MBBR+BAF組合工藝在城市混流污水處理中的應(yīng)用

劉黎明

（合肥市排水管理辦公室，安徽 合肥 230001）

合肥市南淝河水體達(dá)標(biāo)整治工作時間緊、任務(wù)重，建成區(qū)雨污混接整治時間跨度大，部分河道排口混流污水入河問題仍未得到有效控制，尤其是河道邊某雨水排澇泵站進(jìn)水箱涵中仍有較多的混流污水，其在晴天直排入河，在雨天溢流到河道中，嚴(yán)重污染河道水質(zhì)。為解決上述問題，城市排水管理部門在開展雨污分流工作的同時，在該雨水排澇泵站旁選址建設(shè)一座混流污水水質(zhì)凈化處理站，應(yīng)用運(yùn)行穩(wěn)定、工藝可靠的移動床生物膜反應(yīng)器（MBBR）+曝氣生物濾池（BAF）組合工藝處理混流污水，有效地控制了泵站收水區(qū)域內(nèi)混流污水直排和溢流問題。

1 設(shè)計(jì)水質(zhì)和工藝流程

1.1 設(shè)計(jì)處理水量和進(jìn)出水水質(zhì)

通過現(xiàn)場調(diào)查和水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測，河道排口混流污水的平均水質(zhì)如下：化學(xué)需氧量（COD）為180.23 mg/L，氨氮（NH3-N）為30.34 mg/L，總氮（TN）為35.83 mg/L，總磷（TP） 為2.91 mg/L，堿度為261.24 mg/L，pH=7.09。水樣感觀很差，呈黑色，有異味，懸浮物（SS）較多，無油脂，水量受雨季影響較大。依據(jù)上述現(xiàn)場調(diào)查與水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測結(jié)果，結(jié)合排水主管部門考核要求，參照《巢湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠和工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB 34/ 2710—2016）的表2 主要污染物排放限值[1]，確定該混流污水水質(zhì)凈化處理站的設(shè)計(jì)處理規(guī)模為10 000 t/d，設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

表1 工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

1.2 工藝流程

通過水質(zhì)采樣檢測分析，河道排口混流污水COD 濃度較高，取水點(diǎn)水質(zhì)、水量波動大，且項(xiàng)目面臨工期短、用地緊張、排放標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格等情況。為確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，該混流污水水質(zhì)凈化處理站采用二級生化處理系統(tǒng)（一級MBBR，二級BAF）+一級物化處理系統(tǒng)（磁混凝）的組合工藝去除主要污染物，處理工藝流程為：進(jìn)水→預(yù)處理→MBBR →磁混凝系統(tǒng)→BAF →達(dá)標(biāo)排放。

該混流污水水質(zhì)凈化處理站設(shè)在泵站進(jìn)水箱涵一側(cè)，取水點(diǎn)設(shè)在箱涵截流井處，截流井設(shè)置潛污泵取水，然后將其提升至站內(nèi)調(diào)節(jié)池，經(jīng)機(jī)械格柵，攔截來水中較大的SS 及漂浮物。調(diào)節(jié)池出水提升至MBBR，填料通過曝氣作用處于流化狀態(tài)后可與污水充分接觸[2]，進(jìn)而在池內(nèi)形成懸浮生長的活性污泥和附著生長的生物膜，通過好氧微生物的代謝分解，去除大部分有機(jī)物和部分NH3-N。MBBR 系統(tǒng)出水提升至磁混凝系統(tǒng)，經(jīng)過化學(xué)混凝、機(jī)械攪拌、加載沉淀、斜管分離等物化反應(yīng)去除TP 和部分COD、SS，然后自流進(jìn)入中間提升水箱。中間水箱提升泵出水進(jìn)入BAF，因來水中大部分有機(jī)物在MBBR 和前端物化系統(tǒng)去除，BAF 以硝化功能為主，在好氧條件下，通過濾料上附著生長的硝化菌的硝化作用，去除NH3-N和剩余有機(jī)物，出水達(dá)標(biāo)排放至河道。

2 系統(tǒng)組成及工藝參數(shù)

2.1 一級生化系統(tǒng)（MBBR）

MBBR 功能為去除大部分有機(jī)物和部分NH3-N。其設(shè)4 組12 格，每4 格為1 套MBBR 鋼制箱體，共有12 套，箱體尺寸（長×寬×高）為16.0 m×3.0 m×3.5 m，體積為168 m3，水力停留時間約為4.84 h。系統(tǒng)選用Φ25 mm×12 mm 填料，配套羅茨風(fēng)機(jī)和曝氣器。在20 ℃的水溫條件下，五日生化需氧量（BOD5）表面有機(jī)負(fù)荷取5 ～15 g BOD5/（m2·d），表面硝化負(fù)荷取0.5 ～2 g NH3-N/（m2·d）。懸浮填料的填充率不大于反應(yīng)池容積的2/3[3]。

2.2 二級生化系統(tǒng)（BAF）

BAF 共有5 套，箱體尺寸（長×寬×高）為16.0 m×3.0 m×3.5 m，水力停留時間為53.5 ～56.3 min（反洗時），濾速為2.0 ～2.1 m/h，濾料層填裝高度為2.5 m。濾料材質(zhì)選用人工陶粒，粒徑為3 ～5 mm，比表面積不小于2×104cm2/g，孔隙率大于42%，滿足《水處理用人工陶粒濾料》（CJ/T 299—2008）的指標(biāo)要求[4]。

3 兩級生化處理系統(tǒng)運(yùn)行控制

3.1 MBBR 運(yùn)行控制

3.1.1 掛膜

曝氣系統(tǒng)及進(jìn)水管保證完好暢通，并經(jīng)清水調(diào)試合格。MBBR 反應(yīng)池進(jìn)水至出水口位置后，停止進(jìn)水，在曝氣的同時加入懸浮生物填料，填料填充率為0.3 左右。在此過程中，采用間歇曝氣，培養(yǎng)生物膜。曝氣2 h 停止1 h，夜間可采用連續(xù)曝氣，但是減少曝氣量。

運(yùn)行24 h 后，連續(xù)進(jìn)水2 ～3 h，再繼續(xù)上述曝氣。運(yùn)行48 h 后，觀察填料上掛膜情況，并加大進(jìn)水量，延長進(jìn)水時間，檢查池內(nèi)溶解氧（DO）狀況，使其保持在1.5 ～2.0 mg/L。運(yùn)行72 h 后，連續(xù)進(jìn)水逐步達(dá)到設(shè)計(jì)要求，根據(jù)常規(guī)檢查水質(zhì)情況，7 d 左右達(dá)到預(yù)處理設(shè)計(jì)水質(zhì)要求。

3.1.2 MBBR 參數(shù)控制

MBBR 運(yùn)行時，主要參數(shù)有單位載體有機(jī)負(fù)荷、DO、pH 和溫度等。對于單位載體有機(jī)負(fù)荷，當(dāng)考慮硝化時，應(yīng)采用較低的負(fù)荷值；當(dāng)僅考慮碳類物質(zhì)去除時，應(yīng)采用高負(fù)荷[5]。MBBR 反應(yīng)池中DO 控制在2～3 mg/L。MBBR 反應(yīng)器內(nèi)水溫宜控制在20～38 ℃。MBBR 反應(yīng)池內(nèi)的pH 應(yīng)維持在6.5 ～7.5。

3.2 BAF 運(yùn)行控制

3.2.1 掛膜

BAF 啟動采用接種污泥掛膜，悶曝前，先投加30%池容的污水處理廠剩余活性污泥，之后開始曝氣。根據(jù)水質(zhì)數(shù)據(jù)判斷BAF 掛膜效果，夏季氣溫較高時，悶曝約1 d 即可按設(shè)計(jì)流量的20%連續(xù)進(jìn)行掛膜，同時間歇曝氣控制曝氣量。

每天取單池進(jìn)、出水做水質(zhì)化驗(yàn)，當(dāng)NH3-N 去除率超過80%時，進(jìn)一步提升進(jìn)水量，一般按設(shè)計(jì)水量的10%～15%逐步增加。該階段每天至少取樣檢測出水水質(zhì)2 次，當(dāng)出水NH3-N 低于2 mg/L 時，掛膜成功，一般約需要6 d。

BAF 掛膜成功后，在滿負(fù)荷運(yùn)行階段，由于池中已培養(yǎng)了良好高活性、足夠數(shù)量的成熟微生物膜，池中曝氣量調(diào)節(jié)至滿負(fù)荷。此過程同步監(jiān)測DO，控制曝氣風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，使BAF 內(nèi)部的DO 保持在4 ～6 mg/L，出水DO 控制在3 ～4 mg/L。

3.2.2 反沖洗

BAF 運(yùn)行一段時間后，隨著濾料中截留的SS 增多和生物膜的增厚及脫落，濾池水頭損失逐漸增加。當(dāng)水頭損失達(dá)到一定值時，必須對BAF 進(jìn)行反沖洗。根據(jù)壓力傳感器反饋的濾池系統(tǒng)壓力值，啟動反沖洗程序，當(dāng)監(jiān)測到壓力達(dá)到30 kPa 時，輸出指令執(zhí)行自動反沖洗。反沖洗流程為：降水位→氣洗→氣水聯(lián)合洗→清水漂洗→放氣。其中，氣洗時間為4 min，氣水聯(lián)合洗時間為4 ～6 min，清水漂洗時間為6 min，反沖洗總歷時為14 ～16 min。沖洗水量為208 m3/h，水沖洗強(qiáng)度為4.8 L/（s·m2），空氣沖洗強(qiáng)度宜為20 L/（m2·s）。

4 實(shí)際運(yùn)行情況分析

自建成投入運(yùn)行以來，該混流污水水質(zhì)凈化處理站已連續(xù)運(yùn)行26 個月（截至2022年2月7日），累計(jì)處理污水269 萬t，日平均處理9 440 t，負(fù)荷率為94.4%。運(yùn)行期間，排水管理部門對該站出水指標(biāo)進(jìn)行了99 次采樣監(jiān)測，其中達(dá)標(biāo)98 次，超標(biāo)1 次，總體滿足水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)要求。出水的COD、NH3-N、TP 監(jiān)測結(jié)果如圖1所示。

圖1 投運(yùn)以來出水COD、NH3-N 和TP 監(jiān)測結(jié)果

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，進(jìn)水COD 平均值為383.43 mg/L，出水COD 平均值為21.34 mg/L，COD 總?cè)コ蕿?4.44%；進(jìn)水NH3-N 平均值為10.41 mg/L，出水NH3-N 平均值為0.32 mg/L，NH3-N 總?cè)コ蕿?6.92%；進(jìn)水TP 平均值為6.02 mg/L，出水TP 平均值為0.06 mg/L，TP 總?cè)コ蕿?9.01%。通過對比以上數(shù)據(jù)，實(shí)際COD、TP 進(jìn)水平均值均超過設(shè)計(jì)值，且變化幅度大，系統(tǒng)在運(yùn)行期經(jīng)受了負(fù)荷沖擊，去除率滿足且高于設(shè)計(jì)要求，如表2所示。

表2 COD、NH3-N、TP 總?cè)コ蕦Ρ?/p>

5 結(jié)語

本研究充分利用MBBR 工藝和BAF 工藝的特點(diǎn)，采用兩級生化處理系統(tǒng)去除城市混流污水中的主要污染物COD、NH3-N 和TP。該工藝具有項(xiàng)目占地面積小、工藝靈活、耐沖擊負(fù)荷、出水水質(zhì)觀感好且穩(wěn)定達(dá)標(biāo)等特點(diǎn)，滿足設(shè)計(jì)和監(jiān)管考核要求。