張貴莊污水處置廠分段進水多級AO工藝的設計與運行
作者簡介：王舜和（1981-男，黑龍江哈爾濱人，碩士，天津市政院高級工程師，從事污水處置工程設計工作，曾獲全國工程咨詢二等獎1項、天津市優(yōu)秀勘察設計一等獎2項、全國優(yōu)秀勘察設計一等獎1項、二等獎1項，國家發(fā)明專利3項。上海純水設備
張貴莊污水處置廠是天津市建設的一座大型綜合城鎮(zhèn)污水處置廠，服務范圍約170平方公里，主要處置天津市河東區(qū)及東麗區(qū)城鎮(zhèn)生活污水及工業(yè)廢水,工程自2010年開始建設，至2012年竣工投產(chǎn)。為2013年魯班獎工程。
1工程規(guī)模及水質(zhì)要求
張貴莊污水廠一期工程包括20萬m3/d污水廠、6萬m3/d再生水廠、300t/d污泥處置項目。污水處置流程主要包括進水提升、粗細格柵、曝氣沉砂池、初沉池、分段進水多級AO生物池、周進周出二沉池；深度處置包括二次提升泵房、機械混合池絮凝池、斜管沉淀池、反硝化深床濾池、接觸消毒池。處置后的污水一局部通過出水泵房排放至東麗區(qū)袁家河，一局部進入再生水處理系統(tǒng)�？偲矫娌贾靡妶D1
圖1污水廠總平面布置圖上海純水設備
項目設計進出水主要指標如1所示。
表1進出水設計指標
2工藝原理
本工程根據(jù)泵站實測數(shù)據(jù)分析，進水水質(zhì)具有TN含量較高，BOD含量較低的特點，經(jīng)論證后生物處置局部采用了分段進水多級A/O工藝，該工藝脫氮效率高、所需池容小、建設投資和運行費用省，低碳氮比污水中可實現(xiàn)較好的處置效果，工藝原理見圖2
圖2分段進水多級AO工藝原理圖
該工藝由二至五個串聯(lián)A/O組成，圖中以四段AO為例，回流污泥從首端進入，污水按一定比例從每個A段進入，為反硝化提供碳源，剩余的碳污染物在O段去除，氨氮則氧化成硝態(tài)氮進入A段處理。工藝具有以下特點：
1防止了內(nèi)回流帶入的大量溶解氧，保證了缺氧區(qū)的處置效果，反硝化過程徹底，脫氮效率提高；
2反硝化的碳源全部來自進水，對于低碳氮比的污水可顯著節(jié)省外加碳源
3相對激進內(nèi)回流脫氮工藝，降低了內(nèi)回流的能耗；
3本工程生物池參數(shù)及設計特點
張貴莊污水廠生物池以上述原理為基礎，池型布置、自動控制等方面有針對性的進行了工程化設計，主要特點如下：
1基本參數(shù)
工程設計規(guī)模為20萬噸/日，共設4座生物反應池，設計停留時間約18h單座反應池長約104m寬約71m有效水深6.3m每座由四個連續(xù)的AO段組成，前三個O池末端設有一處機動池。單座反應池設有潛水攪拌器14臺，底部鋪設管式曝氣器約1600m內(nèi)回流泵4臺，分別設在每個O段的末端，回流量分別為單池進水量的25%50%70%和100%設計為常閉狀態(tài)，視運行水質(zhì)情況開啟。設計污泥濃度起端為6400mg/L末端為4000mg/L泥齡為15d 上海純水設備
2進水進氣分配設計
多級AO設計的重點和難點是進水量和進氣量的分配。通常AO池多采用渠道+可調(diào)堰方式配水，但此方式缺少流量控制裝置，運行人員僅能憑感官調(diào)節(jié)，無法實現(xiàn)對各級進水水量的精確控制。因此本工程設計改用管道進水方式，并在每級進水管處設計流量計和遠控電動閥門，以實現(xiàn)各級進水量的精確丈量，并可在中央控制室對閥門進行操作，可實時監(jiān)控記錄和調(diào)整各級進水流量比例。本工程設定的流量比例范圍為：第一級10~25%第二級25~40%第三級25~40%第四級10~25%
多級AO工藝缺氧池和好氧池交替連接，如果好氧池末端溶解氧過高，將會影響下一組A池的脫氮效果。本工程通過設置機動池和曝氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)各級反應池的穩(wěn)定運行。曝氣充足的情況下，機動池將作為脫氧池使用，使末端溶解氧控制到1mg/L以內(nèi)。每級好氧池均設置獨立的曝氣干管，并在此干管設置氣量控制閥，通過好氧池末端的DO數(shù)據(jù)及進水水量數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控并控制池內(nèi)曝氣總量。
3池型布置設計
本工程采用四級AO池，單池進水管路和空氣管路分別為4組，配水點和空氣分配點總計多達32處，如何整理和布置繁雜的管路系統(tǒng)是工程設計需要重點考慮的問題。本工程將兩座池體聯(lián)建并在中間設計1座管廊間，寬度為6m長為104m內(nèi)部借鑒綜合管廊的設計理念，將進水管道、遠控閥門、流量計、空氣管道、電纜橋架、加藥管道、回流污泥渠道等全部集中在管廊中，極大地方便了設備的維護及日常運行管理。
圖3生物池管廊布置上海純水設備
4實際運行分析
張貴莊污水處置廠自2012年4月開始通水運行，至今已運行五年半時間。總計約1/3時間逾越設計20萬噸處理規(guī)模，目前已基本滿負荷運行，日益增長的污水量已為該廠的日常運行帶來困難。
從現(xiàn)狀進水水質(zhì)情況看，各項指標動搖范圍較大，但多數(shù)為短期波動，水質(zhì)平均值尚在一期工程設計水質(zhì)范圍內(nèi)。工程現(xiàn)狀出水水質(zhì)較好，目前各指標均能穩(wěn)定達到國標一級A規(guī)范。
表2現(xiàn)狀進出水水質(zhì)變化統(tǒng)計(2014-2016年)
根據(jù)脫氮原理，脫氮過程中BOD/TN應大于2.86通常要達到4以上才干獲得較好的反硝化效果。根據(jù)分析，本工程進水BOD/TN平均值僅為2.54屬于碳源缺乏的污水，因此需要在運行中補充一定量的碳源。從實踐經(jīng)驗看，碳源補充在最后一格A池即可獲得較好的脫氮效率，且碳源用量顯著低于慣例工藝。
5設計總結(jié)
分段進水多級A/O工藝近年來日益受到重視，國內(nèi)相關(guān)工程設計案例也逐漸增多，以往多級AO工藝多用于現(xiàn)狀污水處置廠的改造，布局和設計都具有較大的局限性。張貴莊污水處置廠作為國內(nèi)第一座大型新建多級AO工藝的污水廠，從設計之初便以工藝原理為基本點，從設計布局，池型分配等方面發(fā)揮工藝的優(yōu)點，彌補缺乏，運行的5年時間里積累了珍貴的設計和運行經(jīng)驗。下面將設計及運行過程中的經(jīng)驗及教訓簡述如下：
1張貴莊污水廠多級AO工藝采用流量計及電控閥門控制的流量分配方式，從實踐看是可靠的實際運行中并不需要頻繁的調(diào)節(jié)流量分配，相比粗獷的堰門分配，流量計所獲得的數(shù)字化信息可以使運行管理人員很清楚地實現(xiàn)各種分配戰(zhàn)略的調(diào)節(jié)，從而摸索最佳的分配方式。而跟遠程電控閥門以及曝氣控制系統(tǒng)的結(jié)合，為實現(xiàn)污水廠智慧化控制提供了基礎。從現(xiàn)場運行經(jīng)驗看，采用第一級20%~30%第二級30%~40%第三級30%~40%第四級10%~15%流量分配方式，可以獲得較穩(wěn)定的脫氮效果。
2由于進水點位較多，采用中央管廊的設計思路，將各種管線集約化安排，從運行維護角度是非常適用的
3工程最初每級均設置了內(nèi)回流泵，期望各段均可通過內(nèi)回流增強反硝化效果。但從實際運行看，內(nèi)回流的作用從末端向前端依次降低，因此僅建議最后一段設置內(nèi)回流即可。上海純水設備
4由于回流污泥進入反應池后被分步稀釋，第一段的AO池污泥濃度非常高，同時造成一段O池的曝氣能力明顯缺乏，今后的設計中建議加大該段曝氣量。
5推薦在池型設計時，缺氧段采用氧化溝的池型布置，以優(yōu)化流態(tài)，并降低攪拌器的能耗。
本文詳細內(nèi)容參見2018年6月《中國給水排水》第12期《張貴莊污水處置廠分段進水多級AO工藝的設計與運行》
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