MBBR+磁混凝工艺在CASS工艺污水处理厂提质扩容中的应用——以郴州某县城污水厂为例

曾明正，周长胜

（1.湖南隆曐建设有限公司，湖南 长沙 410000；2.泛华建设集团有限公司，湖南 长沙 410000）

近年来，随着国家《水污染防治行动计划》的出台，我国大部分县城的污水厂迎来了一波扩建和升级改造的热潮。然而，相比于新建工程，扩建和升级改造往往容易受到用地紧张、不停产施工等实际情况的限制，因此，如何实现生化系统的原位升级是污水厂提标改造的关键。移动床生物膜反应器（MBBR）通过投加悬浮载体，提高反应器生物量、增加运行负荷、强化脱氮除磷效果，自2008年在国内首次运用于无锡芦村污水厂提标改造工程后[1]，现已广泛应用于AAO[2]、氧化沟[3]、CAST[4]等工艺的提标改造，并取得了良好的效果，但MBBR工艺在CASS工艺提标改造中应用的案例鲜有报道。本文以郴州市某县城污水厂为例，分析了MBBR+磁混凝工艺在CASS工艺提标改造中的应用效果，期望能为类似污水厂的提标改造提供参考。

1 项目背景

1.1 项目概况

郴州市某县城污水处理厂于2009年12月正式投产运行，一期工程设计规模为1万m3/d，厂区占地面积约为9000 m2（合计13.50亩），设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）中的一级B标准，工艺流程如下：进水→粗格栅及提升泵站→细格栅及旋流沉砂池→CASS生化池（一座两组）→接触消毒池→达标排放。

近年来，随着县城居民、企业数量的增加，排污管网逐渐完善，污水量逐年递增，而污水厂现有的处理能力已不能满足污水量日益增长的要求，因此，考虑在一期建设的基础上再扩建1.0万m3/d，同时出水水质标准提高至一级A标。

1.2 工程设计难点

（1）生化池脱氮能力有限。基于对现有的CASS池脱氮能力进行核算，生物脱氮能力无法满足扩容提标后的要求。

（2）厂内形状不规则，且无扩建用地。污水厂一期设计时未预留远期用地，现状厂区北侧、西侧背靠陡峻山体、南侧紧邻城市道路、东侧毗邻居民区，本次扩容提标只能在现有厂区红线面积内实现。

（3）工期紧、且需不停产施工。县城仅一座污水厂，且污水量已超过原设计规模，工期要求紧、施工期间不能停产。

2 设计思路与方案

根据项目的实际要求，以及针对设计的难点问题，提出以下几条具体改造措施。

（1）将原CASS池前段改造为单独的缺氧区和好氧区；为充分发挥生物除磷作用，同时考虑原CASS池容积有限，于厂区东侧新建一座厌氧池；为弥补好氧区容积的不足，在该区投加填料，将其升级改造为MBBR，保证其硝化能力；辅助配套拦截筛网、内回流泵，改造原有曝气系统。通过重构生化池功能分区，提高系统的整体生物浓度，在强化脱氮除磷效果的同时，最大限度利用和节省池容。

（2）由于改变了生化系统的构造和流态，所以将原CASS池后端改造为二沉池，考虑池形限制，二沉池采用矩形周进周出式，并配套新建进出水渠道、排泥管和刮泥机等。

（3）深度处理工艺主要是用于强化对TP和SS的去除，目前污水厂采用的絮凝沉淀和过滤工艺以提标至一级A标。相比于高效沉淀池，磁混凝沉淀池负荷更高、占地面积更少、抗冲击负荷能力强、运行费用省且能与MBBR工艺良好契合，考虑本工程用地紧张，不具备建设滤池的条件，因此，深度处理采用磁混凝沉淀池。鉴于厂区现状已无扩建用地，将原接触消毒池拆除并在此新建磁混凝池，且于厂区西侧新建紫外消毒渠。

（4）设计新建污泥泵站一座、贮泥池一座、在线监测间一座，同时改造原有预处理设施、鼓风机房、加药间等。

（5）不停水施工方案：优先建设紫外消毒渠、厌氧池→拆除接触消毒池、新建磁混凝沉淀池和污泥泵站→将CASS池单格逐一改造为MBBR生化池（缺氧区+好氧区）+矩形二沉池→配套鼓风机房、预处理等，并配套新建各构筑物连接管。

3 改造方案设计

3.1 改造后的工艺流程

结合现场条件，并综合考虑处理效果、运行效果等因素，将原CASS池改造为MBBR+二沉池，提高了生物脱氮除磷能力；考虑用地紧张，深度处理则采用沉淀负荷高、运行成本低的磁混凝沉淀池；消毒工艺采用紫外消毒，并在加药间新增一套次氯酸钠投加系统、应急消毒系统；污泥处理沿用原低温脱水除湿干化工艺，污泥脱水后含水率为60%。其具体工艺流程如图1所示。

图1 提标改造后工艺流程图

3.2 主要构筑物设计

3.2.1 生化池改造（MBBR池）

原CASS池体总尺寸为89.4 m×20.4 m×5.5 m，有效水深为5.0 m，分为独立的两格，设有生物选择区、缺氧区和主反应区；由于池容限制，在厂区东南侧新建MBBR生化池的厌氧区，总体尺寸为7.0 m×20.5 m×6.5 m，有效水深为6.0 m，有效容积为792 m3，停留时间0.95 h；将原CASS池改造为缺氧区、好氧区及周进周出式矩形二沉池，MBBR缺氧区由原CASS池的生物选择区、缺氧区以及部分好氧区组成，单格尺寸为22.8 m×10.0 m×5.5 m，有效水深5.2 m，有效容积为1144 m3，停留时间2.74 h；好氧池由原CASS池部分池体组成，单格尺寸为24.1m×10.0m×5.5 m，有效水深5.2 m，有效容积为1222.0 m3，停留时间2.93 h，因好氧区需投加悬浮填料，所以设置进出水拦截系统及辅助穿孔曝气系统；

去年，威宁草海机场已获批建设。今年，飞雄机场将新增4个C类机位，延长跑道至3000米，建成双向盲降改造工程。同时，全面启动低空领域工程建设，力争到“十三五”末实现县县通通用机场目标。

生化池总设计停留时间6.62 h，设计混合液悬浮物固体浓度（MLSS）4 g/L，污泥回流比R=50%～100%，混合液回流比为200%，膜面负荷：0.52 g NH4-N/m2.d，污泥负荷:Fw=0.1194 kg BOD5/kgMLSS.d，容积负荷Fr=0.4779 kg BOD5/m3.d，好氧区有效生物膜面积：8.5137×105m2，填料比表面积：800 m2/ m3。

3.2.2 生化池后段改造（矩形二沉池）

将原C A S S 池后段改造为矩形周进周出式二沉池，工程设计规模为2万m3/d，设置两组二沉池，单组有效池容41.8×10×5.5 m（有效水深4.8 m），平均流量表面负荷0.99 m3/m2·h，峰值流量表面负荷1.51 m3/m2·h。

3.2.3 磁混凝沉淀池

共设置2组磁混凝沉淀池，单组设计水量为1万m3/d，变化系数为1.49，土建尺寸为：23.15×7.0 m。整个系统主要包括混合池、磁种加载池、絮凝反应池、沉淀池、磁种回收及污泥排放等。混凝反应区停留时间1 min，磁粉反应时间1.36 min，絮凝反应时间1.37 min，沉淀池液面负荷13.55 m3/（m2.h）。

除以上构筑物外，本次提质扩容工程还新建污泥泵站、水质在线监测间、贮泥池、紫外消毒池各一座，并对原有鼓风机房、加药间等进行改造。

4 改造后的运行效果

污水厂从2019年9月开始提质扩容建设，于2020年8月完工。调试后进出水水质情况如图2～图4所示。

图2 改造后COD、BOD5的去除效果

（2）改造后TN、氨氮的去除效果分析。从图3可以看出，TN和氨氮的出水均值分别为4.7 mg/L、2.2 mg/L，去除率平均为81.7%、75.2%，均能稳定达标；由于冬季低温对TN、氨氮的去除影响较大，当冬季生化池水温为10～12℃时，出水TN、氨氮浓度有所上升，但仍能稳定达到一级A标准，而改造后的生化系统表现出对低温的良好适应性。分析原因可能是MBBR生物膜泥龄长，有利于硝化菌群的富集，加之MBBR中微生物多以附着态形式存在，使其能够抵抗外界不利环境的冲击。

图3 改造后TN、氨氮的去除效果

（3）改造后TP、SS去除效果分析。从图4可以看出，改造后TP和SS的出水均值分别为0.26 mg/L、6.25 mg/L，系统进水TP、SS波动较大，但出水均能稳定达标。分析其原因，一方面可能是MBBR通过投加悬浮载体，使生化池形成双泥龄系统，悬浮载体上的生物膜为泥龄长，可强化脱氮，而活性污泥为短泥龄，可强化除磷[5]，另一方面可能是磁混凝池通过投加PAC、PAM和磁粉，进一步深度去除了TP、SS，保证其出水稳定达标。

图4 改造后TP、SS的去除效果

5 经济技术分析

该项目投资估算总值约为3079万元（其中工程费用2562万元、工程其他费用304万元、预备费143万元、建设期贷款利息54万元、铺底流动资金16万元），且单位生产成本为0.69 元/ m3，单位经营成本为0.36元/m3。

6 结论

（1）采用以MBBR+磁混凝为核心的处理工艺实现了对郴州某县级污水厂的提质扩容，其改造后的处理水量从1万m3/d提高至2万m3/d，平均出水浓度COD、BOD5、TN、氨氮、TP、SS分别为18.7 mg/L、3.4 mg/L、4.7 mg/L、2.2 mg/L、0.26 mg/L、6.25 mg/L，出水水质稳定达到一级A标准。

（2）MBBR工艺应用CASS工艺的提标改造，是通过添加隔墙、拦截筛网等重构生化池分区，在保障缺氧池容积的基础上，再通过投加悬浮填料提高好氧区生物量，强化了系统对COD、BOD5、氨氮等的去除。

（3）磁混凝工艺以磁粉作为载体，可强化混凝和絮凝效果，相比于传统的高效沉淀池，该工艺具有表面水力负荷高、除磷效果好、占地面积小、运行成本低等优势，可广泛应用于进水水质浓度普遍偏低的南方县城污水厂的深度处理中，且在不设置过滤设施的情况下依然能保证出水TP和SS稳定达到一级A标准。