浙江某污水厂准Ⅳ类水Bardenpho-MBBR提标改造分析

摘要

浙江某污水处理厂设计规模16万m3/d，采用Bardenpho-MBBR工艺进行改造，出水由一级B提标至准IV类水。生化部分，总容积不变且未改变厌氧及缺氧段，通过对好氧段功能重新划分，增加后置缺氧和后置好氧，并在好氧区投加悬浮载体，原池实现Bardenpho-MBBR，强化脱氮除磷效果；MBBR区采用微动力混合池型，无需使用推流器，节约投资和运行成本，利于系统运行维护。改造后，生化段COD、NH4+-N、TN出水均值分别为18.80mg/L、0.27mg/L、8.43mg/L，在未投加碳源的情况下稳定达到地表准IV类水标准，生化段出水TP均值0.48mg/L，大大减轻后深度处理负荷；TN去除率较改造前提高一倍，得益于前置缺氧脱氮效率的提高、填料区SND现象及后置缺氧区的脱氮能力；通过对系统微生物进行高通量测序，结果表明，填料对系统的硝化贡献率达到85%，并且填料上附着的反硝化菌占比达到6.46%，证明了好氧区悬浮载体上存在同步硝化反硝化过程。MBBR与Bardenpho工艺相结合技术能耗低、容积效率高、运行效果稳定，突破了常规工艺对TN去除的限制，适用于对TN要求严格的准IV类等高标准水质要求的污水处理厂新建及改造工程。

作者：吴迪郑志佳周家中孙庆花

（青岛思普润水处理股份有限公司，山东青岛266555）

随着水环境质量要求的提高，部分地区提出了准IV类水概念，即在一级A基础上，对污染物排放标准进一步限定，一般典型的准IV类水要求氨氮≤1.5mg/L，TN≤10mg/L，TP≤0.3mg/L，SS≤6mg/L，COD≤30mg/L。多数污水厂在进行一级A升级改造中已增加了深度处理以强化TP和SS的去除，通过增加投药量或降低运行负荷可能以优化运行的方式实现出水TP和SS达到准IV类水标准，但对于氨氮和TN缺乏明确的升级改造路线。污水厂历经几次提标，整体工艺流程基本定型，难有扩建用地，也难以改换工艺。生化池是污水厂池容最大的构筑物，自然也是潜力最多的构筑物；从污水处理的整体布局上，应当建立科学的改造观，氮磷处理也应当回归生化。生化工艺的强化本质上多是增加生物量，途径上区分为强化泥水分离以富集更高污泥浓度的膜工艺(MBR)，增加悬浮载体以提高污泥性能的生物膜工艺(MBBR)。由于MBBR可直接与已有活性污泥法镶嵌，改造灵活，能最大化利用现有池容和工艺流程，受到了广泛关注。自2008年无锡芦村污水处理厂成功进行了MBBR升级改造以来，近10年，国内采用MBBR工艺的市政污水厂已超过800万吨/天，涵盖各类废水、工艺、池型、标准的改造[1-6]。本文以浙江省某污水厂准IV类水升级改造工程为例，分析MBBR工艺改造方案的应用效果，为污水厂准IV类水提标改造项目提供技术参考。

1项目概况

浙江省某污水处理厂，设计规模为16万m3/d，原生化段采用A/A/O工艺，尾水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。2016年该污水厂进行提标改造，要求在设计进水水量不变的情况下，尾水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（2015年征求意见稿）的特别排放限值，即准IV类水标准，如表1所示。

表1污水厂升级改造设计进出水水质表

2技术路线与设计方案

2.1改造难点

提标改造所面临的主要问题有：

1）升级改造难度大，出水水质由一级B标准直接升级至准Ⅳ类，跨度较大；

2）出水标准高，出水总氮、总磷和SS等指标都需大幅提升，对改造工艺要求更高；

3）原池改造，厂内用地有限，无生化池扩建用地，需充分挖潜现有生物池的处理能力；

4）施工难度大，生物池为全封闭结构，施工难度较大。

2.2技术路线选择

综合考虑进、出水水质及预留用地等情况先后提出两条技术路线：

技术路线I，A/A/O+高效沉淀池+反硝化深床滤池。

技术路线II，Bardenpho-MBBR+高效沉淀池+反硝化深床滤池。

技术路线I，生物池保持不变，深度处理新增高效沉淀池、反硝化深床滤池和加氯接触池，前者可以强化TP的去除，而后者可强化TN和有机物的去除，保证各项出水指标的稳定达标，但是该路线存在一系列问题：

1）升级改造仅通过新建“高效沉淀池+反硝化深床滤池”完成，将所有出水指标压力放在了深度处理构筑物上；

2）高效沉淀池仅用于化学除磷和过滤，去除TP和SS，而反硝化滤池则需承担剩余指标的去除，导致反硝化深床滤池承担负荷高，并且去除指标多，工艺控制复杂；

3）深度处理对氨氮没有降解作用，如果前端生物处理的氨氮降解不完全则会导致出水不达标；此外，硝化不足也会影响反硝化效果，导致TN出水不达标；

4）反硝化深床滤池的外加碳源利用率、需要脱除的硝态氮浓度、进水COD、出水COD指标，四者相互制约，工程上反硝化滤池一般可去除3-5mg/L硝氮，若去除更多，则面临COD超标风险，且易产生较多的污泥，出水SS较高，需要反洗频繁，而频繁反洗又不利于反硝化菌群富集，最终将导致系统运行不稳定；

5）在设计过程中，反硝化深床滤池承担越多TN的去除，投资和运行成本越高。

技术路线II，生物池由A/A/O三段式改为五段Bardenpho强化TN去除，好氧段投加填料形成MBBR工艺用以弥补五段式分隔带来的好氧硝化池容不足，新建反硝化滤池作为出水达标的保障。

考虑到技术路线I在总投资、运行费用上均较高，此外运行稳定性也较为欠缺，最终确定技术路线II作为本项目升级改造方案。技术路线II的工艺优势表现在：

1）工艺流程设置合理，充分发挥了二级生物处理的作用，Bardenpho-MBBR工艺可以保证出水COD、BOD、氨氮及TN指标的达标，深度处理确保TP及SS达标即可；

2）采用Bardenpho-MBBR工艺在确保TN达标的前提下，可以充分利用原水碳源，减少外投碳源用量；

3）MBBR工艺具有较强的抗冲击性，在进水水质水量波动较大的情况下，也能很快恢复系统的稳定性；

4）在设计中反硝化滤池无需考虑大量的TN去除，仅考虑在极端条件下的情况即可，进一步降低了占地面积。在保证TP及SS的前提下，控制指标较少，操作运行简单，且无碳源泄露等风险。

5）投资及运行成本较低。

2.3生化段改造方案

生化段原有厌氧区和缺氧区不变，将好氧池根据设计方案进行重新划分为OAO，将原A/A/O工艺改造为A/A/O+A/O(Bardenpho工艺)；第一级好氧池投加SPR-2型悬浮载体形成MBBR泥膜复合工艺，填料直径为25mm±0.5mm，高10mm±1mm，挂膜后比重与水接近，有效比表面积大于620m2/m3，符合《水处理用高密度聚乙烯悬浮载体》（CJ/T461-2014）行业标准[7]；好氧MBBR区域采用微动力混合池型，该池型具有水力条件好、无水力死角、无需推流器等特点，本项目采用微动力混合池型可节省16台专用推流器，以及每年84.096万元的电费，大大降低了投资和运行能耗。采取逐池改造的方式，不影响污水厂的正常生产。

图1改造前后生化段工艺流程图

3改造后运行效果分析

本次升级改造工程于2017年6月17日开始，到8月中旬，水量达到设计值16万m3/d条件下，所投加的悬浮载体挂膜完成。分析2017年8月20日至2018年4月10日共计234d的进出水水质数据（包含整个冬季运行阶段），并与改造前同期上一年运行数据进行对比。

3.1系统改造后对COD、TP、氨氮的去除效果

COD不是本项目的难点，改造前已基本能达到准IV类水水平。经过MBBR+Bardenpho改造后生物池进出水COD均值分别为197.12mg/L、18.80mg/L，COD去除率均值为90.46%，出水COD稳定达到准IV水标准，如图2所示。

改造后，生化池除磷效果显著增加，由于生化池并未投加混凝剂，生化池除磷效果均为生物除磷过程。改造前生物池进出水TP均值分别为4.20mg/L，1.04mg/L，去除率均值为75.24%。经过MBBR改造后生物池进出水TP均值分别为4.00mg/L、0.48mg/L，TP去除率均值为88.00%，较改造前提升11.23%，如图3所示。生物除磷效果的提升，主要是MBBR工艺对于提升生物除磷的间接效果。污泥龄是生物除磷的重要影响因素之一，聚磷菌需短泥龄。改造前，由于需要保障氨氮效果，一般运行中污泥浓度较高，泥龄更长，以确保硝化菌群在污泥中的占比，保证硝化；改造后，好氧区投加悬浮载体，实现了硝化菌群的固定富集作用，保证了硝化菌群的长泥龄，这样在一定程度上可以降低悬浮态污泥的污泥龄，强化生物除磷，特别是对溶解性TP的去除作用[8]。仅靠生物作用就使生化段出水TP低于0.5mg/L，大大减轻了后续深度处理设施的负荷，节省了运行费用。

图2改造后生化系统对COD的处理效果