隨著(zhù)城區經(jīng)濟和城市建設的發(fā)展，對污水廠(chǎng)排放區域水質(zhì)及其周邊環(huán)境的影響越來(lái)越重視，對污水廠(chǎng)尾水排放標準也提出了更高的要求。與排放標準越來(lái)越嚴格相對應的則是處理水量不斷增加，水質(zhì)也越來(lái)越復雜。工業(yè)廢水中一般存在一些抑制硝化菌生長(cháng)的物質(zhì)如游離氨(freeammonia，FA)、鋅、銅、鉛等重金屬及氰化物等，這些抑制性物質(zhì)嚴重影響廢水中氨氮的去除。同時(shí)，由于其成分復雜、水質(zhì)水量波動(dòng)性較大等特點(diǎn)，使用傳統的活性污泥工藝很難達到理想的去除效果。對于排放標準越來(lái)越嚴格的污水廠(chǎng)，需要選擇合適的工藝進(jìn)行升級改造。

　　移動(dòng)床生物膜反應器(movingbedbioflimreactor，MBBR)是一種將生物膜法與活性污泥相結合的高效污水處理工藝，具有占地省、生物膜耐受力強、運行效果穩定、抗沖擊能力強等特點(diǎn)。目前，國內已對MBBR工藝進(jìn)行了多項試驗性研究，已成功應用于生活污水和工業(yè)廢水的處理，并取得了較好的效果，對于印染廢水、含油廢水、石化廢水等工業(yè)廢水也有成功改造的案例。本文以浙江某工業(yè)廢水污水廠(chǎng)升級改造為例，分析了“MBBR+磁混凝”組合工藝用于工業(yè)廢水的提標改造過(guò)程，為工業(yè)廢水的提標提量提供了設計和改造思路。

　　一、項目概況

　　浙江省某污水處理廠(chǎng)，原處理水量為3萬(wàn)m3/d，生化段采用分點(diǎn)進(jìn)水AAO工藝，具備脫氮除磷能力，尾水通過(guò)加氯消毒后排放，剩余污泥經(jīng)脫水后統一運送至電廠(chǎng)干化焚燒。原出水COD、SS執行《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB18918—2002)二級標準，NH3-N、TN和TP執行一級B標準。近年來(lái)，隨著(zhù)城區經(jīng)濟和城市建設發(fā)展的加快，對于水質(zhì)水量都有了更高的要求，故亟需在原污水廠(chǎng)基礎上進(jìn)行提標提量升級改造，改造后污水廠(chǎng)處理量由3萬(wàn)m3/d提升至4萬(wàn)m3/d，出水水質(zhì)全部達到一級A標準。

　　該污水廠(chǎng)服務(wù)范圍內有大量工業(yè)企業(yè)，企業(yè)采用“企業(yè)預處理+納管集中處理排放”為主的工業(yè)廢水治理模式，其生產(chǎn)廢水經(jīng)過(guò)各自預處理后排入污水處理廠(chǎng)進(jìn)行終端處理。升級改造前實(shí)際處理量約為2.8萬(wàn)m3/d，其中70%為工業(yè)廢水。工業(yè)廢水的種類(lèi)主要有印染廢水、紡織廢水、化工廢水等，印染紡織廢水水量約為1.2萬(wàn)m3/d，CODCr濃度為600~1200mg/L，SS濃度約為600mg/L，色度為400倍，化工廢水水量約為0.8萬(wàn)m3/d，CODCr濃度約為15000mg/L，經(jīng)預處理后達到150mg/L，生活污水水量約為0.5~0.8萬(wàn)m3/d。污水中COD、SS含量較高，NH3-N、TN和TP含量較低。

　　改造后新增部分工業(yè)預處理廢水，廢水來(lái)源為污水廠(chǎng)服務(wù)范圍內的兩家紡織廠(chǎng)和兩家印染廠(chǎng)，紡織廢水水量約為5700m3/d，印染廢水水量約為2700m3/d，新增工業(yè)廢水經(jīng)集中預處理后排入污水廠(chǎng)，預處理后出水水質(zhì)和污水廠(chǎng)原進(jìn)水水質(zhì)相當。

　　升級改造設計進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

　　二、技術(shù)路線(xiàn)與設計方案

　　2.1 改造難點(diǎn)

　　升級改造面臨的主要問(wèn)題有以下兩點(diǎn)。

　　(1)提標+提量。

　　增加1萬(wàn)m3/d工業(yè)污水，部分指標從二級直接提升至一級A，升級改造難度大。

　　(2)原工藝抗沖擊能力弱。

　　進(jìn)水以工業(yè)廢水為主，水質(zhì)波動(dòng)較大，進(jìn)水CODCr濃度最高為550mg/L，TN濃度為53.7mg/L，進(jìn)水水質(zhì)沖擊負荷增大時(shí)，出水COD、TN濃度迅速升高，不能穩定達標，抗沖擊性能較差。

　　(3)無(wú)擴建用地。

　　廠(chǎng)內用地已飽和，無(wú)生化池擴建用地，需充分挖掘現有生化池處理能力。

　　2.2 工藝方案確定原則

　　針對現狀工藝處理效果，工藝方案確定時(shí)遵循以下原則。

　　(1)根據進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)，針對現狀工程處理能力的不足，以及出水水質(zhì)要求的提高，結合工程的實(shí)際需要，采用抗沖擊負荷能力強，且具有強化脫氮除磷效果的生化處理工藝，提高水質(zhì)達標的穩定性和可靠性。

　　(2)結合廠(chǎng)區用地特點(diǎn)，深度處理采用技術(shù)先進(jìn)、效果可靠、占地較省的處理工藝，保證出水經(jīng)深度處理后達標排放。

　　(3)全廠(chǎng)污水、污泥處理工藝力求技術(shù)成熟先進(jìn)、穩定可靠、操作、管理方便、節省投資、運營(yíng)成本低。

　　2.3 工藝方案確認

　　本次污水廠(chǎng)升級改造工程分析設計進(jìn)、出水水質(zhì)指標以及現狀污水廠(chǎng)進(jìn)、出水水質(zhì)指標，污水廠(chǎng)實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)濃度偏低，但是水質(zhì)波動(dòng)較大，活性污泥處理工藝抗沖擊性能弱。由于排放標準的提高，現狀處理工藝已不能穩定達標，而單純依靠增加深度處理工藝去除現狀二級出水污染物的成本較高。因此，將現狀二級處理中AAO工藝嵌入MBBR調整為AAO-MBBR工藝。向生化池投加懸浮載體，載體上豐富的生物菌群類(lèi)型增加了對難降解有機物的處理性能，生物膜的污泥齡長(cháng)，適宜硝化菌的生長(cháng)，硝化菌含量高，NH3-N去除效果顯著(zhù)。污水廠(chǎng)工業(yè)廢水占比高，且以紡織印染廢水為主，處理難度大，二級處理出水除NH3-N和TN外，仍難穩定達到一級A標準，出水中的COD、TP需進(jìn)一步進(jìn)行深度處理?？紤]到廠(chǎng)里用地緊張、水質(zhì)復雜，以及脫氮除磷方面的綜合考慮，選擇磁混凝作為深度處理工藝。磁混凝適用于進(jìn)水水質(zhì)復雜、脫氮除磷要求高、用地緊張的污水廠(chǎng)項目，通過(guò)向反應器內投加磁粉強化混凝及絮凝效果，可以進(jìn)一步降低出水不溶性COD及TP水平。經(jīng)過(guò)論證后，確定本次提標工程的技術(shù)路線(xiàn)為“AAO-MBBR+磁混凝+紫外線(xiàn)/次氯酸鈉消毒”。

　　(1)生化池改造方案

　　生化段原有厭氧區和缺氧區保持不變，好氧區呈S型分布的3個(gè)廊道中，在前兩個(gè)廊道投加懸浮載體，填充率為11%，為防止懸浮載體在好氧池末端堆積，在每個(gè)廊道末尾設置攔截篩網(wǎng)，對懸浮載體進(jìn)行持留，懸浮載體型號為SPR-Ⅱ型，直徑為(25±0.5)mm，高為(10±1)mm，掛膜后比重與水接近，有效比表面積大于620m2/m3，符合《水處理用高密度聚乙烯懸浮載體》(CJ/T461—2014)行業(yè)標準，好氧MBBR區域采用微動(dòng)力混合池型，通過(guò)在生化池底部合理布置曝氣管、設置進(jìn)水渠降低斷面流速的手段，在無(wú)需推流器的情況下，實(shí)現懸浮載體在好氧區內的均勻流化。該池型具有水力條件好、無(wú)水力死角等優(yōu)勢。采用微動(dòng)力混合池型可節省6臺專(zhuān)用推流器，以及每年30萬(wàn)元的電費，大大降低了投資和運行費用。采取逐池改造的方式，不影響污水廠(chǎng)的正常運行，實(shí)現了原池改造。

　　(2)增設磁混凝澄清池，進(jìn)一步去除污水中的不溶性COD、TP

　　磁混凝澄清池尺寸為32.9m×12.3m，占地約為400m2，共分為2座，總停留時(shí)間約40min。二沉池出水經(jīng)提升后進(jìn)入磁混凝澄清池，依次投加混凝劑PAC、磁粉和助凝劑PAM，PAC投加量為55mg/L，PAM投加量為1.33mg/L，磁粉投加量為2.5mg/L。反應生成比重較大的含磁粉絮體顆粒，然后進(jìn)入磁分離池，通過(guò)磁輥進(jìn)行泥水分離，經(jīng)磁輥吸附的含磁污泥經(jīng)高剪切機，實(shí)現磁粉和污泥的分離，并進(jìn)入磁鼓進(jìn)行磁粉回收，回收的磁粉再回流至絮凝池前繼續參與反應，剩余污泥則進(jìn)入后續污泥處理系統。

　　(3)現狀二氧化氯消毒更改為“紫外線(xiàn)消毒+次氯酸鈉消毒”

　　由于現狀廠(chǎng)區構筑物布置緊湊，增設深度處理工藝后需增加深度處理構筑物。為保證工藝流程的順暢，本次設計將二氧化氯消毒池拆除調整為次氯酸鈉加藥間，在消毒池位置設置紫外線(xiàn)消毒渠，同時(shí)根據實(shí)際出水狀況補加次氯酸鈉消毒，次氯酸鈉投加量為25mg/L。

　　改造后工藝流程如圖1所示。

　　三、改造后運行效果分析

　　本次升級改造工程于2018年8月中旬完成，水量達到設計值4萬(wàn)m3/d條件下，所投加的懸浮載體完成掛膜。分析2019年1月1日—2019年6月25日共計176d的進(jìn)出水水質(zhì)數據(包含整個(gè)冬季運行階段)，結果如表2所示。

　　使用MBBR工藝改造后，強化了原池處理能力。NH3-N處理負荷力從0.029kgNH3/(m3•d)增加至0.036kgNH3/(m3•d)，增大了24%。MBBR工藝屬長(cháng)泥齡，有利于硝化菌群富集，且通過(guò)水力剪切的作用，保障懸浮載體上的硝化菌一直處于較高的活性。生化池出水TP濃度為(0.35±0.083)mg/L，已經(jīng)達到一級A標準，通過(guò)磁混凝工藝進(jìn)一步保障了TP的達標。

　　沿程分析發(fā)現，好氧MBBR區發(fā)生了明顯的同步硝化反硝化(simultaneousnitrificationanddenitrification，SND)現象，TN去除率為22.44%，TN去除貢獻率達到35.01%。生物膜上典型的缺/好氧微環(huán)境，以及對功能微生物的富集作用，促進(jìn)了同步硝化反硝化作用的進(jìn)行，使得在好氧區仍有TN的進(jìn)一步去除，也大大降低了碳源的投加費用，故對于進(jìn)水基質(zhì)濃度不高的污水廠(chǎng)，甚至可完全節約外投碳源，使得MBBR除了在池容做到深度挖潛外，真正實(shí)現了基質(zhì)利用上的深度挖潛，應用前景廣闊。對眾多使用MBBR的污水廠(chǎng)進(jìn)行調研，發(fā)現在好氧填料區均存在顯著(zhù)的SND現象，TN去除量在3~8mg/L，且基質(zhì)濃度較高的污水廠(chǎng)，SND效果更佳顯著(zhù)。

　　四、改造前后經(jīng)濟指標分析

　　該工程總投資為9747萬(wàn)元，其中工程費用為7659萬(wàn)元。如表3所示，改造前噸水處理費用為0.491元/m3，改造后噸水處理費用為0.584元/m3，與改造前相比，增加了0.093元/m3。改造后混凝劑投加量減少，但是增加了磁粉的消耗，故總的噸水藥劑投加費用基本不變，均為0.10~0.11元/m3，改造前污泥處理量均值為20t/d，污泥處理成本為272元/t，改造后污泥處理量為25t/d，處理成本為303元/t，噸水污泥處理費用由0.173元/m3增加至0.202元/m3，改造前噸水電費為0.214元/m3，改造后增加至0.282元/m3，其原因為磁混凝工藝的增加使得噸水電耗有所提高。

　　改造前出水水質(zhì)執行二級標準，運行平均能耗為0.279kW•h/m3，改造后出水水質(zhì)執行一級A標準，運行平均能耗為0.322kW•h/m3，與改造前相比，增加了0.043kW•h/m3。由于改造后新增4臺二次提升泵且磁混凝池也需攪拌，該部分增加電耗為0.053kW•h/m3，生化池能耗變化不大且出水水質(zhì)得到了提高。

　　五、MBBR微生物分析

　　為進(jìn)一步探究懸浮載體的作用，對該污水廠(chǎng)投加的懸浮載體和活性污泥進(jìn)行了高通量測序分析，結果如圖2所示。

　　圖2中MBBR-1和MBBR-2為生化池不同區域的懸浮載體，污泥為生化池活性污泥。各部分的主要菌種及相對豐度如表4所示。

　　系統中的優(yōu)勢硝化菌群為Nitrospira(Comammox)，其在懸浮載體中的相對豐度分別為3.90%、7.33%，在污泥中相對豐度為0.75%。對懸浮載體生物膜和好氧污泥進(jìn)行MLVSS測定，由表5核算得出，系統中69.8%的硝化菌來(lái)自懸浮載體，30.2%來(lái)源于污泥，表明在硝化過(guò)程中，懸浮載體起到了重要的作用。

　　此外，在懸浮載體中也檢測出反硝化菌，如Ferruginibacter、Hyphomicrobium等，反硝化菌在懸浮載體和污泥中的相對豐度分別為4.05%、2.31%和3.65%。在MBBR-2區的懸浮載體上發(fā)現了大量Acinetobacter，相對豐度為27.18%，該菌種屬于不動(dòng)桿菌，也具有反硝化作用。反硝化菌群在填料上存在，從微觀(guān)上提供了好氧區填料上發(fā)生SND的證據。

　　六、結論

　　使用“MBBR+磁混凝”工藝對工業(yè)廢水進(jìn)行原池提標提量升級改造，充分利用了現有空地，投資運行成本低，改造周期短，運行高效穩定。改造后水量增加至4萬(wàn)m3/d，出水COD、NH3-N、TP、TN均值分別為(30.52±5.73)、(0.90±0.92)、(0.09±0.075)、(8.26±2.55)mg/L，穩定達到一級A標準。改造前后生化池能耗不變，處理負荷提升，且抗沖擊性能更好，噸水處理費用由0.491元/m3增加至0.584元/m3，適用于工業(yè)廢水提標提量升級改造。