MBBR+磁混凝工藝在CASS工藝污水處理廠提質(zhì)擴(kuò)容中的應(yīng)用
——以郴州某縣城污水廠為例

曾明正，周長(zhǎng)勝

（1.湖南隆曐建設(shè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000；2.泛華建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

近年來，隨著國(guó)家《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》的出臺(tái)，我國(guó)大部分縣城的污水廠迎來了一波擴(kuò)建和升級(jí)改造的熱潮。然而，相比于新建工程，擴(kuò)建和升級(jí)改造往往容易受到用地緊張、不停產(chǎn)施工等實(shí)際情況的限制，因此，如何實(shí)現(xiàn)生化系統(tǒng)的原位升級(jí)是污水廠提標(biāo)改造的關(guān)鍵。移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）通過投加懸浮載體，提高反應(yīng)器生物量、增加運(yùn)行負(fù)荷、強(qiáng)化脫氮除磷效果，自2008年在國(guó)內(nèi)首次運(yùn)用于無錫蘆村污水廠提標(biāo)改造工程后[1]，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于AAO[2]、氧化溝[3]、CAST[4]等工藝的提標(biāo)改造，并取得了良好的效果，但MBBR工藝在CASS工藝提標(biāo)改造中應(yīng)用的案例鮮有報(bào)道。本文以郴州市某縣城污水廠為例，分析了MBBR+磁混凝工藝在CASS工藝提標(biāo)改造中的應(yīng)用效果，期望能為類似污水廠的提標(biāo)改造提供參考。

1 項(xiàng)目背景

1.1 項(xiàng)目概況

郴州市某縣城污水處理廠于2009年12月正式投產(chǎn)運(yùn)行，一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為1萬m3/d，廠區(qū)占地面積約為9000 m2（合計(jì)13.50畝），設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，工藝流程如下：進(jìn)水→粗格柵及提升泵站→細(xì)格柵及旋流沉砂池→CASS生化池（一座兩組）→接觸消毒池→達(dá)標(biāo)排放。

近年來，隨著縣城居民、企業(yè)數(shù)量的增加，排污管網(wǎng)逐漸完善，污水量逐年遞增，而污水廠現(xiàn)有的處理能力已不能滿足污水量日益增長(zhǎng)的要求，因此，考慮在一期建設(shè)的基礎(chǔ)上再擴(kuò)建1.0萬m3/d，同時(shí)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高至一級(jí)A標(biāo)。

1.2 工程設(shè)計(jì)難點(diǎn)

（1）生化池脫氮能力有限?；趯?duì)現(xiàn)有的CASS池脫氮能力進(jìn)行核算，生物脫氮能力無法滿足擴(kuò)容提標(biāo)后的要求。

（2）廠內(nèi)形狀不規(guī)則，且無擴(kuò)建用地。污水廠一期設(shè)計(jì)時(shí)未預(yù)留遠(yuǎn)期用地，現(xiàn)狀廠區(qū)北側(cè)、西側(cè)背靠陡峻山體、南側(cè)緊鄰城市道路、東側(cè)毗鄰居民區(qū)，本次擴(kuò)容提標(biāo)只能在現(xiàn)有廠區(qū)紅線面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

（3）工期緊、且需不停產(chǎn)施工?？h城僅一座污水廠，且污水量已超過原設(shè)計(jì)規(guī)模，工期要求緊、施工期間不能停產(chǎn)。

2 設(shè)計(jì)思路與方案

根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際要求，以及針對(duì)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)問題，提出以下幾條具體改造措施。

（1）將原CASS池前段改造為單獨(dú)的缺氧區(qū)和好氧區(qū)；為充分發(fā)揮生物除磷作用，同時(shí)考慮原CASS池容積有限，于廠區(qū)東側(cè)新建一座厭氧池；為彌補(bǔ)好氧區(qū)容積的不足，在該區(qū)投加填料，將其升級(jí)改造為MBBR，保證其硝化能力；輔助配套攔截篩網(wǎng)、內(nèi)回流泵，改造原有曝氣系統(tǒng)。通過重構(gòu)生化池功能分區(qū)，提高系統(tǒng)的整體生物濃度，在強(qiáng)化脫氮除磷效果的同時(shí)，最大限度利用和節(jié)省池容。

（2）由于改變了生化系統(tǒng)的構(gòu)造和流態(tài)，所以將原CASS池后端改造為二沉池，考慮池形限制，二沉池采用矩形周進(jìn)周出式，并配套新建進(jìn)出水渠道、排泥管和刮泥機(jī)等。

（3）深度處理工藝主要是用于強(qiáng)化對(duì)TP和SS的去除，目前污水廠采用的絮凝沉淀和過濾工藝以提標(biāo)至一級(jí)A標(biāo)。相比于高效沉淀池，磁混凝沉淀池負(fù)荷更高、占地面積更少、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、運(yùn)行費(fèi)用省且能與MBBR工藝良好契合，考慮本工程用地緊張，不具備建設(shè)濾池的條件，因此，深度處理采用磁混凝沉淀池。鑒于廠區(qū)現(xiàn)狀已無擴(kuò)建用地，將原接觸消毒池拆除并在此新建磁混凝池，且于廠區(qū)西側(cè)新建紫外消毒渠。

（4）設(shè)計(jì)新建污泥泵站一座、貯泥池一座、在線監(jiān)測(cè)間一座，同時(shí)改造原有預(yù)處理設(shè)施、鼓風(fēng)機(jī)房、加藥間等。

（5）不停水施工方案：優(yōu)先建設(shè)紫外消毒渠、厭氧池→拆除接觸消毒池、新建磁混凝沉淀池和污泥泵站→將CASS池單格逐一改造為MBBR生化池（缺氧區(qū)+好氧區(qū)）+矩形二沉池→配套鼓風(fēng)機(jī)房、預(yù)處理等，并配套新建各構(gòu)筑物連接管。

3 改造方案設(shè)計(jì)

3.1 改造后的工藝流程

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，并綜合考慮處理效果、運(yùn)行效果等因素，將原CASS池改造為MBBR+二沉池，提高了生物脫氮除磷能力；考慮用地緊張，深度處理則采用沉淀負(fù)荷高、運(yùn)行成本低的磁混凝沉淀池；消毒工藝采用紫外消毒，并在加藥間新增一套次氯酸鈉投加系統(tǒng)、應(yīng)急消毒系統(tǒng)；污泥處理沿用原低溫脫水除濕干化工藝，污泥脫水后含水率為60%。其具體工藝流程如圖1所示。

圖1 提標(biāo)改造后工藝流程圖

3.2 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

3.2.1 生化池改造（MBBR池）

原CASS池體總尺寸為89.4 m×20.4 m×5.5 m，有效水深為5.0 m，分為獨(dú)立的兩格，設(shè)有生物選擇區(qū)、缺氧區(qū)和主反應(yīng)區(qū)；由于池容限制，在廠區(qū)東南側(cè)新建MBBR生化池的厭氧區(qū)，總體尺寸為7.0 m×20.5 m×6.5 m，有效水深為6.0 m，有效容積為792 m3，停留時(shí)間0.95 h；將原CASS池改造為缺氧區(qū)、好氧區(qū)及周進(jìn)周出式矩形二沉池，MBBR缺氧區(qū)由原CASS池的生物選擇區(qū)、缺氧區(qū)以及部分好氧區(qū)組成，單格尺寸為22.8 m×10.0 m×5.5 m，有效水深5.2 m，有效容積為1144 m3，停留時(shí)間2.74 h；好氧池由原CASS池部分池體組成，單格尺寸為24.1m×10.0m×5.5 m，有效水深5.2 m，有效容積為1222.0 m3，停留時(shí)間2.93 h，因好氧區(qū)需投加懸浮填料，所以設(shè)置進(jìn)出水?dāng)r截系統(tǒng)及輔助穿孔曝氣系統(tǒng)；

去年，威寧草海機(jī)場(chǎng)已獲批建設(shè)。今年，飛雄機(jī)場(chǎng)將新增4個(gè)C類機(jī)位，延長(zhǎng)跑道至3000米，建成雙向盲降改造工程。同時(shí)，全面啟動(dòng)低空領(lǐng)域工程建設(shè)，力爭(zhēng)到“十三五”末實(shí)現(xiàn)縣縣通通用機(jī)場(chǎng)目標(biāo)。

生化池總設(shè)計(jì)停留時(shí)間6.62 h，設(shè)計(jì)混合液懸浮物固體濃度（MLSS）4 g/L，污泥回流比R=50%～100%，混合液回流比為200%，膜面負(fù)荷：0.52 g NH4-N/m2.d，污泥負(fù)荷:Fw=0.1194 kg BOD5/kgMLSS.d，容積負(fù)荷Fr=0.4779 kg BOD5/m3.d，好氧區(qū)有效生物膜面積：8.5137×105m2，填料比表面積：800 m2/ m3。

3.2.2 生化池后段改造（矩形二沉池）

將原C A S S 池后段改造為矩形周進(jìn)周出式二沉池，工程設(shè)計(jì)規(guī)模為2萬m3/d，設(shè)置兩組二沉池，單組有效池容41.8×10×5.5 m（有效水深4.8 m），平均流量表面負(fù)荷0.99 m3/m2·h，峰值流量表面負(fù)荷1.51 m3/m2·h。

3.2.3 磁混凝沉淀池

共設(shè)置2組磁混凝沉淀池，單組設(shè)計(jì)水量為1萬m3/d，變化系數(shù)為1.49，土建尺寸為：23.15×7.0 m。整個(gè)系統(tǒng)主要包括混合池、磁種加載池、絮凝反應(yīng)池、沉淀池、磁種回收及污泥排放等?；炷磻?yīng)區(qū)停留時(shí)間1 min，磁粉反應(yīng)時(shí)間1.36 min，絮凝反應(yīng)時(shí)間1.37 min，沉淀池液面負(fù)荷13.55 m3/（m2.h）。

除以上構(gòu)筑物外，本次提質(zhì)擴(kuò)容工程還新建污泥泵站、水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)間、貯泥池、紫外消毒池各一座，并對(duì)原有鼓風(fēng)機(jī)房、加藥間等進(jìn)行改造。

4 改造后的運(yùn)行效果

污水廠從2019年9月開始提質(zhì)擴(kuò)容建設(shè)，于2020年8月完工。調(diào)試后進(jìn)出水水質(zhì)情況如圖2～圖4所示。

圖2 改造后COD、BOD5的去除效果

（2）改造后TN、氨氮的去除效果分析。從圖3可以看出，TN和氨氮的出水均值分別為4.7 mg/L、2.2 mg/L，去除率平均為81.7%、75.2%，均能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；由于冬季低溫對(duì)TN、氨氮的去除影響較大，當(dāng)冬季生化池水溫為10～12℃時(shí)，出水TN、氨氮濃度有所上升，但仍能穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，而改造后的生化系統(tǒng)表現(xiàn)出對(duì)低溫的良好適應(yīng)性。分析原因可能是MBBR生物膜泥齡長(zhǎng)，有利于硝化菌群的富集，加之MBBR中微生物多以附著態(tài)形式存在，使其能夠抵抗外界不利環(huán)境的沖擊。

圖3 改造后TN、氨氮的去除效果

（3）改造后TP、SS去除效果分析。從圖4可以看出，改造后TP和SS的出水均值分別為0.26 mg/L、6.25 mg/L，系統(tǒng)進(jìn)水TP、SS波動(dòng)較大，但出水均能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。分析其原因，一方面可能是MBBR通過投加懸浮載體，使生化池形成雙泥齡系統(tǒng)，懸浮載體上的生物膜為泥齡長(zhǎng)，可強(qiáng)化脫氮，而活性污泥為短泥齡，可強(qiáng)化除磷[5]，另一方面可能是磁混凝池通過投加PAC、PAM和磁粉，進(jìn)一步深度去除了TP、SS，保證其出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

圖4 改造后TP、SS的去除效果

5 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

該項(xiàng)目投資估算總值約為3079萬元（其中工程費(fèi)用2562萬元、工程其他費(fèi)用304萬元、預(yù)備費(fèi)143萬元、建設(shè)期貸款利息54萬元、鋪底流動(dòng)資金16萬元），且單位生產(chǎn)成本為0.69 元/ m3，單位經(jīng)營(yíng)成本為0.36元/m3。

6 結(jié)論

（1）采用以MBBR+磁混凝為核心的處理工藝實(shí)現(xiàn)了對(duì)郴州某縣級(jí)污水廠的提質(zhì)擴(kuò)容，其改造后的處理水量從1萬m3/d提高至2萬m3/d，平均出水濃度COD、BOD5、TN、氨氮、TP、SS分別為18.7 mg/L、3.4 mg/L、4.7 mg/L、2.2 mg/L、0.26 mg/L、6.25 mg/L，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

（2）MBBR工藝應(yīng)用CASS工藝的提標(biāo)改造，是通過添加隔墻、攔截篩網(wǎng)等重構(gòu)生化池分區(qū)，在保障缺氧池容積的基礎(chǔ)上，再通過投加懸浮填料提高好氧區(qū)生物量，強(qiáng)化了系統(tǒng)對(duì)COD、BOD5、氨氮等的去除。

（3）磁混凝工藝以磁粉作為載體，可強(qiáng)化混凝和絮凝效果，相比于傳統(tǒng)的高效沉淀池，該工藝具有表面水力負(fù)荷高、除磷效果好、占地面積小、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于進(jìn)水水質(zhì)濃度普遍偏低的南方縣城污水廠的深度處理中，且在不設(shè)置過濾設(shè)施的情況下依然能保證出水TP和SS穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。