国内首例厌氧、缺氧MBBR用于大规模城镇污水厂改造

　　陕西西安市第四污水处理厂工程于2013年完成升级改造，出水水质标准由一级B提升为一级A。本次改造最大限度地发挥现有构筑物的处理能力，尽可能降低对污水厂正常生产运行的影响;最大亮点是成功应用厌氧、缺氧MBBR技术，无需增加占地;最大限度利用生物除磷，减少化学除磷;最终达到降低工程投资、节约运行成本的目的。

　　1、项目概况

　　西安市第四污水处理厂总占地面积为37.44hm2，服务面积约89km2。一期工程建设规模为25×104m3/d，二期工程建设规模为12.5×104m3/d，现有总处理规模37.5×104m3/d。原出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级B标准，其中一期工程2008年10月建成投入运行，2012年11月开始升级改造，2013年8月出水水质稳定达到一级A标准。

　　2、工程概况及改造路线

　　改造前一期工程工艺流程见图1。

　　图1升级改造工程工艺流程

　　原工程存在的问题：(1)原细格栅间隙较大，生化池浮渣较多;(2)水厂出水SS较高;(3)厌氧、缺氧段HRT严重不足;(4)一期工程接受一期和二期工程全部的生产废水，因此出水TP和NO3-N较高。在确保出水总氮达到一级B标准的前提下，生物除磷出水TP在2mg/L以上，只能靠化学除磷来弥补。

　　本次升级改造的技术路线：

　　(1)升级改造工程尽可能发挥现有构筑物的处理能力，减少土建施工工程量，缩短工期，降低对水厂正常生产运行的影响。

　　(2)脱氮：a.缺氧段引进MBBR技术;b.通过延长缺氧HRT，进一步强化反硝化;c.强化二沉池反硝化作用。

　　(3)除磷：a.厌氧段引入MBBR技术;b.减少系统碳源流失;c.合理分配和深度挖掘可利用碳源;d.创造PAOs(聚磷菌)厌氧释磷环境。

　　3、工程改造内容

　　3.1、新增预处理和深度处理措施

　　(1)在初沉池后增加4台3.5mm孔径的回转式网板超细格栅;

　　(2)深度处理增加5组滤布滤池，单个设备日处理量50000m3。

　　3.2、初沉池改造挖掘利用碳源

　　对初沉池排泥系统进行改造，使初沉池运行个数从设计的每组6个减少为每组3个，定期分时排泥，在保证泥砂等大颗粒沉淀的前提下尽可能减少碳源在初沉池的流失。同时建造初沉池底泥利用设施，为厌氧段释磷提供了更多的碳源。

　　3.3、厌氧、缺氧区改造及引入MBBR技术

　　图2一期生化池改造

　　(1)对来水的碳源进行合理的分配利用

　　在厌氧环境中，PAOs只能利用污水中易降解物质，或经过水解发酵后产生的VFA。释磷速率与进水中易降解碳源，尤其是VFA的数量密切相关。反硝化菌对碳源的摄取种类比较广谱，对VFA的争夺能力大大强于PAOs。倒置A2/O工艺造成来水中VFA在缺氧段被反硝化菌大量消耗。将污水厂运行模式从倒置A2/O改为正置A2/O，来水全部进入厌氧段，使水中的碳源优先用于厌氧段PAOs释磷反应。

　　从好氧段划分出1.6hHRT的区域将缺氧段HRT从原来的2h延长为3.6h;好氧HRT从8h减少为6.4h。延长了缺氧HRT，充分利用系统内碳源强化反硝化效果。系统新增缺氧双曲搅拌器20台，φ2500，N=5.5kW。

　　(2)投加填料强化脱氮除磷

　　本工程为国内首例MBBR(MovingBedBio-filmReactor)工艺在城镇污水处理厂生物池厌氧、缺氧段大规模应用的工程实例。在国外的污水处理行业虽有多年的应用经验，但国外普遍规模较小，无同等规模和池型的污水处理案例可供参考。厌氧、缺氧MBBR技术未大规模推广的主要难点是实现填料的流化状态困难，通过水力模型模拟计算，不同密度填料的组合、搅拌机功率位置的选择、分层能量流场控制等措施解决了多项难题，实现了池内良好的流化状态。在厌氧、缺氧段都利用现有池型，采用无终点循环模式，无需复杂的填料回流设施。

　　3.4、强化二沉池反硝化作用

　　通过实际运行数据比较表明，终沉池泥位较高的情况下，底部泥层反硝化反应明显。本工程生化池出水NO3-N浓度基本在13mg/L以下，此时利用二沉池仅仅底部泥层产生的反硝化气量较少，只会有零星气泡产生，污泥上浮量也在可接受范围之内，且后续有滤布滤池单元进行深度处理，因此无总出水SS超标的风险。一期二沉池深4.5m，当泥位接近1.5m的情况下外回流中的NO3-N浓度可比出水降低了5~10mg/L。这大大降低了外回流污泥中硝酸盐对厌氧段释磷的影响，因此维持二沉池泥位在1.5m左右有利于系统生物除磷(终沉池泥位不宜太高，容易发生跑泥现象)。此外好氧池末端DO需控制在1.5mg/L左右(改造前控制在2~4mg/L)，DO太低会导致出水NH3-N超标，DO浓度太高影响终沉池反硝化效果，导致外回流NO3-N浓度升高。同时出水DO的控制大大降低了系统的曝气量，起到了节能降耗的作用。

　　4、改造效果

　　图3一期主要污染物沿程浓度变化

　　表2一期工程改造前后进出水水质对比

　　5、工程总结

　　(1)本次升级改造工程通过工艺调整和工程措施对原水中的碳源进行充分的保护和利用，避免NO3-N对厌氧释磷环境的破坏，最大限度地利用生物除磷，同时兼顾节能降耗，现出水稳定达到一级A标准。较改造前每年节省化学除磷药剂费900万元，污泥处置费150万元，吨水电费仅增加0.011元。

　　(2)通过增加超细格栅降低生物池浮渣量，出水SS经过滤布滤池处理得到大大降低，出水可稳定在7mg/L以下,低浓度SS也保证了出水TP维持在较低水平。

　　(3)该工程系厌氧、缺氧段MBBR技术在国内城镇污水处理厂的首次大规模应用。该技术无需增加占地，为污水厂提标改造提供了全新的思路。