污水處理廠改造MBBR中試試驗(yàn)研究

賴竹筠

摘 要：鎮(zhèn)安污水廠提標(biāo)改造方案考慮保留現(xiàn)有生物池各部分功能不變，向好氧池中投加懸浮型填料作為附著生長(zhǎng)微生物的載體，以此增加污泥停留時(shí)間，以滿足生產(chǎn)要求。本論文主要是模擬鎮(zhèn)安污水處理廠一期項(xiàng)目生化池好氧段添加SPR-1型懸浮填料，進(jìn)行MBBR中試試驗(yàn)研究，為提標(biāo)改造提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：MBBR；中試試驗(yàn)；TN；NH3-N

1 鎮(zhèn)安污水廠一期工程提標(biāo)改造概況

鎮(zhèn)安污水廠一期主要指標(biāo)原設(shè)計(jì)處理標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《廣東省水污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施方案》（2015年12月31日）文件要求，污水廠出水執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)需從原二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)提升至《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)狀生化池已無(wú)法滿足處理要求，需對(duì)污水廠一期工程進(jìn)行提標(biāo)改造擴(kuò)大其處理能力，以滿足更高的處理需求。

MBBR工藝（Moving Bed Biofilm Reactor，移動(dòng)床生物膜工藝），即懸浮填料在好氧曝氣或缺氧攪拌的動(dòng)力帶動(dòng)下均勻流化，強(qiáng)化處理效果，是一種新型高效污水處理技術(shù)。采用MBBR工藝對(duì)一期工程進(jìn)行提標(biāo)改造的工藝思路為：優(yōu)先滿足脫氮所需的缺氧池容，好氧區(qū)池容不足部分通過(guò)投加填料補(bǔ)充，保留污水廠一期生物池厭氧區(qū)池容不變，將現(xiàn)有好氧池第一廊道改為缺/好氧調(diào)節(jié)區(qū)，在好氧區(qū)投加懸浮填料，設(shè)置MBBR區(qū)，強(qiáng)化好氧池有機(jī)物氧化和硝化功能，保證COD和NH3-N的有效去除。

2 中試試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1）為達(dá)到一級(jí)A出水水質(zhì)要求，擬在一期現(xiàn)有生化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將原好氧區(qū)第一廊道改為缺/好氧調(diào)節(jié)區(qū)，由此引起的好氧區(qū)池容減少、停留時(shí)間縮短等變化，采用在好氧區(qū)第二廊道投加懸浮填料的方式，強(qiáng)化好氧池中有機(jī)物氧化和硝化作用，以確保NH3-N的有效去除。

2）對(duì)污水廠一期工程改造方案進(jìn)行中試試驗(yàn)?zāi)M，考察升級(jí)改造后工藝對(duì)當(dāng)前進(jìn)水水質(zhì)的處理效果并驗(yàn)證工藝可行性；

3）考察改造工藝系統(tǒng)的去除效果，尤其是硝化效果，同時(shí)驗(yàn)證MBBR工藝系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；

4）中試試驗(yàn)通過(guò)模擬現(xiàn)有好氧池改造后運(yùn)行過(guò)程，為提標(biāo)改造工程提供技術(shù)參考。

2.2 試驗(yàn)裝置與方法

2.2.1 工藝流程圖

2.2.2中試裝置

2.2.2.1試驗(yàn)原理

本次中試試驗(yàn)裝置采用鎮(zhèn)安污水廠中試基地中試裝置進(jìn)行，利用B池模擬生化池好氧區(qū)，通過(guò)對(duì)B池投加懸浮填料與鎮(zhèn)安一期東生化池好氧段對(duì)比進(jìn)行試驗(yàn)，投加的填料體積大概是2.5m3，填充率約為12.5%。試驗(yàn)在B池投加懸浮填料，中試試驗(yàn)B池進(jìn)水從一期東生化池厭氧末端利用潛水切割泵抽取，B池通過(guò)曝氣及機(jī)械攪拌使池內(nèi)填料流化。試驗(yàn)過(guò)程觀察投加填料后的掛膜情況，定時(shí)取樣對(duì)出水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。本試驗(yàn)加入B池的填料為空白填料，即填料上沒(méi)有生物膜的。

2.2.2.2試驗(yàn)過(guò)程

第一個(gè)階段（2月27日至4月13日），利用中試基地中試裝置B池作為MBBR池，D池作為沉淀池進(jìn)行試驗(yàn)。由于設(shè)備自身原因，此階段試驗(yàn)過(guò)程采用間接進(jìn)水與間接出水運(yùn)行方式，類似序批式SBR工藝運(yùn)行方式運(yùn)行。（共50日）

第二個(gè)階段（4月16日至4月30日），進(jìn)行了中試裝置改造，繼續(xù)沿用潛污泵取水方式，在B池出水堰位置安裝了孔徑為10mm、孔距為10mm大型鋼板出水?dāng)r截篩網(wǎng)，可有效攔截填料不隨水出流，并實(shí)現(xiàn)填料良好流化，試驗(yàn)過(guò)程攔截篩網(wǎng)沒(méi)有出現(xiàn)污堵現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了中試連續(xù)進(jìn)水試驗(yàn)，反應(yīng)后的混合液直接從B池的出水堰位置流出，取消D池使用，取樣時(shí)通過(guò)人工方式取出水混合液，沉淀后取上清液進(jìn)行檢測(cè)。（共15日）

2.3 中試試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3.1第一階段試驗(yàn)結(jié)果與分析

第一階段中試試驗(yàn)TN出水效果如圖2.3.1-1、圖2.3.1-2所示。此階段中試工藝對(duì)TN表現(xiàn)出較好的處理效果，TN處理效果優(yōu)于污水廠一期東池同期。此階段后期出水TN穩(wěn)定達(dá)到15mg/L以下，甚至可達(dá)到10mg/L以下，試驗(yàn)組TN在好氧段平均去除率為26%，對(duì)照組TN在好氧段平均去除率為9%，去除率增加17%分析原因主要為：

1）第一階段中試試驗(yàn)過(guò)程采取間接進(jìn)出水序批式運(yùn)行方式，在按照進(jìn)水-反應(yīng)-出水運(yùn)行周期中，B池在反應(yīng)周期結(jié)束并出水至低液位后進(jìn)水初期，池中混合液中NO3-N濃度較高，B池在大量進(jìn)水的條件下，生物池中活性污泥混合液溶解氧值很低，為0～2mg/L，混合液中高濃度NO3-N可充分利用進(jìn)水中有機(jī)碳源進(jìn)行反硝化脫氮；

2）中試裝置在間接進(jìn)出水序批式運(yùn)行方式下，進(jìn)水初期池層中混合液溶解氧數(shù)值偏低，在試驗(yàn)后期，在隨著填料生物膜掛膜至逐漸生長(zhǎng)成熟，在外界環(huán)境溶解氧值偏低的情況下，容易發(fā)生同步硝化反硝化現(xiàn)象。

第一階段試驗(yàn)過(guò)程中在上述兩方面因素的共同作用下，中試試驗(yàn)中MBBR-活性污泥復(fù)合系統(tǒng)對(duì)TN表現(xiàn)出良好的去除效果。

第一階段中試試驗(yàn)NH3-N出水效果如圖2.3.1-3、圖2.3.1-4所示。此階段中試試驗(yàn)出水可達(dá)到5mg/L以下，有時(shí)可達(dá)到1mg/L以下，與對(duì)照組相比，出水波動(dòng)比較大，試驗(yàn)組NH3-N平均的去除率為84%，對(duì)照組NH3-N平均去除率為97%，去除率減少13%。分析原因?yàn)椋?/p>

1）第一階段中試試驗(yàn)中，活性污泥混合液在池中的停留時(shí)間約為3h，中試裝置B池一個(gè)周期結(jié)束進(jìn)入下一周期時(shí)，進(jìn)水從低液位升高至高液位過(guò)程中，混合液溶解氧呈逐漸升高狀態(tài)，在進(jìn)水初期一段時(shí)間內(nèi)溶解氧較低，約為0～2mg/L，不能滿足氨氮硝化所需溶解氧量，好氧池處于好氧狀態(tài)的水力停留時(shí)間小于3h，進(jìn)水初期溶解氧不足以及水力停留時(shí)間縮短，共同導(dǎo)致中試裝置中NH3-N反應(yīng)不完全，出水NH3-N呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)。

2）進(jìn)水口與取樣點(diǎn)位均在池面上方，取樣時(shí)極容易取到剛進(jìn)入B池未來(lái)得及反應(yīng)完全的高濃度進(jìn)水混合液，從而導(dǎo)致檢測(cè)出水NH3-N值偏高。

3）反應(yīng)過(guò)程中溶解氧不穩(wěn)定，B池不能實(shí)現(xiàn)推流效果，生化池混合液在B池中停留時(shí)間不一致，反應(yīng)時(shí)間不足，導(dǎo)致出水NH3-N去除率不及對(duì)照組。

2.3.2第二階段試驗(yàn)結(jié)果與分析

第二階段中試試驗(yàn)效果如圖2.3.2-1、圖2.3.2-2所示。

此階段試驗(yàn)過(guò)程中溶解氧可穩(wěn)定維持在2～4mg/L左右，中試中投加的懸浮填料數(shù)量可提高單位池容容積負(fù)荷約為20%～30%，試驗(yàn)中水力停留時(shí)間由4.5h縮短至3.3h后，中試出水氨氮一直持續(xù)保持穩(wěn)定的效果，試驗(yàn)組NH3-N平均的去除率為92.5%，對(duì)照組NH3-N平均去除率為90.9%，試驗(yàn)組優(yōu)于對(duì)照組，出水氨氮較為穩(wěn)定。

池中溶解氧可達(dá)到2～4mg/L，池中始終處于好氧環(huán)境，而反硝化去除TN所要求去環(huán)境為溶解氧低于0.5mg/L的缺氧環(huán)境，懸浮填料表面生物膜雖可發(fā)生同步硝化反硝化現(xiàn)象，去除TN量約為10%～20%，但不是TN去除的主要途徑，綜上，在第二階段中試試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)TN去除作用有限，試驗(yàn)主要是考察改造后生物池好氧系統(tǒng)的NH3-N及有機(jī)物去除作用。

3 中試懸浮填料生物膜生物相

如圖3-1所示為新填料掛膜前與掛膜初期填料掛膜情況。中試試驗(yàn)過(guò)程中經(jīng)初步培養(yǎng)馴化后，目前為填料掛膜初期，懸浮填料表觀掛膜良好，處于半成熟狀態(tài)，已具備良好的污染物降解處理效果，后續(xù)經(jīng)過(guò)進(jìn)一步培養(yǎng)馴化后，污染物去除穩(wěn)定性能力與抗沖擊負(fù)荷能力也會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。

中試進(jìn)水濃度偏低，COD平均在50mg/L左右，而生化系統(tǒng)里污泥濃度較高且污泥齡較長(zhǎng)，MLSS為4500～5000mg/L，不太利于快速掛膜，因此要完全掛膜需要較長(zhǎng)時(shí)間。后續(xù)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，可降低生化池中污泥濃度，縮短污泥齡，實(shí)現(xiàn)快速掛膜。

如圖3-2所示，通過(guò)鏡檢填料表面生物膜生物相發(fā)現(xiàn)，填料表面生物膜生長(zhǎng)良好，生物膜密實(shí)緊致，各類菌群中指示性微生物生物相豐富，存在較多的鐘蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)、輪蟲(chóng)等原、后生動(dòng)物，指示性微生物種類豐富，數(shù)量多且活躍性高。

4 中試試驗(yàn)總結(jié)

1）第一階段中試試驗(yàn)過(guò)程中試裝置B池以間接進(jìn)、出水序批式方式運(yùn)行，生化池系統(tǒng)中溶解氧等運(yùn)行參數(shù)控制不能穩(wěn)定，以及設(shè)備自身存在的問(wèn)題，導(dǎo)致出水氨氮波動(dòng)較大；

2）第二階段中試試驗(yàn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)出水運(yùn)行方式，中試裝置B池中懸浮填料生物膜日漸生長(zhǎng)成熟，B池中生物池系統(tǒng)處理效果較第一階段更加穩(wěn)定，出水氨氮均值為0.4mg/L，處理效果優(yōu)于同期污水廠一期東池出水；

3）第二階段中試試驗(yàn)中通過(guò)提升水量模擬停留時(shí)間從4.5h降低3.3h（改造后好氧池水力停留時(shí)間），出水氨氮仍穩(wěn)定且優(yōu)于污水廠一期同期出水，驗(yàn)證了通過(guò)投加懸浮填料可顯著提高單位池容的處理負(fù)荷，MBBR工藝可解決鎮(zhèn)安污水廠一期池容不足的實(shí)際問(wèn)題，可適用于一期生化池提標(biāo)改造。