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1、污水厂准IV类水Bardenpho-MBBR提标改造分析*某污水处理厂设计规模16万m3d,采用Bardenpho-MBBR工艺开展改造，出水由一级B提标至准IV类水。生化部分，总容积不变且未改变厌氧及缺氧段，通过对好氧段功能重新划分，增加后置缺氧和后置好氧，并在好氧区投加悬浮载体，原池实现BardenPho-MBBR,强化脱氮除磷效果;MBBR区采用微动力混合池型，无需使用推流器，节约投资和运行成本，利于系统运行维护。改造后，生化段COD、NH4+-N、TN出水均值分别为18.80mgLO.27mgL.8.43mgL,在未投加碳源的情况下稳定到达地表准IV类水标准，生化段出水TP均值O.48
2、mgL,大大减轻后深度处理负荷;TN去除率较改造前提高一倍，得益于前置缺氧脱氮效率的提高、填料区SND现象及后置缺氧区的脱氮能力；通过对系统微生物开展高通量测序，结果说明，填料对系统的硝化奉献率到达85%,并且填料上附着的反硝化菌占比到达6.46%,证明了好氧区悬浮载体上存在同步硝化反硝化过程。MBBR与Bardenpho工艺相结合技术能耗低、容积效率高、运行效果稳定，突破了常规工艺对TN去除的限制，适用于对TN要求严格的准IV类等高标准水质要求的污水处理厂新建及改造工程。随着水环境质量要求的提高，部分地区提出了准IV类水概念，即在一级A根底上,对污染物排放标准进一步限定，一般典型的准IV类水
3、要求氨氮L5mgL,TN10mgL,TP0.3mgL,SS6mgL,COD30mgLo多数污水厂在开展一级A升级改造中已增加了深度处理以强化TP和SS的去除,通过增加投药量或降低运行负荷可能以优化运行的方式实现出水TP和SS到达准IV类水标准，但对于氨氮和TN缺乏明确的升级改造路线。污水厂历经几次提标，整体工艺流程基本定型，难有扩建用地，也难以改换工艺。生化池是污水厂池容最大的构筑物，自然也是潜力最多的构筑物;从污水处理的整体布局上,应当建立科学的改造观，氮磷处理也应当回归生化。生化工艺的强化本质上多是增加生物量，途径上区分为强化泥水分离以富集更高污泥浓度的膜工艺(MBR),增加悬浮载体以提高
4、污泥性能的生物膜工艺(R)o由于MBBR可直接与已有活性污泥法镶嵌，改造灵活，能最大化利用现有池容和工艺流程，受到了广泛关注。自20*年*芦村污水处理厂成功开展了MBBR升级改造以来，近10年，国内采用MBBR工艺的市政污水厂已超过800万吨/天，涵盖各类废水、工艺、池型、标准的改造。本文以某省某污水厂准IV类水升级改造工程为例，分析MBBR工艺改造方案的应用效果，为污水厂准IV类水提标改造项目提供技术参考。1项目概况某省某污水处理厂，设计规模为16万n3d,原生化段采用A/A/O工艺，尾水执行城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-20*)一级B标准。20*年该污水厂开展提标改造，要求
5、在设计进水水量不变的情况下，尾水水质到达城镇污水处理厂污染物排放标准（20*年征求意见稿）的特别排放限值，即准IV类水标准，如下表1所示。表1污水厂升级改造设计进出水水质表2技术路线与设计方案2.1改造难点提标改造所面临的主要问题有：1）升级改造难度大，出水水质由一级B标准直接升级至准IV类，跨度较大；2）出水标准高，出水总氮、总磷和SS等指标都需大幅提升，对改造工艺要求更高；3）原池改造，厂内用地有限，无生化池扩建用地，需充分挖潜现有生物池的处理能力；4）施工难度大，生物池为全封闭构造，施工难度较大。2.2技术路线选择综合考虑进、出水水质及预留用地等情况先后提出两条技术路线：技术路线I,A/
6、A/0+高效沉淀池+反硝化深床滤池。技术路线,BardenPho-MBBR+高效沉淀池+反硝化深床滤池。技术路线I,生物池保持不变，深度处理新增高效沉淀池、反硝化深床滤池和加氯接触池，前者可以强化TP的去除，而后者可强化TN和有机物的去除，保证各项出水指标的稳定达标，但是该路线存在一系列问题：1）升级改造仅通过新建“高效沉淀池+反硝化深床滤池”完成，将所有出水指标压力放在了深度处理构筑物上；2）高效沉淀池仅用于化学除磷和过滤，去除TP和SS,而反硝化滤池则需担负剩余指标的去除，导致反硝化深床滤池担负负荷高，并且去除指标多，工艺控制复杂；3）深度处理对氨氮没有降解作用，如果前端生物处理的氨氮降解
7、不完全则会导致出水不达标；此外，硝化缺陷也会影响反硝化效果，导致TN出水不达标；4）反硝化深床滤池的外加碳源利用率、需要脱除的硝态氮浓度、进水COD、出水COD指标，四者相互制约，工程上反硝化滤池一般可去除3-5mgL硝氮，若去除更多，则面临COD超标风险，且易产生较多的污泥，出水SS较高，需要反洗频繁，而频繁反洗又不利于反硝化菌群富集，最终将导致系统运行不稳定；5）在设计过程中，反硝化深床滤池担负越多TN的去除，投资和运行成本越高。技术路线,生物池由A/A/O三段式改为五段Bardenpho强化TN去除，好氧段投加填料形成MBBR工艺用以弥补五段式分隔带来的好氧硝化池容缺陷，新建反硝化滤池作
8、为出水达标的保障。考虑到技术路线I在总投资、运行费用上均较高，此外运行稳定性也较为欠缺，最终确定技术路线II作为本项目升级改造方案。技术路线II的工艺优势表现在：1）工艺流程设置合理，充分发挥了二级生物处理的作用,BardenPho-MBBR工艺可以保证出水COD、BOD、氨氮及TN指标的达标，深度处理确保TP及SS达标即可；2）采用Bardenpho-MBBR工艺在确保TN达标的前提下，可以充分利用原水碳源，减少外投碳源用量；3）MBBR工艺具有较强的抗冲击性，在进水水质水量波动较大的情况下，也能很快恢复系统的稳定性；4）在设计中反硝化滤池无需考虑大量的TN去除，仅考虑在极端条件下的情况即可
9、，进一步降低了占地面积。在保证TP及SS的前提下，控制指标较少，操作运行简单，且无碳源泄露等风险。5）投资及运行成本较低。2. 3生化段改造方案生化段原有厌氧区和缺氧区不变，将好氧池根据设计方案开展重新划分为OAO,将原A/A/O工艺改造为A/A/O+A/O（Bardenpho工艺）；第一级好氧池投加SPR-2型悬浮载体形成MBBR泥膜复合工艺，填料直径为25mm05m,高10mm1mm,挂膜后比重与水接近，有效比表面积大于620m2m3,符合水处理用*度聚乙烯悬浮载体（CJ/T461-20*）行业标准;好氧MBBR区域采用微动力混合池型，该池型具有水力条件好、无水力死角、无需推流器等特点，本
10、项目采用微动力混合池型可节省16台专用推流器，以及每年84.096万元的电费，大大降低了投资和运行能耗。采取逐池改造的方式，不影响污水厂的正常生产。图1改造前后生化段工艺流程图3改造后运行效果分析本次升级改造工程于20*年6月17日开始，到8月中旬，水量到达设计值16万m3d条件下，所投加的悬浮载体挂膜完成。分析20*年8月20日至20*年4月10日共计234d的进出水水质数据（包含整个冬季运行阶段），并与改造前同期上一年运行数据开展比照。3. 1系统改造后对COD、TP、氨氮的去除效果CoD不是本项目的难点，改造前已基本能到达准IV类水水平。经过MBBR+Bardenpho改造后生物池进出水
11、COD均值分别为197.12mgL,18.80mgL,COD去除率均值为90.46%,出水CoD稳定到达准IV水标准，如图2所示。改造后，生化池除磷效果显著增加，由于生化池并未投加混凝剂，生化池除磷效果均为生物除磷过程。改造前生物池进出水TP均值分别为4.20mgL,1.04mgL,去除率均值为75.24%。经过MBBR改造后生物池进出水TP均值分别为4.00mgL.0.48mgL,TP去除率均值为88.00%,较改造前提升11.23%,如图3所示。生物除磷效果的提升，主要是MBBR工艺对于提升生物除磷的间接效果。污泥龄是生物除磷的重要影响因素之一,聚磷菌需短泥龄。改造前，由于需要保障氨氮效果
12、，一般运行中污泥浓度较高，泥龄更长，以确保硝化菌群在污泥中的占比，保证硝化；改造后，好氧区投加悬浮载体，实现了硝化菌群的固定富集作用，保证了硝化菌群的长泥龄，这样在一定程度上可以降低悬浮态污泥的污泥龄，强化生物除磷，特别是对溶解性TP的去除作用。仅靠生物作用就使生化段出水TP低于O.5mgL,大大减轻了后续深度处理设施的负荷，节省了运行费用。图2改造后生化系统对COD的处理效果图3改造后生化系统对TP的处理效果改造前后氨氮处理水平相当，改造后生物池进出水氨氮均值分别为16.02mgL.0.27mgL,氨氮去除率均值为98.31%,如图4所示。改造前，由于好氧池容较大，水力停留时间长达7.8h,
13、对氨氮有较好的处理效果，但是当进水水质水量存在冲击时，氨氮处理效果较差，系统的抗冲击能力差，此外，冬季低温时也经常出现氨氮波动的情况。MBBR改造后，在好氧区投加悬浮载体，保证了好氧区附着态微生物的泥龄大于30d,有利于长泥龄的硝化菌群的富集。填料的挂膜过程与胞外聚合物(EPS)密不可分，当微生物活性越强时，EPS分泌越旺盛，越容易挂膜;微生物活性减弱时，EPS分泌减少，在流化水力剪切的作用下脱离老化生物膜，实现生物膜的自然动态更新，保障了填料上的微生物一直处于较高的活性。图4改造后生化系统对氨氮的处理效果3.2系统改造前后对TN的去除效果系统在改造前进水TN均值21.55mgL,出水均值13
14、.91mgL,平均去除率为35.45%,并且出水TN波动较大，不稳定。经过Bardenpho-MBBR改造后，进水TN均值为24.73mgL,出水TN均值8.43mgL,TN平均去除率65.91%,如图5、图6所示。从两组数据可以比照出，系统经过Bardenpho-MBBR改造后，在进水TN负荷升高的情况下，出水依然能够稳定达标，平均去除率比改造前高出近一倍。为进一步探索系统TN去除效果改善的原因，在20*年12月底，对系统各工艺段开展了TN去除分析。系统内各区域均有总氮去除，厌氧区、前置缺氧区、好氧MBBR区、后置缺氧区和后置好氧区的总氮去除率分别为9.57%、29.92%、9.02%.31
15、%和3.62%,总氮去除率为63.44%,如图7所不O改造前后系统的总回流比均为150%,厌氧区和前置缺氧区共去除TN39.49%,略优于改造前，原因在于系统运行的污泥浓度不再受硝化菌群长泥龄要求的限制，整个系统内污泥活性较改造前有明显提升。图5改造前系统对TN的去除效果图6改造后系统对TN的去除效果在好氧区发生了明显的TN去除现象，好氧段同步硝化反硝化对TN的去除率为12.64%,合计去除氮素3.08mgL,占总去除率的20.00%。生物膜上典型的缺/好氧微环境，以及对功能微生物的富集作用，促进了同步硝化反硝化作用的开展，使得在好氧区仍有对TN的进一步去除。在众多采用MBBR的污水厂，均在好
16、氧填料区发现了显著的SND现象，TN去除量在3-8mgL不等，且基质浓度较高的污水厂，SND效果更佳显著。由于好氧填料区有机物含量已很低，进一步推测SND的碳源可能与生物膜的内碳源相关。关于生物膜、泥膜复合系统SND的研究有待进一步深化，但对于进水TN50mg/L、出水TN要求IOnIg/L的污水厂，TN去除率要求80%,总回流比至少需400%；当SND去除5mgLTN时，总回流比可降至350%,且可减少25mgLBoD碳源投加，节能降耗显著。而对于进水基质浓度不高的污水厂，甚至可完全节约外投碳源,使得MBBR除了在池容做到深度挖潜外，真正实现了基质利用上的深度挖潜，应用前景广阔。后置缺氧区对
17、TN的去除量为2.76mgL,由于该区域无碳源投加，且原水碳源基本已在前端消耗殆尽，分析该段内可能是发生了内碳源的水解，产生了部分碳源被微生物利用。系统该区域内出现氨氮的少量溶解也证明了内碳源水解的发生。图7沿程断面氮素变化由于改造前，对于准IV类水标准，系统的COD已可稳定到达，氨氮基本可到达，COD、氨氮和TP并非改造难点，效果与经济的核心矛盾在TN上。通过Bardenpho工艺的采用，有效开发了系统的内碳源，增加了后置反硝化区，强化TN去除效果；而MBBR的使用，是系统实现原池改造Bardenpho的前提，在大幅削减好氧池容的前提下，系统氨氮处理效果并未受到影响，好氧泥龄大幅缩小的前提下
18、未影响硝化菌群的活动，悬浮载体上SND的出现，更为节约碳源投加、降低回流比创造了条件。在实际的运行过程中，TN的去除基本上在生化段就可以完成，深度处理的反硝化深床滤池作为保障性工艺，正常状态下按普通滤池运行，保证SS以及TP达标即可。5结论1）采用BardenphO-MBBR工艺对污水厂开展提标改造，生化段出水COD、氨氮、TN均值分别为18.80gmL,0.27mgL.8.43mgL,稳定到达地表准IV水标准，生化段出水TP均值O.48mgL,良好生物除磷大大减轻了深度处理负荷；2）采用Bardenpho-MBBR强化了系统对TN的去除，TN去除率到达65.91%,是改造前的一倍;TN去除的
19、提升，主要在于前置缺氧脱氮效率的提高、好氧区的SND过程以及后缺氧的内源反硝化过程，好氧区的SND带来的TN去除占整个工艺对总氮去除的20.0%；3）悬浮载体对硝化细菌的筛选和富集具有重要作用，填料上微生物对硝化过程的奉献率到达85%；填料上反硝化菌占比约6.46%,填料本身的缺氧/好氧分层为SND过程提供了微观保证，有效降低了碳源投加，提高了TN的去除率；4）MBBR工艺采用微动力混合池形，相比循环流动池型，可以节约专用推流器至少16台，每年节省运行费用84.096万；5）Bardenpho-MBBR工艺采用“镶嵌”原理实现原池改造,处理效果稳定，适用于污水厂地表准IV水尤其是对TN有严格排放要求的污水厂升级改造。
