1、工程概況

三亞某水質凈化二廠是緊鄰一廠的改擴建提標項目，一廠已建成3.0×104m3/d規模，出水執行一級A標準；二廠用地極為受限，既要新建4.0×104m3/d強化一級A設施，又要合建7.0×104m3/d反硝化深床濾池作為兩廠共用深度處理設施，出廠水最終須達到地表水準Ⅳ類水質標準方能排放，以滿足“美麗三亞、國際三亞”和海南自由貿易港對水環境質量的高要求。水質凈化二廠項目總投資約36717萬元，用地面積3.33hm2。從2020年3月初起，ABRAO一體化池經過約37d的調試和試運行，出水即全面接近地表水Ⅳ類水質指標，成功實現了低成本脫氮除磷。

2、工藝設計

2.1 設計進、出水水質

根據一廠實際水質、周邊污水廠水質，參考南方污水廠進水水質的變化確定設計進水水質，二級處理出水執行一級A標準，具體見表1。

2.2 工藝流程

污水處理工藝流程見圖1。

預處理為常規粗格柵及進水提升泵房、細格柵及曝氣沉砂池；二級生化處理采用ABR-AO生化沉淀一體化集約工藝；深度處理采用反硝化深床濾池；消毒采用次氯酸鈉接觸消毒；剩余污泥經濃縮后送往地塊南側在建的集中式污泥處置中心。

2.3 工藝考慮重點

擴建4.0×104m3/d主體工藝的兩項出水指標COD、NH3-N要求顯著優于一級A標準，以確保一廠二廠混合水最后經深床濾池處理后，能穩定達到出廠排放標準，并為今后出水標準再提高到TN≤10mg/L甚至5mg/L以下提供充分易達性和簡便性。

2.4 ABR-AO生化沉淀一體化池

為便于檢修，設2座各2.0×104m3/d規模的ABR-AO一體化池。單座尺寸為71.0m×46.0m，由2格各1.0×104m3/d并聯，其沉淀池共用排泥泵池和排泥閥井。一體化池示意見圖2。

水力流程為：沉砂池出水和外回流污泥→混合配水池→ABR池→內回流AN1脫氣池+AN2~AN4池→O池→二沉池→加藥混凝斜管沉淀池→出水。

推流式升流式ABR池4格串聯2排并聯，水深6.30m，底部進水，集水槽出水，無攪拌機，池底定期靜壓排泥。HRT=2.36h，污泥自濃縮后MLSS達4.5~6g/L，甚至更高。

外碳源投加點設于缺氧AN池AN2處。水深為6.0m，HRT=3.93h，設潛水攪拌機脫除N2氣泡并防止污泥沉積。

好氧O池為推流式，采用精確曝氣控制DO運行：O1低氧和O2~O5正常（DO按2mg/L），以及全部O1~O5低氧模式（DO≤前1.0mg/L~后1.5mg/L）或正常模式。水深為6.0m，HRT=6.59h。

二沉池為矩形豎流式V形澄清池，有效水深4.99m，池底比生化池底低1.0m，中下部布水，表面負荷2.1m3（/m2·h），不加藥，斗底大管口排泥（外回流和剩余污泥）。沉淀效率在98.5%以上。

末端合建斜管沉淀池，屬半深度處理，采用噴淋加藥→水力管式混合→旋流絮凝反應→懸浮污泥層吸附過濾后斜管沉淀，有效水深4.39m，水面低于二沉池1.0m，反應時間≥0.99h，表面負荷1.39m3（/m2·h），輔助化學除磷和混凝藥劑為PAC復合硅藻土，含10%~25%硅藻，穿孔管排泥，加藥量和污泥量少，污泥全部回用作為顆粒污泥的凝聚核。

2.5 其他主要工藝參數

Ls=0.043kgBOD5（/kgMLSS·d），MLSS=5.2g/L，θc=15.9d，需氧量為1.69kgO2/kgBOD5，生化反應總HRT=12.88h，脫氮速率Kde=0.037kgNO3--N/（kgMLSS·d），氣水比為4.40，硝化液內回流比200%~300%，污泥外回流比100%~150%。

3、技術特點

①顆粒污泥與絮狀污泥并存，加上兩級沉淀和氣提回流對MLSS的強制截留，生化池MLSS高達4.5~6g/L或以上，生化反應更加充分。

②面式氣提裝置將二沉池的中層懸浮活性污泥源源不斷地回流到生化池，絮體污泥經氣提作用反復淘洗，有助于顆粒污泥的形成和富集。

③部分同程/短程硝化反硝化：高污泥濃度和低DO曝氣結合，形成顆粒污泥內部缺氧厭氧微環境，脫氮速率高于常規ANO工藝。

④厭氧ABR技術與反硝化除磷相結合：ABR池的水解酸化作用既改善了進水可生化性，提高B/C比，又產酸和充分釋磷，可節約缺氧脫氮碳源投加量，而且厭氧消化使得系統污泥總產量減少。

⑤一體化整合與模塊化設計：分級曝氣O1~O5池、二沉池V形構造、斜管沉淀池單斜壁結構，三者融為一體，空間彼此契合，節省土建和占地。

4、一體化池試運行結果及分析

4.1 調試期碳源投加

三水結晶乙酸鈉（25kg/包）按CH3COONa含量為59%計，投加量從80mg/L逐日上升至最高值157.9mg/L，再下降并穩定在60mg/L。

4月份調試期13d水質數據及碳源投加量分別見表2、3。

表3中乙酸鈉COD當量按0.68gCOD/g純乙酸鈉計；去除單位硝態氮所需乙酸鈉COD當量，按3.66mgCOD/mgNO3--N計；投60mg/L固體商品約可去除6.58mg/L的TN。

隨著投加量增加，TN脫氮率由初期62.30%升至79%以上；之后，劑量雖然逐漸減小至60mg/L，但TN脫氮率并未明顯下降，出水TN仍然穩定合格。原因是反硝化菌污泥齡逐漸得到延長，反硝化菌豐度增加，內碳源反硝化脫氮效率提升，內碳源脫氮率由月初3d平均40.10%升至月末3d平均63.49%，躍升明顯。

4.2 試運行結果

自5月初—6月12日，碳源劑量穩定在60mg/L，進水C/N比依然超低，但運行更為穩定成熟，試運行37d水質見表4。

對比表2和表4中的數據可以看出，出水水質穩步提升，工程改造后一體化池出水COD、NH3-N、TN、TP平均值分別下降至12.0、0.31、10.54、0.37mg/L，降幅雖不大，但總體穩健向好，表明設計和運行均獲得可喜成功。

4.3 分析與討論

①進水低碳源、高氮磷，BOD5/TN僅0.90~1.79，平均值1.17，BOD5/TP為5.57~15.49，平均值9.02，顯然，該污水脫氮除磷極度缺乏碳源，必須適量投加外碳源。

②投加外碳源后，觀察到出水TN和TP同步大幅改善，實現了“一碳兩用”。5月中旬啟用輔助化學除磷之前，系統TP去除率已達93.83%，而常規A2O法生物除磷效率在50%~75%，本工程進水TP均值6.54mg/L，出水TP均值低至0.37mg/L，出乎預料，推測是反硝化除磷作了很大貢獻。

③大幅度節約外加碳源，按現行計算方法以典型水質計算，投加量應為160~440mg/L（以固體商品計，下同），實際僅60mg/L即獲滿意的脫氮除磷效果。同時，依靠工藝強化設計獲得了脫氮貢獻6.84mg/L，故系統強化獲得了62.4mg/L的碳源增效，即節約碳源104%，按市價2850元/t計，污水單位運行成本降低了0.178元/m3。

④低碳源污水脫氮貢獻率，按內碳源脫氮COD當量實測極限值3.06mgCOD/mgNO3--N去除量計，測算該污水在常規A2O工藝下內碳源脫氮貢獻率平均為39.58%，另外的22.05%為工藝強化貢獻率，14.76%為外碳源貢獻率，三者之和構成試運行期TN去除率均值76.39%。

⑤COD去除率均值92.79%，NH3-N去除率均值99.24%，出水水質穩定達標。特別是在進水NH3-N高達40~55mg/L的情況下，實測出水卻低至0.4~1.0mg/L左右，表明系統硝化反應徹底。

5、結論

①采用ABR-AO生化沉淀一體化工藝處理低碳源污水，TN去除率高于常規A2O工藝，外碳源對TN脫氮貢獻率為14.76%，節約了104%的碳源藥劑費用，系統TN去除率達76.39%。

②厭氧ABR技術與反硝化除磷相結合，污水B/C比得以提高，外碳源“一碳兩用”，生物除磷效率達94.30%，出水TP均值0.37mg/L。

③ABR-AO生化沉淀一體化池的COD、NH3-N去除率分別達92.79%、99.24%；出水平均COD、NH3-N、TN分別為12.0、0.31、10.54mg/L。

④ABR-AO生化沉淀一體化工藝流程短、占地省、造價低，簡化了運行管理，節約了運行費用，最終提升了污水處理廠的經濟效益。（來源：中國市政工程中南設計研究總院有限公司，海南大和成環境工程有限公司，江蘇天雨環保集團有限公司）