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1、全国城镇污水处理厂除磷脱氮及深度处理技术交流大会 论文集 II-1 江苏无锡 2010 年 7 月 无锡芦村污水处理厂升级改造工程的二级处理工艺设计思路无锡芦村污水处理厂升级改造工程的二级处理工艺设计思路 李激1，赵欣萍2，阚薇莉2 （1 无锡市排水总公司，无锡 214023；2 中国市政工程华北设计研究总院，天津 300074） 摘摘 要：要：在无锡市芦村污水处理厂升级改造工程中，由于土地极为有限，二级处理工艺采用了回流污泥反硝化生物除磷脱氮工艺和生物流动床工艺，同时对生物池也进行了相应的技术改造和设备更新，实现了 A/A/O 生物池多模式运行的功能，以便更好的适应不同时段的进水水质和运行条
2、件；同时对初沉系统进行了改进，以提高进水悬浮固体组分的去除，降低后续生物处理单元的悬浮性无机固体负荷，提高污泥活性；深度处理部分采用了滤布滤池为主的技术方法；增加和化学除磷和反硝化碳源投加设施。污水处理厂正常运行一年多来，出水水质可稳定达到一级 A 标准。 关键词：关键词：生物流动床工艺；A/A/O 生物池多模式运行；一级 A 升级改造 1 工程背景工程背景 2007 年 5 月太湖局部区域的水污染及蓝藻大规模爆发， 致使无锡市饮用水水源遭到严重威胁，凸显太湖污染治理的重要性与紧迫性。根据国家和江苏省太湖流域水污染防治工作的总体部署，到 2008 年年底之前，江苏省需完成对太湖流域 139 座
3、已投入运行、30 座在建城镇污水处理厂项目的除磷脱氮体术改造，以达到 GB 18918-2002 一级 A 标准和江苏省地方标准。作为无锡市建成最早、规模最大的污水处理厂，芦村污水处理厂的提标改造无疑是太湖流域水环境治理的一项重点工程，也是全国城市污水处理厂一级 A 提标的一个标志性项目。 无锡市芦村污水处理厂一期工程始建于 1986 年，历经三期工程的建设，其提标建设前的设计运行规模为 20 万 m3/d，主体工艺为 A/A/O 工艺。污水处理厂尾水排入京杭大运河，原出水标准为达到城镇污水处理厂污染物排放标准 （GB189182002）中的一级排放 B 标准。本工程要提标改造到一级 A 标准
4、，工程提标改造后，将进一步削减氮磷营养物的排放量，其意义深远。 2 提标改造的工程设计思路提标改造的工程设计思路 2.1 设计进出水水质指标设计进出水水质指标 通过芦村污水处理厂连续多年实际运行数据的分析研究， 确定其提标改造工程设计进水水质，出水水质执行城镇污水处理厂污染物排放标准 （GB189182002）一级标准 A 标准（见表 1） 。 表表 1 设计进出水水质设计进出水水质 Tab.1 Design wastewater quality （mg/L） 项目 COD BOD5 SS NH3-N TN TP 进水水质设计值 690 300 580 37 48 11 出水水质设计值 50
5、10 10 5(8) 15 0.5 （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） 2.2 污水处理工艺流程的确定污水处理工艺流程的确定 国家科技支撑计划课题“合流制污水处理系统节能降耗关键技术” （2006BAC19B05） 全国城镇污水处理厂除磷脱氮及深度处理技术交流大会 论文集 II-2 江苏无锡 2010 年 7 月 升级改造工程的工艺流程确定必须充分考虑到如下几个方面：充分分析进水水质特性；充分利用现有处理构筑物；采用的工艺应与已有厂区协调，方便运行管理；尽量减少土建工程量，减少施工周期；在有限的用地中，合理布置新建构筑物，尽量使工艺管道流程顺畅，减少迂
6、回。 由于排放标准的提高，本工程需增加深度处理工艺单元，进一步去除二级处理不能完全去除的污染物。 本文仅着重介绍二级处理工艺的选择， 不涉及深度处理工艺的选择 （另文介绍） 。 首先，确定了在二级处理中完成氮、磷达标排放的目标，深度处理仅进一步提高 COD、BOD5和 SS 去除率的主导设计思路。 2.2.1 进水水质特点分析进水水质特点分析 根据多年进水水质数据分析，本工程的进水总氮是比较高的，工艺方案必须具有足够的硝化和反硝化能力。因此，对原水的碳源情况进行了着重分析。通过对 2005 年至 2007 年上半年的实测数据分析，原水的 BOD5/TKN 值仅为 1.715.9，年内不同时间段
7、的碳氮比变化较大；经初沉池沉淀后，部分有机物被去除，BOD5/TKN 又进一步稍有降低，平均在 4.3 左右，比理论值上要低些。同时在同期进行的试验研究中也发现原水中的碳源可利用行不理想。 从实测水质分析出，初沉池对 BOD5和 SS 的去除率分别为 20%和 21%左右，其对污染物的去除率较低，这样无形中增加了生物段处理的负担，特别是进水悬浮无机固体的进入量。因此，在本工程中提出对初沉池和排泥管道进行清淤、清通和改进，同时对初沉污泥进行单独的脱水处理，增加初沉污泥的排泥量，降低进入后续生物处理工段的悬浮无机固体负荷。 本工程的进水总磷也是比较高，而且出水排放要求严格，因此，在工程设计中采用生
8、物法除磷与化学法除磷相结合的方法，以强化除磷效果。为进一步降低污水处理厂进水中的总磷，降低运行中的能耗和药耗，本工程实施了一体化除磷设备，收集并处理来自污泥浓缩池、污泥脱水机房和污泥消化池的上清液。 2.2.2 污水处理流程的确定污水处理流程的确定 无锡芦村污水处理厂升级改造工程是在原址范围内建设，用地极为紧张，而要求改造工程完工的施工周期又相对短。本着改造工程的工艺选择原则，在二级处理工艺比较中，我们提出了新增 A/A/O 生物池和在生物池内投加悬浮载体填料的工艺（生物流动床工艺） 。 新增生物池的工艺方案的主导思路，主要是分流量处理，充分利用原有生物池处理一部分污水，余下的部分污水进入新建
9、的 A/A/O 生物池进行处理。生物流动床工艺是在好氧池添加悬浮介质、提供生物载体，以提高生物池有效微生物浓度，微孔曝气提供所需氧气以及必要的混合能量。悬浮生物载体填料具有有效表面积较大，适合特定微生物吸附生长的特点。生物填料的投加可以使系统达到较高的硝化泥龄和较低的污泥负荷。由于污泥浓度较高，抗冲击负荷能力强，同时也提高了污水处理设施的污染物去除率。这种工艺方案是将生物膜作为传统活性污泥法工艺中悬浮生物污泥的一个重要组成部分，依靠这部分较长泥龄的微生物形成系统的硝化能力。 经过综合的技术经济比较，由于占地紧张，新增生物池的工艺方案的池深非常深，土建施工困难且施工周期长，一次性投资较高，而且造
10、成鼓风机扬程加大，因此二级处理工艺最终确定的是生物流动床工艺，即在好氧池内投加悬浮载体填料，同时对原有的 A/A/O 工艺进行改进。 在化学除磷方面，确定的是协同沉淀的投药方式，投加点设在生物池的出水处。同时考虑到工程占地紧张，本工程的深度处理工艺最终选择转盘过滤工艺为主。 全国城镇污水处理厂除磷脱氮及深度处理技术交流大会 论文集 II-3 江苏无锡 2010 年 7 月 芦村污水处理厂升级改造的整体工艺流程如图 1 所示。 图图 1 芦村污水处理厂提标改造工艺流程框图芦村污水处理厂提标改造工艺流程框图 Fig.1 Flow chart of Lucun WWTP 3 生物池系统的改造设计生物
11、池系统的改造设计 3.1 生物池改造流程生物池改造流程 通过本工程原水碳氮比的分析可知，在工艺上需采用灵活的运行方式以满足较高的除磷脱氮的要求。我们对原有的生物池进行了部分改造，使其改造成为了可按多种模式运行的改良 A/A/O工艺流程。碳源出现少许不足时，通过超越部分初沉池或者提高其表面负荷，降低对有机物的去除率。同时将运行工艺调整为多点进水的倒置 A/A/O 工艺（见图 2）或者脱氮 A/O 的运行模式。当水温适宜，碳源充足时，可将运行工艺调整为带回流污泥反硝化段的 A/A/O 工艺（见图 3） 。当优质碳源明显不足时，应适当采用外加碳源。目前芦村污水处理厂投加的外加碳源为乙酸钠。 图图 2
12、 多点进水倒置多点进水倒置 A/A/O 工艺（投加悬浮填料）工艺（投加悬浮填料） Fig.2 A/A/O process placing upside down (suspended carrier) 全国城镇污水处理厂除磷脱氮及深度处理技术交流大会 论文集 II-4 江苏无锡 2010 年 7 月 图图 3 带回流污泥反硝化段的改良带回流污泥反硝化段的改良 A/A/O 工艺（投加悬浮填料）工艺（投加悬浮填料） Fig.3 Modified A/A/O process with return sludge pre-denitrification tank (suspended carrier)
13、 3.2 生物池改造内容生物池改造内容 3.2.1 一、二期生物池改造一、二期生物池改造 图 4 为二期生物池其中的一组规模 2.5 万 m3/d 的工艺改造池型布置，另一组与之对称布置。一期生物池与二期布置相同。 厌氧段缺氧段好氧段的填料区好氧段的非填料区回流污泥反硝化段图图 4 二期生物池工艺改造后的池型布置图二期生物池工艺改造后的池型布置图 Fig.4 Upgrading layout of phase two biological tanks 不增加池容，维持原有池容 42509m。改造内容如下： 在原好氧段前三个廊道内增加搅拌器，作为缺氧段使用。增加内回流管至生物池前端，增加进水切换
14、管至缺氧段后端。 将部分好氧段改造成完全混合式池型，增加填料和推进器。 经过改造后的技术参数为： 活性污泥泥龄 10.8d， 活性污泥负荷 F/M=0.1kgBOD5/kgMLSS，容积负荷 0.4 kgBOD5/（md） ，悬浮固体浓度为 MLSS=4g/L，剩余污泥产泥率 0.95kgSS/kgBOD5，平均流量下虚拟总停留时间 15.78h，填充填料的好氧区容积为 12787m，填料的填充率 47%，填料量为 6000m，标准状况下填料区最大需氧量 1693kgO2/h，标准状况下非填料区最大需氧量1324kgO2/h。 新增主要设备包括：填料区新增 8 台直径 2200mm，功率 5k
15、W 潜水推进器；缺氧段新增潜水搅拌器 16 台功率 5.5kW 的潜水搅拌器。新增 GY.Q 型刚玉曝气器，直径 178mm，共设 12706 个。 3.3.3 三期生物池改造三期生物池改造 图 5 为三期生物池其中的一组规模 2.5 万 m3/d 的改造池型布置，另三组与之相同布置。全国城镇污水处理厂除磷脱氮及深度处理技术交流大会 论文集 II-5 江苏无锡 2010 年 7 月 图图 5 三期生物池工艺改造后的池型布置图三期生物池工艺改造后的池型布置图 Fig.5 Upgrading layout of phase three biological tanks 不增加池容，维持原有池容 4
16、1826m。改造内容如下： 生物池原厌氧区改造成回流污泥反硝化区，厌氧区和缺氧区； 生物池原部分好氧区改造为好氧填料区， 并将此区域由原推流池形廊道改为完全混合池型廊道； 经过改造后的技术参数为：泥龄 10.8d，污泥负荷 F/M=0.1kgBOD5/kgMLSS，容积负荷 0.4 kgBOD5/md，悬浮固体浓度为 MLSS=4g/L，剩余污泥产泥率 0.95kgSS/kgBOD5，平均流量下虚拟总停留时间 15.46h， 填充填料的好氧区容积为 11894m， 填料的填充率为 50%， 填料量为 6000m，标准状况下填料区最大需氧量 1693kgO2/h，标准状况下非填料区最大需氧量 1324kgO2/h。 新增主要设备包括：填料区新增 8 台直径 2200mm，功率 5.5kW 潜水推进器；缺氧段新增潜水搅拌器 16 台功率 5.5kW 的潜水搅拌器。 新增 GY.Q 型刚玉曝气器， 直径 178mm， 共设 6268 个。 4 提标改造
