基于UCT的MBBR工艺提标改造工程效果分析_吴云生.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 TREATMENT基于基于UCT的的MBBR工艺提标改造工程效果分析工艺提标改造工程效果分析吴云生1，2*，刘永杰1，万巍3，熊绘1，朱曜曜1，安莹玉1（1.北控水务（中国）投资有限公司，北京 100102；2.北京市再生水水质安全保障工程技术研究中心，北京 100102；3.深圳北控创新投资有限公司，广东 深圳 518117）摘摘 要要:采用MBBR工艺对广东省某污水厂原UCT工艺进行提标改造。在好氧区投加悬浮载体进行改造后，通过随机取样检测，MBBR填料的挂膜生物量在20.9827.91 g/m2，系统出水COD、BOD5、TN、氨氮、TP、SS均值分别为10.93、2.99、8.70、0.38、0.10、2.45 mg/L，稳定达到 地表水环境质量标准（GB38382002）准IV类标准。改造后生化池在不投加外部碳源情况下，氨氮和总氮实际容积负荷分别为0.10 kg/（m3d）和0.11 kg/（m3d），去除效率较改造前分别提升25%和50%。关键词关键词:移动床生物膜反应器;提标改造;地表准IV类标准;好氧悬浮载体;挂膜生物量开放科学开放科学（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:X799;TQ028.8 文献标识码文献标识码:文章编号文章编号:10003770(2023)02-0149-004近年来，由于污水排放标准的提升，各地污水厂陆续开展了提标改造 1。生化处理单元是COD、氨氮、TN以及TP等主要污染物得以净化去除的关键环节，直接关乎提标改造的投资、运行成本及出水达标的稳定性，是提标改造的关键单元。然而提标改造工程大多面临无新建用地的问题，因此，利用生化池原池进行改造、深度挖潜生化工艺处理性能成为提标改造的难点。移动床生物膜反应器（MBBR）是众多污水处理厂在提标改造中所采用的强化生物处理工艺之一 1-2。MBBR工艺通过向反应器中投加悬浮载体，为微生物附着提供场所，形成附着态的生物膜，从而增加系统中的有效生物量。同时，通过悬浮载体在水中的充分扰动，促进污染物的传质过程，达到强化污染物去除的目的。该工艺具有处理占地面积小、负荷高、抗冲击能力强、处理效果稳定、运行管理简单、工艺设计及运行灵活等优点，是实现原池利旧改造的有效途径。本文以广东省某20 万m3/d污水厂为例，探讨MBBR在提标改造中的实际应用。1 项目概况项目概况本项目于2006年9月投产运行，设计规模20 万m3/d，生化处理采用UCT工艺，共分4组，出水水质执行 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB189182002）一级B标准。为进一步提升所在区域河水水质，需对项目进行提标改造，出水水质达到 地表水环境质量标准（GB38382002）中的准IV标准4，实际和设计进出水水质指标见表1。2 提标改造工程设计提标改造工程设计该项目进水水质较为复杂，实际进水SS、TP指标超过原设计值且变化幅度比较大，因此对提标改造工艺路线进行了整体技术策划，包括更换细格栅、新建曝气沉砂池、生化池原位改造、增加磁混凝沉淀池和超滤膜车间等。生化处理单元是提标改造的重点和关键单元，关乎到提标改造的投资、运行成本及出水达标的稳定性。经计算，本项目原生化池停留时间不足，无法满足项目提标需求，同时水厂占地面积非常紧张。经过综合比选分析，拟采用将原UCT生化池原位表1实际和设计进出水水质Tab.1Actual and design quality of influent and effluent水质指标/（mg L-1）原设计进水值提标前进水最大值提标前进水90%保证率值提标后设计进水值提标后设计出水水质COD250.00484.90228.57250.0030.00BOD5130.00139.9072.20130.006.00SS180.00800.00274.37270.005.00氨氮25.0036.3022.0925.001.50TN35.0055.6131.4635.0015.00TP4.0017.655.786.000.30DOI:10.16796/ki.10003770.2023.02.029收稿日期：2021-11-06基金项目：科技部国家重点研发计划课题（2016YFC0401103）作者简介：吴云生（1980），男，高级工程师，主要从事污水处理设计和技术管理工作；电子邮件：149第 49 卷 第 2 期水处理技术水处理技术改造为MBBR生化池的改造方案：1）对厌氧池和缺氧池的搅拌设备进行了更换，改善了搅拌效果，同时更换了好氧池曝气器，提升氧气利用率；2）增加了缺氧和好氧转换区（兼氧区），根据进水水质，能够对好氧池和缺氧池停留时间进行灵活调整；3）好氧区投加悬浮载体，一方面增加了污泥浓度，利用生物膜有利于长泥龄的硝化菌群富集，另一方面，悬浮载体的挂膜过程与胞外聚合物（EPS）密不可分，当微生物活性越强时，EPS分泌越旺盛，越容易挂膜。微生物活性减弱时，EPS分泌减少，在流化水力剪切的作用下老化生物膜脱离，实现生物膜的自然动态更新，保障了悬浮载体上的微生物一直处于较高的活性，提高氨氮和有机物去除率 5。将生物膜技术与活性污泥工艺结合，以提高污泥浓度，优化系统内微生物的组成和数量，提高系统的硝化稳定性和反硝化能力，满足提标后出水水质指标要求。提标改造工艺流程见图1。原UCT生物反应池共有4座，每座设计流量为5 万m3/d，水力停留时间9.6 h，其中厌氧池1.8 h，缺氧池1.8 h，好氧池6 h。提标改造工程在原生化池的基础上进行了改造，改造后的工艺布置示意图如图2所示，具体改造方案如下：厌氧池和缺氧池池体均维持原状，其中在缺氧段更换潜水推流器和导流墙，以改善搅拌效果。在原好氧段第一廊道增加潜水搅拌器，改为好氧缺氧转换池（兼氧池），水力停留时间为1.2 h，满足不同进水条件下的硝化及反硝化要求。在原好氧段第二廊道增加好氧悬浮填料，改造为MBBR好氧池，水力停留时间为1.2 h，以弥补池容不足的问题，增强好氧池同步硝化反硝化能力。本项目采用了微动力混合池型，该池型有别于传统MBBR工艺常用的循环流动池型，在无需推流的作用下通过合理布置曝气，即可保障悬浮载体的良好流化。池内投加悬浮载体投加比为30%，填料有效比表面积大于 620 m2/m3，挂膜前其密度略小于水（比重为 0.940.97），挂膜后密度与水接近分成。在好氧池填料区进出水端增加拦截筛网，防止填料流失，池底增加辅助穿孔曝气系统，辅助填料流化，保证填料在池体内均匀分布。原好氧池剩余部分维持不变，仍作为好氧池，水力停留时间分别为3.6 h。3 项目运行效果分析项目运行效果分析3.1MBBR填料挂膜量分析填料挂膜量分析采集MBBR好氧池内挂膜填料样品各50个（为平行样品）进行微生物量测定，两组MBBR填料样品的挂膜生物量分别为20.98和27.91 g/m2，挂膜生物量处于较高水平。挂膜生物量按照两组平均值24.45 g/m2计算，悬浮填料活性污泥总量为45 447 kg，若好氧池活性污泥浓度取值为5 g/L，悬浮填料活性污泥量占好氧池总污泥量的18%。本工程填料总投加量为3 000 m3，填料总表面积1.86106 m2，硝化负荷按照0.5 gNO3-N/（m2 d）取值，则据估计共可去除氨氮量930 kg/d，约占设计去除氨氮总量的20%。3.2处理效果分析处理效果分析本项目提标改造工程于2018年11月提标工程投产运行，污水处理厂改造前后（从2018年1月1日至2020年12月31日共计1 095 d）出水指标变化详见图 4。改造后系统出水COD、BOD5、TN、氨氮、TP、SS均值分别为10.93、2.99、8.70、0.38、0.10、2.45 mg/L，稳定达到地表准IV类标准。与改造前2018年1月1日至11月30日的运行数据图3待测定悬浮载体Fig.3Photograph of the measured suspension carriers图1污水厂提标改造工艺流程图Fig.1Schematic of upgradation process for the WWTP图2生化池改造示意图Fig.2Reconstruction schematic of biological treatment section进行对比，处理水量和各项污染物进出水水质和去除率数值见表3。经改造，污水处理厂的处理水量及处理效果均得到提升。平均处理水量提升至22万吨/日，超设计水量负荷10%。改造后生化池出水氨氮进一步降低且更加稳定，氨氮容积负荷从0.08提高至0.10 kg/（m3 d），容积负荷率提高25%，生化池出水氨氮平均值由1.41降至0.38 mg/L，平均去除率从93.30%提高至98.40%，完全可以达到准地表IV类出水标准。TN容积负荷则从0.07提高至0.11 kg/（m3 d），容积负荷率提高50%，生化池出水TN平均值从11.17降至8.7 mg/L，相应地，平均去除率由60.29%提升至 73.60%。同时，总出水COD和TP的去除效率也有较大幅度的提高，分别提高28%和32%。总体来说，通过添加填料的改造方式，大大提升了生化池的处理效果。（d）TP图4提标改造前后各关键指标进出水浓度变化Fig.4Change of of influent and effluent water concentration of key indicators before and after upgrading4 运行经济效益分析运行经济效益分析本项目生化系统提标改造后，出水得到了大幅度的提升，从达到 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB189182002）一级B标准提高到了地表水环境质量标准（GB38382002）中的准IV标准。工艺技术及出水水质的提升也使该项目运行电耗有所提高。根据实际统计数据结果，项目提标改造前2018年1月11月生化处理单元曝气系统平均电耗为0.073 kWh/m3，而改造后由于增加了辅助曝气系统，生化处理单元2019年及2020年曝气系统平均电耗增加至0.100 kWh/m3。但相比与本项目进水质及出水标准均一致的处理规模为150吴云生等，基于UCT的MBBR工艺提标改造工程效果分析进行对比，处理水量和各项污染物进出水水质和去除率数值见表3。经改造，污水处理厂的处理水量及处理效果均得到提升。平均处理水量提升至22万吨/日，超设计水（a）COD（b）氨氮（c）TN量负荷10%。改造后生化池出水氨氮进一步降低且更加稳定，氨氮容积负荷从0.08提高至0.10 kg/（m3 d），容积负荷率提高25%，生化池出水氨氮平均值由1.41降至0.38 mg/L，平均去除率从93.30%提高至98.40%，完全可以达到准地表IV类出水标准。TN容积负荷则从0.07提高至0.11 kg/（m3 d），容积负荷率提高50%，生化池出水TN平均值从11.17降至8.7 mg/L，相应地，平均去除率由60.29%提升至 73.60%。同时，总出水COD和TP的去除效率也有较大幅度的提高，分别提高28%和32%。总体来说，通过添加填料的改造方式，大大提升了生化池的处理效果。（d）TP图4提标改造前后各关键指标进出水浓度变化Fig.4Change of of influent and effluent water concentration of key indicators before and after upgrading4 运行经济效益分析运行经济效益分析本项目生化系统提标改造后，出水得到了大幅度的提升，从达到 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB189182002）一级B标准提高到了地表水环境质量标准（GB38382002）中的准IV标准。工艺技术及出水水质的提升也使该项目运行电耗有所提高。根据实际统计数据结果，项目提标改造前20