多級AO+MBR工藝在污水廠提標(biāo)改造中的應(yīng)用
——以北京某污水廠為例

高術(shù)波

(北京禹冰水利勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，北京 100161)

1 項目背景

北京市某污水處理廠于2006年建成，2008年9月底通過調(diào)試驗收，正式運行，日處理污水量為1.0萬m3/d，污水處理主體工藝為間歇式活性污泥法“CASS工藝”，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中的一級B標(biāo)準(zhǔn)。由于污水廠受納水體為Ⅳ類水體，出水考慮再生水回用，亟需對污水廠進行提標(biāo)改造，提標(biāo)后出水水質(zhì)執(zhí)行北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 11/890—2012)中的B標(biāo)準(zhǔn)。

2 進、出水水質(zhì)

污水廠提標(biāo)改造前，實際監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 改造前進、出水水質(zhì)Tab.1 Water Quality of Influent and Effluent before Reconstruction

2017年，污水廠進水CODCr為320～539 mg/L，進水NH3-N為53～85 mg/L，出水CODCr為31～91 mg/L，出水NH3-N為0.11～8.75 mg/L。

提標(biāo)后，設(shè)計出水水質(zhì)：CODCr≤30 mg/L，BOD5≤6 mg/L，SS≤5 mg/L，NH3-N≤1.5 mg/L，TN≤15 mg/L，TP≤0.3 mg/L。

本工程進水水質(zhì)波動范圍較大，NH3-N和TN較常規(guī)市政污水高，本次改造主要圍繞COD、NH3-N及TN的去除進行工藝改進。

3 設(shè)計難點及改造思路

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，污水廠進水COD、NH3-N、TN指標(biāo)均較高，C/N嚴(yán)重失調(diào)，CASS工藝出水進一步提高的難度較大，且廠區(qū)內(nèi)已無預(yù)留用地。針對上述狀況，為避免廠內(nèi)大拆大建，綜合考慮污水處理系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及提標(biāo)改造建(構(gòu))筑物布局的合理性，將原有2組CASS池改造成運行更為穩(wěn)定的多級AO生化池，在2組CASS池中間空地建MBR膜池，生化主體工藝由原來的CASS工藝改造為多級AO+MBR工藝，最大力度地節(jié)省空間占地。

4 工藝流程

污水廠于2018年進行提標(biāo)改造，提標(biāo)改造后工藝流程如圖1所示。增加膜格柵處理單元，生化主體工藝由CASS工藝改造為多級AO生化處理工藝，新增碳源加藥裝置，新增MBR工藝單元。

圖1 污水廠提標(biāo)改造后工藝流程圖Fig.1 Process Flow Chart of the WWTP after Upgrading

5 工藝設(shè)計

傳統(tǒng)的AAO+MBR工藝具有很好的去除有機物、NH3-N的能力[1]，基本能將污水中的NH3-N完全硝化，而多級AO生化工藝具有較強的反硝化脫氮功能[2]。多級AO工藝與MBR兩者相結(jié)合，更有利于提高生化系統(tǒng)對TN的降解能力，適合低C/N的污水處理，能夠保證出水TN明顯優(yōu)于其他傳統(tǒng)工藝。

(1)改造前、后平面布置

本次提標(biāo)改造采用多級AO+MBR工藝，主要集中在原污水廠范圍內(nèi)進行改造。新建厭氧池、混合液回流池及MBR膜池，新建單元位于原有兩組CASS之間，前缺氧池由原CASS池預(yù)反應(yīng)區(qū)改造，前好氧池、后缺氧池、后好氧池均在原CASS池內(nèi)改造，改造后多級AO生化池和膜池均為2組，對稱布置(圖2)。

圖2 生化系統(tǒng)改造前、后對比Fig.2 Comparison of Biochemical System before and after Reconstruction

(2)生化池設(shè)計參數(shù)

多級AO+MBR生化池主要由厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)及膜處理區(qū)組成，總停留時間為17.5 h。主要功能為去除污水中的有機污染物、NH3-N、TN、TP等污染物，分為2個系列運行，每系列可單獨運行。

①厭氧區(qū)

本次改造厭氧池為新建，每組厭氧池尺寸L×B×H為10.0 m×7.0 m×5.3 m，水力停留時間為1.5 h，DO需控制在0.2 mg/L以下，回流比為100%。

②缺氧區(qū)

缺氧區(qū)由兩部分組成，分別為前缺氧池和后缺氧池，前缺氧池由CASS池預(yù)處理區(qū)改造，每組缺氧池尺寸L×B×H為15.0 m×12.0 m×6.0 m，水力停留時間為3.5 h，DO需控制在0.5 mg/L以下，混合液回流比為400%；后缺氧池，每組尺寸L×B×H為15.0 m×4.5 m×6.0 m，水力停留時間為1.5 h，后缺氧區(qū)需投加碳源作為電子供體進行反硝化脫氮，從而達到降低出水TN的效果。

③好氧區(qū)

好氧區(qū)分為前好氧池和后好氧池，前好氧池由CASS池改造，每組好氧池尺寸L×B×H為47.0 m×4.5 m×6.0 m，水力停留時間為8.0 h，氣水比設(shè)計值為8∶1；后置好氧區(qū)每組尺寸L×B×H為10.0 m×4.5 m×6.0 m，水力停留時間為1.0 h，進一步降解和吸附水中的有機物，使其得到徹底的氧化分解。

④MBR膜池

膜池設(shè)計處理規(guī)模為1.0萬m3/d，分為2組，每組尺寸L×B×H為20.0 m×9.0 m×5.3 m，膜元件設(shè)計通量為15 L/(m2·h)，水力停留時間為2.0 h，氣水比為9∶1，污泥負荷為0.041～0.045 kg BOD5/(kg MLSS·d)。 MBR膜對膠體、懸浮顆粒、濁度、細菌、大分子有機物具有良好的分離去除能力，其產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定可靠[3]。

6 運營狀況分析

本項目污水廠于2018年10月改造完成并投入使用，2019年1月開始滿負荷運行。目前，運營狀況良好，生化系統(tǒng)好氧池MLSS基本維持在7 000～8 000 mg/L，膜池MLSS能達到10 000 mg/L以上，出水水質(zhì)優(yōu)于北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 11/890—2012)中的B標(biāo)準(zhǔn)限值。

對COD的去除效果如圖3所示。由圖3可知，進水CODCr在410 mg/L左右，預(yù)處理后出水COD基本能去除10%～20%，系統(tǒng)總出水CODCr基本維持在15 mg/L以下，去除率能達到90%以上。說明，生化系統(tǒng)運行比較穩(wěn)定，再加上膜池活性污泥濃度較高，更有利于降解生化池難以降解的COD。

圖3 污水廠CODCr的變化Fig.3 Variation of CODCr in WWTP

對NH3-N的去除效果如圖4所示。由圖4所示，進水NH3-N在52 mg/L左右，系統(tǒng)總出水NH3-N基本維持在0.5 mg/L以下，去除率在95%以上。說明，多級AO生化系統(tǒng)對NH3-N的去除率較高，而且處理效果較好。

圖4 污水廠NH3-N的變化Fig.4 Variation of NH3-N in WWTP

對TN的去除效果如圖5所示。由圖5可知，進水TN在65 mg/L左右，系統(tǒng)總出水TN基本維持在15 mg/L以下，去除率在70%以上，而TN主要依靠生化系統(tǒng)反硝化去除，MBR膜對TN基本無截留作用。說明，多級AO生化系統(tǒng)通過兩級缺氧反硝化作用，更有利于加強對TN的去除。

圖5 污水廠TN指標(biāo)變化情況Fig.5 Variation of TN in WWTP

以上分析表明，多級AO+MBR工藝具有很強的去除有機物和反硝化脫氮能力，抗沖擊負荷能力較強，適用于C/N較低而TN去除要求較高的污水，可以在污水廠提標(biāo)改造中推廣與使用。

7 運營成本分析

污水廠直接運營費用主要包括：電度電費、人工費、藥劑費、污泥運輸及處理費、膜折舊費及大修費[4]。

本次提標(biāo)改造后，再生水廠直接運營成本如表2所示。

由表2可知：再生水廠年運行成本為1 008.68萬元，噸水直接運營成本約為2.77元/(t水)。說明，多級AO+MBR工藝運營成本較常規(guī)處理工藝稍高，主要原因為電費、膜折舊及大修費用較高，但其占地面積小，可取代常規(guī)工藝中的二沉池，出水水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點可彌補自身不足。

表2 運營成本分析Tab.2 Analysis of Operation Cost

8 結(jié)論

本文主要基于北京市某污水廠提標(biāo)改造，出水執(zhí)行北京市地方排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，北京市地方排放標(biāo)準(zhǔn)要高于國標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)，故本次提標(biāo)改造經(jīng)驗可為全國范圍內(nèi)污水廠的提標(biāo)改造工程提供借鑒作用。

(1)本工程生化處理工藝由CASS池改造，無需新增占地，充分利用污水廠現(xiàn)有空間，在技術(shù)上先進、合理，經(jīng)濟上可行，可為同類型污水廠提標(biāo)改造提供借鑒。

(2)多級AO+MBR工藝，具有很強的去除有機物和反硝化去除TN的能力，其污泥濃度高，抗沖擊負荷能力明顯增強，適用于低C/N、TN去除率高的污水。

(3)由于污水廠進水水質(zhì)波動范圍較大，為保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達標(biāo)，需及時調(diào)整碳源投加量和PAC除磷計投加量，建議同類污水廠在提標(biāo)改造過程中增加污水調(diào)節(jié)池，均衡水質(zhì)。

(4)本工程提標(biāo)改造后，隨著運行時間的增加，MBR膜通量衰減，運營能耗有所增加。