MBBR工艺在污水处理改造工程中的应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：苏子珍（1989），女，汉族，河北石家庄人，中级职称，硕士研究生，研究方向为环境工程。-111-MBBR 工艺在污水处理改造工程中的应用 苏子珍 麦礼杰 中国轻工业广州工程有限公司，广东 广州 510000 摘要：摘要：贵州省某白酒厂改造工程规模为 4000m3/d，现状主体工艺为 EGSB+CASS+反硝化滤池+曝气生物滤池。分析了现状出水水质特点和运行情况，介绍改造升流式厌氧反应器+AAO+反硝化滤池+曝气生物滤池的设计参数，通过对原工艺的改造使出水水质稳定达到发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准（GB276312011）表 3 标准。关键词：关键词：污水处理；MBBR；悬浮填料；脱氮除磷 中图分类号：中图分类号：X703 1 项目概况 贵州省某白酒厂现有污水处理厂一座，于 2011年开建，并于 2012 年 4 月投入运行，设计处理能力650m3/d，实际处理能力 720m3/d，用于处理锅底水及清洗工具水高浓度酿造污水。但随着厂区生产能力的扩大、清污分流后污水收集率提高等客观条件，污水水量增大、浓度下降，污水站处理能力不能满足现实排水状况的需要，于是在原有基础上进行了改扩建，设计处理水量 4000m3/d。现有污水处理系统采用“气浮-水解酸化-EGSB-CASS-反硝化滤池-曝气生物滤池-臭氧-高密度沉淀-消毒”的组合处理工艺，设计处理能力为 4000m3/h。设计出水标准为发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准（GB276312011）表 3 标准。由于污水站大部分设备都已损坏老化，仅能在低水量运行、循环处理的条件下才能勉强满足出水达标，日处理量仅为 600m3 左右。厂内预处理工艺大部分设备均已损坏无法运行，水解酸化、EGBS、CASS 系统跑泥严重，曝气生物滤池系统已停用，臭氧系统部分设备停用整体出水水质较差，无法达到设计出水指标。污水处理厂运行过程中存在以下问题：（1）污水厂实际进水水质远超过设计值，进水COD普 遍 在 5000 7000mg/L，峰 值 已 经 超 过9000mg/L；进水总氮接近 200mg/L。且进水悬浮物高，酒厂废水的悬浮物分为谷壳、高粱籽的大颗粒和经过发酵蒸煮形成的絮状悬浮物，颗粒状的容易堵塞气浮的释放器，加之间歇进水影响，导致气浮等设备都无法连续运行（2）事故池、调节池处于满水状态，不具备调蓄能力，处理能力低下，无法应对汛期及生产高峰即将带来的水质和水量的高负荷冲击；（3）系统存量污泥超出警戒，各处理单元跑泥严重，随时可能导致整个系统崩溃；（4）生化系统在冲击负荷条件下，出水 COD、TN指标濒临超标；（5）污水泵、搅拌机、回流泵等关键设备老化严重，且无设备维护保养记录，无法详细评估设备状况，导致超标风险。（6）酱香酒废水中存在难生化降解物质，同类型污水处理厂均存在生化系统出水 COD 降到 100150mg/L 后无法再用生化方法降低的情况，后端只能通过高级氧化方式去除，因此会发生现有臭氧氧化塔停留时间和臭氧投加量不足以将生化系统出水处理达标的情况。2 运行情况分析 设计方面，污水处理厂 2013 年扩容改造至 4000吨/天的设计方案中，未对总氮去除工艺进行系统设表 1 设计进出水水质 项目 CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)氨氮(mg/L)总磷(mg/L)TN(mg/L)pH 设计进水 5000 1600 2000 100 20 160 6-9 设计出水 50 20 20 5 0.5 15 6-9 中国科技期刊数据库 工业 A 计，无法满足总氮15mg/L 的要求。污水处理厂前几次改造均是点状碎片化治理，没有从系统上整体考虑，导致单个设备或系统基本能够运行，分部试运也能运行，但整体系统联动时效率无法匹配，加上反硝化滤池及曝气生物滤池内构件损坏无法正常投用、高密澄清过滤池堵塞等缺陷未及时消除，导致出水量仅为 500600 吨/天。运行方面，由于上游雨污分流不彻底，雨季大量雨水进入污水系统；生产旺季污水来水量大，污染物浓度高。雨水和旺季污水叠加，远超过污水设计处理能力。频繁的超负荷排水，使预处理系统被淹没无法运行，窑泥、高梁籽、谷壳等杂物全面进入后续生化厂区生产废水格栅池螺旋输送机栅渣池应急事故池进水调节池车运加药装置（NaOH）旋转微滤机螺旋输送机泥水分离器污泥池水解酸化池渣斗中间水池螺旋输送机全混式沼气内循环厌氧反应器污泥浓缩池脱泥机风机房AAO组合池中间水池2碳源反硝化滤池曝气生物滤池清液池中间水池3臭氧发生器臭氧反应塔污水加药装置高密度澄清池泥渣药剂清水池清液空气达标排放加药装置(铁盐活性炭葡萄糖)加药装置（絮凝）图 1 改造后工艺流程图 112中国科技期刊数据库 工业 A 系统，导致生化系统无法正常运行，多次发生系统崩溃。系统监控和自动化程度不高，大部分设备采用人工和手动操作，运行效率低下。设备方面，设备长期处于故障或带病运转的状态。臭氧发生器、高密滤池等设备无法正常运营或使用效率较低，反硝化滤池一直闲置，预处理段的转鼓微滤机和气浮池停用，都影响着整体处理效果和处理水量；厌氧系统污泥流失，厌氧污泥直接进入 CASS池，由厌氧转换成好氧状态耗时长，影响 CASS 单元污水处理效率；CASS 单元非连续产水，处理耗时长，且不稳定，系统容易崩溃。根据污水厂的进出水水质，污水处理系统现有去除的主要污染物有悬浮物、COD、BOD、氨氮、总氮。现有工艺中，预处理和气浮工段作用是去除悬浮物，水解酸化、EGSB 厌氧工段作用是去除 COD，CASS、臭氧工段作用是去除 COD 和氨氮，反硝化滤池和曝气生物滤池工段作用是去除 COD、总氮和氨氮、微絮凝砂滤工段作用是去除悬浮物、胶体。本污水处理厂出水总氮指标为不高于 15mg/L，目前污水处理系统的所有工段中只有反硝化滤池对总氮（主要指硝酸盐）有去除效果，而且其反硝化复核高于一般设计值，在进水总氮偏高的情况下难以使污水处理结果达标。在雨季和生产旺季，出水 COD、BOD、总氮和氨氮指标均难以达标。3 技术改造方案 3.1 改造工艺路线选择 现有污水处理系统采用“气浮-水解酸化-EGSB-CASS-反硝化滤池-曝气生物滤池-臭氧-高密度沉淀-消毒”的组合处理工艺，原有处理设施的处理能力为4000m3/h。经理论计算，结合工程经验，现有系统各单体的停留时间和设计负荷理论是能够满足当前改造实际要求的，因此原则上是不需要额外新增池体，进行充分挖掘现有各构筑物及现有设备的潜力，维修或更换现场部分存在问题或损坏的设备、仪表即可。因此，本优化方案主要重点考虑采用较为先进成熟稳定的工艺技术实现本次改造，以加强现有工艺流程中的水解酸化单元、厌氧生化单元、好氧生化单元等核心功能单元的处理能力及处理效率，实现污水处理厂常年稳定达标，满足本次改造处理负荷及处理排放指标需求。本工程选用的改造工艺为“微滤机-水解酸化-升流式厌氧反应器-厌氧沉淀池-AAO 组合池-反硝化滤池-曝气生物滤池-臭氧-高密度沉淀-消毒”。其中，AAO工艺采用 MBBR（移动床生物膜反应器）工艺进行改造。改造后工艺流程如图 1：3.2 改造设计方案（1）水解酸化池改造设计 基于现有水解酸化基本处于瘫痪状态，其实际发挥效率较为低下，又因其处理效果对后续厌氧及好氧至关重要，因此本次拟将其作为重点改造单元之一。水解酸化池接收来自前端预处理气浮来水。在水解细菌、酸化菌共同作用下，实现对来水可生化性的提高及减弱因来水水质水量的波动对后续厌氧及好氧单元的冲击。本次改造，通过增设高固截留泥水分离装置、气提大比例循环装置、穿孔软管曝气定时搅拌装置及自动化控制装置，以提升现有水解酸化池传质效果，抗负荷冲击能力及强化其泥水分离功能，从而实现将绝大部分不溶性难降解的有机物，水解为可溶性易于降解的有机物，将部分有机氮转化为氨氮等，提高污水的可生化性。其出水经泵提升至后续的厌氧单元，其剩余污泥排放至现有污泥浓缩池。主要设计参数：反应器有效容积 2000m3，设计有效停留时间 12h，设计 COD 去除率 1030%。（2）升流式厌氧反应器改造设计 基于现有厌氧反应器出水带泥且处理效率不高，严重制约后续好氧处理能力及处理效率的提升，本次改造拟利用现有闲置的气浮用地，将其撤除，新增一台高效的厌氧反应器，通过降低现有厌氧反应器的负荷，换取其处理效率的提升。通过新增的厌氧反应器来弥补现有厌氧反应器人为干预而降低的处理负荷，实现改造后的厌氧单元其最终处理能力及处理效率得以大幅提升。为后续挖掘好氧池现有池容的潜力，奠定坚实的基础。升流式厌氧反应器主要设计参数说明：厌氧器设计进水水质 COD4500mg/L；出水水质：COD1000mg/L。设备规格：直径 10m，高度 15m；数量 2座；总处理量 4000m/d；反应器有效容积 2000m3；113中国科技期刊数据库 工业 A 设计有效容积负荷 7kgCODcr/(m3d)；设计有效停留时间 12 h；设计 COD 去除率78%。（3）AAO 组合池工艺改造设计 基于现有 CASS 工艺其本身脱氮除磷效率保障性不足，出水稳定达标保障性差，且处理能力处理效率较为低下，池容利用率不高。而该工艺又是全厂脱氮除磷的核心功能单元，其处理能力及处理效率的好坏，直接关乎本次改造是否能够达到出水水质目标最为重要的环节之一。因此，本工程通过采用 MBBR 悬浮填料将其改造为当前国内脱氮除磷提标改造最为常用的 AAO 工艺，达到完成本次改造设计目标。AAO（生物脱氮除磷）工艺是一种常用的污水处理工艺，可用于二级污水处理或三级污水处理，以及中水回用，具有良好的脱氮除磷效果。AAO 工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺和生物除磷工艺的综合。在该工艺流程内，BOD、SS 和以各种形式存在的氮和磷一并被去除。该系统的活性污泥中，菌群主要由硝化菌、反硝化菌和聚磷菌组成，专性厌氧和一般专性好氧菌群均基本被工艺过程所淘汰。在好氧段，硝化细菌将入流中的氨氮及由有机氮氨化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐；在缺氧段，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入大气中，从而达到脱氮的目的；在厌氧段，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放将磷去除。1 MBBR 工艺开发于 20 世纪 80 年代中期，其原理为密度接近于水、可悬浮载体填料投加到曝气池中作为微生物生长载体，填料通过曝气作用处于流化状态后可与污水充分接触，微生物处于气、液、固三相生长环境中，此时载体内厌氧菌或兼性厌氧菌大量生长，外部则为好氧菌，每个载体均形成一个微型反应器，使硝化反应和反硝化反应同时存在。MBBR 工艺结合了传统流化床和生物接触氧化法两者的优点，解决了固定床反应器需要定期进行反冲洗、流化床需要将载体流化、淹没式生物滤池易堵塞需要清洗填料和更换曝气器等问题。该工艺因悬浮的填料能与污水频繁接触而被称为“移动的生物膜”。2 MBBR 反应器既具有传统生物膜法耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥少的特点，又具有活性污泥法的高效性和运转灵活性，与其他工艺相比，MBBR 具有以下特点：1）反应器中污泥浓度较高，一般污泥浓度为普通活性污泥法污泥浓度的 510 倍，曝气池污泥质量浓度可高达 3040g/L；2）水头损失小，不易堵塞，无需反冲洗，一般不需回流；3）作为 MBBR 工艺核心的悬浮填料具有好氧和厌氧代谢活性，可良好地脱氮除磷；4）脱氮能力强，氨氮负荷可高达 1kgNH3-N/m3d，而传统的活性污泥法仅为 0.10.3kgNH3-N/m3d；5）填料自由通畅的旋转，增加对水中气泡的撞击和切割，延长气泡在水中停留时间，氧的利用率可提高 35 个百分点，有效的降低了供氧能耗；6）抗冲击能力强，高浓度的微生物和附着生长方式可有效分散来水水质波动，出水稳定，抗冲击能力显著高于传统活性污泥，对有毒物质具有很强的耐受性。经过改造后的生化处理工艺由厌氧、缺氧、好氧及沉淀四大功能区共同组成，可实现一体化结构设计。经处理后的绝大部分污染指标如 BOD、氨氮和总氮在此可完全实现出水水质稳定达标排放。而 COD、总磷、SS 等其它污染指标还需依赖后续深度处理来保障稳定达标排放。本方案生化工艺包括但不限于具备如下技术特点：1）缺氧及好氧池可实现功能互换，具有较强的二次负荷纠偏能力；2）实际运行可调控污泥浓度可高达 512 g/L；3）自动化程度高，可精准控制鼓风量，实施自动调整回流比，减免人为干预，减少对专业技术人员的依赖；4）集厌氧、缺氧、好氧及沉淀于一身，实现一体化结构设计，节省占地，节省水头损失。本项目生化处理工艺主要对现有 CASS 池进行改造，将原有 CASS 分格改造为厌氧、缺氧、好氧工段，并设置悬浮生物填料。改造后工艺参数如下：114中国科技期刊数据库 工业 A 表 2 改造后工艺参数 参数名称 改造后取值 处理水量(m/d)4000 缺氧区容积（m3）2000 缺氧区水力停留时间（h）12 好氧区容积（m3）3000 好氧区水力停留时间（h）18 泥水速沉区容积（m）945 泥水速沉区停留时间（h）5.6 总生化容积（m3）5945 总水力停留时间（h）35.6 设计污泥浓度取值（g/L）7.0 COD 污泥负荷（kg（COD）/kg（MLSS）d）0.17 BOD5 污泥负荷（kg（BOD5）/kg（MLSS）d）0.12 NH3-N 污泥负荷（kg（NH3-N）/kg（MLSS）d）0.019 NO3-N 污泥负荷（kg（NO3-N）/kg（MLSS）d）0.034 表面负荷（m/.h）1.2 剩余污泥产量（t/d）0.5（绝干）（4）污泥脱水系统改造设计 本工程采用“药剂调理+板框压滤”脱水工艺。99%-97%含水率的原污泥通过潜污泵抽取进入调理模块，污泥调理加药泵同时开启，原泥与调理药剂通过管道混合器混合，以少量不增固、不减热值、无毒无害、无高温腐蚀性的调理药剂协同，对污泥进行调理，使污泥的机械脱水性能得到显著改善。调理后的污泥进入高压隔膜压滤机进行脱水，使污泥的含水率降至 60%以下。依据项目总体布置，在现有污泥脱水车间布置200m3/d（含水率 98%污泥）污泥脱水设备(包括板框压滤设备、污泥调理设备、污泥螺旋输送机、污泥料仓等)。污泥脱水系统处理能力按 200m3/d（含水率98%污泥）配置，污泥脱水设备包括进泥系统、药剂调理系统、板框压滤系统、螺旋输送系统等，外设密闭式污泥料仓系统。（5）改造后处理效果 本技术改造工程实施后，处理水量可达到 4000 m3/d，出水水质稳定达到发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准（GB276312011）表 3 标准。4 结语 本次技术改造主要技术优势具体体现在以下几个方面：改造后的各功能单元利于污水处理厂全年连续稳定运行，在雨季和生产旺季出水能够稳定达标。采用 MBBR 悬浮填料与传统 AAO 工艺结合，拥有脱氮除磷的技术优势，可实现精准控制曝气池容及曝气时间，利于污水处理厂向可持续运行方向发展，有力的保证了出水水质稳定达标。改造后的各功能单元均能实现高自动化运行，对专业技术人员依赖性不高，利于实现无人值守。改造后的各功能单元可实现大比例回流，增强了污水处理厂抗负荷冲击能力，降低了来水污染物对微生物的毒害与抑制作用，使污水处理厂出水连续稳定达标。参考文献 1黄文科,李绍森,黄鑫宗,练以学,胡源顺,林伟毅.改良型 A2O 处理工艺在海岛污水处理的应用J.广东化工,2012(5):45.2樊星.城镇污水处理两段式 AOMBBR 工艺优化及其氮素归趋中试研究D.青岛:青岛理工大学,2021.3李碧.MBBR 工艺的研究现状与应用J.中国环保产业,2009(7):65.115