隨著城區(qū)經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的發(fā)展，對污水廠排放區(qū)域水質(zhì)及其周邊環(huán)境的影響越來越重視，對污水廠尾水排放標(biāo)準(zhǔn)也提出了更高的要求。與排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格相對應(yīng)的則是處理水量不斷增加，水質(zhì)也越來越復(fù)雜。工業(yè)廢水中一般存在一些抑制硝化菌生長的物質(zhì)如游離氨(freeammonia，F(xiàn)A)、鋅、銅、鉛等重金屬及氰化物等，這些抑制性物質(zhì)嚴(yán)重影響廢水中氨氮的去除。同時(shí)，由于其成分復(fù)雜、水質(zhì)水量波動性較大等特點(diǎn)，使用傳統(tǒng)的活性污泥工藝很難達(dá)到理想的去除效果。對于排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格的污水廠，需要選擇合適的工藝進(jìn)行升級改造。

　　移動床生物膜反應(yīng)器(movingbedbioflimreactor，MBBR)是一種將生物膜法與活性污泥相結(jié)合的高效污水處理工藝，具有占地省、生物膜耐受力強(qiáng)、運(yùn)行效果穩(wěn)定、抗沖擊能力強(qiáng)等特點(diǎn)。目前，國內(nèi)已對MBBR工藝進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)性研究，已成功應(yīng)用于生活污水和工業(yè)廢水的處理，并取得了較好的效果，對于印染廢水、含油廢水、石化廢水等工業(yè)廢水也有成功改造的案例。本文以浙江某工業(yè)廢水污水廠升級改造為例，分析了“MBBR+磁混凝”組合工藝用于工業(yè)廢水的提標(biāo)改造過程，為工業(yè)廢水的提標(biāo)提量提供了設(shè)計(jì)和改造思路。

　　一、項(xiàng)目概況

　　浙江省某污水處理廠，原處理水量為3萬m3/d，生化段采用分點(diǎn)進(jìn)水AAO工藝，具備脫氮除磷能力，尾水通過加氯消毒后排放，剩余污泥經(jīng)脫水后統(tǒng)一運(yùn)送至電廠干化焚燒。原出水COD、SS執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)二級標(biāo)準(zhǔn)，NH3-N、TN和TP執(zhí)行一級B標(biāo)準(zhǔn)。近年來，隨著城區(qū)經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)發(fā)展的加快，對于水質(zhì)水量都有了更高的要求，故亟需在原污水廠基礎(chǔ)上進(jìn)行提標(biāo)提量升級改造，改造后污水廠處理量由3萬m3/d提升至4萬m3/d，出水水質(zhì)全部達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。

　　該污水廠服務(wù)范圍內(nèi)有大量工業(yè)企業(yè)，企業(yè)采用“企業(yè)預(yù)處理+納管集中處理排放”為主的工業(yè)廢水治理模式，其生產(chǎn)廢水經(jīng)過各自預(yù)處理后排入污水處理廠進(jìn)行終端處理。升級改造前實(shí)際處理量約為2.8萬m3/d，其中70%為工業(yè)廢水。工業(yè)廢水的種類主要有印染廢水、紡織廢水、化工廢水等，印染紡織廢水水量約為1.2萬m3/d，CODCr濃度為600~1200mg/L，SS濃度約為600mg/L，色度為400倍，化工廢水水量約為0.8萬m3/d，CODCr濃度約為15000mg/L，經(jīng)預(yù)處理后達(dá)到150mg/L，生活污水水量約為0.5~0.8萬m3/d。污水中COD、SS含量較高，NH3-N、TN和TP含量較低。

　　改造后新增部分工業(yè)預(yù)處理廢水，廢水來源為污水廠服務(wù)范圍內(nèi)的兩家紡織廠和兩家印染廠，紡織廢水水量約為5700m3/d，印染廢水水量約為2700m3/d，新增工業(yè)廢水經(jīng)集中預(yù)處理后排入污水廠，預(yù)處理后出水水質(zhì)和污水廠原進(jìn)水水質(zhì)相當(dāng)。

　　升級改造設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

　　二、技術(shù)路線與設(shè)計(jì)方案

　　2.1 改造難點(diǎn)

　　升級改造面臨的主要問題有以下兩點(diǎn)。

　　(1)提標(biāo)+提量。

　　增加1萬m3/d工業(yè)污水，部分指標(biāo)從二級直接提升至一級A，升級改造難度大。

　　(2)原工藝抗沖擊能力弱。

　　進(jìn)水以工業(yè)廢水為主，水質(zhì)波動較大，進(jìn)水CODCr濃度最高為550mg/L，TN濃度為53.7mg/L，進(jìn)水水質(zhì)沖擊負(fù)荷增大時(shí)，出水COD、TN濃度迅速升高，不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，抗沖擊性能較差。

　　(3)無擴(kuò)建用地。

　　廠內(nèi)用地已飽和，無生化池?cái)U(kuò)建用地，需充分挖掘現(xiàn)有生化池處理能力。

　　2.2 工藝方案確定原則

　　針對現(xiàn)狀工藝處理效果，工藝方案確定時(shí)遵循以下原則。

　　(1)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)，針對現(xiàn)狀工程處理能力的不足，以及出水水質(zhì)要求的提高，結(jié)合工程的實(shí)際需要，采用抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，且具有強(qiáng)化脫氮除磷效果的生化處理工藝，提高水質(zhì)達(dá)標(biāo)的穩(wěn)定性和可靠性。

　　(2)結(jié)合廠區(qū)用地特點(diǎn)，深度處理采用技術(shù)先進(jìn)、效果可靠、占地較省的處理工藝，保證出水經(jīng)深度處理后達(dá)標(biāo)排放。

　　(3)全廠污水、污泥處理工藝力求技術(shù)成熟先進(jìn)、穩(wěn)定可靠、操作、管理方便、節(jié)省投資、運(yùn)營成本低。

　　2.3 工藝方案確認(rèn)

　　本次污水廠升級改造工程分析設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)以及現(xiàn)狀污水廠進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)，污水廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)濃度偏低，但是水質(zhì)波動較大，活性污泥處理工藝抗沖擊性能弱。由于排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，現(xiàn)狀處理工藝已不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，而單純依靠增加深度處理工藝去除現(xiàn)狀二級出水污染物的成本較高。因此，將現(xiàn)狀二級處理中AAO工藝嵌入MBBR調(diào)整為AAO-MBBR工藝。向生化池投加懸浮載體，載體上豐富的生物菌群類型增加了對難降解有機(jī)物的處理性能，生物膜的污泥齡長，適宜硝化菌的生長，硝化菌含量高，NH3-N去除效果顯著。污水廠工業(yè)廢水占比高，且以紡織印染廢水為主，處理難度大，二級處理出水除NH3-N和TN外，仍難穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)，出水中的COD、TP需進(jìn)一步進(jìn)行深度處理。考慮到廠里用地緊張、水質(zhì)復(fù)雜，以及脫氮除磷方面的綜合考慮，選擇磁混凝作為深度處理工藝。磁混凝適用于進(jìn)水水質(zhì)復(fù)雜、脫氮除磷要求高、用地緊張的污水廠項(xiàng)目，通過向反應(yīng)器內(nèi)投加磁粉強(qiáng)化混凝及絮凝效果，可以進(jìn)一步降低出水不溶性COD及TP水平。經(jīng)過論證后，確定本次提標(biāo)工程的技術(shù)路線為“AAO-MBBR+磁混凝+紫外線/次氯酸鈉消毒”。

　　(1)生化池改造方案

　　生化段原有厭氧區(qū)和缺氧區(qū)保持不變，好氧區(qū)呈S型分布的3個(gè)廊道中，在前兩個(gè)廊道投加懸浮載體，填充率為11%，為防止懸浮載體在好氧池末端堆積，在每個(gè)廊道末尾設(shè)置攔截篩網(wǎng)，對懸浮載體進(jìn)行持留，懸浮載體型號為SPR-Ⅱ型，直徑為(25±0.5)mm，高為(10±1)mm，掛膜后比重與水接近，有效比表面積大于620m2/m3，符合《水處理用高密度聚乙烯懸浮載體》(CJ/T461—2014)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，好氧MBBR區(qū)域采用微動力混合池型，通過在生化池底部合理布置曝氣管、設(shè)置進(jìn)水渠降低斷面流速的手段，在無需推流器的情況下，實(shí)現(xiàn)懸浮載體在好氧區(qū)內(nèi)的均勻流化。該池型具有水力條件好、無水力死角等優(yōu)勢。采用微動力混合池型可節(jié)省6臺專用推流器，以及每年30萬元的電費(fèi)，大大降低了投資和運(yùn)行費(fèi)用。采取逐池改造的方式，不影響污水廠的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了原池改造。

　　(2)增設(shè)磁混凝澄清池，進(jìn)一步去除污水中的不溶性COD、TP

　　磁混凝澄清池尺寸為32.9m×12.3m，占地約為400m2，共分為2座，總停留時(shí)間約40min。二沉池出水經(jīng)提升后進(jìn)入磁混凝澄清池，依次投加混凝劑PAC、磁粉和助凝劑PAM，PAC投加量為55mg/L，PAM投加量為1.33mg/L，磁粉投加量為2.5mg/L。反應(yīng)生成比重較大的含磁粉絮體顆粒，然后進(jìn)入磁分離池，通過磁輥進(jìn)行泥水分離，經(jīng)磁輥吸附的含磁污泥經(jīng)高剪切機(jī)，實(shí)現(xiàn)磁粉和污泥的分離，并進(jìn)入磁鼓進(jìn)行磁粉回收，回收的磁粉再回流至絮凝池前繼續(xù)參與反應(yīng)，剩余污泥則進(jìn)入后續(xù)污泥處理系統(tǒng)。

　　(3)現(xiàn)狀二氧化氯消毒更改為“紫外線消毒+次氯酸鈉消毒”

　　由于現(xiàn)狀廠區(qū)構(gòu)筑物布置緊湊，增設(shè)深度處理工藝后需增加深度處理構(gòu)筑物。為保證工藝流程的順暢，本次設(shè)計(jì)將二氧化氯消毒池拆除調(diào)整為次氯酸鈉加藥間，在消毒池位置設(shè)置紫外線消毒渠，同時(shí)根據(jù)實(shí)際出水狀況補(bǔ)加次氯酸鈉消毒，次氯酸鈉投加量為25mg/L。

　　改造后工藝流程如圖1所示。

　　三、改造后運(yùn)行效果分析

　　本次升級改造工程于2018年8月中旬完成，水量達(dá)到設(shè)計(jì)值4萬m3/d條件下，所投加的懸浮載體完成掛膜。分析2019年1月1日—2019年6月25日共計(jì)176d的進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)(包含整個(gè)冬季運(yùn)行階段)，結(jié)果如表2所示。

　　使用MBBR工藝改造后，強(qiáng)化了原池處理能力。NH3-N處理負(fù)荷力從0.029kgNH3/(m3•d)增加至0.036kgNH3/(m3•d)，增大了24%。MBBR工藝屬長泥齡，有利于硝化菌群富集，且通過水力剪切的作用，保障懸浮載體上的硝化菌一直處于較高的活性。生化池出水TP濃度為(0.35±0.083)mg/L，已經(jīng)達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)，通過磁混凝工藝進(jìn)一步保障了TP的達(dá)標(biāo)。

　　沿程分析發(fā)現(xiàn)，好氧MBBR區(qū)發(fā)生了明顯的同步硝化反硝化(simultaneousnitrificationanddenitrification，SND)現(xiàn)象，TN去除率為22.44%，TN去除貢獻(xiàn)率達(dá)到35.01%。生物膜上典型的缺/好氧微環(huán)境，以及對功能微生物的富集作用，促進(jìn)了同步硝化反硝化作用的進(jìn)行，使得在好氧區(qū)仍有TN的進(jìn)一步去除，也大大降低了碳源的投加費(fèi)用，故對于進(jìn)水基質(zhì)濃度不高的污水廠，甚至可完全節(jié)約外投碳源，使得MBBR除了在池容做到深度挖潛外，真正實(shí)現(xiàn)了基質(zhì)利用上的深度挖潛，應(yīng)用前景廣闊。對眾多使用MBBR的污水廠進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)在好氧填料區(qū)均存在顯著的SND現(xiàn)象，TN去除量在3~8mg/L，且基質(zhì)濃度較高的污水廠，SND效果更佳顯著。

　　四、改造前后經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

　　該工程總投資為9747萬元，其中工程費(fèi)用為7659萬元。如表3所示，改造前噸水處理費(fèi)用為0.491元/m3，改造后噸水處理費(fèi)用為0.584元/m3，與改造前相比，增加了0.093元/m3。改造后混凝劑投加量減少，但是增加了磁粉的消耗，故總的噸水藥劑投加費(fèi)用基本不變，均為0.10~0.11元/m3，改造前污泥處理量均值為20t/d，污泥處理成本為272元/t，改造后污泥處理量為25t/d，處理成本為303元/t，噸水污泥處理費(fèi)用由0.173元/m3增加至0.202元/m3，改造前噸水電費(fèi)為0.214元/m3，改造后增加至0.282元/m3，其原因?yàn)榇呕炷に嚨脑黾邮沟脟嵥姾挠兴岣摺?/p>

　　改造前出水水質(zhì)執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行平均能耗為0.279kW•h/m3，改造后出水水質(zhì)執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行平均能耗為0.322kW•h/m3，與改造前相比，增加了0.043kW•h/m3。由于改造后新增4臺二次提升泵且磁混凝池也需攪拌，該部分增加電耗為0.053kW•h/m3，生化池能耗變化不大且出水水質(zhì)得到了提高。

　　五、MBBR微生物分析

　　為進(jìn)一步探究懸浮載體的作用，對該污水廠投加的懸浮載體和活性污泥進(jìn)行了高通量測序分析，結(jié)果如圖2所示。

　　圖2中MBBR-1和MBBR-2為生化池不同區(qū)域的懸浮載體，污泥為生化池活性污泥。各部分的主要菌種及相對豐度如表4所示。

　　系統(tǒng)中的優(yōu)勢硝化菌群為Nitrospira(Comammox)，其在懸浮載體中的相對豐度分別為3.90%、7.33%，在污泥中相對豐度為0.75%。對懸浮載體生物膜和好氧污泥進(jìn)行MLVSS測定，由表5核算得出，系統(tǒng)中69.8%的硝化菌來自懸浮載體，30.2%來源于污泥，表明在硝化過程中，懸浮載體起到了重要的作用。

　　此外，在懸浮載體中也檢測出反硝化菌，如Ferruginibacter、Hyphomicrobium等，反硝化菌在懸浮載體和污泥中的相對豐度分別為4.05%、2.31%和3.65%。在MBBR-2區(qū)的懸浮載體上發(fā)現(xiàn)了大量Acinetobacter，相對豐度為27.18%，該菌種屬于不動桿菌，也具有反硝化作用。反硝化菌群在填料上存在，從微觀上提供了好氧區(qū)填料上發(fā)生SND的證據(jù)。

　　六、結(jié)論

　　使用“MBBR+磁混凝”工藝對工業(yè)廢水進(jìn)行原池提標(biāo)提量升級改造，充分利用了現(xiàn)有空地，投資運(yùn)行成本低，改造周期短，運(yùn)行高效穩(wěn)定。改造后水量增加至4萬m3/d，出水COD、NH3-N、TP、TN均值分別為(30.52±5.73)、(0.90±0.92)、(0.09±0.075)、(8.26±2.55)mg/L，穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。改造前后生化池能耗不變，處理負(fù)荷提升，且抗沖擊性能更好，噸水處理費(fèi)用由0.491元/m3增加至0.584元/m3，適用于工業(yè)廢水提標(biāo)提量升級改造。