隨著城市經濟和城市建設的發(fā)展，污水處理廠排放區(qū)域對水質及其周邊環(huán)境的影響越來越受到重視，對污水處理廠尾水排放標準提出了更高的要求。與更嚴格的排放標準相對應的是，處理水量越來越大，水質越來越復雜。工業(yè)廢水中一般存在一些抑制硝化細菌生長的物質，如游離氨(FA)、鋅、銅、鉛等重金屬、氰化物等。這些抑制性物質嚴重影響廢水中氨氮的去除。同時，由于其成分復雜，水質水量波動大，采用傳統(tǒng)的活性污泥法很難達到理想的去除效果。對于排放標準較為嚴格的污水處理廠，需要選擇合適的工藝進行升級改造。

移動床生物膜反應器(MBBR)是一種有效的污水處理工藝，結合了生物膜法和活性污泥法。具有占地少、生物膜耐受性強、運行效果穩(wěn)定、抗沖擊能力強等特點。目前，國內已對MBBR工藝進行了多項試驗研究，并成功應用于生活污水和工業(yè)廢水的處理，取得了良好的效果。印染廢水、含油廢水、石化廢水等工業(yè)廢水的改造也有成功的案例。以浙江某工業(yè)污水處理廠升級改造為例，分析了MBBR+磁混凝組合工藝升級改造工業(yè)廢水的工藝流程，為工業(yè)廢水升級改造提供了設計和改造思路。

一.項目概述

浙江某污水處理廠，原處理水量3萬m3/d，生化段采用分點進水的AAO工藝，具有脫氮除磷能力。尾水經氯化消毒后排放，剩余污泥脫水后運至電廠烘干焚燒。原出水中的COD和SS應符合《城市污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)的二級標準，NH3-N、TN和TP應符合一級B標準。近年來，隨著城市經濟和城市建設的快速發(fā)展，對水質和水量有了更高的要求。因此，對原有污水處理廠進行升級改造迫在眉睫。改造后，污水處理廠的處理能力從3萬m3/d提高到4萬m3/d，出水水質全部達到一級A標準。

該污水處理廠服務區(qū)內有大量工業(yè)企業(yè)。企業(yè)采用“企業(yè)預處理+集中處理，納米管排放”的工業(yè)廢水處理模式，生產廢水經各自預處理后排入污水處理廠進行終端處理。改造前實際處理量約為28000 m3/d，其中70%為工業(yè)廢水。工業(yè)廢水的種類主要包括印染廢水、紡織廢水、化工廢水等。印染紡織廢水量約12000 m3/d，CODCr濃度600 ~ 1200mg/L，SS濃度約600mg/L，色度400倍，化工廢水量約0.8萬m3/d，CODCr濃度約15000mg/L，預處理后達到100。污水中COD和SS含量高，而NH3-N、TN和TP含量低。

改造后新增部分工業(yè)預處理廢水，來自污水廠服務范圍內的兩家紡織廠和兩家印染廠。紡織廢水約5700 m3/d，印染廢水約2700 m3/d，新增工業(yè)廢水經集中預處理后排入污水廠，預處理出水水質與污水廠原進水水質相當。

升級設計進、出水水質見表1。

二、技術路線和設計方案

2.1轉型困難

升級主要有兩個問題。

(1)提標+提量。

隨著10000 m3/d工業(yè)污水的增加，部分指標直接從二級提升到一級，提升難度加大。

(2)原工藝抗沖擊能力弱。

以進水工業(yè)廢水為主，水質波動較大。進水CODCr濃度為550mg/L，TN濃度為53.7mg/L，當進水水質沖擊負荷增大時，出水COD和TN濃度上升較快，不能穩(wěn)定達標，抗沖擊能力差。

(3)沒有擴張的土地。

廠內土地飽和，沒有生化池擴建用地，需要充分挖掘現有生化池的處理能力。

2.2確定工藝計劃的原則

根據目前的工藝處理效果，確定工藝方案時應遵循以下原則。

(1)根據進水水質特點，針對目前工程處理能力的不足和出水水質要求的提高，結合工程實際需要，采用抗沖擊負荷能力強、脫氮除磷效果強化的生化處理工藝，提高水質達標的穩(wěn)定性和可靠性。

(2)結合廠區(qū)用地特點，采用技術先進、效果可靠、占地少的方式進行深度處理，確保深度處理后的出水達到排放標準。

(3)全廠污水污泥處理工藝力求技術成熟先進、穩(wěn)定可靠、操作管理方便、投資省、運行費用低。

2.3工藝計劃確認

污水處理廠升級改造項目對污水處理廠進出水水質指標和現有進出水水質指標進行分析和設計。污水處理廠實際進水水質濃度較低，但水質波動較大，活性污泥處理工藝抗沖擊能力較弱。由于排放標準的提高，目前的處理工藝無法穩(wěn)定達標，而僅通過增加深度處理工藝去除目前的二級出水污染物成本較高。因此，目前二級處理中嵌入MBBR的AAO工藝調整為AAO-MBBR工藝。在生化池中加入懸浮載體，載體上豐富的生物菌群種類增加了對難降解有機物的處理性能，生物膜污泥齡長，適合硝化菌生長，硝化菌含量高，NH3-N去除效果顯著。廠區(qū)工業(yè)廢水比例高，以紡織印染廢水為主，處理難度大。除NH3-N和TN外，二級處理出水仍難以達到一級A標準，出水COD和TP需進一步深度處理?？紤]到廠區(qū)用地緊張、水質復雜以及脫氮除磷的綜合考慮，選擇磁混凝作為深度處理工藝。磁混凝適用于進水水質復雜、脫氮除磷要求高、用地緊張的污水處理廠工程。通過在反應器中加入磁粉強化混凝效果，可以進一步降低出水的不溶性COD和TP水平。經過論證，本招標項目的技術路線確定為“AAO-MBBR+磁混凝+紫外線/次氯酸鈉消毒”。

(1)生化池改造方案

生化段原有厭氧區(qū)和缺氧區(qū)保持不變，好氧區(qū)呈S形。在前兩個走廊中，以11%的填充率添加懸浮載體。為了防止懸浮的載體在好氧池的末端積聚，在每個廊道的末端設置了攔截篩以截留懸浮的載體。懸浮載體為SPR-II，直徑為(25±0.5)mm，高度為(10±1)mm，比表面積大于620m2/m3，符合水處理用高密度聚乙烯懸浮載體行業(yè)標準(CJ/T461—2014)。好氧MBBR區(qū)采用微動力混合池。通過在生化池底部合理布置曝氣管，設置進水流道降低橫截面流速，無需螺旋槳即可實現好氧區(qū)懸浮載體的均勻流化。這種池型的優(yōu)點是水力條件好，無水力死角。使用微動力混合池可節(jié)省6個專用葉輪，年電費30萬元，大大降低了投資和運行成本。采用逐罐改造的方法，不影響污水處理廠的正常運行，實現了原罐的改造。

(2)加入磁混凝澄清池，進一步去除污水中不溶性COD和TP。

磁力混凝澄清池尺寸為32.9m×12.3m，占地面積約400m2，分為兩組，總停留時間約40min。二沉池出水提升后進入磁混凝澄清池，依次投加混凝劑PAC、磁粉和助凝劑PAM，PAC投加量為55mg/L，PAM投加量為1.33mg/L，磁粉投加量為2.5 mg/L，生成含有高反應比重磁粉的絮凝劑顆粒，然后進入磁分離池，通過磁輥進行泥水分離。被磁輥吸附的磁性污泥通過高剪切機與污泥分離，然后進入磁鼓回收磁粉。回收的磁粉回流至絮凝池繼續(xù)參與反應，剩余污泥進入后續(xù)污泥處理系統(tǒng)。

(3)將現行的二氧化氯消毒改為“紫外線消毒+次氯酸鈉消毒”

由于目前廠區(qū)構筑物布置緊湊，在增加深度處理工藝后，需要增加深度處理構筑物。為保證工藝流程的順利進行，本次設計將二氧化氯消毒池拆除調整至次氯酸鈉加藥間，并在消毒池內設置紫外線消毒通道。同時根據實際出水情況，投加次氯酸鈉進行消毒，次氯酸鈉投加量為25mg/L。

改造后的工藝流程如圖1所示。

三。改造后的運行效果分析

升級項目于2018年8月中旬完成。當水量達到設計值40000 m3/d時，投加的懸浮載體完成成膜。分析2019年1月1日至2019年6月25日(含整個冬季運行階段)176天的進出水水質數據，結果見表2。

MBBR工藝改造后，原池的處理能力得到加強。NH3-N處理的負荷力為0.029kg NH3/(m3 & # 8226；d)增加到0.036 kgnh 3/(m3 & # 8226；d)，增加了24%。MBBR法污泥齡長，有利于硝化菌的富集，懸浮載體上的硝化菌通過水力剪切的作用始終處于高活性狀態(tài)。生化池出水總磷濃度為(0.35±0.083)mg/L/L，已達到一級A標準。磁混凝工藝進一步保證了總磷的達標。

根據過程分析，好氧MBBR地區(qū)出現了明顯的同步硝化反硝化現象。TN去除率為22.44%，TN去除貢獻率達到35.01%。生物膜內典型的缺氧/好氧微環(huán)境和功能微生物的富集促進了同步硝化反硝化，使TN在好氧區(qū)仍能進一步去除，并可大大降低投加碳源的成本。因此，對于進水基質濃度較低的污水處理廠，甚至可以完全節(jié)省外加碳源，使得MBBR除了在池容上深度挖潛之外，還實現了基質利用的深度挖潛，具有廣闊的應用前景。通過對許多采用MBBR的污水處理廠的調查，發(fā)現好氧填料區(qū)存在明顯的同步硝化反硝化現象。TN去除量為3～8mg/L、基質濃度高的污水廠具有較好的同步硝化反硝化效果。

四。改造前后經濟指標分析

項目總投資9747萬元，其中工程造價7659萬元。如表3所示，改造前每噸水處理成本為0.491元/m3，改造后每噸水處理成本為0.584元/m3，比改造前增加了0.093元/m3。改造后混凝劑用量減少，但磁粉用量增加，因此噸水藥劑總用量基本不變，在0.10 ~ 0.11元/m3之間。改造前平均污泥處理量為20t/d，污泥處理成本為272元/t，改造后污泥處理量為25t/d，處理成本為303元/t，噸水污泥處理成本從0.173。改造前每噸水電費用為0.214元/m3，改造后增加到0.282元/m3。原因是磁混凝工藝的增加增加了噸水電耗。

改造前出水水質為二級標準，平均能耗為0.279kW & # 8226H/m3，重整出水水質符合一級A標準，平均能耗為0.322kW & # 8226H/m3，比改造前增加了0.043kW & # 8226小時/立方米.改造后新增4臺二級提升泵，需要攪拌磁混凝罐，因此該部分增加的電耗為0.053kW & # 8226H/m3，生化池能耗變化不大，出水水質有所改善。

動詞 （verb的縮寫）MBBR的微生物分析

為了進一步探索懸浮載體的作用，對該污水處理廠投加的懸浮載體和活性污泥進行了高通量測序分析，結果見圖2。

在圖2中，MBBR-1和MBBR-2是生化池不同區(qū)域的懸浮載體，污泥是生化池中的活性污泥。各部分的主要菌株和相對豐度見表4。

系統(tǒng)中優(yōu)勢硝化菌群為硝化螺菌(Comammox)，其在懸浮載體中的相對豐度為3.90%、7.33%，在污泥中的相對豐度為0.75%。測定了懸浮載體生物膜和好氧污泥的MLVSS。根據表5計算，系統(tǒng)中69.8%的硝化細菌來自懸浮載體，30.2%來自污泥，說明懸浮載體在硝化過程中起著重要作用。

此外，在懸浮載體中還檢測到了反硝化細菌，如鐵桿菌和Hyphomicrobium，懸浮載體和污泥中反硝化細菌的相對豐度分別為4.05%、2.31%和3.65%。在MBBR二區(qū)的懸液載體上發(fā)現了大量的不動桿菌，相對豐度為27.18%。該菌株屬于不動桿菌屬，也具有反硝化作用。反硝化細菌存在于填料上，為好氧區(qū)填料上的同步硝化反硝化提供了微觀證據。

不及物動詞結論

采用“MBBR+磁混凝”工藝對工業(yè)廢水原池進行升級改造，充分利用現有空地，投資和運行費用低，改造周期短，運行高效穩(wěn)定。改造后，水量增加到40000 m3/d，出水COD、NH3-N、TP、TN平均值分別為(30.52±5.73)、(0.90±0.92)、(0.09±0.075)、(8.26±2.55)mg/L/L，穩(wěn)定達到一級A標準。改造前后生化池能耗不變，處理負荷增加，耐沖擊性更好。噸水處理成本由0.491元/m3提高到0.584元/m3，適用于工業(yè)廢水提質升級。(來源:寧波北侖燕東水務有限公司、青島思普潤水處理有限公司)

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