某污水厂MBR工艺提标改造工程实践

2020-01-14吴川栋孙国胜

供水技术 2019年4期

张琨，吴川栋，孙国胜，赵焱

(1．广东粤港供水有限公司，广东深圳 518000;2．广东粤海水务股份有限公司，广东深圳518000)

随着“水十条”的逐步推行，全国各地的污水处理厂面临提标改造的实际要求。在提标改造工艺中，MBR工艺以其占地面积小、对SS去除效果好、可强化生化处理等特点［1］，在提标改造项目中得到越来越多的应用。

1 污水厂概况

广西壮族自治区某污水处理厂主要收集城市生活污水，处理规模为5×104m3/d，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB l8918—2002)一级B标准。该污水处理厂主体工艺采用UNITANK工艺，主要构筑物包括粗格栅和提升泵房、细格栅和旋流沉砂池、分配井、初沉池、交替式活性污泥反应池(分为A、B两条生产线)、接触消毒池等，工艺流程见图1。

图1 污水厂原工艺流程Fig．1 Original process of the wastewater treatment plant

随着经济建设的高速发展和污水管网的完善，污水量增长迅速，污水厂处理能力日渐饱和。未被处理的污水若直接排入河流，会造成水体污染严重，威胁城市的生态环境、人民的身体健康和经济的可持续发展。因此，该污水厂于2018年3月启动提标扩容改造工程，在不新增占地的条件下，将出水标准由《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB l8918—2002)一级B提升至一级A。同时，将处理规模从5×104m3/d提高至10×104m3/d。

2 存在的问题

① 从表1可以看出，采用原处理工艺，参照《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，该污水厂出水主要指标较除CODCr外均不能稳定达标，尤其是SS、TN、TP的达标保证率较低。由于目前的进水水质尚未达到设计水质，若再考虑进水水质进一步变差，则上述指标稳定达标的难度更大。

表1 2017年污水厂进出水水质Tab．1 Water quality of influent and effluent of the wastewater treatment plant in 2017

② 在提高排放标准的同时，处理规模增大为原来的2倍，进一步加大了达标处理的难度。

③ 该地区的排水管网采用合流制，雨季进厂污水的泥沙含量高，现有生化系统中混合液中挥发性悬浮固体比例低，活性污泥的活性差。

④ 该污水厂总占地面积约为2．5×104m2，且厂区周边已无处理规模扩建可用的新增用地。

⑤ 改造工程实施过程中，不得停产。

⑥ 与周边居住区距离较近，污水厂内易产生恶臭的构筑物会对周边居民的正常生活造成影响。

3 总体思路

该污水厂提标改造的主要目标污染物为BOD5、SS、NH3－N、TN、TP。在同步提高产能的条件下，难点污染物为SS、TN、TP。根据不同污染物的去除规律并结合现有场地条件，提出总体思路如下:

① 强化对TN、TP的深度去除，并提高去除效果的稳定性。由于对TN的去除要求较高、对COD和BOD5的去除要求较低，可考虑适当减少好氧区，增设兼氧区(运行中可根据实际需要调整为缺氧区)，强化对TN的去除。

② 考虑TP的稳定去除，在进入膜池之前增设化学除磷加药点［2］。

③ 在处理负荷提高时，保证SS的稳定去除。

④ 改造后的处理工艺应占地面积小，以满足场地要求。

⑤ 远期进水水质进一步变差时，改造后的处理工艺应能通过调整生化系统活性污泥的浓度予以应对。

⑥ 充分利用现有构筑物，提高对进水中无机砂类SS的去除效果。

4 改造方案

为满足处理要求，选择MBR工艺，增设占地面积小、SS去除效果好、可实现长污泥龄运行的浸没式超滤膜分离单元作为泥水分离设施，其中生化系统选择更利于生物除磷的UCT工艺［3］。为了强化TN的去除，将部分好氧区分隔为兼氧区，需要时可作为反硝化脱氮的缺氧区使用。

结合该地区实际情况，将原旋流沉砂池改为曝气沉砂池，增设膜格栅处理单元，强化对进水中无机砂和悬浮物的去除，保护MBR超滤膜。同时，在膜格栅出水点、生化系统出水点跌水处增设化学药剂投加点。前者功能为强化预处理，在需要时启用，后者功能为化学除磷。为保证混合效果，在膜格栅出水点至原初沉池之间增设管道混合器。提标改造后的污水厂工艺流程如图2所示。

5 工程实施方案

5.1 细格栅与旋流沉砂池改造

拆除原细格栅和旋流沉砂池，在原址新建曝气沉砂池和细格栅池，主要设计参数如下:Qave=10×104m3/d，Kz=1．3，平面尺寸为 44．3 m ×12．7 m，有效水深为3 m，Qmax水力停留时间为6．38 min。细格栅采用内进流式网板格栅，孔径e=3 mm。

图2 污水厂提标改造后工艺流程Fig．2 Process of the wastewater treatment plant after upgrading and reconstruction

5.2 新建膜格栅池

新建膜格栅池1座，主要设计参数如下:Qave=10 ×104m3/d，Kz=1．3，平面尺寸为 14．2 m ×10．2 m，分为4组(3用1备)，单渠道宽1．6 m，栅前有效水深为2．5 m。膜格栅采用内进流式网板格栅，孔径e=1 mm，单组设备的最大处理规模为502 L/s。

5.3 交替式活性污泥反应池改造

对交替式活性污泥反应池进行内部过流孔道、导流隔墙改造，将UNITANK工艺改造为UCT工艺。保留原厌氧池，作为新工艺厌氧池使用。将原UNITANK工艺南侧生化池、中间生化池、北侧生化池分别改造为UCT工艺完全混合式缺氧池、完全混合式兼氧池和推流式好氧池。其中缺氧池增设高速潜水搅拌机，兼氧池及好氧池更换曝气管。增设好氧池末端至缺氧池起端、缺氧池末端至厌氧池进水端的混合液回流管道。可根据实际处理情况，将兼氧池作为缺氧区或好氧区使用。同时，膜池回流污泥回流至此处，可作为好氧区使用。交替式活性污泥反应池改造前后对比如图3所示。

5.4 新建MBR膜池与设备间

在交替式活性污泥反应池的西侧新建MBR膜池及设备间，平面尺寸为70．0 m ×22．0 m，共设计10个膜池，每个膜池的平面尺寸为6．1 m×12．8 m，有效水深为3．5 m。主要设计参数如下:Qave=10×104m3/d，Kz=1．3，净产水通量为23．1 L/(m2·h)，采用PVDF有机膜。膜池至生化池混合液回流比为400%。膜池内活性污泥浓度不得超过12 g/L，膜池曝气强度为 0．25 ～0．5 Nm3/(m2·h)。

图3 改造前后的交替式活性污泥反应池Fig．3 Alternated activated sludge sequencing reactor before and after reconstruction

6 效果分析

该污水厂提标改造工程于2018年3月开工，2018年12月通水运行。改造后，出水水质可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准，如表2所示。

表2 提标改造后的出水水质Tab．2 Water quality of effluent after upgrading and reconstruction mg·L－1

实际运行结果表明，改造工程实施后，采用的UCT－MBR改造工艺可以达到预期目标，对CODCr、NH3－N、SS的处理效果最为稳定。依托于化学加药除磷，也可实现TP的稳定去除。在进水碳源充足的条件下，TN能够被稳定去除;在进水碳源不足时，会出现出水TN升高的现象。但在不人工投加碳源的条件下，也可实现出水达标。