（來源：中國給水排水）

天津市張貴莊污水處理廠建成于2012年，污水處理規模為20×104m3/d，出水標準為一級A排放標準。設計采用了分段進水多級AO工藝，該工藝具有脫氮效率高、所需池容小、建設投資和運行費用省等特點。本工程設計為四級AO工藝，采用流量計和遠控電動閥門實現對各級進水量的精確控制，池型設計采用綜合管廊的布置方式。

張貴莊污水處理廠是天津市建設的一座大型綜合城鎮污水處理廠，服務范圍約170平方公里，主要處理天津市河東區及東麗區城鎮生活污水及工業廢水。工程自2010年開始建設，至2012年竣工投產。為2013年魯班獎工程。

1工程規模及水質要求

張貴莊污水廠一期工程包括20萬m3/d的污水廠、6萬m3/d的再生水廠、300t/d的污泥處置項目。污水處理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;深度處理包括二次提升泵房、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。處理后的污水一部分通過出水泵房排放至東麗區袁家河，一部分進入再生水處理系統。總平面布置見圖1。

圖1 污水廠總平面布置圖

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

本工程根據泵站實測數據分析，進水水質具有TN含量較高，BOD含量較低的特點，經論證后生物處理部分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，在低碳氮比污水中可實現較好的處理效果，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，氨氮則氧化成硝態氮進入A段處理。工藝具有以下特點：

(1)避免了內回流帶入的大量溶解氧，保證了缺氧區的處理效果，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省外加碳源

(3)相對傳統內回流脫氮工藝，降低了內回流的能耗;

3本工程生物池參數及設計特點

張貴莊污水廠生物池以上述原理為基礎，在池型布置、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

工程設計規模為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%和百分之100，設計為常閉狀態，視運行水質情況開啟。設計污泥濃度起端為6400mg/L，末端為4000mg/L，泥齡為15d。

(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節，無法實現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，以實現各級進水量的精確測量，并可在中央控制室對閥門進行操作，可實時監控記錄和調整各級進水流量比例。本工程設定的流量比例范圍為：首級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實現各級反應池的穩定運行。在曝氣充足的情況下，機動池將作為脫氧池使用，使末端溶解氧控制到1mg/L以內。在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數據及進水水量數據，實時監控并控制池內曝氣總量。

(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是工程設計需要重點考慮的問題。本工程將兩座池體聯建并在中間設計1座管廊間，寬度為6m，長為104m，內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

圖4 生物池運行情況

4實際運行分析

張貴莊污水處理廠自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的時間超過設計20萬噸處理規模，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。

從現狀進水水質情況看，各項指標波動范圍較大，但多數為短期波動，水質平均值尚在一期工程設計水質范圍內。工程現狀出水水質較好，目前各指標均能穩定達到國標一級A標準。

表2 現狀進出水水質變化統計(2014-2016年)

根據脫氮原理，脫氮過程中BOD/TN應大于2.86，通常要達到4以上才能獲得較好的反硝化效果。根據分析，本工程進水BOD/TN的平均值僅為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。從實踐經驗看，碳源補充在末尾一格A池即可獲得較好的脫氮效率，且碳源用量顯著低于常規工藝。

5設計總結

分段進水多級A/O工藝近年來日益受到重視，國內相關工程設計案例也逐漸增多，以往多級AO工藝多用于現狀污水處理廠的改造，布局和設計都具有較大的局限性。張貴莊污水處理廠作為國內首座大型新建多級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，池型分配等方面發揮工藝的長處，彌補不足，在運行的5年時間里積累了寶貴的設計和運行經驗。下面將設計及運行過程中的經驗及教訓簡述如下：

(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節流量分配，相比粗獷的堰門分配，流量計所獲得的數字化信息可以使運行管理人員很清楚地實現各種分配策略的調節，從而摸索較佳的分配方式。而跟遠程電控閥門以及曝氣控制系統的結合，為實現污水廠智慧化控制提供了基礎。從現場運行經驗看，采用首級20%~30%、第二級30%~40%、第三級30%~40%、第四級10%~15%的流量分配方式，可以獲得較穩定的脫氮效果。

(2)由于進水點位較多，采用中央管廊的設計思路，將各種管線集約化布置，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回流泵，期望各段均可通過內回流增強反硝化效果。但從實際運行看，內回流的作用從末端向前端依次降低，因此僅建議末尾一段設置內回流即可。

(4)由于回流污泥進入反應池后被分步稀釋，首段的AO池污泥濃度非常高，同時造成一段O池的曝氣能力明顯不足，在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，以優化流態，并降低攪拌器的能耗。

本文詳細內容參見2018年6月《中國給水排水》第12期《張貴莊污水處理廠分段進水多級AO工藝的設計與運行》

作者：王舜和 ，李朦 ，郭淑琴 天津市市政工程設計研究院