新型AO污水处理工艺设计与应用
邓中田+刘启东+张文+李健
摘要：根据我国北方农村生活污水的水质特点，设计了一套基于AO处理工艺基础上的农村生活污水处理工艺，并详细阐述了该工艺的设计思路及工艺过程。示范工程出水水质检测结果表明：经该工艺处理后的出水COD、氨氮、总氮、总磷均达到了《农村生活污水排放标准》（DB 13/2171-2015）的一级A标准。该工程对北方农村农村生活污水处理具有一定的示范作用。
关键词：新型AO；污水处理；工艺设计
中图分类号：U703.1 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0117-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.055
Abstract：Based on the water quality characteristics of rural domestic sewage in northern China， a set of rural domestic sewage treatment process based on AO treatment technology was designed， and the design idea and process of the process were elaborated. The effluent COD， ammonia nitrogen， total nitrogen and total phosphorus of the effluent from the demonstration project show that the effluent COD has reached the Grade A standard of “Rural Sewage Discharge Standard” （DB 13 / 2171-2015）. The project has a certain role in rural rural sewage treatment in rural areas.
Key words： New AO； Sewage treatment； Process design
由于處理技术研究工作开展相对较晚，同时不同区域之间污水水质差别较大，目前我国农村生活污水处理工艺还处于多种并存状态，大体上分为微动力处理技术[1]、传统城镇污水处理厂处理技术、生物处理+生态处理技术[2]以及一体化集成装置处理技术[3]，其中一体化集成装置处理技术具有占地面积小、施工周期短[4]等特点，很好地适用了农村现状。由于农村污水中总磷含量较低，氨氮含量相对较高，因而传统的AO工艺适用性较强，但由于传统的AO工艺污泥回流和硝化液回流需要能耗，同时目前常用几种沉淀池的沉淀方式对一体化集成装置要求较高，因而以传统AO工艺为基础的一体化处理装置用于农村生活污水处理的典型成功案例并不多见。为此，设计了一种基于新型AO处理工艺的一体化装置以便解决农村污水处理问题。
1 工艺装置
该一体化农村生活污水处理工艺的设计，是在传统AO处理工艺及过滤澄清池的基础上，建立符合一级生物处理出水水质要求的工艺模型，通过一体化缺氧好氧过滤澄清组合技术的接续，完成农村分散式生活污水的净化。
在查阅国内外资料的基础上，根据生物脱氮及污泥层过滤技术，结合我国农村生活污水的特点，设计了一体化农村生活污水处理工艺，其基本设计思路如下：
（1）采用组合处理工艺。涉及上流式缺氧反应池、曝气池、过滤澄清池等处理工艺。
（2）一体化。将上述三种工艺有机结合为一体，密切相连。
（3）将硝化液回流与污泥回流集中在通一根管道内进行，且利用回流水头对缺氧池进行搅拌，节省了设备投资、能耗和空间。
（4）将常规的竖流沉淀池改为V型过滤澄清池，利用污水向上流动和污泥向下沉淀过程形成的污泥层对污染物进行过滤，提高出水水质。
工艺流程见图1。
整个工艺过程由缺氧池、好氧池、悬浮污泥过滤池、污泥池4部分组成。
（1）缺氧池
缺氧池具有混合、有机物氧化分解及反硝化等作用，本单元所占体积较小，内部装有硝化液（回流污泥）布水装置，使回流液与缺氧池进入混合均匀且反应充分，同时利用回流液剩余水头对混合液进行搅拌，无需安装搅拌装置。
（2）好氧池
好氧池具有有机物氧化分解和氨氮氧化分解能力，本单元所占体积最大，风机通过安装在好氧池底部曝气系统不断为好氧池提供空气，微生物利用空气中氧气分解污水中的有机物和氨氮等污染物。
（3）悬浮污泥过滤池
悬浮污泥层是新型AO工艺的核心处理单元，具有固液分离和过滤作用。整个处理单元呈V字形，污水自下而上流动，流速由下到上逐渐变小，污泥由上而下下沉，在某个位置形成污泥层。污泥层对污水中的SS有良好的拦截能力，污泥层中老化后的污泥密度增大，向下沉淀进入污泥斗。
（4）污泥池
污泥池具有将悬浮污泥过滤池中排出的剩余污泥收集和浓缩作用。
2 工程应用
以上述设计思路以及工艺过程为基础，根据河北省环保厅农村污水处理示范工程以及馆陶县美丽乡村建设要求，在馆陶县寿东村开展了一体化生活污水处理示范工程研究。
装置示意图如下：
污水首先进入缺氧单元（3），在这里与气提回流的从澄清单元（2）回流的活性污泥混合；混合液从缺氧单元（3）流入曝气单元（1），在这里发生生物降解和硝化过程；然后混合液体从曝气单元（1）流入澄清单元（2），在这里处理好的清水从混合液体中分离出来，通过溢流进入澄清单元顶部的出水系统。部分污泥形成的悬浮物最后通过出水堰底部的出口回流到生物反应器的缺氧单元。
2.1 设计进、出水水质
调查分析表明，寿南村每人生活污水排放量约为10-30L/d，全村人口约为630人，最大生活污水排放量约为18.9m3/d，考虑到生活污水排放量变化，建设规模确定为20m3/d，24小时连续运行，设计进、出水水质见表1。
2.2 工艺技术参数
一体化装置生化处理池停留时间约为20小时，外形尺寸为：5000×2000×2700 mm。
（1）缺氧池
停留时间3.0h，外形尺寸：1000×2000×2700 mm（有效水深：2500mm）。
（2）好氧池
上表面尺寸：1750×2000 mm，下表面尺寸：2500×2000（有效水深：2400mm），主要材料设备：φ260旋混式曝气器，共9套；
（3）悬浮污泥过滤池
上表面尺寸：1500×1500 mm，下表面尺寸：200×1500，（有效水深：2300mm），表面负荷：0.694 m3/m2.h，固体负荷：40.0kg/（m2·d），主要材料设备：设气提污泥回流装置1套，剩余污泥采用重力排放。
（4）污泥池
进泥含水率：98.5%，出泥含水率：98.0%，上表面尺寸：1500×1500 mm，下表面尺寸：200×1500，与悬浮污泥过滤池相邻。
（5）设备间
外形尺寸：1000×2000×2700 mm。主要配置设备：紫外消毒器，接触时间2s，功率为40w；回转风机，HC-40S，Q=0.61m3/min，P=39.2 kp，N=0.75 kW。
2.3 运行效果
由于本项目中没有构筑物建设内容，土建部分仅有工程是设备基础建设，因而从设计、施工到投产运行仅仅用了40天，经环保局监测出水均达到《农村生活污水排放标准》（DB13/2171-2015）中一级A标准。9月份检测指标见表2：
2.4 技术经济指标
工程总投资为18.6万元，污水处理动力费为0.56元/m3[电價为0.52元/（kW·h）]。
2.5 技术特点
本新型AO一体化污水处理装置采用活性污泥生物滤池工艺一体化设计，集成智能感知与自动控制单元和网络传输单元，本一体化污水处理装置由缺氧池、好氧池以及澄清过滤池组成，来水首先进入缺氧池，与过滤池的回流污泥混合后进行反硝化反应，缺氧池出水直接进入好氧池，在好氧池内完成有机物及氨氮等的氧化反应， 好氧池下端沉积污泥通过污泥泵提升进入污泥池，其出水通过过滤池下端进水口以上向流方式进入过滤池，过滤池设置成漏斗形，形成底部流速大、上部流速小的流态，在运行初期定时向过滤池投加一种特殊的菌种，最终在过滤池中间部位“营造”出一定厚度的污泥层， 污泥层中的部分污泥通过污泥泵提升返回缺氧池，污泥层不仅提高了泥水分离的效果，提升了出水水质，而且运行更稳定、处理效果更佳、抗冲击能力更强、运行维护更方便快捷。具有工艺流程短，设备能耗低，处理单元少，运维简单，操作简单，运营管理方便等优势。
3 结论
新型AO处理工艺基于我国北方农村生活污水的特点以及先进技术而设计，示范结果表明：该处理工艺在农村生活污水处理具有较好的适用性，显示了良好的处理效果，该工程对北方农村集聚区的生活污水处理进行了实践和探索，具有一定的示范作用。
参考文献
[1]郭林.微动力生活污水处理装置在废水处理中的应用[J].企业技术开发，2003，（11）：16-18.
[2]刘文涛，吴磊，吕锡武等.农村生态耦合技术处理农村生活污水的应用研究[J].环境监控与预警，2012，4（1）：46-49.
[3]赵野驰.污水处理一体化集成技术在应急系统的应用与推广[J].资源环境与节能减灾，2010，（8）：131.
[4]王晓丹等.重庆市典型小城镇污水处理厂进水水质特征分析[J].西南大学学报（自然科学版），2012，（01）：20.
作者简介：邓中田（1967-），男，本科，初级职称，研究方向为污水处理。
摘要：根据我国北方农村生活污水的水质特点，设计了一套基于AO处理工艺基础上的农村生活污水处理工艺，并详细阐述了该工艺的设计思路及工艺过程。示范工程出水水质检测结果表明：经该工艺处理后的出水COD、氨氮、总氮、总磷均达到了《农村生活污水排放标准》（DB 13/2171-2015）的一级A标准。该工程对北方农村农村生活污水处理具有一定的示范作用。
关键词：新型AO；污水处理；工艺设计
中图分类号：U703.1 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0117-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.055
Abstract：Based on the water quality characteristics of rural domestic sewage in northern China， a set of rural domestic sewage treatment process based on AO treatment technology was designed， and the design idea and process of the process were elaborated. The effluent COD， ammonia nitrogen， total nitrogen and total phosphorus of the effluent from the demonstration project show that the effluent COD has reached the Grade A standard of “Rural Sewage Discharge Standard” （DB 13 / 2171-2015）. The project has a certain role in rural rural sewage treatment in rural areas.
Key words： New AO； Sewage treatment； Process design
由于處理技术研究工作开展相对较晚，同时不同区域之间污水水质差别较大，目前我国农村生活污水处理工艺还处于多种并存状态，大体上分为微动力处理技术[1]、传统城镇污水处理厂处理技术、生物处理+生态处理技术[2]以及一体化集成装置处理技术[3]，其中一体化集成装置处理技术具有占地面积小、施工周期短[4]等特点，很好地适用了农村现状。由于农村污水中总磷含量较低，氨氮含量相对较高，因而传统的AO工艺适用性较强，但由于传统的AO工艺污泥回流和硝化液回流需要能耗，同时目前常用几种沉淀池的沉淀方式对一体化集成装置要求较高，因而以传统AO工艺为基础的一体化处理装置用于农村生活污水处理的典型成功案例并不多见。为此，设计了一种基于新型AO处理工艺的一体化装置以便解决农村污水处理问题。
1 工艺装置
该一体化农村生活污水处理工艺的设计，是在传统AO处理工艺及过滤澄清池的基础上，建立符合一级生物处理出水水质要求的工艺模型，通过一体化缺氧好氧过滤澄清组合技术的接续，完成农村分散式生活污水的净化。
在查阅国内外资料的基础上，根据生物脱氮及污泥层过滤技术，结合我国农村生活污水的特点，设计了一体化农村生活污水处理工艺，其基本设计思路如下：
（1）采用组合处理工艺。涉及上流式缺氧反应池、曝气池、过滤澄清池等处理工艺。
（2）一体化。将上述三种工艺有机结合为一体，密切相连。
（3）将硝化液回流与污泥回流集中在通一根管道内进行，且利用回流水头对缺氧池进行搅拌，节省了设备投资、能耗和空间。
（4）将常规的竖流沉淀池改为V型过滤澄清池，利用污水向上流动和污泥向下沉淀过程形成的污泥层对污染物进行过滤，提高出水水质。
工艺流程见图1。
整个工艺过程由缺氧池、好氧池、悬浮污泥过滤池、污泥池4部分组成。
（1）缺氧池
缺氧池具有混合、有机物氧化分解及反硝化等作用，本单元所占体积较小，内部装有硝化液（回流污泥）布水装置，使回流液与缺氧池进入混合均匀且反应充分，同时利用回流液剩余水头对混合液进行搅拌，无需安装搅拌装置。
（2）好氧池
好氧池具有有机物氧化分解和氨氮氧化分解能力，本单元所占体积最大，风机通过安装在好氧池底部曝气系统不断为好氧池提供空气，微生物利用空气中氧气分解污水中的有机物和氨氮等污染物。
（3）悬浮污泥过滤池
悬浮污泥层是新型AO工艺的核心处理单元，具有固液分离和过滤作用。整个处理单元呈V字形，污水自下而上流动，流速由下到上逐渐变小，污泥由上而下下沉，在某个位置形成污泥层。污泥层对污水中的SS有良好的拦截能力，污泥层中老化后的污泥密度增大，向下沉淀进入污泥斗。
（4）污泥池
污泥池具有将悬浮污泥过滤池中排出的剩余污泥收集和浓缩作用。
2 工程应用
以上述设计思路以及工艺过程为基础，根据河北省环保厅农村污水处理示范工程以及馆陶县美丽乡村建设要求，在馆陶县寿东村开展了一体化生活污水处理示范工程研究。
装置示意图如下：
污水首先进入缺氧单元（3），在这里与气提回流的从澄清单元（2）回流的活性污泥混合；混合液从缺氧单元（3）流入曝气单元（1），在这里发生生物降解和硝化过程；然后混合液体从曝气单元（1）流入澄清单元（2），在这里处理好的清水从混合液体中分离出来，通过溢流进入澄清单元顶部的出水系统。部分污泥形成的悬浮物最后通过出水堰底部的出口回流到生物反应器的缺氧单元。
2.1 设计进、出水水质
调查分析表明，寿南村每人生活污水排放量约为10-30L/d，全村人口约为630人，最大生活污水排放量约为18.9m3/d，考虑到生活污水排放量变化，建设规模确定为20m3/d，24小时连续运行，设计进、出水水质见表1。
2.2 工艺技术参数
一体化装置生化处理池停留时间约为20小时，外形尺寸为：5000×2000×2700 mm。
（1）缺氧池
停留时间3.0h，外形尺寸：1000×2000×2700 mm（有效水深：2500mm）。
（2）好氧池
上表面尺寸：1750×2000 mm，下表面尺寸：2500×2000（有效水深：2400mm），主要材料设备：φ260旋混式曝气器，共9套；
（3）悬浮污泥过滤池
上表面尺寸：1500×1500 mm，下表面尺寸：200×1500，（有效水深：2300mm），表面负荷：0.694 m3/m2.h，固体负荷：40.0kg/（m2·d），主要材料设备：设气提污泥回流装置1套，剩余污泥采用重力排放。
（4）污泥池
进泥含水率：98.5%，出泥含水率：98.0%，上表面尺寸：1500×1500 mm，下表面尺寸：200×1500，与悬浮污泥过滤池相邻。
（5）设备间
外形尺寸：1000×2000×2700 mm。主要配置设备：紫外消毒器，接触时间2s，功率为40w；回转风机，HC-40S，Q=0.61m3/min，P=39.2 kp，N=0.75 kW。
2.3 运行效果
由于本项目中没有构筑物建设内容，土建部分仅有工程是设备基础建设，因而从设计、施工到投产运行仅仅用了40天，经环保局监测出水均达到《农村生活污水排放标准》（DB13/2171-2015）中一级A标准。9月份检测指标见表2：
2.4 技术经济指标
工程总投资为18.6万元，污水处理动力费为0.56元/m3[电價为0.52元/（kW·h）]。
2.5 技术特点
本新型AO一体化污水处理装置采用活性污泥生物滤池工艺一体化设计，集成智能感知与自动控制单元和网络传输单元，本一体化污水处理装置由缺氧池、好氧池以及澄清过滤池组成，来水首先进入缺氧池，与过滤池的回流污泥混合后进行反硝化反应，缺氧池出水直接进入好氧池，在好氧池内完成有机物及氨氮等的氧化反应， 好氧池下端沉积污泥通过污泥泵提升进入污泥池，其出水通过过滤池下端进水口以上向流方式进入过滤池，过滤池设置成漏斗形，形成底部流速大、上部流速小的流态，在运行初期定时向过滤池投加一种特殊的菌种，最终在过滤池中间部位“营造”出一定厚度的污泥层， 污泥层中的部分污泥通过污泥泵提升返回缺氧池，污泥层不仅提高了泥水分离的效果，提升了出水水质，而且运行更稳定、处理效果更佳、抗冲击能力更强、运行维护更方便快捷。具有工艺流程短，设备能耗低，处理单元少，运维简单，操作简单，运营管理方便等优势。
3 结论
新型AO处理工艺基于我国北方农村生活污水的特点以及先进技术而设计，示范结果表明：该处理工艺在农村生活污水处理具有较好的适用性，显示了良好的处理效果，该工程对北方农村集聚区的生活污水处理进行了实践和探索，具有一定的示范作用。
参考文献
[1]郭林.微动力生活污水处理装置在废水处理中的应用[J].企业技术开发，2003，（11）：16-18.
[2]刘文涛，吴磊，吕锡武等.农村生态耦合技术处理农村生活污水的应用研究[J].环境监控与预警，2012，4（1）：46-49.
[3]赵野驰.污水处理一体化集成技术在应急系统的应用与推广[J].资源环境与节能减灾，2010，（8）：131.
[4]王晓丹等.重庆市典型小城镇污水处理厂进水水质特征分析[J].西南大学学报（自然科学版），2012，（01）：20.
作者简介：邓中田（1967-），男，本科，初级职称，研究方向为污水处理。
