MBR工艺用于不停水扩能提标改造中的研究_王昕蕾.pdf

2023NO3ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK收稿日期：2023-02-07作者简介：王昕蕾（1993），女，研究生，硕士，工程师，主要研究方向为污水处理技术。通讯作者：吴小一（1980），女，研究生，硕士，高级工程师，主要研究方向为水处理与环保技术。MBR 工艺用于不停水扩能提标改造中的研究王昕蕾吴小一马林李扬季川石倩萍（成都市排水有限责任公司四川成都610000）摘要成都市某污水厂在同时满足不新增用地与规模翻倍的条件下，采用MBR工艺取代原二沉池进行固液分离，将出水水质从城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 189182002）一级A标准提升至四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准（DB 51/23112016）。并且通过合理安排施工工序实现不停产扩能提标改造，改造后该污水厂的处理规模与出水水质均满足相关要求。关键词MBR扩能提标不停产不新增用地中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1672-9064(2023)0307004成都以践行新发展理念的公园城市示范区为统领，对城市污水治理工作提出了更高要求。为深入贯彻落实水务环保相关要求、提升城市水环境质量，成都市某污水厂（以下简称“该厂”）亟需完成扩能和提标改造工作，其中污水厂处理能力需从10万m3/d提升至20万m3/d；出水水质需从城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 189182002）一级A标准（以下简称“一级A”）提升至四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准（DB 51/23112016）（以下简称“DB 51标准”），即主要指标CODCr、BOD5、氨氮和总磷浓度需提升至地表水IV类标准，总氮10 mg/L。1改造前厂区基本情况改造前该厂处理水量10万m3/d（远期规划至30万m3/d），设计出水水质执行“一级A”，污水处理主体工艺为“曝气沉砂池A2O生化池二沉池纤维滤池紫外消毒”。2扩能提标改造要求结合成都市当时各污水处理厂运行情况及本地相关环保要求，对该厂进行扩能提标改造非常紧迫。结合项目实际情况，应满足如下要求：污水处理能力增加10万m3/d，总规模增至20万m3/d；出水水质标准由“一级A”提升至“DB 51标准”；充分利用原有设施，不新增用地；扩能提标改造期间能正常生产运行，不停产；采用成熟可靠的工艺技术并拥有成功案例；满足扩能提标改造工作时间较短的要求（即10个月内完成改造，通水运行）。3改造方案随着各地对污水排放标准的提高，不少污水厂（尤其是用地紧缺的污水厂）在提标改造过程中都会考虑选择活性污泥法与膜生物反应器（MBR）相结合的工艺1。传统生物处理工艺的泥水分离通常是通过沉淀池来实现的，而MBR工艺则利用不同形式的超滤膜代替传统生物法中的二次沉淀池，将微生物从混合液中分离出来，使得生物法所需的微生物能停留在生化池内，同时减少出水中的微生物和其他悬浮物。利用膜分离技术替代二次沉淀池，借助膜组件截留微生物及活性污泥，可使生化池内的活性污泥浓度高达8 00012 000 mg/L，有利于提高生物降解速率，保证较高水平的出水水质2。MBR工艺的显著优势在于反应器中的水力停留时间和污泥龄可以做到完全分离，从而实现在停留时间较短的情况下依然能维持较高的污泥龄。上述优势有助于丰富完善活性污泥中的微生物种群，一方面提高生化系统抗冲击负荷的能力；另一方面系统受污泥恶化或解体的影响较小，为各类污染物的降解提供了稳定的环境，从而使出水水质更加稳定。因此，根据该厂进水水质和排放标准，总体考虑采用同时具有脱氮和除磷功能的改良A2O工艺，并采用MBR工艺取代原二沉池进行固液分离，以达到前述扩能提标改造要求。3.1设计水质水量通过对该厂服务范围的污水量进行预测，该厂扩能提标改造后设计规模为20万m3/d。结合该厂运行近8 a的实际进水水质数据及出水水质执行最新的“DB 51标准”，该厂设计进出水水质情况见表1。3.2工艺流程及平面布置由于此次提标对脱氮除磷提出了更高的要求，因此，该厂改造工程的主要改造内容包括：预处理段、生化处理段和膜处理段。该厂扩能提标改造后的工艺流程如图1所示，厂区改造后平面布置如图2所示。书书书表 摇改造后设计进出水质项目 设计进水水质（）设计出水限值（）污染物去除率 污染防治技术702023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK图1改造后工艺流程图其中一期已建构（建）筑物为：1-1-节流井；1-2-粗格栅及提升泵房；1-3-细格栅间；1-4-曝气沉砂池；1-5-高低压配电间；1-6-除臭装置；1-7-污泥浓缩脱水间；1-8-紫外消毒渠及出水井。新建或改造的构（建）筑物有：1-粗格栅及提升泵房（新建）；2-细格栅及曝气沉砂池（新建）；3-膜格栅及中间提升泵房（新建）；4-生化池（改造）；5-膜池（改造）；6-膜池设备间（新建）；7-紫外消毒渠（新建）；8-鼓风机及变配电间（改造）；9-污泥浓缩脱水间；10-贮泥池；11-加药间；12-管理用房（改造）；13-反冲洗泵房及加药间；14-生化池变配电站；15、16-除臭装置（新建）；17-紫外消毒渠。图2厂区改造前平面布置图3.2.1预处理段为满足后续MBR工艺处理要求，预处理段需新增膜格栅和中间提升泵房，并利用和扩建原预处理单元。改造后，预处理段包括粗格栅、进水提升泵房、细格栅、曝气沉砂池、膜格栅、中间提升泵房等。新建粗格栅及进水提升泵房1座，采取合建形式，土建规模10万m3/d。粗格栅站分2个，各配1套粗格栅设备（栅条间隙25 mm），共用1台移动抓斗式格栅除污机。进水提升泵房新增6台潜水泵（Q=376 L/s，4用2备），泵房通过管道与细格栅相连，每台泵单管自由流出。新建细格栅1座，位于进水提升泵房后，土建规模10万m3/d。细格栅站分3格，各配1套内进流板式格栅（栅条间隙5 mm），设置1台栅渣清洗压榨装置。新建曝气沉砂池1座，规模为10万m3/d，分2格，设计峰值时停留时间为3 min。曝气沉砂池配套2台除油除砂桥、2台螺旋砂水分离器、1台一体化浮渣分离机、3台罗茨鼓风机（2用1备）。新建膜格栅及中间提升泵房1座，采取合建形式，建设规模20万m3/d。膜格栅站分6条渠道，每条渠道配内进流板式格栅1台（栅条间隙1 mm，共6台，5用1备），每3台格栅配1根排渣水平溜槽，设压榨机2台。由于水流经过膜格栅会产生较大的水头损失，为保证将污水提升至后续的生化池，需设置中间提升泵房，该泵房分2格，增设潜水轴流泵10台（Q=376 L/s，8用2冷备）。3.2.2生化处理段该厂原有1座A2O生化池，设计规模10万m3/d，分2格。在不新增用地的前提下，此次扩能提标改造充分利用原有生化池，使得改造后的生化池满足设计规模增加至20万m3/d的要求。在满足规模的同时，要求改造后的生化池依然具有良好的脱氮除磷功能，并且与后续膜生物反应器相匹配。后续深度处理段采用MBR膜进行过滤，MBR膜分离作用能有效截留污水中的SS和TP等污染物，保证出水效果。通过改造生化池进出水管、降低生化池出水堰标高等使其满足20万m3/d的过水能力。由于原出水标准较低，生化池停留时间较短，此次提标的重难点水质指 标 是 总 氮和 总 磷（其中 总 氮浓度 标准从TN15 mg/L提高至TN10 mg/L；总磷浓度标准从TP0.5 mg/L提高至TP0.3 mg/L），需要强化生化池的脱氮除磷功能。因此对生化池内部功能分区做出以下改造：（1）将生化池最前端预脱硝池改为厌氧池，保持原厌氧池和缺氧池，通过增加缺氧池容积提高反硝化效率。因此，此次改造将现好氧池的前3个廊道改造成缺氧池，同时增设水下搅拌设备和水下推流设备。（2）为确保除磷效果，一方面将原二沉池前端改造为好氧池，与生化池好氧池通过管道相连，使聚磷菌在好氧状态下充分摄取磷酸盐；另一方面，取消原有将二沉池污泥回流至厌氧池的外回流系统，取而代之的是将来缺氧池末端的污水回流污染防治技术712023NO3ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK至厌氧池，减少硝酸盐氮的回流量，有利于厌氧池稳定在厌氧条件下运行，从而有助于提高除磷效率。（3）由于采用MBR工艺，取消原生化池的内回流。新建外回流管道，将MBR膜池的污水回流到生化池好氧池前端，此为一级回流；新建内回流管道，将生化池好氧池末端的污水回流至缺氧池前端，此为二级回流；将生化池缺氧池末端的污水回流至厌氧池前端，此为三级回流，并在上述三级回流处各新增相应的回流泵和水下推流器。上述内、外回流比如下：12 时，一级回流回流比为400%；二级回流回流比为400%；三级回流回流比为300%。20 时的，一级回流回流比为300%；二级回流回流比为300%；三级回流回流比为200%。（4）如前所述，需将原好氧池部分廊道改为缺氧池，因此拆除此部分廊道的曝气器；同时，由于原生化池好氧池的曝气头使用年限较长，曝气效果已不太理想，因此拆除原生化池底的盘式曝气器，并用管式曝气器代替。（5）根据历年实测进水水质，部分时段进水碳源不足，需通过外加药剂的方式补充碳源，结合国内污水处理现状，此次改造选择投加乙酸钠来补充碳源。并在厌氧池和缺氧池分别设置碳源投加点位。（6）根据新的布置完善生化池的加盖，并改造曝气池风管和除臭收集风管。3.2.3膜处理段将原二沉池改为膜池是该厂扩能提标改造的核心。将4座二沉池分别改造为MBR膜池，膜池分为好氧区、膜区（分6格膜池）和污泥回流区，其中膜池好氧区停留时间为1.17 h，膜区和污泥回流区总共停留时间为0.84 h。原二次沉淀池的池壁和底板利旧，拆除池内中心柱、配水廊道等结构；将原二沉池改造为膜池，4座膜池共有336套膜组件，每套产水量Q=24.8 m3/h；新建污泥回流渠，新增剩余污泥泵；新增好氧区4套曝气系统，气水比为1.511；新增起重设备及柱网架、除臭盖等。每座膜池新增1座配套设备间，分2层，一层为设备间，主要设备包括产水泵、真空泵、反洗泵、清洗放空泵、吹扫离心风机、曝气鼓风机、加药泵等；二层为配电间。改造后的膜池平面布置图如图3所示（从左至右依次是好氧区、膜区和污泥回流区）。4不停产施工改造为满足“扩能提标改造期间能正常生产运行”的要求，通过合理安排施工工序来实现不停产施工。整个扩能提标改造工程可分为以下5个阶段。4.1第一阶段改造在不影响原污水处理厂正常运行的情况下，利用厂内现有空地新建规模为10万m3/d的预处理设施及其余建、构筑物，同时将5（4#）沉淀池改造为膜池。在此阶段，由4（1#）、4（2#）两格生化池和5（1#）、5（2#）、5（3#）沉淀池运行，运行规模为10万m3/d。因3座二沉池运行时的水量较原4座二沉池运行有所增加，因此二沉池的表面负荷有所提高。4.2第二阶段改造第一阶段改造完成后，运行规模仍为10万m3/d，此阶段由4（2#）生化池和5（4#）膜池组成MBR工艺处理系统，同时由4（1#）生化池和5（2#）、5（3#）沉淀池活性污泥处理系统运行。此时，需将5（1#）沉淀池改造为膜池，并新建生化池至5（1#）、5（4#）膜池的进水管道。4.3第三阶段改造第 二阶 段 完 成 后，污水 厂 调整运行 模式，处理 规模 为10万m3/d，此阶段由4（1#）、4（2#）生化池和5（1#）、5（4#）膜池组成MBR工艺处理系统保持运行。同时需将5（2#）、5（3#）沉淀池改造为膜池，并新建生化池至5（2#）、5（3#）膜池的进水管道。4.4第四阶段改造第三阶段完成后，污水厂调整运行模式，处理规模为10万m3/d，由4（2#）生化池和5（1#）、5（2#）、5（3#）、5（4#）膜池组成MBR工艺处理系统保持运行，4（2#）生化池污泥浓度逐步增加。此时，需改造4（1#）生化池，并连通4（1#）生化池至膜池的进水管道。4.5第五阶段改造第 四阶 段 完成 后，污水 厂 调整运行 模式，处理 规模 为10万m3/d，由4（1#）生化池和5（1#）、5（2#）、5（3#）、5（4#）膜池组成MBR工艺处理系统保持运行，此阶段4（1#）生化池污泥浓度逐步增加。此时，需改造4（2#）生化池，并连通4（2#）生化池至膜池的进水管道。第五阶段完成后，污水厂实现了以MBR膜池代替原二沉池的改造，在提标的情况下能保证达到20万m3/d总的处理规模。5扩能提标改造后的运行效果该厂扩能提标改造后，经过一定时间的调试运行后，到达了要求的20万m3/d的处理规模，且出水水质可稳定达到“DB51标准”。分别选取该厂提标改造前、后连续一整年的出水水质数据，出水月平均值如表2所示。由表2可知，整体而言，改造后实际出水水质均值优于改造前出水水质，且出水水质平均值偏差也较改造前小，说明采用MBR工艺后，各污染物指标出水浓度波动较小，出水水质图3膜池平面布置图污染防治技术722023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK书书书表 摇改造前后实际出水水质单位：（平均值偏差除外）月份改造前改造后改造前改造后改造前改造后 改造前改造后改造前改造后 月均值 平均值偏差（无量纲）污染防治技术稳定。这是因为MBR工艺能维持较高的污泥浓度（MLSS），随着MLSS的增高，水中微生物量也相应增加，能更好地适应进水水质和水量的变化，抗冲击负荷能力也得到提升3-4。改造前后，出水总氮浓度月均值从8.1 mg/L降低至7.3 mg/L，且出水氨氮浓度也从1.6 mg/L降低至0.3 mg/L，说明改造后的脱氮效果得到了显著提升。这是因为MBR工艺使得生化池能保持较高的污泥浓度和较长的污泥龄，污水中的含氮物质能在好氧条件下充分硝化，提高了氨氮的降解率5，同时扩能提标改造增加了生化池缺氧区的停留时间，为反硝化脱氮提供了良好的环境，从而降低了出水总氮6-7。改造后，出水总磷稳定维持在0.13 mg/L左右，这是因为将原二沉池改造为MBR膜池后，避免了原二沉池底部污泥再次释磷的情况，很大程度上提高了生物除磷效率和稳定性8，再加上运行中化学辅助除磷，因此能保证出水总磷连续稳定达标。采用MBR工艺代替原二沉池后，出水SS长期稳定在4 mg/L以下，这是因为MBR膜具有高效的固液分离能力，能够提高出水水质，使得出水悬浮物和浊度趋近于09。6结论（1）该厂扩能提标改造工程，在“充分利用原有设施，不新增用地”的情况下，通过采用MBR工艺代替原来的二沉池，污水处理能力从10万m3/d增加至20万m3/d，处理规模为改造前的2倍。（2）活性污泥法与MBR相结合的工艺出水水质好，能够满足不断提高的污水排放标准要求，可实现将出水水质从城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 189182002）一级A标准提升至四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准（DB 51/23112016）。（3）为满足“扩能提标改造期间能正常生产运行”的要求，该厂提标改造工程通过合理安排施工工序实现了不停产施工，且整个施工时间控制在10个月内。参考文献1应林荣，党勇杰，姚云波，等.污水厂AAO-MBR处理工艺沿程运行效果分析J.净水技术，2021，40（7）：71-74，153.2杨晨宵，盛铭军，黄继会，等.“准类”标准下城镇污水厂提标改造的难点与举措J.工业水处理，2020，40（11）：15-21.3蒋岚岚，张万里，杨薇兰，等.MBR工艺处理污水效果及影响因素分析J.中国给水排水，2012，28（24）：49-52.4白晓慧，陈英旭，王宝贞.活性污泥法低温硝化及其运行控制条件研究J.环境科学学报，2001，21（5）：569-572.5谢晓旺，李露泽.AAO-MBR工艺在某城镇污水处理厂中的应用J.净水技术，2020，39（8）：23-27.6杨敏，颜秀勤，孙雁，等.A2O-MBR工艺城镇污水处理厂能耗特征与运行优化J.给水排水，2016，42（12）：44-47.7高术波.多级AO+MBR工艺在污水厂提标改造中的应用：以北京某污水厂为例J.净水技术，2020，39（8）：28-31.8叶厚岐，孙晓航，牛江，等.A2O+MBR工艺在市政污水处理厂“准类”标准提标改造中的应用C/中国环境科学学会环境工程分会.中国环境科学学会2021年科学技术年会：环境工程技术创新与应用分会场论文集（四）.天津：中国环境科学学会环境工程分会学术委员会，2021：39-43.9贾海涛，周厚方，贺佳杰，等.地下式MBR污水处理厂运行效果及能耗分析J.给水排水，2016，42（8）：40-43.73