工業(yè)污水處理廠升級改造工程設(shè)計

隨著城市經(jīng)濟和城市建設(shè)的發(fā)展，污水處理廠排放區(qū)域?qū)λ|(zhì)及其周邊環(huán)境的影響越來越受到重視，對污水處理廠尾水排放標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求。與更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)的是，處理水量越來越大，水質(zhì)越來越復(fù)雜。工業(yè)廢水中一般存在一些抑制硝化細菌生長的物質(zhì)，如游離氨(FA)、鋅、銅、鉛等重金屬、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，由于其成分復(fù)雜，水質(zhì)水量波動大，采用傳統(tǒng)的活性污泥法很難達到理想的去除效果。對于排放標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格的污水處理廠，需要選擇合適的工藝進行升級改造。

移動床生物膜反應(yīng)器(MBBR)是一種有效的污水處理工藝，結(jié)合了生物膜法和活性污泥法。具有占地少、生物膜耐受性強、運行效果穩(wěn)定、抗沖擊能力強等特點。目前，國內(nèi)已對MBBR工藝進行了多項試驗研究，并成功應(yīng)用于生活污水和工業(yè)廢水的處理，取得了良好的效果。印染廢水、含油廢水、石化廢水等工業(yè)廢水的改造也有成功的案例。以浙江某工業(yè)污水處理廠升級改造為例，分析了MBBR+磁混凝組合工藝升級改造工業(yè)廢水的工藝流程，為工業(yè)廢水升級改造提供了設(shè)計和改造思路。

一.項目概述

浙江某污水處理廠，原處理水量3萬m3/d，生化段采用分點進水的AAO工藝，具有脫氮除磷能力。尾水經(jīng)氯化消毒后排放，剩余污泥脫水后運至電廠烘干焚燒。原出水中的COD和SS應(yīng)符合《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)的二級標(biāo)準(zhǔn)，NH3-N、TN和TP應(yīng)符合一級B標(biāo)準(zhǔn)。近年來，隨著城市經(jīng)濟和城市建設(shè)的快速發(fā)展，對水質(zhì)和水量有了更高的要求。因此，對原有污水處理廠進行升級改造迫在眉睫。改造后，污水處理廠的處理能力從3萬m3/d提高到4萬m3/d，出水水質(zhì)全部達到一級A標(biāo)準(zhǔn)。

該污水處理廠服務(wù)區(qū)內(nèi)有大量工業(yè)企業(yè)。企業(yè)采用“企業(yè)預(yù)處理+集中處理，納米管排放”的工業(yè)廢水處理模式，生產(chǎn)廢水經(jīng)各自預(yù)處理后排入污水處理廠進行終端處理。改造前實際處理量約為28000 m3/d，其中70%為工業(yè)廢水。工業(yè)廢水的種類主要包括印染廢水、紡織廢水、化工廢水等。印染紡織廢水量約12000 m3/d，CODCr濃度600 ~ 1200mg/L，SS濃度約600mg/L，色度400倍，化工廢水量約0.8萬m3/d，CODCr濃度約15000mg/L，預(yù)處理后達到100。污水中COD和SS含量高，而NH3-N、TN和TP含量低。

改造后新增部分工業(yè)預(yù)處理廢水，來自污水廠服務(wù)范圍內(nèi)的兩家紡織廠和兩家印染廠。紡織廢水約5700 m3/d，印染廢水約2700 m3/d，新增工業(yè)廢水經(jīng)集中預(yù)處理后排入污水廠，預(yù)處理出水水質(zhì)與污水廠原進水水質(zhì)相當(dāng)。

升級設(shè)計進、出水水質(zhì)見表1。

二、技術(shù)路線和設(shè)計方案

2.1轉(zhuǎn)型困難

升級主要有兩個問題。

(1)提標(biāo)+提量。

隨著10000 m3/d工業(yè)污水的增加，部分指標(biāo)直接從二級提升到一級，提升難度加大。

(2)原工藝抗沖擊能力弱。

以進水工業(yè)廢水為主，水質(zhì)波動較大。進水CODCr濃度為550mg/L，TN濃度為53.7mg/L，當(dāng)進水水質(zhì)沖擊負荷增大時，出水COD和TN濃度上升較快，不能穩(wěn)定達標(biāo)，抗沖擊能力差。

(3)沒有擴張的土地。

廠內(nèi)土地飽和，沒有生化池擴建用地，需要充分挖掘現(xiàn)有生化池的處理能力。

2.2確定工藝計劃的原則

根據(jù)目前的工藝處理效果，確定工藝方案時應(yīng)遵循以下原則。

(1)根據(jù)進水水質(zhì)特點，針對目前工程處理能力的不足和出水水質(zhì)要求的提高，結(jié)合工程實際需要，采用抗沖擊負荷能力強、脫氮除磷效果強化的生化處理工藝，提高水質(zhì)達標(biāo)的穩(wěn)定性和可靠性。

(2)結(jié)合廠區(qū)用地特點，采用技術(shù)先進、效果可靠、占地少的方式進行深度處理，確保深度處理后的出水達到排放標(biāo)準(zhǔn)。

(3)全廠污水污泥處理工藝力求技術(shù)成熟先進、穩(wěn)定可靠、操作管理方便、投資省、運行費用低。

2.3工藝計劃確認

污水處理廠升級改造項目對污水處理廠進出水水質(zhì)指標(biāo)和現(xiàn)有進出水水質(zhì)指標(biāo)進行分析和設(shè)計。污水處理廠實際進水水質(zhì)濃度較低，但水質(zhì)波動較大，活性污泥處理工藝抗沖擊能力較弱。由于排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，目前的處理工藝無法穩(wěn)定達標(biāo)，而僅通過增加深度處理工藝去除目前的二級出水污染物成本較高。因此，目前二級處理中嵌入MBBR的AAO工藝調(diào)整為AAO-MBBR工藝。在生化池中加入懸浮載體，載體上豐富的生物菌群種類增加了對難降解有機物的處理性能，生物膜污泥齡長，適合硝化菌生長，硝化菌含量高，NH3-N去除效果顯著。廠區(qū)工業(yè)廢水比例高，以紡織印染廢水為主，處理難度大。除NH3-N和TN外，二級處理出水仍難以達到一級A標(biāo)準(zhǔn)，出水COD和TP需進一步深度處理?？紤]到廠區(qū)用地緊張、水質(zhì)復(fù)雜以及脫氮除磷的綜合考慮，選擇磁混凝作為深度處理工藝。磁混凝適用于進水水質(zhì)復(fù)雜、脫氮除磷要求高、用地緊張的污水處理廠工程。通過在反應(yīng)器中加入磁粉強化混凝效果，可以進一步降低出水的不溶性COD和TP水平。經(jīng)過論證，本招標(biāo)項目的技術(shù)路線確定為“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形。在前兩個走廊中，以11%的填充率添加懸浮載體。為了防止懸浮的載體在好氧池的末端積聚，在每個廊道的末端設(shè)置了攔截篩以截留懸浮的載體。懸浮載體為SPR-II，直徑為(25±0.5)mm，高度為(10±1)mm，比表面積大于620m2/m3，符合水處理用高密度聚乙烯懸浮載體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(CJ/T461—2014)。好氧MBBR區(qū)采用微動力混合池。通過在生化池底部合理布置曝氣管，設(shè)置進水流道降低橫截面流速，無需螺旋槳即可實現(xiàn)好氧區(qū)懸浮載體的均勻流化。這種池型的優(yōu)點是水力條件好，無水力死角。使用微動力混合池可節(jié)省6個專用葉輪，年電費30萬元，大大降低了投資和運行成本。采用逐罐改造的方法，不影響污水處理廠的正常運行，實現(xiàn)了原罐的改造。

(2)加入磁混凝澄清池，進一步去除污水中不溶性COD和TP。

磁力混凝澄清池尺寸為32.9m×12.3m，占地面積約400m2，分為兩組，總停留時間約40min。二沉池出水提升后進入磁混凝澄清池，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2.5 mg/L，生成含有高反應(yīng)比重磁粉的絮凝劑顆粒，然后進入磁分離池，通過磁輥進行泥水分離。被磁輥吸附的磁性污泥通過高剪切機與污泥分離，然后進入磁鼓回收磁粉?；厥盏拇欧刍亓髦列跄乩^續(xù)參與反應(yīng)，剩余污泥進入后續(xù)污泥處理系統(tǒng)。

(3)將現(xiàn)行的二氧化氯消毒改為“紫外線消毒+次氯酸鈉消毒”

由于目前廠區(qū)構(gòu)筑物布置緊湊，在增加深度處理工藝后，需要增加深度處理構(gòu)筑物。為保證工藝流程的順利進行，本次設(shè)計將二氧化氯消毒池拆除調(diào)整至次氯酸鈉加藥間，并在消毒池內(nèi)設(shè)置紫外線消毒通道。同時根據(jù)實際出水情況，投加次氯酸鈉進行消毒，次氯酸鈉投加量為25mg/L。

改造后的工藝流程如圖1所示。

三。改造后的運行效果分析

升級項目于2018年8月中旬完成。當(dāng)水量達到設(shè)計值40000 m3/d時，投加的懸浮載體完成成膜。分析2019年1月1日至2019年6月25日(含整個冬季運行階段)176天的進出水水質(zhì)數(shù)據(jù)，結(jié)果見表2。

MBBR工藝改造后，原池的處理能力得到加強。NH3-N處理的負荷力為0.029kg NH3/(m3 & # 8226；d)增加到0.036 kgnh 3/(m3 & # 8226；d)，增加了24%。MBBR法污泥齡長，有利于硝化菌的富集，懸浮載體上的硝化菌通過水力剪切的作用始終處于高活性狀態(tài)。生化池出水總磷濃度為(0.35±0.083)mg/L/L，已達到一級A標(biāo)準(zhǔn)。磁混凝工藝進一步保證了總磷的達標(biāo)。

根據(jù)過程分析，好氧MBBR地區(qū)出現(xiàn)了明顯的同步硝化反硝化現(xiàn)象。TN去除率為22.44%，TN去除貢獻率達到35.01%。生物膜內(nèi)典型的缺氧/好氧微環(huán)境和功能微生物的富集促進了同步硝化反硝化，使TN在好氧區(qū)仍能進一步去除，并可大大降低投加碳源的成本。因此，對于進水基質(zhì)濃度較低的污水處理廠，甚至可以完全節(jié)省外加碳源，使得MBBR除了在池容上深度挖潛之外，還實現(xiàn)了基質(zhì)利用的深度挖潛，具有廣闊的應(yīng)用前景。通過對許多采用MBBR的污水處理廠的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)好氧填料區(qū)存在明顯的同步硝化反硝化現(xiàn)象。TN去除量為3～8mg/L、基質(zhì)濃度高的污水廠具有較好的同步硝化反硝化效果。

四。改造前后經(jīng)濟指標(biāo)分析

項目總投資9747萬元，其中工程造價7659萬元。如表3所示，改造前每噸水處理成本為0.491元/m3，改造后每噸水處理成本為0.584元/m3，比改造前增加了0.093元/m3。改造后混凝劑用量減少，但磁粉用量增加，因此噸水藥劑總用量基本不變，在0.10 ~ 0.11元/m3之間。改造前平均污泥處理量為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，噸水污泥處理成本從0.173。改造前每噸水電費用為0.214元/m3，改造后增加到0.282元/m3。原因是磁混凝工藝的增加增加了噸水電耗。

改造前出水水質(zhì)為二級標(biāo)準(zhǔn)，平均能耗為0.279kW & # 8226H/m3，重整出水水質(zhì)符合一級A標(biāo)準(zhǔn)，平均能耗為0.322kW & # 8226H/m3，比改造前增加了0.043kW & # 8226小時/立方米.改造后新增4臺二級提升泵，需要攪拌磁混凝罐，因此該部分增加的電耗為0.053kW & # 8226H/m3，生化池能耗變化不大，出水水質(zhì)有所改善。

動詞 （verb的縮寫）MBBR的微生物分析

為了進一步探索懸浮載體的作用，對該污水處理廠投加的懸浮載體和活性污泥進行了高通量測序分析，結(jié)果見圖2。

在圖2中，MBBR-1和MBBR-2是生化池不同區(qū)域的懸浮載體，污泥是生化池中的活性污泥。各部分的主要菌株和相對豐度見表4。

系統(tǒng)中優(yōu)勢硝化菌群為硝化螺菌(Comammox)，其在懸浮載體中的相對豐度為3.90%、7.33%，在污泥中的相對豐度為0.75%。測定了懸浮載體生物膜和好氧污泥的MLVSS。根據(jù)表5計算，系統(tǒng)中69.8%的硝化細菌來自懸浮載體，30.2%來自污泥，說明懸浮載體在硝化過程中起著重要作用。

此外，在懸浮載體中還檢測到了反硝化細菌，如鐵桿菌和Hyphomicrobium，懸浮載體和污泥中反硝化細菌的相對豐度分別為4.05%、2.31%和3.65%。在MBBR二區(qū)的懸液載體上發(fā)現(xiàn)了大量的不動桿菌，相對豐度為27.18%。該菌株屬于不動桿菌屬，也具有反硝化作用。反硝化細菌存在于填料上，為好氧區(qū)填料上的同步硝化反硝化提供了微觀證據(jù)。

不及物動詞結(jié)論

采用“MBBR+磁混凝”工藝對工業(yè)廢水原池進行升級改造，充分利用現(xiàn)有空地，投資和運行費用低，改造周期短，運行高效穩(wěn)定。改造后，水量增加到40000 m3/d，出水COD、NH3-N、TP、TN平均值分別為(30.52±5.73)、(0.90±0.92)、(0.09±0.075)、(8.26±2.55)mg/L/L，穩(wěn)定達到一級A標(biāo)準(zhǔn)。改造前后生化池能耗不變，處理負荷增加，耐沖擊性更好。噸水處理成本由0.491元/m3提高到0.584元/m3，適用于工業(yè)廢水提質(zhì)升級。(來源:寧波北侖燕東水務(wù)有限公司、青島思普潤水處理有限公司)

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