MBR及超滤工艺在老旧污水厂准Ⅳ类提标中的设计应用_柳岩.pdf

第49卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.49 No.2Feb.,2023水处理技术水处理技术TECHNOLOGY OF WATER TREATMENTMBR及超滤工艺在老旧污水厂准及超滤工艺在老旧污水厂准类提标中的类提标中的设计应用设计应用柳岩1，陶素素2，张雯1，李治2（1.北京碧水源科技股份有限公司；2.北京久安建设投资集团有限公司：北京 102206）摘摘 要要:随着城镇污水处理厂出水标准不断提高，MBR及超滤工艺在污水厂提标改造中广泛应用。本项目设计规模10万m3/d，原工艺为奥贝尔氧化沟及A2O工艺，处理规模各为5万m3/d，深度处理为高效沉淀池+滤布滤池，处理规模6.3万m3/d。现况进水水质较原设计大幅提高，出水标准由原一级A提标至准类。本文通过分析改造难点，合理比选工艺，确定改造工艺流程。将原氧化沟改为底部微孔曝气，A2O改为MBBR+五段Bardenpho工艺，合理利用厂内有限土地，新建AAOA+MBR系统及超滤+臭氧氧化系统，并改造和新建预处理、污泥脱水系统、加药系统等。最后通过论证改造期间厂内处理能力，合理安排施工流程，完成不停水提标改造目标。关键词关键词:污水处理厂;MBR;超滤;提标改造开放科学开放科学（资源服务资源服务）标识码标识码（OSID）:中图分类号中图分类号:X703.1 文献标识码文献标识码:B 文章编号文章编号:10003770(2023)02-0143-006近年来，城镇污水处理厂排放标准不断提高，而全国各大老旧污水厂面临进水水质浓度比原设计明显增加、用地紧张、原出水设计标准过低等难题。MBR 1-2、超滤 3 工艺在应对以上提标改造中体现出显著优势，MBR工艺结合生化系统，可大幅减少占地 2，且出水稳定运行风险小，改造后出水可达准地表类水平 2。超滤工艺在配合原有深度处理系统改造方面应用广泛 3，无水力高程限制，占地面积小，配合高级氧化工艺出水水质可达准地表类及以上水平 1。本文深入介绍了国内某大型城镇污水处理厂老厂提标改造项目，研究分析原厂进水现况及现有建构筑物及运行存在问题，制定切实可行改造工艺方案，为国内类似相关项目提标改造设计提供参考。1 项目概况项目概况1.1项目背景项目背景山西省某污水处理厂原设计规模10万m3/d，一期工程设计处理能力5万m3/d，采用粗、细格栅+奥贝尔氧化沟工艺配套二沉池，3座独立系统并联运行。项目于 2001年 10月建成通水，出水水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准 GB189182002中的一级B标准；二期扩建5万m3/d规模，采用粗、细格栅+初沉池+A2/O工艺；提标升级改造工程增加深度处理能力为6.3万m3/d，采用高密度沉淀池+滤布滤池组合工艺，出水水质达到GB189182002中的一级A标准。剩余3.7万m3/d不经过深度处理直接外送至企业处理回用系统。本次提标改造前原厂水量约为710万m3/d，本次提标需保证全部出水达到准地表类水质（总氮除外），维持原 10万 m3/d设计规模，综合变化系数为1.3。1.2进出水水质进出水水质为了改善城市水环境质量，本工程出水同时需要满足 山西省污水综合排放标准（征求意见稿）类的水质标准。根据现况进水水质，本次设计各进水水质指标比原设计有大幅增加，具体见表1。表1设计进出水水质汇总表Tab.1Summary of designed water quality项目原设计进水水质/（mg L-1）本设计进水水质/（mg L-1）本设计出水水质/（mg L-1）本设计去除率/%BOD5240210697.1COD5005603094.6SS260590599.15NH3-N30601.597.5TN40901088.89TP580.396.3DOI:10.16796/ki.10003770.2023.02.028收稿日期：2022-04-15基金项目：基于有机物高浓缩的膜法高品质再生水工艺技术研究与示范（Z171100000717001）作者简介：柳岩（1987），男，硕士，工程师，主要从事市政给水排水工艺设计工作；电子邮件：143第 49 卷 第 2 期水处理技术水处理技术2 工程方案论证工程方案论证2.1改造难点问题分析改造难点问题分析2.1.1进水指标超原设计值且出水标准提高进水指标超原设计值且出水标准提高由表1可知，实际进水水质比原设计水质各项指标均有大幅度提高，本次出水标准由原一级A提标至地表类水质（总氮除外），各指标均提升幅度较大。目前现有工艺流程难以达到出水标准。现况一期没有设置初沉池，无法在生化之前对SS进行有效去除。奥贝尔氧化沟采用转盘曝气，目前进水NH3-N约60 mg/L，总氮约90 mg/L，冬季水温降低的情况下曝气量难以满足需求。本次进水总氮高，且脱氮要求较高，所以目前二期A2O工艺硝化液回流量理论增至800%，会破坏缺氧池效果，脱氮得不到保证。原设计与本次进水BOD浓度变化不大，但本次总氮浓度提升较大，脱氮所需碳源严重不足，需额外投加。本次全部水量需要达到新出水标准，而原深度处理规模仅为6.3万m3/d，仅有高效沉淀池及滤布滤池，难以满足要求。2.1.2生化系统负荷过大生化系统负荷过大二期A2O工艺总停留时间19.93 h，其中厌氧池1.18 h、缺氧池6.34 h、好氧池12.41 h，污泥浓度实际可达到4 500 mg/L。按照目前实际水质及提标后的出水水质核算，冬季水温按照12，由现况冬季缺氧池反硝化负荷反推 20 时反硝化负荷为 0.129 kgNO3-N/（kgMLSS d），远超过室外排水设计规范4规定的20 下0.030.06 kgNO3-N/（kgMLSS d）范围。由此可知，按照原系统总氮不能达标。而一期奥贝尔氧化沟由于建设时间较早，标准较低，总停留时间比起二期更短，仅有12.78 h，则按照新进出水水质要求，各项指标均难以达标。2.1.3冬季原生化系统污泥膨胀严重且二沉池效果差冬季原生化系统污泥膨胀严重且二沉池效果差冬季进水水温低，且污染物浓度较高，每年现场运行均存在严重污泥膨胀问题，一期、二期二沉池污泥均大量流失。此时因污泥龄降低，硝化细菌无法在系统内富集，导致生化池出水氨氮难以达标。2.1.4原厂区用地紧张原厂区用地紧张，周边无外扩可能周边无外扩可能原厂区周边无预留用地及可代征用地，本次提标改造工程只能在厂区内部，利用现有土地进行。厂区内部仅有一条平面尺寸为89 m23 m的绿化带可直接利用，其它区域均为生产或者辅助生活建构筑物。2.1.5改造过程不可停水改造过程不可停水因业主需求，本项目改造过程中不可停止进水，工艺路线设计上需要全面考虑工艺可行性及施工流程可行性，提高改造难度。2.1.6尽量保留原构筑物尽量保留原构筑物业主要求厂区内原预处理及生化池等构筑物尽量利旧，不可过多拆除，需要尽量保留原固定资产。2.2改造方案分析改造方案分析由上述难点问题分析可知，经过原处理系统，COD、氨氮、总氮、总磷指标均达不到新出水水质要求。由于进水SS较高，可新增初沉池加上原初沉池至10万m3/d处理规模。COD、BOD5、氨氮、总氮指标主要在生化池去除，但仅在目前生化系统改造难以满足要求，需要改造与新建相结合。出水COD要求30 mg/L以下，则深度处理增加臭氧氧化单元，必要时使用可以保证稳定达标。出水总磷要求 0.3 mg/L以下，而出水SS会携带相当浓度的磷，则需要加强化学除磷及增加过滤工艺尽量降低出水SS。2.2.1改造现有生化池系统改造现有生化池系统，挖掘潜力挖掘潜力目前一期奥贝尔氧化沟转盘曝气效率低、能耗高，冬季充氧不足，改为底部鼓风曝气后污染物去除能力将提高，且有助于降低冬季污泥膨胀风险。但因需要扩建深度处理系统，故需要拆除三组氧化沟其中的一组，保留两组进行改造。目前二期A2O工艺总氮去除效果差，如按照目前工艺，则硝化液回流量为800%过大，考虑改造方便及节约施工时间，将原 AO 工艺改造为五段Bardenpho工艺，并在缺氧区及好氧区投加填料增加原位生物量。根据原生化池有效池容，改造前后原生化系统对进水处理能力见表2（TP、SS除在原生化系统去除外，另外需要原深度处理单元辅助）。原生化系统改造前冬季因污泥膨胀、曝气量不足及停留时间不够等问题，实际总处理量难以达到10万m3/d。原一期改造后单组处理量降低，可有效缓解冬季污泥膨胀问题，解决冬季二沉池污泥流失现象。原二期改造表2原系统改造前后处理能力核算Tab.2Calculation of treatment capacity before and after the transformation of original biochemical tank项目原一期（不改造）原二期（不改造）原一期（改造后）原二期（改造后）设计水温/12121212污泥浓度/（g L-1）4.04.04.53.5处理规模/（万m3 d-1）551.54.25总停留时间/h12.7819.9328.3823.38二沉池表面负荷/（m3 m-2 h-1）0.801.200.401.01进水水质现况进水现况进水现况进水现况进水出水水质一级A一级A准类准类144柳岩等，MBR及超滤工艺在老旧污水厂准类提标中的设计应用后加入填料，生化池内固定部分生物量而不进入二沉池，可缓解冬季污泥膨胀问题。则原生化系统改造后处理规模可达到5.75万m3/d。一期改造后二沉池负荷较低，污泥浓度可适当提高；二期改造后因填料固定部分微生物，故活性污泥絮体浓度可降低，防止冬季污泥膨胀严重，减少二沉池固体负荷。2.2.2统筹厂内有限用地统筹厂内有限用地，增加生化系统池容增加生化系统池容因本次设计进水指标大幅提高，出水标准更加严格，原生化系统挖潜后可达 5.75 万 m3/d 处理规模，则需新增处理系统完成剩余4.25万m3/d处理规模。本次设计利用原厂区闲置绿化带，结合原办公楼区域，整合成平面尺寸为113 m89 m地块，用于建设新生化系统及对应规模的深度处理系统、初沉池、鼓风机房、变配电间、除臭、地下管线、道路及绿化等，办公楼移至原车库区域，车库拆除。新建部分的生化系统及深度处理，采用AAOA-MBR工艺，此工艺占地面积小，污泥浓度可随水温、水量及进水水质灵活控制，能够从根本上彻底解决冬季污泥膨胀问题，在本工程上应用具有明显优势，其它工艺流程难以利用此地块实现本次新增处理规模。2.2.3改造原深度处理改造原深度处理原深度处理系统为高效沉淀池+滤布滤池，建于同一深度处理车间内，处理规模为6.3万m3/d，现况滤布滤池已经废弃，且即使修缮后处理效果也有限。为了保证后续SS及总磷去除效果，需新增过滤单元。为了进一步确保COD在恶劣条件下也能稳定达到出水要求的30 mg/L以下，新增10万m3/d规模的臭氧接触氧化深度处理单元。因原办公楼+绿化带地块已被新增 AAOA-MBR单元占用，厂内再无空地可用，则需拆除一组奥贝尔氧化沟+二沉池，用来建设新增过滤单元及臭氧接触氧化深度处理单元。2.2.4增改预处理及初沉池增改预处理及初沉池预处理系统受用地影响不宜新建，沿用原有构筑物进行改造，更换部分设备及增加分配水井。二期初沉池利旧，仅更换部分设备。原一期无初沉池，本次与新增AAOA-MBR单元合建同规模初沉池。2.2.5其它部分改建其它部分改建原二期鼓风机房利旧，新增鼓风机房及变配电间。原脱水机房利旧，更换部分设备。原除臭系统利旧，新增除臭系统用于新建初沉池及 AAOA-MBR系统除臭。2.3改造方案比选改造方案比选根据上述改造分析可知，结合占地、水质及污泥膨胀等实际问题，新增生化系统采用AAOA-MBR具有明显优势。新增臭氧氧化单元包括臭氧发生器间及氧化池，原厂内无此单元，本次需新建10万m3/d规模。而新增过滤单元提出两个对比方案，结果见表3。综合上述方案对比，方案二在处理效果及稳定性、占地、施工进度、不停水改造及少拆除原建构筑物方面具有明显优势。同时，超滤产水可满足锅炉补给水、部分工业工艺与产品用水等对浊度限值的稳定要求，并且可作为反渗透系统的预处