案例：天津张贵庄污水厂[分段多级AO工艺]
天津市张贵庄污水处理厂建成于2012年，污水处理规模为20×104m3/d，出水标准为一级A排放标准。设计采用了分段进水多级AO工艺，该工艺具有脱氮效率高、所需池容小、建设投资和运行费用省等特点。本工程设计为四级AO工艺，采用流量计和远控电动阀门实现对各级进水量的精确控制，池型设计采用综合管廊的布置方式。张贵庄污水处理厂是天津市建设的一座大型综合城镇污水处理厂，服务范围约170平方公里，主要处理天津市河东区及东丽区城镇生活污水及工业废水。工程自2010年开始建设，至2012年竣工投产。为2013年鲁班奖工程。
1工程规模及水质要求
张贵庄污水厂一期工程包括20万m3/d的污水厂、6万m3/d的再生水厂、300t/d的污泥处置项目。污水处理流程主要包括进水提升、粗细格栅、曝气沉砂池、初沉池、分段进水多级AO生物池、周进周出二沉池;深度处理包括二次提升泵房、机械混合池絮凝池、斜管沉淀池、反硝化深床滤池、接触消毒池。处理后的污水一部分通过出水泵房排放至东丽区袁家河，一部分进入再生水处理系统。总平面布置见图1。
图1 污水厂总平面布置图
项目设计进出水主要指标如1所示。
表1 进出水设计指标
2工艺原理
本工程根据泵站实测数据分析，进水水质具有TN含量较高，BOD含量较低的特点，经论证后生物处理部分采用了分段进水多级A/O工艺，该工艺脱氮效率高、所需池容小、建设投资和运行费用省，在低碳氮比污水中可实现较好的处理效果，工艺原理见图2。
案
图2 分段进水多级AO工艺原理图
该工艺由二至五个串联A/O组成，图中以四段AO为例，回流污泥从首端进入，污水按一定比例从每个A段进入，为反硝化提供碳源，剩余的碳污染物在O段去除，氨氮则氧化成硝态氮进入A段处理。工艺具有以下特点：
(1)避免了内回流带入的大量溶解氧，保证了缺氧区的处理效果，反硝化过程彻底，脱氮效率提高;
(2)反硝化的碳源全部来自进水，对于低碳氮比的污水可显著节省外加碳源
(3)相对传统内回流脱氮工艺，降低了内回流的能耗;
3本工程生物池参数及设计特点
张贵庄污水厂生物池以上述原理为基础，在池型布置、自动控制等方面有针对性的进行了工程化设计，主要特点如下：
(1)基本参数
工程设计规模为20万吨/日，共设4座生物反应池，设计停留时间约18h，单座反应池长约104m，宽约71m，有效水深6.3m，每座由四个连续的AO段组成，前三个O池末端设有一处机动池。单座反应池设有潜水搅拌器14台，底部铺设管式曝气器约1600m，内回流泵4台，分别设在每个O段的末端，回流量分别为单池进水量的25%、50%、70%和100%，设计为常闭状态，视运行水质情况开启。设计污泥浓度起端为6400mg/L，末端为4000mg/L，泥龄为15d。
(2)进水进气分配设计
多级AO设计的重点和难点是进水量和进气量的分配。通常AO池多采用渠道+可调堰方式配水，但此方式缺少流量控制装置，运行人员仅能凭感官调节，无法实现对各级进水水量的精确控制。
因此本工程设计改用管道进水方式，并在每级进水管处设计流量计和远控电动阀门，以实现各级进水量的精确测量，并可在中央控制室对阀门进行操作，可实时监控记录和调整各级进水流量比例。本工程设定的流量比例范围为：第一级10~25%、第二级25~40%、第三级25~40%、第四级10~25%。
多级AO工艺缺氧池和好氧池交替连接，如果好氧池末端溶解氧过高，将会影响下一组A池的脱氮效果。本工程通过设置机动池和曝气控制系统实现各级反应池的稳定运行。在曝气充足的情况下，机动池将作为脱氧池使用，使末端溶解氧控制到1mg/L以内。在每级好氧池均设置独立的曝气干管，并在此干管设置气量控制阀，通过好氧池末端的DO数据及进水水量数据，实时监控并控制池内曝气总量。
(3)池型布置设计
本工程采用四级AO池，单池进水管路和空气管路分别为4组，配水点和空气分配点总计多达32处，如何整理和布置繁杂的管路系统是工程设计需要重点考虑的问题。本工程将两座池体联建并在中间设计1座管廊间，宽度为6m，长为104m，内部借鉴综合管廊的设计理念，将进水管道、远控阀门、流量计、空气管道、电缆桥架、加药管道、回流污泥渠道等全部集中在管廊中，极大地方便了设备的维护及日常运行管理。
图3 生物池管廊布置
图4 生物池运行情况
4实际运行分析
张贵庄污水处理厂自2012年4月开始通水运行，至今已运行五年半时间。总计约1/3的时间超过设计20万吨处理规模，目前已基本满负荷运行，日益增长的污水量已为该厂的日常运行带来困难。
从现状进水水质情况看，各项指标波动范围较大，但多数为短期波动，水质平均值尚在一期工程设计水质范围内。工程现状出水水质较好，目前各指标均能稳定达到国标一级A标准。
表2 现状进出水水质变化统计(2014-2016年)
根据脱氮原理，脱氮过程中BOD/TN应大于2.86，通常要达到4以上才能获得较好的反硝化效果。根据分析，本工程进水BOD/TN的平均值仅为2.54，属于碳源缺乏的污水，因此需要在运行中补充一定量的碳源。从实践经验看，碳源补充在最后一格A池即可获得较好的脱氮效率，且碳源用量显著低于常规工艺。
5设计总结
分段进水多级A/O工艺近年来日益受到重视，国内相关工程设计案例也逐渐增多，以往多级AO工艺多用于现状污水处理厂的改造，布局和设计都具有较大的局限性。
张贵庄污水处理厂作为国内第一座大型新建多级AO工艺的污水厂，从设计之初便以工艺原理为基本点，从设计布局，池型分配等方面发挥工艺的长处，弥补不足，在运行的5年时间里积累了宝贵的设计和运行经验。下面将设计及运行过程中的经验及教训简述如下：
(1)张贵庄污水厂多级AO工艺采用流量计及电控阀门控制的流量分配方式，从实践看是可靠的。实际运行中并不需要频繁的调节流量分配，相比粗犷的堰门分配，流量计所获得的数字化信息可以使运行管理人员很清楚地实现各种分配策略的调节，从而摸索最佳的分配方式。
而跟远程电控阀门以及曝气控制系统的结合，为实现污水厂智慧化控制提供了基础。从现场运行经验看，采用第一级20%~30%、第二级30%~40%、第三级30%~40%、第四级10%~15%的流量分配方式，可以获得较稳定的脱氮效果。
(2)由于进水点位较多，采用中央管廊的设计思路，将各种管线集约化布置，从运行维护角度是非常适用的
(3)工程最初每级均设置了内回流泵，期望各段均可通过内回流增强反硝化效果。但从实际运行看，内回流的作用从末端向前端依次降低，因此仅建议最后一段设置内回流即可。
(4)由于回流污泥进入反应池后被分步稀释，第一段的AO池污泥浓度非常高，同时造成一段O池的曝气能力明显不足，在今后的设计中建议加大该段曝气量。
(5)推荐在池型设计时，缺氧段采用氧化沟的池型布置，以优化流态，并降低搅拌器的能耗。
本文详细内容参见2018年6月《中国给水排水》第12期《张贵庄污水处理厂分段进水多级AO工艺的设计与运行》作者：王舜和 ，李朦 ，郭淑琴 天津市市政工程设计研究院
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