設(shè)計(jì)案例 | MSBR工藝——污水處理廠(chǎng)工藝新寵？（一）
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人口增長(zhǎng)，城市用地愈發(fā)緊張，集約的污水處理廠(chǎng)設(shè)計(jì)成為趨勢(shì)。目前，污水處理廠(chǎng)的核心處理工藝采用的傳統(tǒng)工藝，如AAO、氧化溝等，往往占地面積大，噸水用地指標(biāo)偏高。MSBR工藝將SBR工藝與AAO工藝的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，生化反應(yīng)速率高，脫氮除磷效果好、運(yùn)行靈活、控制方便，在處理效率、占地及運(yùn)行費(fèi)用方面均優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。目前，MSBR工藝越來(lái)越多地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)污水廠(chǎng)的建設(shè)和改造，為面臨高排放標(biāo)準(zhǔn)、低投資、有限用地的污水廠(chǎng)提供技術(shù)支持。
本系列通過(guò)實(shí)際工程案例介紹MSBR工藝在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用。
本期以江蘇省某污水廠(chǎng)為例，介紹如何在脫氮要求高和用地緊張的污水處理中合理應(yīng)用MSBR工藝。
01 工程概況
江蘇某縣的生活污水及工業(yè)廢水由于天然河流造成分隔、管網(wǎng)輸送距離較長(zhǎng)，不適合經(jīng)過(guò)收集再輸送至現(xiàn)有的污水處理廠(chǎng)進(jìn)行處理，需新建與之相匹配的污水處理設(shè)施。污水處理廠(chǎng)的遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬(wàn)m3/d，近期設(shè)計(jì)規(guī)模為5萬(wàn)m3/d，其中，一階段設(shè)備安裝規(guī)模為2.5萬(wàn)m3/d。
進(jìn)水由生活污水和工業(yè)廢水組成，其中，工業(yè)廢水約占25%。設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)分別考慮生活及工業(yè)污水各自的水質(zhì)特點(diǎn)，通過(guò)用水量權(quán)重加權(quán)平均可得。出水水質(zhì)滿(mǎn)足國(guó)家《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表所示。
02 工藝流程
2.1 核心工藝比選
本工程進(jìn)水BOD/COD=0.45，可生化性較好，可以采用生物處理方法去除有機(jī)物。我國(guó)城市污水處理廠(chǎng)采用的二級(jí)處理核心工藝中，大部分仍然是傳統(tǒng)活性污泥法在曝氣方式、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)池型等方面發(fā)展出的各種變型工藝，以氧化溝、AAO和SBR為主。
應(yīng)用最多的AAO工藝為利用活性污泥在推流式厭氧-缺氧-好氧環(huán)境中的作用，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物降解和除磷，以及混合液回流實(shí)現(xiàn)脫氮。推流式反應(yīng)池中，底物濃度隨水流呈梯度降低，其起端的反應(yīng)速率高，末端的生物因已經(jīng)開(kāi)始內(nèi)源呼吸，反應(yīng)速率低，整體反應(yīng)速率不高，導(dǎo)致反應(yīng)池停留時(shí)間偏長(zhǎng)，占地偏大。二沉池回流污泥中的硝態(tài)氮對(duì)厭氧區(qū)中聚磷菌的碳源利用有不利影響，影響除磷效果。AAO工藝不是一體化的，其還需后接單獨(dú)的二沉池完成泥水分離，常用的圓形池型二沉池難以緊湊布置，導(dǎo)致AAO工藝的整體占地較不經(jīng)濟(jì)。
一體化工藝中較常用的是三溝式氧化溝和SBR。氧化溝是一種延時(shí)曝氣活性污泥法，負(fù)荷低，曝氣池的池容大，所需相關(guān)設(shè)備投資大，應(yīng)用受到場(chǎng)地、設(shè)備等限制。相校于AAO工藝常用的6 m甚至7 m設(shè)計(jì)水深，氧化溝的設(shè)計(jì)水深往往不超過(guò)4.5 m，故占地面積更大。
SBR即序批式活性污泥法，間歇進(jìn)水，將調(diào)節(jié)池、好氧池、缺氧池及二沉池的功能集中在一個(gè)單元內(nèi)，通過(guò)一體化池交替進(jìn)行不同模式的運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)活性污泥法的整個(gè)過(guò)程，本質(zhì)是將推流式池型從空間上改為時(shí)間上實(shí)施。
MSBR是連續(xù)流序批式活性污泥法新工藝，前半段類(lèi)似傳統(tǒng)AAO工藝，后半段為2組交替進(jìn)行循環(huán)缺氧反硝化、好氧穩(wěn)定和沉淀作用的序批池。MSBR將SBR工藝與AAO工藝的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，尤其是碳源的分配利用比較合理，系統(tǒng)的各單元為各優(yōu)勢(shì)菌種的生長(zhǎng)繁殖創(chuàng)造了最佳的環(huán)境條件，生化反應(yīng)速率高，脫氮除磷效果好，運(yùn)行靈活，控制方便，在處理效率、占地及運(yùn)行費(fèi)用方面均優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。
實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)中，應(yīng)用集中傳統(tǒng)工藝的類(lèi)似規(guī)模和水質(zhì)的污水處理廠(chǎng)的噸水用地指標(biāo)如下表所示。根據(jù)用地紅線(xiàn)面積計(jì)算，該污水處理廠(chǎng)的綜合用地指標(biāo)為0.611 ㎡/(m3·d)，低于上述幾種工藝的一般用地指標(biāo)；按照《城市生活垃圾處理和給水與污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)用地指標(biāo)》，也屬于城市污水處理廠(chǎng)建設(shè)用地控制面積的IV類(lèi)低值，用地較為緊張。因此，本工程適合采用集約化、一體化程度高的生物處理工藝。
2.2 深度處理工藝比選
經(jīng)過(guò)強(qiáng)化生物處理后，二級(jí)出水仍無(wú)法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的污染物主要為SS和TP。針對(duì)以上2種污染物，目前較為成熟的工藝有混凝-沉淀-過(guò)濾工藝和膜工藝。對(duì)于一級(jí)A出水標(biāo)準(zhǔn)下的生活污水而言，膜工藝的設(shè)備費(fèi)用偏高，運(yùn)行成本偏貴，故深度處理工藝較常采用混凝-沉淀-過(guò)濾工藝。采用微孔過(guò)濾技術(shù)的濾布濾池出水SS穩(wěn)定，設(shè)備緊湊，反洗系統(tǒng)簡(jiǎn)單，水損也較砂濾池大幅減小，近年來(lái)在污水處理廠(chǎng)中的應(yīng)用越來(lái)越多。
2.3 工藝流程
本工程的二級(jí)生物處理工藝采用MSBR，深度處理過(guò)濾工藝采用濾布濾池，工藝流程如圖所示。
03 工藝設(shè)計(jì)
3.1 水解酸化池
新建水解酸化池1座，提高污水的可生化性。土建按5萬(wàn)m3/d建設(shè)，設(shè)備按2.5萬(wàn)m3/d配備，2格并聯(lián)運(yùn)行，單格處理規(guī)模為2.5萬(wàn)m3/d，停留時(shí)間為5 h。配置潛水推流器、剩余污泥泵、半固定填料等。
3.2 MSBR池
MSBR池是污水處理工藝的核心，主要功能是在提供足夠氧氣條件下，在生物反應(yīng)池中營(yíng)造厭氧、缺氧、好氧環(huán)境，利用生物反應(yīng)池中大量繁殖的活性污泥，降解水中污染物，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。
新建2座MSBR池，并聯(lián)運(yùn)行，單座處理規(guī)模為2.5萬(wàn)m3/d。單座MSBR池分為7個(gè)處理單元，分別編號(hào)池1~7。單池各處理單元的功能、編號(hào)及設(shè)計(jì)尺寸對(duì)應(yīng)如表所示。
污水進(jìn)入MSBR反應(yīng)池后，首先進(jìn)入?yún)捬醭兀c回流自預(yù)缺氧池的污泥混合，富含磷的污泥在厭氧池進(jìn)行釋磷反應(yīng)后進(jìn)入缺氧池。缺氧池在系統(tǒng)中的功能為反硝化，由主曝氣池至缺氧池的回流系統(tǒng)提供硝態(tài)氮。缺氧池出水進(jìn)入主曝氣池，經(jīng)曝氣反應(yīng)完成有機(jī)物的去除、硝化以及吸磷后，進(jìn)入序批池I或序批池II。序批池I和序批池II中，沉淀和缺氧-好氧反應(yīng)交替進(jìn)行。當(dāng)序批池I作為沉淀池出水時(shí)，序批池II首先進(jìn)行缺氧反應(yīng)，再進(jìn)行好氧反應(yīng)，或交替進(jìn)行缺氧、好氧反應(yīng)。在缺氧、好氧反應(yīng)階段或預(yù)沉階段，序批池的混合液通過(guò)回流泵回流至泥水分離池，分離池也具有一定的污泥濃縮作用，其上清液進(jìn)入主曝氣池，沉淀污泥進(jìn)入預(yù)缺氧池。預(yù)缺氧池的功能是讓回流污泥進(jìn)行一定程度的內(nèi)源反硝化脫氮，以降低硝態(tài)氮對(duì)污泥中聚磷菌厭氧釋磷的影響。經(jīng)內(nèi)源反硝化脫氮后的回流污泥再提升進(jìn)入?yún)捬醭?，與進(jìn)廠(chǎng)污水混合釋磷，由此完成1個(gè)循環(huán)周期。一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期為4 h，分為6個(gè)時(shí)段，3個(gè)時(shí)段組成1.5個(gè)周期，相鄰的半周期僅序批池的運(yùn)轉(zhuǎn)方式不同。
設(shè)計(jì)總水力停留時(shí)間為16.2 h，其中，厭氧停留時(shí)間為1.2h，缺氧停留時(shí)間為1.25 h，好氧停留時(shí)間為6.7 h，序批停留時(shí)間為6.2 h。混合液回流比為150%，污泥回流比為150%。配置可升降式微孔曝氣器、撇渣浮筒攪拌裝置、低揚(yáng)程回流泵、剩余污泥泵及空氣堰等。
3.3 反應(yīng)沉淀池
新建1座反應(yīng)沉淀池，在反應(yīng)段加入混凝藥劑使污水膠體絮凝，在沉淀段分離較大粒徑絮凝體，污水澄清后出水，減輕后續(xù)濾池的負(fù)荷。在沉淀池前端投加PAC化學(xué)除磷，保證出水TP和磷酸鹽達(dá)標(biāo)排放。土建按照5萬(wàn)m3/d規(guī)模建設(shè)，設(shè)備按照2.5萬(wàn)m3/d配置。平面尺寸為37.35 m×26.65 m，池深為6.6 m。設(shè)計(jì)反應(yīng)時(shí)間為19.5 min，設(shè)計(jì)沉淀表面負(fù)荷為4.44 m3/(㎡·h)。PAC加藥量為10 mg/L，PAM加藥量為0.5 mg/L。配置濃縮刮泥機(jī)、加藥攪拌器、反應(yīng)攪拌機(jī)、污泥泵等。
3.4 濾布濾池及消毒池
作為深度處理的濾布濾池，主要功能是利用壓差使懸浮物通過(guò)多孔性介質(zhì)，使固體顆粒被截留，實(shí)現(xiàn)懸浮液中固、液的有效分離，進(jìn)一步去除污水中的SS及附著在SS上的BOD5、CODCr和TP。新建1座2格濾池及消毒池，單格處理規(guī)模為2.5萬(wàn)m3/d。土建按照5萬(wàn)m3/d規(guī)模建設(shè)，設(shè)備按照2.5萬(wàn)m3/d配置。平面總尺寸為20.8 m×8.9 m，池深為3.5 m。配置圓盤(pán)形濾布過(guò)濾裝置，設(shè)計(jì)水力負(fù)荷為2.79 L/(s·㎡)濾布，固體顆粒負(fù)荷為15.87 kg TSS/(㎡濾布·d)。
出水消毒采用紫外消毒。設(shè)計(jì)為渠道式消毒，設(shè)置2根并聯(lián)渠道，每格溝道各設(shè)置1套消毒成套設(shè)備，用253.7 nm波長(zhǎng)的紫外光照射澄清的出水，通過(guò)紫外光破壞細(xì)菌細(xì)胞蛋白質(zhì)達(dá)到滅活細(xì)菌的目的。
04 實(shí)際運(yùn)行情況
工程完成調(diào)試后于2017年投入生產(chǎn)運(yùn)行。2018年9月—2019年2月的進(jìn)出水主要污染物月平均濃度及去除率如圖4、圖5所示。
由圖4~圖5可知，MSBR對(duì)NH3-N及TN的去除效果良好，進(jìn)水NH3-N平均濃度為28.9 mg/L，出水NH3-N平均濃度為0.61 mg/L，平均去除率達(dá)到97.9%。在進(jìn)水NH3-N波動(dòng)較大的情況下，出水NH3-N月平均濃度穩(wěn)定低于1.0 mg/L。MSBR在去除NH3-N上具有良好的抗沖擊負(fù)荷能力。
05 投資及成本
本工程總投資為10 507.33萬(wàn)元，單位處理成本為1.28元/m3，其中，單位經(jīng)營(yíng)成本為0.82元/m3，單位處理可變成本為0.35元/m3 。
06 結(jié)論
（1）MSBR池為各功能區(qū)合建的高度集約一體化池體，與傳統(tǒng)SBR相比，容積利用率更高，占地更小，泥水分離區(qū)進(jìn)行脫氮后回流的污泥可減少對(duì)除磷的影響。
（2）水解酸化+MSBR+濾布濾池工藝的脫氮效果達(dá)到出水NH3-N濃度低于1.0 mg/L，出水TN濃度低于11.0 mg/L。
（3）MSBR工藝結(jié)合了AAO和SBR工藝優(yōu)點(diǎn)，適合脫氮要求高和用地緊張的污水處理廠(chǎng)采用。
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