CASS工藝污水廠提標(biāo)改造方案優(yōu)化設(shè)計＊

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(wù)有限公司，浙江湖州 313300；3.浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院 絲綢學(xué)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(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格。根據(jù)太湖流域有關(guān)部門提出的流域整治目標(biāo)任務(wù)，對流域內(nèi)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)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(zhì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）》一級A標(biāo)準(zhǔn)。隨著治理力度進(jìn)一步加大，浙江省提出了比國家標(biāo)準(zhǔn)一級A標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)（DB33/2169-2018）。為了適應(yīng)新的污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)要求，如何根據(jù)工藝條件和污水廠實際運營狀況選取經(jīng)濟(jì)高效的提標(biāo)改造技術(shù)[1-2]是目前多數(shù)污水處理廠面臨的一個難題。

1.工程背景

本文結(jié)合安吉縣污水處理二廠實際情況，研究探討了該廠提標(biāo)改造技術(shù)方案，最終選取MBBR技術(shù)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(shè)計為CASS工藝，執(zhí)行一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)浙江地方最新要求執(zhí)行新的地方排放標(biāo)準(zhǔn)，需對現(xiàn)有工藝進(jìn)行改造，依據(jù)廠區(qū)現(xiàn)有構(gòu)筑物和用地緊缺情況，需選擇高效合理，節(jié)省提標(biāo)改造工程成本和后期運維費用的技術(shù)方案[3]。

2.污水廠運行現(xiàn)狀及問題分析

本污水廠設(shè)計采用的主體處理工藝為CASS工藝，設(shè)計出水為一級A標(biāo)準(zhǔn)。污水經(jīng)提升泵房、細(xì)格柵、旋流沉沙池進(jìn)入調(diào)蓄池，調(diào)蓄池污水分別可向一期或二期CASS池進(jìn)水，CASS池出水經(jīng)二次提升泵房進(jìn)入微絮凝、沙濾池（一期）或高密度沉淀池、濾布濾池（二期），再經(jīng)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(xiàn)有處理工藝流程圖

進(jìn)出水水質(zhì)分析：

根據(jù)污水廠2017年11月至2018年10月的逐日進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)分析：

如圖2～圖5所示，從一年來污水廠進(jìn)水水質(zhì)分析來看，進(jìn)水的COD、氨氮、總氮、總磷等指標(biāo)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(fù)荷能力，原有單一污泥系統(tǒng)CASS池負(fù)荷沖擊后恢復(fù)能力較弱。出水在線實時監(jiān)測各項指標(biāo)可穩(wěn)定達(dá)到一級A出水標(biāo)準(zhǔn)，CASS池現(xiàn)有工藝條件，硝化能力不足，無法達(dá)到新的地方標(biāo)準(zhǔn)“準(zhǔn)IV類水”出水標(biāo)準(zhǔn)，COD、氨氮的抗沖擊負(fù)荷能力和深度處理能力有待加強(qiáng)。

圖2 逐日進(jìn)水COD及頻數(shù)

圖3 逐日進(jìn)水氨氮及頻數(shù)

圖4 逐日進(jìn)水總氮及頻數(shù)

圖5 逐日進(jìn)水總磷及頻數(shù)

3.技術(shù)方案的對比和選取

結(jié)合廠區(qū)綜合情況和國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，關(guān)鍵是提高系統(tǒng)COD、氨氮深度處理能力，有以下3種既滿足出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)又不減少出水量的方案可進(jìn)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(yīng)器（Membrane Bio-Reactor），是污水處理活性污泥法和膜分離技術(shù)相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。MBR利用膜系統(tǒng)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(xì)菌得以富集，大大提高生化（尤其是硝化）反應(yīng)能力和效率，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，同時，經(jīng)超、微濾膜處理后，懸浮固體、COD、BOD和濁度極低，出水質(zhì)量高，可以直接回用作市政用水、受污染河流的生態(tài)補(bǔ)充水等實際應(yīng)用前景廣闊。MBR技術(shù)改造工藝流程如圖6所示，改造后出水可以達(dá)到最新地方標(biāo)準(zhǔn)，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(fù)荷淹沒式三相分離器，是在生物接觸氧化工藝的基礎(chǔ)上結(jié)合給水凈化過濾機(jī)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(shù)。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(jī)械攔截和生物絮凝對懸浮物的綜合截留作用，實現(xiàn)對污水中污染物的有效去除。其生物濃度高，有種群豐富、結(jié)構(gòu)完整、功能穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，由于獨特的設(shè)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(xiàn)硝化和反硝化，氨氮和總氮去除效能高。BAF技術(shù)改造工藝流程如圖7所示，BAF工藝完全可滿足新的標(biāo)準(zhǔn)要求，但就實際改造而言，原池?zé)o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(hù)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(biāo)改造。

MBBR工藝又稱移動床膜生物反應(yīng)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(zhì)懸浮載體，添加生物膜系統(tǒng)。生物量可達(dá)10g/L以上，是普通活性污泥5～10倍，提高系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力和對有毒化合物抵抗能力，結(jié)合傳統(tǒng)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(yīng)器中懸浮生物膜載體因攪拌在水中自由運動，傳質(zhì)面積大，傳質(zhì)速率快，同時載體流化時不斷切割分散氣泡，使布?xì)饩鶆?，提高氧利用率。載體為生長緩慢的硝化細(xì)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(yīng)器硝化效率。MBBR載體技術(shù)也在不斷發(fā)展進(jìn)步[2]，相較于市面上其他MBBR載體[4-5]，我們團(tuán)隊開發(fā)出來的Levapor MBBR功能性載體以聚氨酯海綿為基礎(chǔ)進(jìn)行改性處理，使其吸附30%～50%的粉末活性炭，比表面積達(dá)到20000m2/m3，為現(xiàn)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(zhì)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，生物量高達(dá)30 g/L以上，其各項指標(biāo)遠(yuǎn)超市面上通用MBBR載體。MBBR工藝改造簡單，兼容性強(qiáng)，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(shù)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(hù)簡易，是污水廠提標(biāo)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(shù)改造，均需要添加構(gòu)筑物，這是寸土寸金的城鎮(zhèn)規(guī)劃建設(shè)中必須嚴(yán)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(yán)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(fù)雜，要長期應(yīng)對布水布?xì)舛氯膯栴}。而MBBR功能性載體則為非工程原位技術(shù)改造，不增加占地面積，不增加額外構(gòu)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(hù)費用低。3種工藝具體優(yōu)缺點對比如表1所示。

4.結(jié)論和提標(biāo)改造示范成果

通過以上技術(shù)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(shù)對原有CASS工藝進(jìn)行改造。該工藝無需新的構(gòu)筑物，只需要在原有主反應(yīng)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(gòu)建一套完整的穿孔曝氣系統(tǒng)以保證載體流化，僅在原有微孔曝氣系統(tǒng)間隙增加部分穿孔管，便于曝氣溶氧的有效調(diào)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(tǒng)進(jìn)行提標(biāo)改造。

表1 不同提標(biāo)改造工藝優(yōu)劣對比分析

根據(jù)技術(shù)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(zhǔn)IV類水”提標(biāo)技術(shù)改造示范工程。該示范工程包括勘察、設(shè)計施工在內(nèi)，歷時150d，其中完成多次常規(guī)進(jìn)出水和沖擊負(fù)荷進(jìn)出水標(biāo)定，經(jīng)自測和具有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)檢測均穩(wěn)定達(dá)到最新地方標(biāo)準(zhǔn)“準(zhǔn)IV類水”標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)改造參考。