原位提标有“妙招” 污水厂改造如何既节地又高效？
摘要： 广东省某城市污水处理厂于2003年建成并投入运营，该污水处理厂原工艺为“厌氧UASB+高负荷生物滤池+固体接触池+生物絮凝沉淀池”，随着污水排放标准的不断提升，该污水处理厂提标改造工作迫在眉睫。经过对多种工艺综合比选，确定将原工艺提标改造为“纯膜MBBR+磁混凝沉淀”，对提标改造工程开展工程设计，剖析提标改造后污水处理厂的运行效果。结果表明：以“纯膜MBBR+磁混凝沉淀”为主体的提标改造工艺优势显著，可节省面积约为2600m2，提标改造后污水处理厂能够连续稳定运行，出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准和《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）第二时段一级标准的较严值。
关键词城市污水厂 提标改造 纯膜MBBR 磁混凝 工程化应用
引言
近年来，国家、地方对于污水排放标准要求愈发严格，基于此背景，许多污水处理厂严格落实法律法规及新标准的要求，逐步开展提标改造工作。由于部分污水处理厂建设年代久远、城市用地紧张等原因，提标改造工作困难重重。提标改造需综合考虑工艺技术、投资费用、占地面积等多项因素，所以如何在有限用地面积的条件下开展提标改造工作至关重要。
移动床生物膜反应器(moving-bed biofilm reactor，MBBR)是目前广泛应用的原位提标技术，它主要是向生物反应器中投加悬浮状载体填料，为微生物生长及繁殖提供载体，在载体表面附着生长的生物膜，用于去除污水中有机物、TN及TP等，移动床生物膜主要包括泥膜复合工艺形式、纯膜工艺形式。纯膜MBBR无需设置二沉池、具有负荷高、占地省、运行费用低、能够实现深度脱氮等优势，是实现原池利旧改造的有效途径，具有较好的应用前景。随着磁混凝沉淀工艺的广泛应用，为纯膜MBBR的固液分离提供了新的可能。磁混凝沉淀工艺是用于去除TP和SS常用的强化处理技术，即在传统的絮凝沉淀和化学沉淀基础上投加磁性介质，形成磁性絮团，提高整个絮体的比重，增强絮凝以达到高效沉淀和过滤的目的。
本文以广东省某城市污水厂为例，在少量增加占地的基础上，将纯膜MBBR+磁混凝沉淀应用于城市污水厂提标改造中，提出提标改造的方案、工程设计及运行效果，旨在进一步提升出水水质标准，为纯膜MBBR+磁混凝沉淀工程化推广运用提供实例。
工程概况
广东省某城市污水厂水质来源主要为生活污水和少量的工业污水，其中纺织、印染、染整类工业污水居多，项目设计规模为3×104 m3/d。原污水处理厂采用厌氧UASB+高负荷生物滤池+固体接触池+生物絮凝沉淀池+紫外消毒渠工艺，污泥采用带式浓缩脱水一体机，具体工艺流程如图1所示。
图1 原流程工艺
经现场勘察及调研，得出该污水处理厂面临以下问题：
一是实际进水氨氮、TN浓度高于设计进水标准；
二是现状工艺流程脱氮机理不明晰，脱氮及除磷效果达不到预期要求；
三是针对污水排放标准要求的进一步提升，污水处理厂出水指标TP、TN、SS、粪大肠杆菌难以满足要求，仍需进一步去除，尤其是TP及TN；
四是升流式厌氧污泥床（upflow anaerobic sludge bed，UASB）单元、高负荷生物滤池单元对污水中CODCr、氨氮、TP等水质指标的去除效率较差。
基于此，该污水处理厂亟待提标改造。
表1：提标改造设计进出水水质
注：括号内数值指的是水温≤12 ℃时的控制指标，括号外数值水温＞12 ℃时的控制指标，下同。
出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准和《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）第二时段一级标准的较严值。
提标改造方案
基于原污水厂的实际情况（脱氮及除磷效果不佳）及业主提出的改造需求（充分利用原有池体、不新增用地、施工周期短、改造期间不影响正常生产等），因此，本工程改造方案从原位提标的方向综合考量。
在污水提标扩容项目中，提高生化段处理能力的直接方式为增加总生物量，可以通过以下两种途径实现：一是扩大池容，通过新建池体或改造其他构筑物池体实现，根据现场勘查情况，UASB厌氧池、高负荷生物滤池、固体接触池、终沉池均具备池体改造条件；二是提高单位容积的生物量。在生物池内增加生物载体填料（如MBBR），为微生物提供附着生长的载体。纯膜MBBR工艺作为MBBR工艺的一种，具有负荷高、占地省、运行费用低、能够实现深度脱氮等优势。因此，纯膜MBBR工艺可作为本方案比选工艺。
本工程处理的重点主要在于去除TN及氨氮，根据对各污染物指标的分析及各工艺的比较，同时结合原工艺池体的特点，提出两个工艺方案并进行比选：
（1）方案一（改造固体接触池和终沉池）：UASB厌氧池+高负荷生物滤池+两级AO-MBBR（缺氧纯膜MBBR池+好氧纯膜MBBR池）+磁混凝沉淀工艺+接触消毒。
（2）方案二（改造UASB厌氧池和高负荷生物滤池）：AO生化池+固体接触池+终沉池+中间提升泵房+高效沉淀池+滤布滤池+接触消毒。
表2：两种工艺方案综合特性对比
综上比较，方案一无论从改造难度、占地、运行成本、投资均优于方案二，因此，采用方案一作为本工程提标改造工艺，即：UASB厌氧池+高负荷生物滤池+两级AO-纯膜MBBR+磁混凝沉淀+接触消毒。
注：提标改造设施用实线框表示。
图2：提标改造后工艺流程
技术经济指标
该项目工程总投资为2 339.60万元，其中工程费为1 854.81万元（其中纯膜MBBR池改造部分约为1 069.81万元，新增磁混凝沉淀池部分约为400万元，其他辅助设施改造部分约为385万元）。对2022年全厂运行数据进行统计，本工程年电耗约为276万kW·h，PAC（质量分数为6%）年投加量约为1 544 t，PAM年投加量约为10.9 t，乙酸钠年投加量约为975.8 t，次氯酸钠（质量分数为10%）年投加量约为147.3 t，脱水污泥（含水率为80%）年产生量约为3 418 t。经核算，该工程单位处理水经营成本约为0.57元/m3。
结论
（1）广东某污水处理厂提标改造采用“纯膜MBBR+磁混凝沉淀”为核心的工艺路线，节省面积约为2 600 m2，与活性污泥法相比，可节约30%~50%的用地，解决了原厂区可用土地少及出水排放标准高的问题，实现了污水厂原位提标的目的，适用于占地受限型污水处理厂的改扩建或新建。
（2）广东某污水处理厂经提标改造后，出水水质稳定，且达到国家及广东省地方现行标准要求。
（3）该项目工程总投资为2 339.60万元，其中工程费为1 854.81万元。经核算，本工程单位处理水经营成本约为0.57元/m3。
