許超 楊云成 祝曉輝,3 劉軍 賈洪柏

（1.安吉國千環(huán)境科技有限公司，浙江湖州 313300；2.安吉英才人力資源服務有限公司，浙江湖州 313300；3.浙江理工大學 材料與紡織學院 絲綢學院，浙江杭州 310018）

0.引言

隨著近年來環(huán)保要求和人們環(huán)保意識的提高，城鎮(zhèn)污水處理廠出水標準日益嚴格。根據太湖流域有關部門提出的流域整治目標任務，對流域內污水處理廠排放標準進行嚴格限制，浙江省環(huán)太湖流域早期建成的城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）》一級A標準。隨著治理力度進一步加大，浙江省提出了比國家標準一級A標準更為嚴格的地方標準（DB33/2169-2018）。為了適應新的污水處理排放標準要求，如何根據工藝條件和污水廠實際運營狀況選取經濟高效的提標改造技術[1-2]是目前多數污水處理廠面臨的一個難題。

1.工程背景

本文結合安吉縣污水處理二廠實際情況，研究探討了該廠提標改造技術方案，最終選取MBBR技術方案并以一池做示范項目。污水廠規(guī)劃分為3期，處理規(guī)模為10萬t/d，一期于2012年投入運營，二期與2017年底投入運營，一期、二期處理規(guī)模約3.8萬t/d，三期6萬t/d在建。一期、二期最初設計為CASS工藝，執(zhí)行一級A排放標準。根據浙江地方最新要求執(zhí)行新的地方排放標準，需對現有工藝進行改造，依據廠區(qū)現有構筑物和用地緊缺情況，需選擇高效合理，節(jié)省提標改造工程成本和后期運維費用的技術方案[3]。

2.污水廠運行現狀及問題分析

本污水廠設計采用的主體處理工藝為CASS工藝，設計出水為一級A標準。污水經提升泵房、細格柵、旋流沉沙池進入調蓄池，調蓄池污水分別可向一期或二期CASS池進水，CASS池出水經二次提升泵房進入微絮凝、沙濾池（一期）或高密度沉淀池、濾布濾池（二期），再經消毒濾池出水提升泵排至西苕溪。污水和污泥處理工藝流程如圖1所示。

圖1 現有處理工藝流程圖

進出水水質分析：

根據污水廠2017年11月至2018年10月的逐日進水水質數據分析：

如圖2～圖5所示，從一年來污水廠進水水質分析來看，進水的COD、氨氮、總氮、總磷等指標波動較大，廠區(qū)周邊醫(yī)藥等工業(yè)廢水不定期混入，污水廠需要提高抗沖擊負荷能力，原有單一污泥系統CASS池負荷沖擊后恢復能力較弱。出水在線實時監(jiān)測各項指標可穩(wěn)定達到一級A出水標準，CASS池現有工藝條件，硝化能力不足，無法達到新的地方標準“準IV類水”出水標準，COD、氨氮的抗沖擊負荷能力和深度處理能力有待加強。

圖2 逐日進水COD及頻數

圖3 逐日進水氨氮及頻數

圖4 逐日進水總氮及頻數

圖5 逐日進水總磷及頻數

3.技術方案的對比和選取

結合廠區(qū)綜合情況和國內外相關技術的發(fā)展，關鍵是提高系統COD、氨氮深度處理能力，有以下3種既滿足出水水質標準又不減少出水量的方案可進行對比選取。

方案一：MBR工藝改造方案。

MBR工藝又稱為膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor），是污水處理活性污泥法和膜分離技術相結合的新型水處理技術。MBR利用膜系統固液分離的高效性，使生化池污泥濃度顯著提高，常規(guī)活性污泥難以滯留的硝化細菌得以富集，大大提高生化（尤其是硝化）反應能力和效率，抗沖擊負荷能力強，同時，經超、微濾膜處理后，懸浮固體、COD、BOD和濁度極低，出水質量高，可以直接回用作市政用水、受污染河流的生態(tài)補充水等實際應用前景廣闊。MBR技術改造工藝流程如圖6所示，改造后出水可以達到最新地方標準，需要新增膜組件和原池生物區(qū)的隔離改造，膜組件后期更換也是需要考慮的成本問題。

圖6 MBR改造方案流程圖

方案二：BAF工藝改造方案。

曝氣生物濾池是一種新型高負荷淹沒式三相分離器，是在生物接觸氧化工藝的基礎上結合給水凈化過濾機制形成的一種新型的污水生物處理工藝，可作為活性污泥法與常規(guī)的接觸氧化法的革新替代技術。曝氣生物濾池兼有活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點，集生物氧化、生物絮凝、過濾、反沖洗更新等功能于一體，通過濾料上生長的高濃度生物膜對污染物的生物降解以及濾層的機械攔截和生物絮凝對懸浮物的綜合截留作用，實現對污水中污染物的有效去除。其生物濃度高，有種群豐富、結構完整、功能穩(wěn)定的生態(tài)系統，由于獨特的設計和全新運行方式，在同一個池中既有好氧區(qū)、又有缺氧區(qū)，可以在COD得到降解的同時對污水的NH3-N實現硝化和反硝化，氨氮和總氮去除效能高。BAF技術改造工藝流程如圖7所示，BAF工藝完全可滿足新的標準要求，但就實際改造而言，原池無需太大改動，需在中間串接新的緩沖池和BAF池，許多早期建成的污水廠從用地和建筑資金以及后期維護方面考慮，不太容易接受這一方案。

圖7 BAF改造方案流程圖

方案三：MBBR功能性載體原位提標改造。

MBBR工藝又稱移動床膜生物反應器（Moving Bed Biofilm Reactor），為氣-固-液共存的三相流化床處理方法，通過向生化池投放一定量輕質懸浮載體，添加生物膜系統。生物量可達10g/L以上，是普通活性污泥5～10倍，提高系統抗沖擊負荷能力和對有毒化合物抵抗能力，結合傳統的活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點，使固相生物膜和池中活性污泥發(fā)揮各自生物降解優(yōu)勢，反應器中懸浮生物膜載體因攪拌在水中自由運動，傳質面積大，傳質速率快，同時載體流化時不斷切割分散氣泡，使布氣均勻，提高氧利用率。載體為生長緩慢的硝化細菌及長世代微生物提供著生之所，使生物固體停留時間和水力停留時間相分離，大大提高生物反應器硝化效率。MBBR載體技術也在不斷發(fā)展進步[2]，相較于市面上其他MBBR載體[4-5]，我們團隊開發(fā)出來的Levapor MBBR功能性載體以聚氨酯海綿為基礎進行改性處理，使其吸附30%～50%的粉末活性炭，比表面積達到20000m2/m3，為現有其他MBBR載體的10倍以上。載體中的粉末活性炭特有的吸附功能使微生物菌群在其表面很快繁殖，迅速形成高活性的生物膜?；钚蕴糠勰┻€能有效吸收和降解有毒物質，提高系統穩(wěn)定性，生物量高達30 g/L以上，其各項指標遠超市面上通用MBBR載體。MBBR工藝改造簡單，兼容性強，可與已建污水處理廠的大部分工藝如A2/O、A/O、SBR、CASS及氧化溝法等組合[6]，節(jié)省基建費用，技術改造工藝流程如圖8所示，MBBR工藝，載體掛膜生物量高，處理效果好，不需太大建筑改動，后期維護簡易，是污水廠提標改造的理想選擇方案。

圖8 MBBR改造方案流程圖

綜上可知，方案一、二為工程類技術改造，均需要添加構筑物，這是寸土寸金的城鎮(zhèn)規(guī)劃建設中必須嚴肅考慮的問題，且二者施工期較長，投資運營費用較大。MBR工藝膜污染嚴重影響水量，且壽命低，需要定期更換，而BAF工藝的工藝較為復雜，要長期應對布水布氣堵塞的問題。而MBBR功能性載體則為非工程原位技術改造，不增加占地面積，不增加額外構筑物，工期短，基本不改變原有工藝流程，不會增加運維人員，前期投資成本低，載體使用壽命是MBR膜的2倍以上，后期維護費用低。3種工藝具體優(yōu)缺點對比如表1所示。

4.結論和提標改造示范成果

通過以上技術分析和表1的工藝方案對比，考慮到占地面積、投資成本和運行管理費用、運行穩(wěn)定性等因素，采用基于功能性載體材料的MBBR技術對原有CASS工藝進行改造。該工藝無需新的構筑物，只需要在原有主反應池投加一定量懸浮載體。由于采用特殊的功能性懸浮載體，載體投配比僅為10%～15%，無需再單獨構建一套完整的穿孔曝氣系統以保證載體流化，僅在原有微孔曝氣系統間隙增加部分穿孔管，便于曝氣溶氧的有效調節(jié)和防止曝氣死角，基本為“非工程”原位改造，前期投資小，運行費用基本沒有增加。故選用MBBR工藝對CASS系統進行提標改造。

表1 不同提標改造工藝優(yōu)劣對比分析

根據技術方案的選取，本污水廠以一期1#池（CASS工藝5000t/d）作為浙江省首個CASS-MBBR非工程類“準IV類水”提標技術改造示范工程。該示范工程包括勘察、設計施工在內，歷時150d，其中完成多次常規(guī)進出水和沖擊負荷進出水標定，經自測和具有資質的第三方機構檢測均穩(wěn)定達到最新地方標準“準IV類水”標準并通過了項目驗收，可供全省乃至全國類似的污水處理廠提標改造參考。