。确保现有系统出水氨氮达标，力争TN达标，不足部分依靠新建深度处理解决；, f- l0 y+ l) X& C* l; x! x' Y
+ X; K1 D+ e V: ]0 k（3）优化生化池运行参数，提高生物除磷效率，其次依靠后置化学除磷保证出水达标。
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3.2 原系统改造方案
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（1）一是更换现有风机，重新核定风量，拟采用设计风量为Q=45m3/min的风机。二是增加好氧段（氧化沟）曝气量。为避免改造对现有系统系统运行的影响，不改动现有氧化沟内的曝气系统，只考虑增加潜水曝气机以增加曝气量，拟采用2台螺旋曝气机，Q=7.12m3/min，充氧量为19.8kgO2/h，进水浓度不高时可不运行螺旋曝气机。
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! k- H6 o Y5 b" [# J$ F' r（2）增加外部碳源投加设施。碳源投加设施及深度处理可在扩建方案中统一考虑，一期改造期间可设临时药剂投加装置。碳源投加点为一期缺氧池、二期AAOAO中的最后一个A段及深床滤池入口处。
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4 F4 q3 s/ o! s' h) Q6 R, N（3）增加二沉池剩余污泥回流管路，加大回流量，提高污泥浓度及污泥泥龄。. u" r/ f3 p) ~$ `; ?% ~0 p4 Z9 r K
" O2 c4 w+ R! Y% W) w2 L（4）改造原有系统出水，首先进入后续新建深度处理系统的高效混凝沉淀池，进行化学除磷。然后进入深床滤池，必要时在此添加乙酸钠或其它碳源进行深度脱氮。出水消毒排放。
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8 `' q& R; G9 @9 U8 e（5）考虑到新标准地表准IV类出水TN为12mg/L，在冬季水温低时TN达标有难度，在进水TN浓度高时，原系统进水量控制在7000m3/d,此时扩建可进43000m3的水量。# I" n" m8 o4 w" X6 \
7 S; Y1 @6 v6 F- o6 [3.3提标扩建方案- |* H1 P2 s- h) \3 L
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3.3.1设计规模及进出水水质
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& {7 S7 U5 I+ W) ~' Z( ]6 Y1 `本次改扩建工程处理现有牧屿、丹崖及大溪三个污水处理厂服务范围内的污水。经统计，本次工程服务范围内的污水总量约5.34万m3/d，扣除牧屿污水厂原有1万m3/d的二级处理能力，近期牧屿污水厂扩建工程规模确定为4万m3/d，深度处理规模确定为5万m3/d。表2为提标扩建设计进出水水质。 D& s1 S; j4 r
2 z7 I# _0 T8 R7 e6 X8 ]! Q表2 提标扩建设计进出水水质0 m$ z, X7 s; }/ K
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3.3.2提标扩建工艺, E; \3 N2 w7 s% K7 M$ c9 }
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综合考虑投资模式、建设工期、处理效果、用地条件、工程投资、运行成本等多方面因素，本项目扩建4万吨主体工艺采用AAOAO工艺[1]，以增加达标可靠性。深度处理规模设计为5万吨/天，主体工艺采用高效沉淀池+反硝化深床滤池[2【3】 。工艺流程见图1。
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( g; |* g2 W R7 T$ {1 {1 j6 }; u图1 污水处理工艺流程图
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) l* w4 Y0 h8 [污水流入污水处理厂，首先经过粗格栅去除大的漂浮物，用泵提升至细格栅进一步去除水中细小漂浮物，细格栅出水流入沉砂池去除水中颗粒物较大的沙石，除砂后的污水自流进入AAOAO生化反应池，在反应池中分别进入预缺氧调节、厌氧、缺氧、好氧、缺氧、好氧多级反应，去除大部分的有机物、氨氮、总氮、总磷，设计反应池多点进水，采用可调节进水堰，充分利用原水碳源。出水流入二沉池进行泥水分离，二沉池清水经超细格栅后，进入二次提升泵房。经二次提升后的污水及原系统改造后的二沉池出水一起进入高效沉淀池投加PAC、PAM进行化学除磷，出水进入深床滤池进一步去除悬浮物、TN，出水经紫外消毒后达标排放。
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% p/ _, h5 O" R1 j二沉池污泥部分回流到AAOAO池的厌氧/缺氧调节区，其余污泥和高效沉淀池排泥共同排至污泥池后进行浓缩压滤。
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]; U' H$ B; U8 U: w q. f设计还考虑污水处理厂一旦出现异常情况，可以通过在高效沉淀池投加活性炭，生化池增加填料等方式改善处理效果。并在平面布置上留有进一步提标改造的位置。
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& e8 B, _0 P1 ~8 r' P3 P7 e污泥处理采用带式浓缩脱水一体化压滤机，压滤后的泥饼外运至政府指定的地点统一处置，流程见图2。
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图2 污泥处理工艺流程示意图: v9 h/ {& j" Q4 }5 a
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04 提标扩建后运行现状1 N' q0 M5 Q+ T# F% [$ y( |6 h
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提标扩建工程于2017年初结束，经近三个月的调试，自5月份开始系统进入稳定运行期，各项出水稳定达到地表准IV类标准。表3为月平均进水、生化池出水、深床滤池进水、出水等数据。
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表3 提标扩建后实际进出水水质
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根据上表数据分析主要指标达标情况：
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（1）COD/NH3-N：提标扩建前，因进水含有较少难降解COD，在运行正常情况下，原倒置AAO工艺（氧化沟）二沉池出水COD基本小于准IV标准30mg/L，提标扩建后，新建4万吨/天主体工艺采用AAOAO ，生化池总停留时间长达23.4小时，出水COD更低，原系统和新建系统出水混合后进入深度处理后，总出水COD进一步降低至9～20mg/L（见表3）。
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2 c. n7 A, \3 o. `& Q由于原系统风机效率不高，在提标扩建时更换原风机为效率较高的空浮（考虑到管路等，风量维持不变），又增加2台螺旋式风机曝气，提高了有机物降解率和硝化效果，故出水BOD5和NH3-N大大降低。上表中出现出水BOD5比深床滤池进水高的情况，分析是由于在深床滤池入口投加了过量的乙酸钠导致。
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# D- z, T1 F$ {) p; z! @, S（2）SS：提标扩建前，原系统二沉池出水SS在15mg/L左右，因地表准IV类SS为5mg/L，增加高效沉淀池并在入口处投加铝盐或铁盐，并经深床滤池过滤后[4][5]，出水SS可稳定小于5mg/L.
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（3）TN: TN的去除优先考虑在生化池。因原系统缺氧池停留时间有限、内回流泵及管路偏小等，经核算，在进水TN为55mg/L时，要想保证生化池出水TN小于20mg/L，刚进水量不能超过7000m3/d, 故在新建4万吨时生化池按进水量4.3万m3/d校核，在此条件下，总停留时间为21.76小时，进入深床滤池混合水TN可稳定在20～25mg/L，通过在反硝化深床滤池投加乙酸钠，出水TN可小于12mg/L。3 ] N$ S, F7 O f0 ]" J( m
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（4）关于碳源的选择，2017年上半年仅在滤池投加乙酸钠，后经大量试验后，发现在缺氧池投加葡萄糖和滤池前投加乙酸钠时，碳源投加费用最低。% p, Q6 ^ B+ h6 w# Y9 A' Q5 i5 G# N
7 o6 x: P1 W; \TP:与去除TN的思路类似，新建系统进水量4.3万m3/d时，原系统二沉池出水TP在1.5～2.5mg/L之间，在高效沉淀池投加液体铝盐，经过滤后TP可小于0.3mg/L。# W0 p7 C+ M& _, U0 r
' w0 P1 W; R. F" \8 V9 G) y0 Z05 结 论
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（1）污水厂出水一级B提标至地表准IV类时，选用多级缺氧好氧+高效沉淀池+反硝化深床滤池是基本可行的。
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（2）如果进水中含有部分难降解的COD，仅靠生化单元难以稳定使出水小于30mg/L，此时要考虑在滤池后设高级氧化单元，如臭氧氧化。; v7 \. F+ u- p; v4 H" C
& D4 q) N. Q1 a: F" L（3）进水总N波动较大，最高时可达70mg/L，及进水碳源的不足，生化单元的TN去除率最高在70%，不仅造成在反硝化深床滤池投加乙酸钠成本过高，而且有出水COD/BOD升高的趋势。后经多次试验，改为缺氧池投加葡萄糖和滤池前投加乙酸钠时，碳源投加费用最低。
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（4）由于进水TP较高，生化后TP还在1.5～2.9mg/L之间，后续投加铝盐成本较高，目前正在试验用一种新型钠米铝盐代替，经试验室小试结果，投加量可比常规铝盐降低30%左右，有待于生产性试验验证。作者：李采芳，杨丹
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