1、工程概况
三亚某水质净化二厂是紧邻一厂的改扩建提标项目，一厂已建成3.0×104m3/d规模，出水执行一级A标准；二厂用地极为受限，既要新建4.0×104m3/d强化一级A设施，又要合建7.0×104m3/d反硝化深床滤池作为两厂共用深度处理设施，出厂水最终须达到地表水准Ⅳ类水质标准方能排放，以满足“美丽三亚、国际三亚”和海南自由贸易港对水环境质量的高要求。水质净化二厂项目总投资约36717万元，用地面积3.33hm2。从2020年3月初起，ABRAO一体化池经过约37d的调试和试运行，出水即全面接近地表水Ⅳ类水质指标，成功实现了低成本脱氮除磷。
2、工艺设计
2.1 设计进、出水水质
根据一厂实际水质、周边污水厂水质，参考南方污水厂进水水质的变化确定设计进水水质，二级处理出水执行一级A标准，具体见表1。
2.2 工艺流程
污水处理工艺流程见图1。
预处理为常规粗格栅及进水提升泵房、细格栅及曝气沉砂池；二级生化处理采用ABR-AO生化沉淀一体化集约工艺；深度处理采用反硝化深床滤池；消毒采用次氯酸钠接触消毒；剩余污泥经浓缩后送往地块南侧在建的集中式污泥处置中心。
2.3 工艺考虑重点
扩建4.0×104m3/d主体工艺的两项出水指标COD、NH3-N要求显著优于一级A标准，以确保一厂二厂混合水最后经深床滤池处理后，能稳定达到出厂排放标准，并为今后出水标准再提高到TN≤10mg/L甚至5mg/L以下提供充分易达性和简便性。
2.4 ABR-AO生化沉淀一体化池
为便于检修，设2座各2.0×104m3/d规模的ABR-AO一体化池。单座尺寸为71.0m×46.0m，由2格各1.0×104m3/d并联，其沉淀池共用排泥泵池和排泥阀井。一体化池示意见图2。
水力流程为：沉砂池出水和外回流污泥→混合配水池→ABR池→内回流AN1脱气池+AN2~AN4池→O池→二沉池→加药混凝斜管沉淀池→出水。
推流式升流式ABR池4格串联2排并联，水深6.30m，底部进水，集水槽出水，无搅拌机，池底定期静压排泥。HRT=2.36h，污泥自浓缩后MLSS达4.5~6g/L，甚至更高。
外碳源投加点设于缺氧AN池AN2处。水深为6.0m，HRT=3.93h，设潜水搅拌机脱除N2气泡并防止污泥沉积。
好氧O池为推流式，采用精确曝气控制DO运行：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。水深为6.0m，HRT=6.59h。
二沉池为矩形竖流式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，表面负荷2.1m3（/m2·h），不加药，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，属半深度处理，采用喷淋加药→水力管式混合→旋流絮凝反应→悬浮污泥层吸附过滤后斜管沉淀，有效水深4.39m，水面低于二沉池1.0m，反应时间≥0.99h，表面负荷1.39m3（/m2·h），辅助化学除磷和混凝药剂为PAC复合硅藻土，含10%~25%硅藻，穿孔管排泥，加药量和污泥量少，污泥全部回用作为颗粒污泥的凝聚核。
2.5 其他主要工艺参数
Ls=0.043kgBOD5（/kgMLSS·d），MLSS=5.2g/L，θc=15.9d，需氧量为1.69kgO2/kgBOD5，生化反应总HRT=12.88h，脱氮速率Kde=0.037kgNO3--N/（kgMLSS·d），气水比为4.40，硝化液内回流比200%~300%，污泥外回流比100%~150%。
3、技术特点
①颗粒污泥与絮状污泥并存，加上两级沉淀和气提回流对MLSS的强制截留，生化池MLSS高达4.5~6g/L或以上，生化反应更加充分。
②面式气提装置将二沉池的中层悬浮活性污泥源源不断地回流到生化池，絮体污泥经气提作用反复淘洗，有助于颗粒污泥的形成和富集。
③部分同程/短程硝化反硝化：高污泥浓度和低DO曝气结合，形成颗粒污泥内部缺氧厌氧微环境，脱氮速率高于常规ANO工艺。
④厌氧ABR技术与反硝化除磷相结合：ABR池的水解酸化作用既改善了进水可生化性，提高B/C比，又产酸和充分释磷，可节约缺氧脱氮碳源投加量，而且厌氧消化使得系统污泥总产量减少。
⑤一体化整合与模块化设计：分级曝气O1~O5池、二沉池V形构造、斜管沉淀池单斜壁结构，三者融为一体，空间彼此契合，节省土建和占地。
4、一体化池试运行结果及分析
4.1 调试期碳源投加
三水结晶乙酸钠（25kg/包）按CH3COONa含量为59%计，投加量从80mg/L逐日上升至最高值157.9mg/L，再下降并稳定在60mg/L。
4月份调试期13d水质数据及碳源投加量分别见表2、3。
表3中乙酸钠COD当量按0.68gCOD/g纯乙酸钠计；去除单位硝态氮所需乙酸钠COD当量，按3.66mgCOD/mgNO3--N计；投60mg/L固体商品约可去除6.58mg/L的TN。
随着投加量增加，TN脱氮率由初期62.30%升至79%以上；之后，剂量虽然逐渐减小至60mg/L，但TN脱氮率并未明显下降，出水TN仍然稳定合格。原因是反硝化菌污泥龄逐渐得到延长，反硝化菌丰度增加，内碳源反硝化脱氮效率提升，内碳源脱氮率由月初3d平均40.10%升至月末3d平均63.49%，跃升明显。
4.2 试运行结果
自5月初—6月12日，碳源剂量稳定在60mg/L，进水C/N比依然超低，但运行更为稳定成熟，试运行37d水质见表4。
对比表2和表4中的数据可以看出，出水水质稳步提升，工程改造后一体化池出水COD、NH3-N、TN、TP平均值分别下降至12.0、0.31、10.54、0.37mg/L，降幅虽不大，但总体稳健向好，表明设计和运行均获得可喜成功。
4.3 分析与讨论
①进水低碳源、高氮磷，BOD5/TN仅0.90~1.79，平均值1.17，BOD5/TP为5.57~15.49，平均值9.02，显然，该污水脱氮除磷极度缺乏碳源，必须适量投加外碳源。
②投加外碳源后，观察到出水TN和TP同步大幅改善，实现了“一碳两用”。5月中旬启用辅助化学除磷之前，系统TP去除率已达93.83%，而常规A2O法生物除磷效率在50%~75%，本工程进水TP均值6.54mg/L，出水TP均值低至0.37mg/L，出乎预料，推测是反硝化除磷作了很大贡献。
③大幅度节约外加碳源，按现行计算方法以典型水质计算，投加量应为160~440mg/L（以固体商品计，下同），实际仅60mg/L即获满意的脱氮除磷效果。同时，依靠工艺强化设计获得了脱氮贡献6.84mg/L，故系统强化获得了62.4mg/L的碳源增效，即节约碳源104%，按市价2850元/t计，污水单位运行成本降低了0.178元/m3。
④低碳源污水脱氮贡献率，按内碳源脱氮COD当量实测极限值3.06mgCOD/mgNO3--N去除量计，测算该污水在常规A2O工艺下内碳源脱氮贡献率平均为39.58%，另外的22.05%为工艺强化贡献率，14.76%为外碳源贡献率，三者之和构成试运行期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%，出水水质稳定达标。特别是在进水NH3-N高达40~55mg/L的情况下，实测出水却低至0.4~1.0mg/L左右，表明系统硝化反应彻底。
5、结论
①采用ABR-AO生化沉淀一体化工艺处理低碳源污水，TN去除率高于常规A2O工艺，外碳源对TN脱氮贡献率为14.76%，节约了104%的碳源药剂费用，系统TN去除率达76.39%。
②厌氧ABR技术与反硝化除磷相结合，污水B/C比得以提高，外碳源“一碳两用”，生物除磷效率达94.30%，出水TP均值0.37mg/L。
③ABR-AO生化沉淀一体化池的COD、NH3-N去除率分别达92.79%、99.24%；出水平均COD、NH3-N、TN分别为12.0、0.31、10.54mg/L。
④ABR-AO生化沉淀一体化工艺流程短、占地省、造价低，简化了运行管理，节约了运行费用，最终提升了污水处理厂的经济效益。（来源：中国市政工程中南设计研究总院有限公司，海南大和成环境工程有限公司，江苏天雨环保集团有限公司）
