袁 野(武漢揚子江工程監(jiān)理有限責任公司, 湖北 武漢 430024)
建設生態(tài)文明,是關系人民福祉、關乎民族未來的長遠大計。打造“生態(tài)文明建設的先行示范帶”是長江經(jīng)濟帶國家發(fā)展戰(zhàn)略的四大定位之一,而以水資源為主的長江生態(tài)系統(tǒng)保護和環(huán)境治理是長江生態(tài)文明先行示范帶建設的核心。武漢市政府積極響應國家政策,城市污水處理廠規(guī)模和數(shù)量不斷增長。本文以武漢市某城市污水處理廠30萬t升級改造工程中MBBR工藝應用為案例,對MBBR工藝的質(zhì)量控制進行分析和總結(jié)。
移動床生物膜反應器(Moving-Bed Biofilm Reactor,MBBR)是近年來頗受研究者重視的一種革新型生物膜反應器。它是為解決固定床反應器需定期反沖洗、流化床需使載體流化、淹沒式生物濾池堵塞需清洗濾料和更換曝氣器的復雜操作而發(fā)展起來的。
本案例中所應用的不是MBBR,而是基于MBBR原理的工藝,特點在于當MBBR懸浮載體生物膜工藝(填料)與生化池內(nèi)活性污泥組合成MBBR泥膜好氧池生化反應系統(tǒng)時,依靠MBBR泥膜好氧池底部的穿孔管曝氣裝置實現(xiàn)懸浮載體在MBBR泥膜好氧池中均勻流化分布;池中投加懸浮載體,懸浮載體表面生物膜在好氧條件下可生長大量各類微生物,尤其是長泥齡硝化菌;懸浮載體生物膜生物量與池內(nèi)活性污泥生物量共同在一個池內(nèi)生長,單位容積內(nèi)的生物量和硝化負荷得到顯著提高,且處理負荷可根據(jù)懸浮載體的投加量進行增加,可滿足不同的出水水質(zhì)標準;占地省、基建費用低、升級改造和新建靈活簡單。
2.1.1 總體設計
本項目對污水處理廠現(xiàn)有建成規(guī)模30萬t/d進行升級改造,污水處理常規(guī)工藝由AO工藝調(diào)整為AAO工藝,污水深度處理工藝為絮凝沉淀過濾。尾水排放執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級標準的A標準。
2.1.2 生物池改造設計
污水處理常規(guī)工藝由AO(厭氧-好氧)工藝調(diào)整為AAO(厭氧-缺氧-好氧)工藝。將原初沉池改造為生物池厭氧區(qū),原生物池厭氧區(qū)改造為生物池缺氧區(qū),生物池好氧區(qū)局部結(jié)構改造,增加MBBR懸浮填料。污水處理廠現(xiàn)有15萬t/d生物池兩座,實施減產(chǎn)改造,分兩次進行,一組改造,另一組運行。
2.1.3 MBBR 設計
投標人提供的MBBR工藝包是一套完整的處理系統(tǒng),包括生物填料、進出水攔截系統(tǒng)、底部輔助穿孔曝氣系統(tǒng)等的供貨和安裝。MBBR工藝包應能夠有效地達到或提高生物池的處理能力。投標人需根據(jù)新建及原有生物池的技術條件及標書要求,提供概念設計,并負責工藝施工圖的指導和確認,確保生物處理系統(tǒng)運行穩(wěn)定,出水水質(zhì)達標。
懸浮填料在AAO生物池池體中的有效比表面積≥450 m2/m3,數(shù)量為9 400 m3,另含篩網(wǎng),輔助曝氣設備風管配件等。
懸浮填料性能參數(shù)(簡略介紹):優(yōu)質(zhì)的純HDPE原材料生產(chǎn);蜂窩狀結(jié)構;良好的耐腐蝕性能;使用壽命值不小于15年;抗壓強度>50 N/mm;懸浮填料紫外損失值<0.015%。
MBBR工藝設計時是根據(jù)進出水水質(zhì)、水溫、停留時間、污泥濃度、溶解氧,厭氧池、缺氧池、好氧池池容等,計算出所需填料的有效生物膜面積,再根據(jù)不同填料的有效比表面積,轉(zhuǎn)換成該類型填料的體積,即立方數(shù)。通過體積可進一步計算出該種填料在生物池中的填充率。
總有效表面積是MBBR工藝的設計依據(jù),本工程要求生物膜總有效表面積不低于423萬m2。體積及重量是通過相應型號填料的有效比表面積換算出的計量單位。在總有效表面積確定的情況下,不同填料的體積和重量是不同的,所以懸浮填料制造商需提供懸浮填料有效比表面積的計算書。
附填料的相關定義如下。
(1)填料的總有效表面積:指懸浮填料的有效表面積,既可生長微生物,又能良好傳質(zhì)傳氧的面積,即MBBR工藝計算所需的總生物膜面積。
(2)填料的有效比表面積:單位體積懸浮填料能夠生長有效微生物的受保護的表面積,主要從兩方面來界定,一是能夠附著生長微生物且受保護的表面積,二是能良好傳質(zhì)傳氧,能生長有效的微生物且受保護的表面積,只有同時滿足上述兩個條件的表面積才是有效表面積,其單位為m2/m3。
(3)填料的體積:所需填料的總有效表面積÷相應型號填料的有效比表面積。
(4)填充率:相應型號填料的體積÷填料區(qū)的有效容積。
(5)填料的堆積密度:指1 m3體積的懸浮載體填料的重量。
(6)填料的重量:相應型號填料的體積×相應型號填料的堆積密度。
2.1.4 MBBR供貨內(nèi)容
(1)懸浮生物填料:材質(zhì)HDPE,標稱直徑25 mm,標稱高度10 mm,體積9 400 m3;
(2)進出水攔截系統(tǒng):打孔,不銹鋼304材質(zhì),厚度δ=3 mm,8套;
(3)輔助穿孔曝氣系統(tǒng):池底固定式穿孔曝氣,曝氣管材質(zhì)為PE或ABS,主管長度400 m,直徑DN200~DN250,支管長度1 600m,直徑65 mm~100 mm,4套。2.1.5 MBBR工藝系統(tǒng)造價
MBBR工藝系統(tǒng)造價2 680.88萬元。
此次設計的MBBR工藝在武漢市沒有使用先例,監(jiān)理部沒有相關監(jiān)理經(jīng)驗。監(jiān)理部在設計交底、初期設備聯(lián)絡會等渠道獲得的有價值的信息有限,工程涉及深化設計,但根據(jù)本污水處理廠升級改造工程《貨物和服務采購技術規(guī)范》(以下簡稱《技術規(guī)范》)和標書要求,設計不對深化設計負責,所以監(jiān)理部對此MBBR工藝專項施工十分慎重。
2.2.1 施工準備階段控制
(1)分包單位資質(zhì)?!巴稑巳颂峁┑腗BBR工藝包是一套完整的處理系統(tǒng)”,監(jiān)理部要求總包單位按照《技術規(guī)范》內(nèi)容提供專業(yè)分包的詳細資料。經(jīng)核查資料,該分包單位確為國內(nèi)該技術領先制造商,滿足《技術規(guī)范》對企業(yè)資質(zhì)和業(yè)績的要求。分包單位提交的鋼結(jié)構工程承包資質(zhì)及工程管理人員、技術人員、特種作業(yè)人員資格和數(shù)量滿足要求。
(2)專項施工方案審核。由于總承包單位需對全套工藝負責,所以該專項施工方案的編制尤其重要。根據(jù)《技術規(guī)范》內(nèi)容,監(jiān)理部分析了該專項施工方案的審查重點:MBBR懸浮填料數(shù)量的計算,是最終結(jié)算的依據(jù);進出水攔截篩網(wǎng)的設計和安裝,是系統(tǒng)安全運行的保證;輔助穿孔曝氣系統(tǒng)的設計及安裝,是實現(xiàn)工藝目標的保證。審核方案時,監(jiān)理依據(jù)審查重點,提出了施工方案存在的幾個疑問。
首先,填料數(shù)量的計算式不完整,缺乏足夠依據(jù)。方案僅依據(jù)設計提供的總有效生物膜面積及制造商擬采用的懸浮填料規(guī)格推算出填料所需總體積,缺乏對填料堆積密度的測算方法說明;填料重量的轉(zhuǎn)化及填充率的計算,未提供擬采用的懸浮填料有效比表面積的計算書,若該有效比表面積數(shù)值差異較大,則推導的填料數(shù)量可能偏差較大,對工藝產(chǎn)生影響;另建議制造商對設計院提供的不低于423萬m2的總有效生物膜面積這個參數(shù)進行復核確認。
其次,不銹鋼篩網(wǎng)和輔助穿孔曝氣系統(tǒng)的設計和安裝方案,滿足國家相關強制性標準,但設計的合理性未驗證。另外,方案中工藝設計部分介紹,根據(jù)本生物池特點在池面若干位置,增設了手動吹掃管道;防止池面填料堆積時,手動開啟吹散漂浮的填料。這是《技術規(guī)范》中未提及的內(nèi)容。
根據(jù)制造商提供的信息,監(jiān)理方意識到填料堆積可能會是一個潛在的問題:由于懸浮填料在生物池內(nèi)運動僅依靠曝氣系統(tǒng)輔助,其運動軌跡不可控,可能出現(xiàn)局部填料堆積情況,對工藝產(chǎn)生影響。在設計院不參與MBBR工藝設計評價的情況下,監(jiān)理無法全面從專業(yè)角度去判定該套系統(tǒng)是否合理,如篩網(wǎng)的鋼結(jié)構設計、曝氣管的布置、增設的手動管道等。建議進行流態(tài)模擬進行驗證。
最終,該方案中完善了堆積密度的測算方法說明,填料重量的轉(zhuǎn)化,填充率的計算,認可設計院提供的423萬m2的總有效生物膜面積。在有建設單位、設計單位、總承包單位、分包單位、移交單位參與的MBBR專題會議上,總承包單位以懸浮填料有效比表面積的計算書是制造商的核心專利技術為由拒絕提供,并承諾對該設計負全部責任,流態(tài)模擬分析費用太高,且工期不允許。會議各方考慮到專利問題及MBBR工藝設計一般確由專業(yè)制造商負責的實際情況,同意按該方案實施。
2.2.2 監(jiān)理工作交底
分包單位資質(zhì)和專項施工方案審查完畢后,監(jiān)理部依據(jù)MBBR填料施工監(jiān)理實施細則及專項施工方案,對總承包單位和分包單位進行了監(jiān)理工作交底。
(1)質(zhì)量報驗交底。協(xié)商制定了MBBR填料子分部工程的分部分項檢驗批劃分標準,明確了各項施工采用的質(zhì)量驗收標準,明確了施工單位自檢和報驗的質(zhì)量驗收制度和程序。對填料進場稱重工作流程進行了要求。依據(jù)GB 50205—2020《鋼結(jié)構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》和專項施工方案對篩網(wǎng)鋼結(jié)構焊接工藝和質(zhì)量標準提出了要求。本工程篩網(wǎng)框架之間連接采用滿焊,焊縫質(zhì)量為二級;篩網(wǎng)與外框焊接采用點焊;篩網(wǎng)框架和生物池池壁用連接板連接,滿焊;連接板與池壁用化學螺栓固定。強調(diào)了篩網(wǎng)框架尺寸的精度,篩網(wǎng)的平整度,對焊縫抽檢提出了要求,對化學螺栓安裝質(zhì)量控制提出了要求。由于施工單位攔截篩網(wǎng)和輔助曝氣系統(tǒng)均為工藝圖,無節(jié)點大樣和細部安裝圖,所以加大了質(zhì)量控制的難度。
依照《工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》對曝氣管道的安裝提出了要求。由于管道與生物池底部剛玉曝氣共用生物池風管主管道,所以監(jiān)理對MBBR曝氣吹掃工作進行了界線劃分和技術交底。
(2)安全文明施工交底。生物池池壁凈空6 m,工人需要在借助移動式腳手架在池壁上安裝支撐篩網(wǎng)的鋼格架和曝氣系統(tǒng)的管道支架,篩網(wǎng)拼裝和曝氣管道安裝需要使用吊車輔助,篩網(wǎng)鋼結(jié)構制作焊接工作量大。施工涉及施工臨時用電、火災、高處作業(yè)、高空作業(yè)和起重吊裝等安全風險,另外施工過程中會與其他安裝施工存在交叉作業(yè)情況。監(jiān)理部對總包單位和分包單位管理人員進行了安全交底,檢查了總承包單位對分包單位和分包單位的內(nèi)部安全交底記錄。
(3)工期交底。生物池改造首先要對池體進行清淤,然后對結(jié)構進行改造,再安裝設備和新舊管連接,現(xiàn)場實施分區(qū)清淤,交叉作業(yè)。改造涉及污水處理廠停產(chǎn)配合,停產(chǎn)時間區(qū)間一經(jīng)確定不可更改,所有各項工作必須嚴格按照既定計劃執(zhí)行,若某項工程延誤,必然造成后續(xù)工作工期壓縮??紤]到土建單位生物池清淤和結(jié)構改造的工期不確定因素太多,極有可能無法按時移交施工斷面,造成設備安裝施工工期壓縮,所以針對MBBR施工,監(jiān)理對總包單位和分包單位提出了做好壓縮工期的準備。
2.2.3 施工質(zhì)量檢查驗收
施工過程中,監(jiān)理部對填料進場、不銹鋼網(wǎng)架材料及輔材進場、管材及輔材進場進行了質(zhì)量檢查,對篩網(wǎng)框架制安、篩網(wǎng)制安進行了質(zhì)量檢查,對輔助曝氣系統(tǒng)安裝進行了質(zhì)量檢查,對篩網(wǎng)框架焊縫抽樣進行了超聲波檢測,總體質(zhì)量合格。
(1)原材料查驗。①按照技術規(guī)范和供貨合同要求,對進場填料進行了檢查。設計提供了填料數(shù)量單位為m3,現(xiàn)場需要轉(zhuǎn)化為重量進行控制,監(jiān)理用木模制作了1 m3的填料載體,通過稱重確定了單位體積填料重量,再根據(jù)填料總體積計算出填料總體重量,對進場填料車輛進行過磅計量復核登記臺賬,保證填料數(shù)量。檢查填料合格證及質(zhì)保資料,符合要求。②對篩網(wǎng)材料進行了檢查。檢查鋼材材質(zhì)保證資料,對照供貨合同復核框架角鋼、篩網(wǎng)框架埋件、篩網(wǎng)規(guī)格;檢查化學螺栓和焊條產(chǎn)品的質(zhì)量合格證明文件、檢驗報告等。③對輔助曝氣系統(tǒng)材料進行了檢查。檢查管材合格證明,質(zhì)量保證資料,檢查管材規(guī)格部件。管道支架采用篩網(wǎng)框架同樣材料,一并檢查。
(2)質(zhì)量驗收。①篩網(wǎng)框架制作、安裝:對預埋件化學螺栓孔位測量放線進行了測量復核;對化學螺栓及預埋件安裝質(zhì)量進行了檢查驗收;對框架幾何尺寸及安裝質(zhì)量進行了檢查驗收。②篩網(wǎng)拼裝:對小塊篩網(wǎng)拼裝幾何尺寸和焊接質(zhì)量進行了檢查驗收;對篩網(wǎng)加強筋焊接進行了檢查驗收;對大塊篩網(wǎng)與框架連接的平整度和焊接質(zhì)量進行了檢查驗收。③對曝氣管道支架安裝的測量防線進行了測量復核;對化學螺栓及支架安裝質(zhì)量進行了檢查驗收;對管道安裝進行了質(zhì)量檢查驗收。④見證篩網(wǎng)框架焊縫進行抽樣檢測,留存抽樣檢測合格報告。⑤按管道工作風壓分段對曝氣管道進行吹掃,見證使用白布測試的吹掃效果,符合要求。⑥生物池改造施工完畢后進行了通水調(diào)試,投加足量的懸浮填料,測試曝氣系統(tǒng),連續(xù)運行了72 h,完成了聯(lián)動調(diào)試,聯(lián)動調(diào)試結(jié)果正常。⑦懸浮填料的功能需要在試運行階段進一步進行驗證。
聯(lián)動調(diào)試完畢后污水處理廠開始接管該組生物池的運行工作,臨近農(nóng)歷春節(jié),根據(jù)工期計劃,另一組生物池改造計劃于年后開工,所以工地上僅安排留守值班。在聯(lián)動調(diào)試結(jié)束的試運行階段,改組生物池懸浮填料陸續(xù)出現(xiàn)了幾個問題。
2.3.1 填料堆積
在試運行階段最早出現(xiàn)的問題就是填料堆積,漂浮在池面的填料不規(guī)則地在生物池廊道某些區(qū)域堆積,慢慢越積越多,直至阻斷過流面,人工打開輔助吹掃管道吹散堆積,部分位置無曝氣管道,只能人工使用長木棍等攪散堆積的填料。出現(xiàn)該問題后制造商安排了若干工人在生物池24 h巡線清理堆積的填料。
2.3.2 填料泄露
在農(nóng)歷新年期間,出現(xiàn)了懸浮填料泄漏至生物池缺氧區(qū)的事故。接到污水處理廠的通知后,監(jiān)理部馬上聯(lián)系了總包單位和分包單位對該事故進行了分析,經(jīng)分包單位調(diào)查后初步認為是臨時外聘焊工篩網(wǎng)拼裝質(zhì)量不到位造成的。由于當時土建單位移交工作面延遲,懸浮填料的分包單位需要臨時增加焊工班組,但此時臨近農(nóng)歷新年,公司的焊工班組無法趕到武漢施工,只能在武漢招工??赡苡捎诮坏谆蚴┕す芾聿坏轿唬晃慌R時找來的焊工在施工時漏掉了部分篩網(wǎng)加強筋的焊接工作,導致進水部位篩網(wǎng)局部強度不夠,在水流的持續(xù)沖擊下出現(xiàn)震動,繼而引起局部篩網(wǎng)斷裂。年后總包單位找來潛水員進行水下檢查,證明了確實是因臨時班組施工區(qū)域的篩網(wǎng)破損造成的事故,同時潛水員水下施焊對該處進行了修補,并檢查了其他部位。此次事故萬幸是填料泄漏到生物池好氧區(qū)進水攔截篩網(wǎng)內(nèi),僅損失了部分填料,未造成其他影響,如果是泄漏發(fā)生在生物池出水攔截篩網(wǎng)內(nèi),則懸浮填料會順著污水流入后續(xù)工藝環(huán)節(jié),對部分設備造成嚴重影響,可能導致污水處理廠出現(xiàn)停產(chǎn)事故。
2.3.3 紅 蟲
在開年以后的試運行過程中,污水處理廠檢測人員發(fā)現(xiàn)生物池出現(xiàn)紅蟲。
填料泄漏的事故屬于施工過程質(zhì)量控制不到位造成的,已經(jīng)處理,未造成較大影響,但是填料堆積的問題始終無法解決,只能靠常開吹掃管道和人工攪散懸浮填料應對,明顯是不能滿足正常運行的要求的,而且后來污水處理廠在生物池抽樣檢測中發(fā)現(xiàn)大量紅蟲。紅蟲俗稱水蚤,只有在水質(zhì)好還有水中存在足夠多的氧氣的情況下才會出現(xiàn)。紅蟲的大量出現(xiàn)一方面說明水質(zhì)好,另一方面說明生物池好氧區(qū)的溶解氧含量太高,究其原因,最有可能是本該臨時開啟的輔助吹掃管道常開導致的。
經(jīng)技術分析和開會研究決定,第二組生物池懸浮填料篩網(wǎng)和輔助曝氣系統(tǒng)可以實施,但需優(yōu)化設計和加強質(zhì)量控制,因此第二組生物池的填料暫緩投加,待第一組生物池的填料運行穩(wěn)定后再定。對于后續(xù)填料堆積問題,制造商給出的解決方案是建議逐步打撈出已投加的填料進行觀察,直到生物池填料穩(wěn)定運行,但至少需保留一半以上的填料。最終,第一組生物池的填料打撈一半;經(jīng)建設單位和污水處理廠運行單位商定第二組生物池取消填料投加,建設單位同總包單位協(xié)商取消了第二組生物池未投加的填料合同費用。
回過頭來分析,該工程MBBR工藝系統(tǒng)出現(xiàn)問題的原因如下。
首先,填料泄漏事故確實是不應該的,反映了施工質(zhì)量控制環(huán)節(jié)確有疏漏。誠然工期緊張,制造商自己的班組恰逢年關無法調(diào)動等原因是客觀存在的,但總包單位安排不周密,分包單位組織慌亂,對臨時班組交底不到位,關鍵部位的施工無詳細圖紙,關鍵工序的施工自檢不到位還是填料泄露的主要原因。
填料堆積和紅蟲問題則是連鎖反應,減少填料一半填充率的同時減少了輔助曝氣管道的開啟,生物池好氧區(qū)的含氧量維持到正常水平,紅蟲消失。輔助曝氣系統(tǒng)的布置不合理是肯定的,懸浮填料的投加量是不是真的多了一倍、設計院提出的423萬m2的生物池總有效生物膜面積是否準確、填料制造商提供的有效比表面積為450 m2/m3的懸浮填料參數(shù)是否正確等問題,由于后續(xù)運營單位對該污水處理廠生物池水質(zhì)的檢測分析數(shù)據(jù)未對外公布,筆者無從知曉。
本案例有其特殊性,首先工藝技術監(jiān)理方自己沒有見過,再次合同中明確設計院不對該工藝負責,且該單項工程造價較高,使得監(jiān)理在對該專項施工時非常謹慎。在預控階段監(jiān)理嚴格按照本工程技術規(guī)范對專項施工方案進行審核,并將監(jiān)理意見在前期的專題會議上提了出來,如要求制造商提供擬用填料的有效比表面積計算式,制造商提供的篩網(wǎng)和輔助曝氣管道的工藝設計圖依據(jù)不充分,篩網(wǎng)鋼結(jié)構無節(jié)點圖,讓制造商確認設計院提供的生物池總有效生物膜面積等,在后期為監(jiān)理免責提供了很好的支撐。然而,前期監(jiān)理能獲得有關該工藝的信息的方式也僅是通過本工程技術規(guī)范、制造商提供的信息和網(wǎng)絡上搜索的信息,有太多局限性,加之沒有相關經(jīng)驗,導致對該工藝的缺陷和潛在問題估計嚴重不足,無法在前期說服建設單位同意施工單位完善方案后再行實施,進而導致了后續(xù)問題的發(fā)生。
另一個做得不到位的,就是對攔截篩網(wǎng)鋼結(jié)構實施過程的檢查不到位,導致填料泄漏事故的發(fā)生。總結(jié)起來,第一,對填料泄漏后果的嚴重性理解不深刻,雖然篩網(wǎng)鋼結(jié)構整體較簡單,但關鍵部位、異形構造一定得有詳圖指導施工,檢查時不能有一點疏忽;第二,工期緊張時,不能打亂仗,計劃安排要周密,組織要有條理,不然忙中出錯的概率還是很高的,不是質(zhì)量問題就是安全問題;第三,臨時招來的技術工種一定要進行詳細的技術安全交底,并且不要安排重要的部位,技術活不一定是會做就能做的,經(jīng)過這件事后,監(jiān)理方才理解最初要求制造商增加焊工時他們堅持要從公司總部調(diào)動焊工班組的原因。
于制造商而言,想要將MBBR工藝在污水處理廠生化池中很好地應用起來,讓客戶用得舒心的同時用得安心,還需要一段時間。解決填料堆積問題和增強攔截篩網(wǎng)的可靠性、耐久性應該是其關注的重點之一。這里面涉及非常專業(yè)的領域,而制造商在系統(tǒng)設計上投入的技術力量卻遠遠不夠。
知識需要不斷學習,經(jīng)驗需要不斷累積,將理論與實踐結(jié)合起來分析我們的監(jiān)理工作,可以為我們提供一些思路、方法和解決問題的經(jīng)驗、技巧。污水處理領域的工藝非常多,變化也很快,需要學習的東西很多,就像我們身處的這個瞬息萬變的時代。能夠做到比他人學習得更快、更好,是我們監(jiān)理從業(yè)者包括組織持久的競爭優(yōu)勢。
收稿日期:2021-07-02
作者簡介:袁野,任職于武漢揚子江工程監(jiān)理有限責任公司。通信地址:湖北省武漢市江岸區(qū)立城中心11樓 武漢揚子江工程監(jiān)理有限責任公司。