产业园综合污水处理厂AAO-BAF工艺设计及应用

一、工程概况

产业园位于广东珠江三角洲某乡镇，始建于2003年，陆续入驻了胶粘、调味品食品、木业、纺织、造纸等行业70余家工业企业，面积约2.5km?。产业园建成有装配式临时污水处理设施一座，规模为3 000 m?/d，执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标排放标准。采用“预处理-纳管”模式收集污水，污水经临时设施处理后，尾水就近排入A河道。因设施处理能力不足、抗冲击能力差、出水难以稳定达标等问题，影响到A河道的断面水质考核，受到上级生态环境部门督办，要求限期整改。为长远解决园区污水处理问题，并替代临时处理设施，需新建综合污水处理厂，以切实改善区域水环境质量。

二、工程设计

1. 水量设计

该产业园的混合污水来源于工业生产废水及生活污水，其中生产废水占比为75%~85%。生产废水设计水量根据环评文件、现状调研和企业间隙性排水特点等确定；生活污水排放量则按照现状用量，并结合规划人口数量、人均综合用水量预测等进行测算。园区企业废水排放量波动较大，现状为3800~5600m?/d，近期拟入园企业排放总量为1800m?/d，生活污水预测量为800~1200m?/d，结合厂区用地情况，确定设计规模为1万m?/d。

2.水质设计

污水处理厂设计进水水质基于现状监测，并结合拟入园企业排水特质、排水标准等，经分析、预测确定。根据园区规划，企业优先执行对应行业的间接排放标准，无对应行业排放标准的则执行《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)中的三级标准和《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962-2015) 中A级标准。园区企业产业类型分布广泛，各企业排放尾水的水质差异大，临时处理设施集水井（混合废水）监测显示，废水的COD、SS、TN浓度值相对较高，BOD5、NH3-N浓度值相对较低，并具有水质波动大、可生化性差、营养不均衡等特点。根据《广东省水污染防治行动计划实施方案》（粤府［2015］131号）的要求，综合污水处理出水标准执行GB 18918-2002一级A标准及广东省《水污染物排放限值》（DB 44/26-2001）第二时段一级标准的较严值。现状水质及设计进出水水质指标如表1所示。

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。

 

3.项目要点分析和策略

根据进水特点和排放要求，工程设计的重点是COD、SS和TN的去除及达标排放，具体要点和对策如下：

（1）园区混合污水BOD5/COD（B/C）= 0.26<0.3，属难生化处理范围，其中易物化、易生物降解的污染物大多已在企业内通过预处理去除，混合污水的可生化性较差且难溶、难降解有机物较多。采取的对策主要有：① 一级生化阶段采用水解酸化池，将其中难生物降解的有机物转变为易生物降解的有机物，以提高污水的可生物降解性能；② 二级生化段（主体工艺）采用适应性强的AAO工艺，并适当延长污泥停留时间和维持合理的污泥浓度；③ 深度处理采用物化并辅以生化措施，强化对二级处理后难降解成分的进一步氧化分解。

（2）园区混合污水BOD5 浓度较低，BOD5/TN（C/N）≈3.0，略低于常规脱氮工艺所需的碳氮比大于3.0要求。为应对因水质波动可能出现的碳源不足以及加强脱氮效率，应在工艺优化、参数调控和碳源补充等方面强化，应对策略有：①适当延长污泥泥龄（SRT）以及减少排泥量，合理利用内生碳源；②适当提高混合液回流比，严格控制厌氧和缺氧段溶解氧（DO）浓度等参数，提高生物脱氮性能；③设置碳源投加设施，必要时外加补充碳源。

（3）常规二级处理工艺无法保证出水BOD5、SS和TP达标，需增加深度处理设施，进一步降解难降解有机物和深度脱氮。对应策略是综合提升深度处理效能：①采用高效沉淀池-纤维转盘滤池深度处理组合，并辅以化学除磷；②增加臭氧接触氧化-BAF工艺段。臭氧接触氧化池对废水中大分子、溶解性有机物进行氧化降解和脱色，BAF可进一步降低COD、BOD5、SS、TP和氮污染物浓度，提高处理达标保证率。其中臭氧段可根据实际水质情况进行超越，以节约成本。

（4）该工程用地紧张，土地红线内面积仅为6 480m?，吨水占地指标为0.65 m?/(m?·d)，远低于《城市污水处理工程项目建设标准》（建标198-2022）的指标1.55~1.95 m?/(m?·d)。在极限用地条件下实现全流程布置的对策是：①根据工艺流程和地块形状合理布置厂区平面；②优化构筑物、池体结构，采取集约化设计，进行空间整合；③精细化布置管线，减少交叉和迂回。

4.工艺流程方案

经上述分析，该工程最终确定采用水解酸化-改良型AAO-高效沉淀-臭氧接触氧化池-BAF-纤维转盘滤池的主体工艺方案，工艺流程如图1所示。

 

5.厂区平面布置

为节约用地，同时满足污水处理需要，该工程将水解酸化池、改良型AAO池和二沉池合建为组合池；纤维转盘滤池、紫外消毒渠及巴氏计量槽一体化集成为出水组合池；配电房、鼓风机房、综合设备间和污泥脱水车间等采用三层结构进行空间立体整合为综合设备间；厂区道路采用单边布局并设置回车道以节省占地，同时满足消防和交通需求。

6 .主要建（构）筑物设计

（1） 细格栅及旋流沉砂池

细格栅及旋流沉砂池1座，共2组，尺寸15.2m×6.0m×7.4m。采用两套旋转式格栅，格栅孔径3mm，配套螺旋输送机1台，单台输送量3m?/h。旋流沉砂池配套气提式旋流除砂机2台，单台处理量391.7m?/h；砂水分离器1台，单台处理量12~20L/s；罗茨风机2台（1用1备），单台流量1.75m?/min、风压44.1 kPa。

（2） 调节池（事故池）

调节池具有水量调节、水质均值、事故调节或暂存污水等功能。调节池设计采用半地下结构，尺寸25m×19m×8m，总有效容积3 240m?，HRT为7.8h，配套4台潜水搅拌器。

（3） 水解酸化-AAO -二沉池组合池

该工程采用改良型AAO，即AAO-AO（五段法）。相较传统AAO，增设了后缺氧区和好氧区，见图2。前厌氧-缺氧-好氧段可以实现除磷、脱氮以及去除有机物等目的，同时后缺氧区以前好氧区产生的硝酸盐为电子受体，以内源呼吸有机碳为碳源，进一步实现反硝化强化脱氮。后好氧区则可以对产生的氮气进行吹脱，同时增加水体溶解氧，并减少磷在后续二沉池中的释放，强化系统除磷效能。

 

组合池设计参数如下：水解酸化-AAO -二沉池组合池1座，尺寸63.3m×26.5m×9.1m，内分2组，并联设计；配套污泥泵站、中间提升泵房、生物除臭设施等。水解酸化池HRT为4h，水力的上升流速1.04m/h。

改良型 AAO 池容积负荷0.213 kgBOD5/（m?·d），总HRT为15.6h，其中厌氧区1.5h、前缺氧区3.5h、前好氧区9.5h、后缺氧区0.6h、后好氧区0.5h。内回流比100%~300%，污泥回流比50~100%，气水比7.2∶1。

二沉池表面负荷1.13m?/(m?·h)，沉淀时间6.2h，出水堰上负荷1.64L/(s·m)。

 

（4） 高效沉淀池

高效沉淀池1座，共2组，尺寸15.6m×12.4m×6.5m，混合区有效水深5.95m，混合时间3.3min（峰值）；絮凝区有效水深5.85m，絮凝反应时间10.1m（峰值）；沉淀区有效水深5.80m，斜管区表面负荷为10.4m?/(m?·h)（峰值）。

（5） 臭氧接触氧化池

臭氧接触氧化池1座，共2格，尺寸26.65m×7.0m，有效水深7m，臭氧投加量8.33kg/h，臭氧接触时间0.5h，缓冲时间1.5h。通过2台臭氧发生器装置制备臭氧，单台制备能力为5kg/h，功率75 kW。

（6） BAF池

BAF以颗粒滤料为微生物的载体，通过附着在滤料上的生物膜及胞外聚合物吸附截留的作用，在供氧条件下，污水中的COD被降解，氨氮则被氧化成硝态氮并分解，SS也被填料及生物膜吸附截留，从而实现进一步脱氮除磷和净化。该工程选用3~5mm粒径陶粒作为填料，具有较大的比表面积，使单位体积的滤池具有较高的生物量。该BAF池具有水力负荷高［3.5~4.6m?/(m?·h)］、容积负荷高［3.5 kgBOD5/(m?·d)］、水力停留时间短（40~70min）、抗短期冲击负荷能力强（抗冲击系数达2.0~3.0）等优点，确保系统高效、稳定达到处理标准。

设计参数为：池体1座，尺寸29.7m×13.5m×7.45m，共4格，单格尺寸5m×6m×7m；设计滤速3.47~4.63m?/(m?·h)，反冲洗周期24~48h，反冲洗水流速18m?/(m?·h)，反冲洗气流速75m?/(m?·h)。

 

（7） 纤维转盘滤池、紫外消毒渠及巴氏计量槽组合池

组合1座，尺寸18.8m×9.3m×3.6m。其中，纤维转盘滤池1套，平均滤速8.20m?/(m?·h)，最大滤速11.95m?/(m?·h)；紫外消毒设备2套，每套灯管排架16根，单套功率5.12 kW；巴氏计量槽平均过流量0.251m?/s。

（8）综合设备间

脱水车间与鼓风机房、配电房集成建设，共3层，混泥土框架结构，占地面积416m?。其中2、3层为污泥脱水车间，配套板框深度压滤机1台，泥饼含水率≤ 60%。首层为鼓风机房及污泥浓缩间，鼓风机房配置罗茨风机3台（2用1备），单机风量1 500Nm?/h；污泥浓缩间配置叠螺浓缩机两套，单套处理量25～40m?/h。

三、试运行效果及经济性分析

1. 试运行效果

工程于2023年9月中完成建设、联机调试，10月初投入试运行，1个月后系统趋于稳定。试运行期间，因产业园企业受外部经济环境、生产状况、排污管控等因素影响，实际进水量波动较大（419.82～8895.02m?/d），平均处理量为4108.31m?/d，处理负荷率仅为41.08%；其中2024年2月份（春节假期）实际进水量最小（419.82～3142.19m?/d），平均处理量为1741.17m?/d，负荷率仅为17.41%。同时，进水水质浓度波动也较大，其中COD值常有超过设计标准情况，但各指标的平均值、中位值较低，均未到达到设计标准。工程处理效果良好，COD、SS、TN、NH3-N、TP的平均去除率分别达到94.14%、92.02%、70.70%、96.95%和94.44%。出水水质稳定，各指标均优于排放限值，甚至满足地表水准Ⅳ类标准。2023年11月至2024年4月期间，实际进出水水质如表2所示。

表2 污水处理厂实际进、出水水质及地表水Ⅳ类水质标准 

2. 经济性分析

该工程总投资为5408.27万元，其中建安费为4287.30万元，二类费（不含土地征拆）为720.36万元，折合吨水投资额为5408.27元/m?。试运营期间，吨水的运行直接成本为1.25元/m?，其中电费0.49元/m?，人工费0.22元/m?，药费0.10元/m?，污泥处置费0.36元/m?，其他费用约0.08元/m?。

3.存在问题和调控建议

该工程工艺集成优化，自动化程度高，建设投资适中，具有较好的脱氮除磷效果。采用多个阶段协同处理，提高了工艺对水质波动的适应性和出水达标保证率，但由于流程较为复杂，需要高度专业的技术支持和管理。

在试运行阶段，实际进水水质和处理负荷均低于设计标准。为节约成本，经调试可行后，运行时超越了臭氧工艺段，并适当降低了BAF池的曝气量，因此工艺系统的实际效能有待进一步验证和发挥。

建议下阶段需关注实时监控系统，对关键参数进行持续监测，包括进水水质水量、出水水质、污泥浓度、生化池溶解氧浓度等，以便于及时进行工艺调整。其中，根据实际负荷和水质情况，决定是否需启用臭氧系统，并精确调节进水量、臭氧供给等，以保证臭氧的有效利用；精准调控BAF池的曝气量，确保充分的生物活性和污染物的降解效率。同时，加强对运营人员的培训，提高对系统运行的理解和操作技能，进行有效运维管理。

四、结语

珠江三角洲某产业园混合废水与普通市政污水存在较大差异，处理难度大。该园区综合污水处理厂采用了水解酸化-改良型AAO-高效沉淀-臭氧接触氧化池-BAF-纤维转盘滤池组合工艺，其出水水质优于排放限值，实现了高效的处理水平。同时，该工程实现了极限用地条件下的集约化布置，自动化程度高，投资适中、运行费用低，可为类似工业园污水处理项目建设提供经验借鉴。

微信对原文有修改。原文标题：某产业园综合污水处理厂AAO-BAF工艺设计及应用；作者：梁仁礼、谢天、胡勇有；作者单位：华南理工大学环境与能源学院、广州市创景市政工程设计有限公司。刊登在《给水排水》2024年第10期。