改良 AAO+磁混凝工艺在污水厂提标改造项目中的应用———以山东某污水处理厂为例
山东某污水厂现状处理规模为3万m³/d，进水中印染、机械加工等工业废水占比约30%，现状出水标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）中一级A标准，尾水排至明堂河，属于南水北调一般保护区域。根据当地区域水环境总体要求，本污水厂出水中部分指标需满足《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中IV类水体限值要求，即CODCr≤30mg/L，TN≤10（12）mg/L，TP≤0.3mg/L，需进行原位提标改造。
本厂厂区用地紧张且附近无地可征用，进水中工业废水占比较高，新出水标准要求较高，故需进行原位提标改造，深度挖潜生化处理等现状设施功能，增设节地高效的深度处理工艺。经过现场踏勘和方案对比分析，本工程选用改良AAO+新增磁混凝沉淀（预留活性炭投加）+V型滤池的原位提标改造工艺，取得了良好的处理效果，可为国内类似项目原位提标改造提供参考。
01、污水厂现状分析
1.1现状概况
污水厂始建于2009年，现状建设规模为3万m³/d，实际日均污水处理量约为2.2万m³/d，主要处理园区内300多家企事业单位和近10万人的生产生活污水。污水处理工艺采用AAO+二沉池+二泵房+V型滤池，出水执行一级A标准。污泥采用储泥池+带式浓缩脱水机处理，出泥含水率≤80%。消毒采用ClO2，现状厂区无除臭系统。
1.2现状进水水质分析
污水厂进水中生活污水占比约70%，工业废水占比约30%，其中工业废水以印染、机械加工、综合制药、食品加工等为主。
对污水厂2019年1月—2020年9月的进水进行频次分析，如表所示，厂区进水水质与原设计进水水质较为接近，原设计进水水质取值较为合理，但CODCr、SS、TP这3项指标偶尔会出现超标现象。进水中B/C约为0.38，可生化性一般；BOD5/TP约为54.61；BOD5/TN约为3.20。实际进水水质碳源相对不足，为保证出水TN稳定达标，需部分时段额外投加碳源。
表1污水厂原设计及实际进水水质
1.3现状处理工艺
污水厂现采用AAO工艺，工艺流程如图所示。
现状污水处理工艺
1.4现状出水水质
对污水厂2019年1月—2020年9月的出水进行频次分析，如表所示。CODCr、BOD5、SS、氨氮、TN、TP一级A达标率均为100%，现状工艺流程和设计参数可满足一级A出水标准。若按准Ⅳ类新标准考核，CODCr达标率为85.14%，氨氮达标率为79.50%，TN达标率为74.47%，TP达标率为80.33%，达标率均较低，无法满足新要求，现状处理工艺亟需改造。
表2污水厂原设计及实际出水水质
注：括号外数值为3月1日—11月30日的控制指标；括号内数值为12月1日—次年3月1日的控制指标
1.5提标改造要求
本项目为原位提标改造工程，进水中含印染、机械加工等工业废水，新标准要求较高，其中CODCr≤30mg/L，TN≤10（12）mg/L，TP≤0.3mg/L，结合实际进出水水质情况以及现状池体和设备情况，本次提标改造工程需重点关注CODCr、TN、TP这3项污染指标。另外，工艺改造时需充分利用现状设施，深度挖潜生化处理能力，针对性增设节地高效的深度处理单元。
02、现状改造重难点分析及应对措施
通过分析实际进出水水量水质情况，复核现状处理设施，同时结合厂区实际运营情况和新标准要求，本项目需重点关注以下问题。
2.1进水水质复杂
本厂进水中含印染纺织、机械加工、综合制药、食品加工、机械加工等工业废水，占比约30%，印染纺织废水中溶解性难生物降解性CODCr较高，新标准要求出水CODCr含量由50mg/L降至30mg/L，TN含量由15mg/L降至10mg/L，TP含量由0.5mg/L降至0.3mg/L，现状工艺为AAO+V型滤池，无法满足提标要求。经复核，现状生化池总有效池容（23625m³）设置合理，但分区不合理，且无内回调节设施、无固定碳源投加设施、进水点单一，另外深度处理工艺缺少混凝沉淀段，仅靠生化处理难以满足C、N、P污染物提标要求。
2.2厂区用地紧张
厂区现状建构筑物布局较为紧凑，无提标改造预留用地。经工艺论证，在充分改造利用现有处理设施的基础上，需新增混凝沉淀单元、碳源除磷药剂投加装置、化验间、除臭装置等处理设施，需充分利用现状零星地块，选择节地高效工艺，合理规划施工顺序。
2.3部分设备老化
本厂建设使用已有十余年，细格栅、二沉池出水槽、中间提升泵、储泥池搅拌器、生化池曝气系统、生化池搅拌器等工艺设备和部分电气自控设备老化严重，运行效果不佳，且维修频繁，需对其重置。
03、提标改造工艺设计
3.1提标改造设计水量水质
本厂现状建设规模为3万m³/d，实际日均污水处理量约为2.2万m³/d，提标改造工程设计规模维持现状不变。
经对比分析实际进水水质情况和原设计进水水质，本提标改造工程设计进水水质延用原设计进水水质，出水按照当地要求执行地表Ⅳ类水标准，具体如表3所示。
表3设计进、出水水质
注：括号外数值为3月1日—11月30日的控制指标；括号内数值为12月1日—次年3月1日的控制指标。
3.2工艺设计
本提标改造工程污水处理工艺采用改良AAO+二沉池+二次提升泵房+磁混凝沉淀池（预留活性炭投加）+V型滤池，污泥处理采用污泥均质池+带式浓缩脱水机，除臭采用生物滤池工艺，具体如图所示。
提标改造工艺流程
1）预处理系统
现状粗格栅及提升泵房设备完好、运行工况佳，维持现状利用。
细格栅旋流沉砂池建设时间较长，细格栅老化严重，除渣效果较差，本工程对其重置。主要设计参数为：格栅形式为网板格栅，数量2套，栅条间隙为6mm，栅渠宽度为1300mm，安装角度为75°。
2）生物处理系统
现状AAO生化池设计规模为3万m³/d，有效水深为5.8m，总有效池容为23625m³，其中，厌氧区水力停留时间（HRT）为2.13h，缺氧区HRT为3.30h，好氧区HRT为13.47h，总计HRT为18.90h。进水点仅设厌氧池1处，曝气设施老化严重、曝气不均匀，内回流通过在缺氧、好氧池间设置连通渠、靠渠道闸门控制。经复核，总池容可满足要求，但各分区池容设计不合理，缺氧池池容严重偏小，需重新设计各分区池容，增设进水点，充分利用进水中碳源，增设设内回流泵、灵活调节混合液回流量，并重置碳源投加设施、曝气系统等，强化生物池去碳脱氮能力。
将现状生化池改造为改良AAO，维持总池容不变，增设缺氧、第一好氧池2处可调进水点，调整各分区池容，延长缺氧区HRT至5.51h，缩短好氧区HRT至9.92h，在好氧池末端设置1.00h脱气区，同时重置碳源投加设施、推流器、曝气器等。主要工艺设计参数为：设计混合液悬浮浓度（MLSS）为4000mg/L，混合液回流比为300%，污泥回流比为100%，气水比为4.8:1。
AAO生化池改造平面图
现状生化池曝气采用离心风机，效率较低、噪声大，且老化严重，将其更换为空气悬浮风机，总计3台，2用1备，均采用变频控制，主要设计参数为：Q=50Nm³/min，P=68.6kPa，N=80.0kW。
现状二沉池为中进周出辐流式，数量2座，池径为35m，混凝土出水渠池壁破损严重，本工程对出水渠进行改造，采用内嵌SS304不锈钢板，厚度为1mm。
现状污泥泵房部分设备老化严重，本工程对其重置。污泥回流泵总计3台：现状利用2台（其中1台为变频控制，Q=738m³/h，H=3m，N=11kW），重置1台（变频控制，Q=625m³/h，H=3m，N=11kW）。剩余污泥泵维持现状，总计2台，1用1备，Q=50m³/h，H=12.5m，N=5.5kW。
3）深度处理系统
现状深度处理段仅设有V型滤池单元，化学除磷药剂直接投加在生化池中，药耗较大且效能较低。二沉池出水部分时段SS较高，直接进入V型滤池，导致滤料堵塞板结，反洗频次较高，增大了现场设施维护工作量。厂区仅有一片空地，现状为太阳能板用地，平面尺寸为25m×20m。新出水标准要求较高，而磁混凝沉淀池具备负荷高、处理效果好、占地少、耐冲击等特点。因此，本项目在V型滤池前拆除现状太阳能板，利用此片空地增设磁混凝沉淀池，同时预留活性炭投加池，进一步强化N、P污染物去除能力。
新建磁混凝沉淀池1座，分2格，设计规模为3万m³/d，变化系数为1.32，活性炭混合池HRT为10.52min，混凝池HRT为2.31min，磁混池HRT为2.31min，絮凝池HRT为4.62min，沉淀池平均负荷为10.66m³/(m²·h)，污泥回流比为5%。活性炭采用湿式投加，污泥回流泵前设置截污剪碎格栅机。磁粉采用人工干式投加，同时每格池单设磁粉回收系统1套，处理量为40m³/h。剩余污泥通过高剪机打散磁粉污泥混合絮体，再通过水力旋流器初步分离磁粉和污泥，最后经过磁分离器将磁粉从污泥中分离出来返回混凝池，经过磁粉回收后的剩余污泥进入污泥脱水系统进一步处理。
现状V型滤池设计规模为3万m³/d，1座，分5格，土建良好，运行状况佳，维持现状利用。相关参数为：单格平面尺寸为8.0m×6.4m，平均滤速为5.2m/h。
现状二泵房中间提升泵扬程不能满足新要求，本工程对其重置，总计3台，其中2台采用变频控制，主要设计参数为：Q=825m³/h，H=6.5m，N=22kW。
4）污泥处理系统改造
经复核，本次提标改造污泥产量变化不大，现状带式浓缩脱水机运行状况良好，维持现状利用。贮泥池进中无搅拌设备，增加搅拌器1台。
5）加药间改造
本工程需重置碳源投加装置、新增除磷药剂投加装置。现状加药间平面尺寸为24.0m×8.1m，可满足本工程药剂投加装置集中布设要求。现状有PAM、SPFS加药设施，将其拆除并改造为葡萄糖、PAM、SPFS等加药设施，主要设备有加药缓冲罐、加药泵、在线稀释装置等。
6）新增除臭系统
现状厂区无除臭设施，本工程新增除臭系统1套，除臭范围为粗格栅提升泵房、细格栅旋流沉砂池、厌氧池、贮泥池、脱水机房，除臭风量为9000m³/h，采用生物滤池工艺。
04、工程设计特点
1）原位提标改造，无需新征用地
厂区布局紧凑，现状空地较少，深度处理工艺存在缺陷，而新标准要求高，且厂外无地可征，故需进行原位提标改造，采取了以下措施：充分利用现状设施，深度挖潜生化系统处理能力，保留现状V型滤池，增设节地高效的加碳磁混凝沉淀池，改造利用现状加药间集中布置碳源、除磷药剂投加设施等。
2）选用“改良AAO+加碳磁混凝沉淀池”，稳定可靠，调控灵活
通过调整生化池各分区池容、增设多点可调进水、重置碳源投加应急装置、增设混合液回流泵变频控制、重置曝气系统等，将现状常规AAO池型改造为改良AAO池型，生化处理系统更加稳定可靠且可灵活调控。深度处理段保留V型滤池，增设加炭磁混凝沉淀池，强化去碳除磷能力，活性炭投加量可根据实际运行状况灵活调配，具有占地小、投资省、运行可靠的特点。
05、运行效果及经济指标分析
5.1运行效果
本提标改造工程于2020年6月开工，2020年10月建成通水，2020年11月—2021年6月实际日出水水质情况如图所示，各项指标均可达到准Ⅳ类标准要求。
提标改造后的实际日出水水质
5.2经济指标分析
本提标改造工程总投资为2567.53万元，其中建安费为1996.69万元，提标改造后污水厂直接运行成本为0.76元/m³（含电费、药剂费、水费及人工费等），总投资和运行成本均低于国内同类项目。
