为执行严格的《四川省岷江、沱江流域水污染排放标准》（DB51/2311－2016），采用AAO-MBR脱氮除磷工艺对金堂县的4座村镇污水处理厂进行提标改造。结合水质分析，讨论了村镇污水厂存在的问题，确定了提标改造技术难点在于 TN 和 TP 的去除。以淮口厂为例，在不新增用地的情况下，将原有的氧化沟工艺改造为 AAO-MBR 工艺，并采用较高的污泥回流比（200%～300%）和内回流比（400%），新增碳源投加系统和PAC化学除磷系统。结果表明，AAO-MBR 工艺有效提高原工艺的脱氮除磷效能。项目建成投产以来，运行状况良好，所有污水厂对 TN、SS、TP、COD、NH3-N 和 BOD5去除率均在 74.27%、91.01%、94.80%、88.26%、99.12% 和 98.26% 以上，出水水质稳定达标，对保护沱江水环境具有实际意义。

关键词: 

         AAO工艺;MBR;村镇污水处理厂;提标改造

 

         成都市金堂县位于四川盆地西部，境内河流分属沱江、峨江水系，辖区内乡镇均设有独立污水处理厂，其中，竹篙镇、五凤镇、淮口镇和清江镇已建污水厂设计规模为 1 000～2 000 m3/d，其主体工艺分别为生物流化床+生物滤池工艺、卡鲁塞尔氧化沟工艺和 CASS 工艺。出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）一级B标，尾水排至沱江流域。项目建成以来，4 座村镇污水厂出水基本达标，其中清江厂有时可达一级A标准。

         按照沱江流域环保要求，金堂县属于重点控制区，对保护流域生态环境意义重大，上述４座污水厂处理规模≥1 000 m3/d，因此出水应满足《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB51/2311－2016），即需要大幅提升 COD、NH3-N、TP 等污染物的削减量。同时，随着村镇污水管网逐步完善，实际进水水质已超过设计标准；此外，受设备老化影响，污泥回流难以保障，这些因素导致上述污水厂出水难以稳定达标。因此，亟需对现有污水厂进行提标改造。综合考虑，提标改造采用AAO+MBR工艺，本文以淮口镇污水厂为例，介绍技改工艺和改造后运行效果。

1     工程规模及水质

1.1  工程规模

       竹篙、五凤、淮口、清江四镇的污水处理厂提标改造工程处理规模不变，分别为1 500、1 000、2 000、1 500 m3/d。其中，竹篙镇污水厂为迁址重建，其余均为原址改造。

1.2   设计进、出水水质

        根据人均当量法和类比法分析结果，并结合实测数据确定进水水质，出水水质执行 DB51/2311 的相关规定，具体见表1。

        

2     提标改造方案

2.1  污水处理厂现状及问题分析

       4 座污水处理厂原来采用卡鲁塞尔氧化沟、CASS、生物流化床等工艺，改造前存在的问题如下：

1）进水水质超标，现有工艺难以稳定达标随着村镇排水管网逐步完善，污水收集率、污水浓度逐渐升高。同时，由于部分散户畜禽养殖废水排入，导致进水 NH3-N、TP 质量浓度偏高，4 座污水厂的实际进水水质如表 2 所示。

       

         其中淮口厂进水NH3-N、TP质量浓度分别达到47.00、5.59 mg/L，均超过原设计标准（NH3-N≤35 mg/L；TP≤3 mg/L），此致水质冲击极易导致污水厂出水超标。

       2）设施设备老化严重污水厂部分机械设备存在锈蚀、老化问题，维修费用较高。污泥回流和脱水设施频繁故障，造成污泥流失严重，仅能采用“进水不曝气、曝气不进水”的间歇运行方式勉强达到排放标准，但当污水厂满负荷运行时，出水难以达标。

       3）无除臭措施由于建设年代较早，污水厂均未设置除臭措施。

臭味对厂区管理人员身体健康及周边环境影响较大，亟需改善。

2.2   改造后的工艺流程

        提标改造工程的技术难点在于提高对 TN、SS、TP的去除能力。同时，要解决好厂区用地紧张和出水提标的矛盾。根据进水水质分析，BOD5/COD 为 0.625，可生化性较好；BOD5/TP 为 30.8，可采用生物除磷工艺；BOD5/TN 为 3.64，碳源难以满足生物脱氮要求。据调查，在实际工程中部分污染物如COD等的超标可能是由SS引起，故改造工艺还需加强对SS的去除。基于此，本项目污染物控制对策与措施如表3所示。

        

        考虑到本项目排放标准高，应在生物处理基础上增加深度处理措施以保证污水稳定达标排放。结合现场条件和相关文献研究，在充分利用原有构筑物和设备的基础上，选用AAO+MBR工艺，其中，AAO由原氧化沟改建而来，可显著降低污泥负荷，通过生化池和MBR池的回流和曝气作用，强化整体工艺的 NH3-N、TN 去除能力。同时，针对C/N数值较低，在缺氧池投加碳源乙酸钠保证AAO的脱氮效能。将原二沉池改造为MBR池，能够大幅降低污泥负荷，优化微生物组成，增大污泥回流比，保障出水TN和SS达标。具体工艺流程如图1所示

2.3    改造工艺设计

         由于4座污水厂的改造工艺相似，因此以淮口镇污水处理厂提标设计为例进行说明。淮口镇污水厂提标改造工程主要包括：新建膜设备间、膜格栅及调节池和巴氏计量槽各1座，卡鲁塞尔氧化沟改造为生化池（1座），二沉池改造为MBR膜池（1座），更换提升泵房、消毒池、贮泥池、脱水机房的部分设备，废除沉砂池。

        1）粗格栅及提升泵房配水井、粗格栅及提升泵房沿用原构筑物，更换潜污泵3台，单台：Q=80 m3/h、H=14 m、N=11 kW，2用1备。根据泵坑内液位信号控制潜水泵的启停，采用“先开先停、先停先开”的方式交替运行。该部分改造费用2.7万元。

        2）膜格栅及调节池新建膜格栅及调节池1座，钢砼结构，平面尺寸14.75 m×11.83 m，水力停留时间（HRT）6 h，进一步去除污水中漂浮物，降低水量、水质波动对后续工艺的影响，保障膜组器的运行效率。膜格栅采用转鼓式细格栅，栅条间隙1 mm。调节池配置潜污泵4台，2用2备，单台：Q=79 m3/h、H=9 m、N=4 kW；潜水搅拌器3台，2用1备，单台N=2 kW。该部分改造费用为102.94万元。

        3）AAO生化池AAO生化池构造如图2所示，在原尺寸L×B×H=46.0 m×32.0 m×4.0 m 基础上高度增加至 5.5 m，钢砼结构，有效水深4.8 m。设计规模2 000 m3/d，HRT为 16 h，其中厌氧区 1.5 h、缺氧区 5.5 h、好氧区 9 h；好氧区污泥浓度8 000～9 000 mg/L，BOD5污泥负荷为 0.057 kg/（kg·d），采用橡胶膜微孔曝气器供氧。

         好氧区向缺氧区的内回流比300%，缺氧区向厌氧区的内回流比200%，这样可以减弱DO对厌氧区释磷反应的影响，同时，污水先进入厌氧区，且缺氧区回流至厌氧区的混合液中硝酸盐氮浓度较低，有利于削弱厌氧释磷和反硝化脱氮之间的碳源竞争。为保障脱氮除磷效果，设计向缺氧区投加乙酸钠碳源，向厌氧区投加PAC溶液。生化池改造费用为142.17万元。
         
4）    MBR膜池MBR膜池平面尺寸Φ14.0 m×4.0 m，钢砼结构。

          设计规模2 000 m3/d，污泥浓度8 000～10 000 mg/L，设置 PVDF（聚偏氟乙烯）膜组器 16 套，设计膜通量20～30 L/（m2·h）；膜 池 向 好 氧 区 的 污 泥 回 流 比400%，使好氧区污泥浓度处于较高水平，满足硝化菌所需的较长污泥龄，确保硝化反应充分进行；设污泥回流泵3台，单台：Q=167 m3/h、H=5.0 m、N=5.5 kW，2用1备。为确保出水TP稳定达标，设计向膜池投加PAC溶液强化化学除磷。膜组器在线清洗周期1～2月、离线清洗周期12～16月，清洗药剂为柠檬酸和次氯酸钠。膜池改造费用为671.36万元。在实际运行中，污泥回流比、内回流比以及乙酸钠和 PAC 的投加量可以根据进出水水质和生化池混合液浓度实时调整，确保工艺管理灵活性。

         5）膜设备间新建膜设备间平面尺寸 19.5 m×4.5 m，钢砼结构。膜设备间配置MBR工艺所需设备，包括产水泵2台（1用 1备）、膜池鼓风机 2台（1用 1备）和加药系统1套、AAO池鼓风机2台（1用1备）、乙酸钠和PAC加药系统各一套。该部分改造费用为139.41万元。
        6）消毒及出水计量改造消毒池1座，平面尺寸6.5 m×4.0 m，钢砼结构，配置管式紫外消毒器1台，Q=100 m3/h、N=0.8 kW。本工程出水标准较高，BOD5、NH3-N 等满足杂用水水质要求，因此格栅、脱水机及池体冲洗使用消毒池出水。新建巴氏计量槽1座，平面尺寸5.4 m×0.41 m，钢砼结构，配置不锈钢巴氏计量槽1套，2 000 m3/d。该部分改造费用为8.32万元。

        7）脱水机房改造脱水机房1座，平面尺寸9.0 m×6.0 m，框架结构，设叠螺污泥脱水机1台，Q=5～10 m3/h、N=0.74 kW，配套冲洗水泵1台、PAM投配系统1套。该部分改造费用为62.61万元。

8）除臭设计设置生物除臭装置 1 套进行过滤除臭，该装置通过培养除臭污泥达到除臭的效果，罐体放置在AAO 池的缺氧区，设计风量 4 000 m3/h。该部分改造费用为47.04万元。

3      处理效果及经济分析

        4座污水处理厂提标改造完成后于2019年12月开始调试运行，跟踪监测2020年1月～12月出水水质，平均出水指标均能达到DB51/2311－2016的要求。提标改造后污水厂主要污染物去除效率如图3所示。

          
       

        总的来说，AAO+MBR 工艺运行稳定。与改造前相比，改造后工艺的 NH3-N、TN、TP 以及 SS 去除效率均可得到显著加强。AAO 生化池及外加碳源的投加使得工艺整体脱氮效能显著增加，而MBR池进一步增加了污泥浓度、污泥回流比，从而继续增强TN、TP、COD 的去除效能，保证出水水质稳定达标。在 2020 年全年水质指标中，出水 TN、COD、NH3-N 和 BOD5在 1～5 月波动较大，对应去除率偏低，主要是由于进水浓度偏低；另外，较低的温度可能导致优势微生物种群未能完全稳定。在6～12月，随着温度升高和微生物种群稳定，各项指标去除率趋于平稳，4座污水厂对TN、SS、TP、COD、NH3-N和BOD5 平 均 去 除 率 分 别 达 到 74.27%、91.01%、94.80%、88.26%、99.12% 和 98.26%。分析表明，当进水BOD质量浓度超过160 mg/L时，不投加碳源条件下出水 TN也可满足排放标准。受实际进水有机物（BOD5/TN为 2.4～2.8）波动的影响，TN去除率低于其他指标，但出水 TN 浓度始终＜10 mg/L。四座污水处理厂改造后 2020 年全年出水的各项指标均可稳定达到排放标准。

        4 座村镇污水处理厂提标改造设计总规模 6000 m3/d，预计对 COD、SS、TN、TP的年均去除量分别为 635.1、503.7、98.6、13.6 t。4座污水厂提标改造项目总投资为5 852.01万元，其中工程费用4 438.05万元。财务评价计算期为 22年，其中，建设期 2年，生产服务期 20 年。经测算，项目单位总成本 3.78元/m3，单位经营成本 1.89 元/m3，建议收费单价为4.44 元/m3，对应的财务内部收益率约为 5.00%，满足同行业基准收益率的要求。本项目的建设显著改善了金堂县辖区内沱江沿线乡镇及下游地区的水环境状况，极大减轻乡镇污水对水环境的污染，对保护沱江水生态环境具有实际意义。
 

4      结 论

       1）根据污水水质特征，分析现有工艺的缺陷。在不增加用地的情况下，充分利用原污水厂现有构筑物，结合新的排放标准要求，选择AAO-MBR工艺对原污水厂进行改造。

       2）采用的AAO-MBR工艺有效降低了污水厂排放污染物浓度，除 TN 的去除率稍偏低之外，SS、TP 、COD、NH3-N、BOD5 的去除率均达 88% 以上。污水厂稳定运行后，出水水质稳定达到《四川省岷江、沱江流域水污染排放标准》（DB51/2311－2016）的要求，提标改造工程削减了沱江流域的污染负荷。

 

 

 

 

原标题：AAO-MBR工艺用于村镇污水处理厂提标改造

原作者：祝年俊   贺 阳   孙 政  黄崇锐   袁绍春   蒋 彬