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MBBR工藝在污水處理廠提量增效中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2019-11-21 作者:

采用MBBR對(duì)華東某污水廠進(jìn)行擴(kuò)容,在原池基礎(chǔ)上擴(kuò)容2萬(wàn)m3/d,改造后污水廠污水處理規(guī)模達(dá)到12萬(wàn)m3/d;改造時(shí),保持厭缺氧區(qū)不變,好氧區(qū)采用兩級(jí)MBBR設(shè)計(jì),采用微動(dòng)力混合池型,強(qiáng)化系統(tǒng)抗沖擊能力;好氧區(qū)投加SPR-3型填料,有效比表面積為800m2/m3,符合《水處理高密度聚乙烯懸浮載體填料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);同時(shí)進(jìn)行二沉池改造,改建*沉淀池,新增轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾,實(shí)現(xiàn)工藝系統(tǒng)匹配,達(dá)到處理標(biāo)準(zhǔn)。改造后,水量提升20%,出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)化運(yùn)行可達(dá)到準(zhǔn)IV類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),生化池出水TN均值為10.40mg/L,TN去除率為83.50%,好氧段發(fā)生TN去除現(xiàn)象可去除TN6-10mg/L;生化池出水TP為0.43mg/L,TP去除率為93.00%,缺氧段發(fā)生顯著的TP去除現(xiàn)象,在*沉淀池投加鐵鹽絮凝劑后,TP可以降低到0.30mg/L以下;系統(tǒng)內(nèi)SND及DPB的出現(xiàn),實(shí)現(xiàn)了碳源限制下的同步強(qiáng)化脫氮除磷,未投加碳源情況下TN和TP穩(wěn)定達(dá)標(biāo),通過(guò)SND途徑去除TN占比13.20%,通過(guò)DPB途徑去除TP達(dá)到88.00%,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。

隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展及人民生活水平的提高,城市人口及用水量逐步增大,很多城市污水廠面臨負(fù)荷飽和需要提量,解決方案包括原廠址內(nèi)提量、擇地新建增量污水廠、全部拆遷擴(kuò)建污水廠等。相比新建或擴(kuò)建,原廠提量無(wú)疑是**擇,經(jīng)濟(jì)投資省、見(jiàn)效周期快。污水廠*大亦是*核心的處理構(gòu)筑物即生化池,具有很大提量空間,尤其是移動(dòng)床生物膜(MBBR)、膜生物反應(yīng)器(MBR)等工藝在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用后,更增加了多種技術(shù)選擇,能夠?qū)崿F(xiàn)原池提量。不論是MBBR還是MBR,核心技術(shù)思路均為提高生物量,提高處理負(fù)荷,強(qiáng)化處理效果,各具優(yōu)勢(shì),需要具體項(xiàng)目具體分析適用性。本研究通過(guò)華東某污水廠擴(kuò)容提效項(xiàng)目分析,以MBBR為核心,實(shí)現(xiàn)原廠提量20%,為國(guó)內(nèi)具有類(lèi)似需求污水廠改造提供技術(shù)參考。


01項(xiàng)目背景

1.1項(xiàng)目概況

華東某污水廠占地104畝,歷經(jīng)四期工程建設(shè)。一期設(shè)計(jì)處理能力為2.5萬(wàn)m3/d,采用三溝式氧化溝處理工藝,于1995年建設(shè),1999年投入運(yùn)營(yíng);二、三期工程設(shè)計(jì)處理能力均為3萬(wàn)m3/d,采用A/A/O工藝,分別于2006年、2008年初建設(shè),二期工程2007年投入運(yùn)營(yíng),三期工程2009年1月投入運(yùn)營(yíng);2012年實(shí)施的四期工程為對(duì)已建工程的改擴(kuò)建,將一期擴(kuò)建至4萬(wàn)m3/d,擴(kuò)建后的污水處理廠總處理規(guī)模達(dá)到10萬(wàn)m3/d,建設(shè)后出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。但近幾年,隨著入住城區(qū)的企業(yè)、居民增加和排污管網(wǎng)的*,污水排放量也在不斷增加,該污水廠現(xiàn)有規(guī)模及處理能力已不能滿(mǎn)足城區(qū)污水量的增長(zhǎng),因此本次工程根據(jù)污水量增長(zhǎng)的情況對(duì)現(xiàn)狀污水廠采用MBBR工藝進(jìn)行原池?cái)U(kuò)容改造,擴(kuò)容后規(guī)模為12萬(wàn)m3/d,出水水質(zhì)仍滿(mǎn)足一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn),并保留水廠再次提標(biāo)的可能性,設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表1所示,現(xiàn)有構(gòu)筑物參數(shù)如表2所示。

1.2改造難點(diǎn)

本項(xiàng)目的改造難點(diǎn)包括:

1)原廠區(qū)內(nèi)提量,水量從10萬(wàn)m3/d增加到12萬(wàn)m3/d,提量20%,水廠內(nèi)已無(wú)生化池?cái)U(kuò)建用地,水廠兩邊臨海,兩邊為居民區(qū),無(wú)法擴(kuò)建;

2)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大,與當(dāng)?shù)丶竟?jié)有關(guān),旅游季節(jié)人口增加,水質(zhì)濃度波動(dòng)也隨之變化較大;

3)工期緊,水廠已超負(fù)荷運(yùn)行,出水因超負(fù)荷波動(dòng),對(duì)環(huán)境有較大壓力;

4)提量同時(shí)應(yīng)保留未來(lái)進(jìn)一步提升至準(zhǔn)IV類(lèi)水的可能性。

02方案設(shè)計(jì)與系統(tǒng)調(diào)試

2.1技術(shù)路線

項(xiàng)目初步確定在MBBR路線與MBR路線中進(jìn)行比選。

MBR路線,即對(duì)現(xiàn)有四期生化池進(jìn)行改造,使其處理能力由4萬(wàn)m3/d提高至6萬(wàn)m3/d,總處理能力達(dá)到12萬(wàn)m3/d。MBR方案采用A/A/O+MBR的組合,工藝成熟、穩(wěn)定、可靠,同時(shí)結(jié)合*的膜分離技術(shù),其占地小、流程較短、耐水質(zhì)沖擊負(fù)荷、出水穩(wěn)定可靠、控制管理方便,能夠*出水穩(wěn)定*達(dá)標(biāo),出水可以直接成為多種用途的回用水資源。但需要新建曝氣設(shè)備間且需安裝整套膜處理設(shè)備,整個(gè)項(xiàng)目噸水投資為570.8元/m3。同時(shí)由于MBR工藝的運(yùn)行需要較高的曝氣,且需要定期沖洗,所以運(yùn)行成本相對(duì)較高,單位處理成本超過(guò)1.5元/m3。MBR直接與生物處理工藝相結(jié)合對(duì)膜的壽命影響也較大,更換成本較高。MBR方案需進(jìn)行膜設(shè)備間、新曝氣系統(tǒng)、二沉池出水管線改造等,施工周期45天。

MBBR路線,即對(duì)現(xiàn)有二級(jí)設(shè)施進(jìn)行改造,二期、三期、四期增加處理能力,總處理規(guī)模增加2萬(wàn)m3/d,改造后污水廠污水處理規(guī)模達(dá)到12萬(wàn)m3/d。MBBR方案工藝成熟,目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用超過(guò)800萬(wàn)噸/天,已在無(wú)錫蘆村[1]、青島團(tuán)島[2]等項(xiàng)目中被廣泛應(yīng)用。在提量方面,包括山東兗州[3]、青島李村河[4][5]、崇福污水廠等多個(gè)應(yīng)用,處理效果好。綜合考慮二三期二沉池運(yùn)行情況,MBBR方案運(yùn)行管理簡(jiǎn)單,核心組件十五年不需要更換,運(yùn)行成本相對(duì)低。整個(gè)項(xiàng)目噸水投資為500元/m3,單位處理成本1.03元/m3。MBBR方案需對(duì)生物池部分改造、二沉池改造,施工周期40天。

綜上所述,結(jié)合該污水處理廠現(xiàn)有條件,綜合考慮用地、處理效果、投資及運(yùn)行等因素,MBBR方案*、可靠、穩(wěn)定,因此采用MBBR工藝作為本次擴(kuò)容工程的處理工藝。


2.2改造方案

本項(xiàng)目*終的工藝路線如圖1所示。


圖1 擴(kuò)容后工藝流程


改造方案主要包括五部分:

1)提量水量分配,對(duì)增加的2萬(wàn)m3/d的水量其中二、三期設(shè)施各增加7500m3/d,四期設(shè)施增加5000m3/d,生化池的改造在原池基礎(chǔ)上進(jìn)行,將原A/A/O工藝的O段鑲嵌入MBBR工藝,滿(mǎn)足提量要求,強(qiáng)化處理效果,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性;

2)MBBR功能區(qū)設(shè)計(jì),為了盡可能縮短工期,在改造過(guò)程中厭氧區(qū)保持不變,把原缺氧區(qū)和好氧區(qū)的前40%部分變?yōu)槿毖鯀^(qū);好氧區(qū)采用兩級(jí)MBBR設(shè)計(jì),采用微動(dòng)力混合池型,強(qiáng)化系統(tǒng)抗沖擊能力,且實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中可以根據(jù)氨氮和總氮的去除情況,靈活調(diào)控*級(jí)MBBR區(qū)溶解氧,實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化(SND),平衡氨氮和總氮處理效果;選用SPR-3型填料,有效比表面積為800m2/m3,符合《水處理高密度聚乙烯懸浮載體填料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[6],具有水力特性好、能耗低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn);設(shè)計(jì)時(shí)考慮今后進(jìn)一步提標(biāo)的可能性,控制填充區(qū)域填充率<45%,為今后可能的提標(biāo)留有余地;

3)二沉池改造,考慮提量后二沉池表面負(fù)荷增高的影響,對(duì)二三四期平流式沉淀池采取增加水力擋板和集水槽優(yōu)化等措施,改造刮吸泥設(shè)備;

4)*沉淀池改造,新增混合區(qū),將原有混合區(qū)改為絮凝區(qū),混合和絮凝設(shè)備重新優(yōu)化選型,對(duì)加藥和回流位置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。增加絮凝時(shí)間,使其處理能力達(dá)到10萬(wàn)m3/d,沉淀區(qū)尺寸為29.73m×31.10m,混合時(shí)間為1min,絮凝沉淀時(shí)間為8min,上升流速為15.30m/h;

5)轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾器;現(xiàn)有V型濾池尺寸為30×38m,設(shè)計(jì)規(guī)模為8萬(wàn)m3/d,濾料采用石英砂均質(zhì)濾料,有效粒徑d10為0.9-1.2mm,不均勻系數(shù)K80≤1.4,濾料厚度為1.20m,濾速為5.97m/h,運(yùn)行時(shí)間為175min。反沖洗時(shí)間為25min;考慮到水廠現(xiàn)有空地及工期問(wèn)題,選用轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾器對(duì)*出水進(jìn)行過(guò)濾,去除懸浮物指標(biāo),設(shè)計(jì)進(jìn)水量2萬(wàn)m3/d,出水SS≤10mg/L;

2.3系統(tǒng)調(diào)試

由于調(diào)試初期,系統(tǒng)受到?jīng)_擊,進(jìn)水COD和氨氮遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值,調(diào)試分為兩個(gè)階段,*階段使系統(tǒng)恢復(fù)正常,第二階段填料掛膜,填料掛膜關(guān)鍵是調(diào)節(jié)好填料的流化狀態(tài),根據(jù)出水情況逐步提升水量,控制MBBR-1區(qū)溶解氧為2-3mg/L,控制MBBR-2區(qū)溶解氧為3-4mg/L,外回流為100%,內(nèi)回流為200%,系統(tǒng)恢復(fù)正常后經(jīng)過(guò)約30d的調(diào)試運(yùn)行,水量達(dá)到設(shè)計(jì)值(12萬(wàn)m3/d),穩(wěn)定運(yùn)行。

03運(yùn)行效果分析

3.1系統(tǒng)的COD和氨氮處理效果

調(diào)試初期(1-4d)進(jìn)水COD遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值,約為800-1000mg/L之間,疑似部分垃圾滲濾液進(jìn)入污水管線,正常條件下(5-100d)生物池進(jìn)水COD均值為600.00mg/L,生化系統(tǒng)對(duì)COD去除效果如圖2所示。調(diào)試初期,考慮到系統(tǒng)受到?jīng)_擊,加大排泥量,及時(shí)將受到?jīng)_擊的污泥排出系統(tǒng),促進(jìn)新的活性污泥的生長(zhǎng)。生化系統(tǒng)降解COD的變化規(guī)律分為三個(gè)階段,*階段是系統(tǒng)恢復(fù)期(5-22d),出水COD均值為42.48mg/L;第二階段為系統(tǒng)恢復(fù)后(22-52d),生物池出水COD均值為28.00mg/L;第三階段為填料成熟后(52-100d),生物池出水COD均值為22.00mg/L。填料掛膜后出水COD比之前降低21.40%,分析原因可能是隨著好氧池填料的投加,某些污泥齡較長(zhǎng)的專(zhuān)性菌種在填料上富集,提高了COD的去除效果。

調(diào)試初期,生化系統(tǒng)已遭受進(jìn)水沖擊,進(jìn)水COD和氨氮遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值,出水嚴(yán)重波動(dòng)。系統(tǒng)恢復(fù)后,水質(zhì)波動(dòng)仍然存在,進(jìn)水氨氮*大值為72.00mg/L、*小值為35.00mg/L、均值為53.30mg/L,超出設(shè)計(jì)值,但出水水質(zhì)已經(jīng)達(dá)標(biāo),并且隨著填料上生物膜的成熟,出水氨氮降低到1.00mg/L以下,生化系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果如圖3所示。對(duì)比系統(tǒng)恢復(fù)后(22-52d)和生物膜成熟后(52-100d)的氨氮數(shù)據(jù),生物池出水氨氮均值分別為4.20mg/L和0.50mg/L,去除率分別為92.12%和99.06%。這主要是兩方面的原因,一方面是隨著懸浮填料的投加,容易使污泥齡較長(zhǎng)的硝化菌在填料表面大量生長(zhǎng),增強(qiáng)了系統(tǒng)的硝化能力,另一方面是隨著硝化反應(yīng)的進(jìn)一步加強(qiáng),回流的硝態(tài)氮濃度的升高,在缺氧區(qū)發(fā)生的反硝化反應(yīng)消耗了更多的碳源,降低了好氧區(qū)的COD負(fù)荷,促進(jìn)了硝化反應(yīng)的進(jìn)行。對(duì)于沖擊,實(shí)質(zhì)上是有機(jī)物超過(guò)設(shè)計(jì)值進(jìn)入了好氧區(qū),擠占了懸浮態(tài)污泥中硝化菌群的代謝和增殖空間,使之在污泥中占比不足,難以達(dá)到預(yù)期效果;而懸浮載體的加入,盡管仍存在水質(zhì)沖擊,但可提供空間讓硝化菌群逐步富集,系統(tǒng)的抗沖擊能力提升,系統(tǒng)處理效果逐步改善。


圖2 生化系統(tǒng)對(duì)COD的去除效果


圖3 生化系統(tǒng)對(duì)NH4+-N的去除效果

3.2系統(tǒng)的TN去除效果

生物池進(jìn)水TN均值為63.00mg/L,系統(tǒng)恢復(fù)后(5-22d)和生物膜成熟后(52-100d)生化池出水TN均值分別為13.70mg/L和10.40mg/L,去除率分別為78.25%和83.50%,出水TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo),生化系統(tǒng)對(duì)TN去除效果如圖4所示。改造前,系統(tǒng)的TN去除率平均為75.00%,且需要投加碳源20.00mg/L(BOD計(jì),乙酸鈉)以*處理效果穩(wěn)定;改造后,未投加碳源、水量增加20.00%的情況下,TN去除率提高至83.50%。之所以改造后系統(tǒng)TN去除性能顯著提升,一方面,系統(tǒng)硝化的徹底為反硝化提供了基質(zhì),是反硝化良好的前提;另一方面,系統(tǒng)改造后,硝化主要由懸浮載體承擔(dān),污泥齡控制在8-12d,顯著低于改造前的污泥齡10-20d,泥齡的降低使得污泥活性進(jìn)一步提升;同時(shí),系統(tǒng)的總回流比為300%,理論上TN去除率為75.00%,實(shí)際TN去除率高于理論值,推測(cè)伴隨著其他途徑的總氮去除方式。進(jìn)一步的,對(duì)生化系統(tǒng)好氧MBBR區(qū)進(jìn)出水TN進(jìn)行了測(cè)定,可去除TN6-10mg/L,連續(xù)測(cè)定一周的平均值為8.30mg/L,對(duì)總氮去除率貢獻(xiàn)13.20%。從國(guó)內(nèi)其他污水廠運(yùn)行結(jié)果看,MBBR生物膜分層分布的結(jié)構(gòu),有利于SND現(xiàn)象的產(chǎn)生,且一般TN去除在3-10mg/L[4][5][6][7]。


圖4 生化系統(tǒng)對(duì)TN的去除效果

3.3系統(tǒng)的TP去除效果

生物池進(jìn)水TP均值為6.13mg/L,系統(tǒng)恢復(fù)后和生物膜成熟后生物池出水TP均值分別為1.47mg/L和0.43mg/L,去除率分別為76.02%和93.00%,在進(jìn)水TP基本不變的條件下,TP的去除率增加了17.00%,對(duì)比改造前TP去除率平均為60.00%更是有極大幅度的提升,生物除磷效果改善顯著,生化系統(tǒng)對(duì)TP的去除效果如圖5所示。分析原因,包括MBBR的采用使得污泥齡較改造前有大幅度降低,為聚磷菌群創(chuàng)造有利條件;厭氧段ORP在-260mV~-230mV之間,厭氧段TP均值為13.24mg/L,厭氧條件下釋磷效果好;缺氧段出水TP均值為0.74mg/L,至缺氧末端系統(tǒng)的TP去除率已達(dá)到88.00%,TP在缺氧段去除,具備典型的反硝化除磷效果,實(shí)現(xiàn)一碳兩用;雖然進(jìn)水碳源相對(duì)充足(C/N>4),但對(duì)于同步脫氮除磷碳源(C/N>7)是不足的,而反硝化除磷效果的出現(xiàn)對(duì)于碳源可極大節(jié)約,使得無(wú)需投加碳源情況下,滿(mǎn)足脫氮除磷需求。


圖5 生化系統(tǒng)對(duì)TP的去除效果

好氧段出水TP均值為0.43mg/L,TP去除率達(dá)到了93.00%;系統(tǒng)進(jìn)水STP/TP在67.00%左右,進(jìn)水SS的含磷率為0.67%,污泥含磷率為3.82%,污泥含磷率達(dá)到了較高的水平。缺氧段TP的去除率為88.00%,好氧段TP的去除率為5.00%,通過(guò)對(duì)比缺氧段和好氧段的聚磷量,缺氧聚磷起主要作用,這不同于我們對(duì)傳統(tǒng)A/A/O工藝中缺氧段(主要作用是脫氮)的認(rèn)知。聚磷菌在厭氧段主要是釋磷并合成PHB,進(jìn)入缺氧區(qū),部分聚磷菌以硝酸鹽作為電子受體分解細(xì)胞內(nèi)的PHB,降低了聚磷菌體內(nèi)PHB含量。反硝化除磷(DPB)的出現(xiàn),對(duì)系統(tǒng)氮磷在碳源限制下的同步達(dá)標(biāo)做出了主要貢獻(xiàn)。但對(duì)于DPB現(xiàn)象的出現(xiàn),仍需進(jìn)一步研究,需要做到定量化控制,也需要在其他污水廠進(jìn)行效果再現(xiàn)。

3.4二沉池與*池運(yùn)行

二沉池作為泥水分離的主要場(chǎng)所,其運(yùn)行效果的好壞直接影響著生化段的處理效果。改造后二期和三期二沉池的表面負(fù)荷從0.75m3/m2·h增加到0.94m3/m2·h,四期表面負(fù)荷0.72m3/m2·h增加到0.81m3/m2·h。為了進(jìn)一步降低二沉池出水懸浮物以及強(qiáng)化除磷效果,*沉淀池在混合區(qū)投加三氯化鐵,投加量為10.00mg/L,在絮凝區(qū)為了進(jìn)一步增加絮體體積,增加絮體的沉降性,投加絮凝劑PAM,*沉淀池出水TP穩(wěn)定在0.30mg/L以下。


04結(jié) 論

1)采用MBBR改造,系統(tǒng)水量從10萬(wàn)m3/d提升至 12萬(wàn)m3/d,出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)化運(yùn)行可達(dá)到準(zhǔn)IV類(lèi)標(biāo)準(zhǔn);

2)生化池出水TN均值為10.40mg/L,TN去除率為83.50%,好氧段發(fā)生TN去除現(xiàn)象可去除TN6-10mg/L;

3)生化池出水TP為0.43mg/L,TP去除率為93.00%,缺氧段發(fā)生顯著的TP去除現(xiàn)象,在*沉淀池投加鐵鹽絮凝劑后,TP可以降低到0.30mg/L以下;

4)系統(tǒng)內(nèi)SND及DPB的出現(xiàn),實(shí)現(xiàn)了碳源限制下的同步強(qiáng)化脫氮除磷,未投加碳源情況下TN和TP穩(wěn)定達(dá)標(biāo),通過(guò)SND途徑去除TN占比13.20%,通過(guò)DPB途徑去除TP達(dá)到88.00%,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。

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