MBBR工艺用于城市污水厂一级A标准提标改造中试研究苏高强

苏高强，等：ＭＢＢＲ工艺用于城市污水厂一级Ａ标准提标改造中试研究ＭＢＢＲ工艺用于城市污水厂一级Ａ标准提标改造中试研究苏高强，蒋永丰，黄东辉（江苏裕隆环保有限公司，江苏宜兴214214）摘要：针对某污水厂氨氮和总氮不能稳定达标的问题，采用规模为1ｍ3／ｈ的Ａ2〇耦合ＭＢＢＲ工艺中试装置进行了模拟试验研究。中试出水平均ＣＯＤ，ＮＨ4＋－Ｎ，ＴＮ和ＴＰ浓度可分别达到37，0．61，10，0．55ｍｇ／Ｌ，基本能达到一级Ａ排放标准，且采用本中试工艺改造污水厂剩余污泥排放量理论上能减少36％，本中试研究验证了改造方案的可行性。关键词：ＭＢＢＲＡ20工艺升级改造一级Ａ标准Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｅｆｆｌｕｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆＮＨ4＋—Ｎａｎｄｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎ（ＴＮ）ｃｏｕｌｄｎ＇ｔｓｔｅａｄｉｌｙｒｅａｃｈｓｔａｎｄａｒｄＡｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｃｌａｓｓｉｎａｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔ，ａｎＡ20ｃｏｕｐｌｉｎｇｗｉｔｈＭＢＢＲ（ＭｏｖｉｎｇＢｅｄＢｉｏｆｉｌｍＲｅａｃｔｏｒ）ｐｉｌｏｔ－ｓｃａｌｅｓｔｕｄｙｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆＷＷＴＰ，ａｎｄｔｈｅｆｌｏｗｒａｔｅｏｆｔｈｅｐｉｌｏｔ—ｓｃａｌｅｓｔｕｄｙｗａｓ1ｍ／ｈ．Ｉｎｔｈｅｐｉｌｏｔ－ｓｃａｌｅｓｔｕｄｙ，ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｅｆｆｌｕｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆＣＯＤ，ＮＨ4＋－Ｎ，ＴＮａｎｄＴＰｃｏｕｌｄｍｅｅｔｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄＡｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｃｌａｓｓｂａｓｉｃａｌｌｙ，ａｎｄｗｅｒｅ37，0．61，10，0．55ｍｇ／Ｌ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｄｄｉｔｉｎａｌｌｙ，ｉｆｔｈｅＷＷＴＰａｐｐｌｉｅｄｔｈｅＭＢＢＲｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｅｘｃｅｓｓｓｌｕｄｇｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗｏｕｌｄｂｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙｒｅｄｕｃｅｄｂｙ36％．Ｔｈｅｐｉｌｏｔ－ｓｃａｌｅｓｔｕｄｙｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｕｐｇｒａｄｉｎｇａｎｄｒｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇｓｃｈｅｍｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＢＢＲ；Ａ20ｐｒｏｃｅｓｓ；ｕｐｇｒａｄｉｎｇａｎｄｒｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇ；ｓｔａｎｄａｒｄＡｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｃｌａｓｓ某城市污水处理厂设计规模为50000ｍ3／ｄ，进水以生活污水为主（比例在90％以上），夹杂小部分皮革和印染废水。原污水处理工艺为Ａ2／0活性污泥法，工艺流程见图1。各工艺段水力停留时间为初沉池2．48ｈ，生化池9ｈ（其中容积比厌氧：缺氧：好氧＝1：2．25：5．57），二沉池4．5ｈ，污水厂目前出水执行ＧＢ18918－2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级Ｂ排放标准。根据需要污水厂出水需提升至一级Ａ排放标准。但是由于好氧区停留时间较短，且缺氧区反硝化时间不足致使水厂出水氨氮、总氮偏高，很难确保污水厂出水全面达到一级Ａ标准。经研究决定将初沉池改造为新的厌氧池，将原厌氧池，原缺氧池以及原好氧池一部分改造后合并成新的缺氧池，将好氧池内投加悬浮填料改造为ＭＢＢＲ（ＭｏｖｉｎｇＢｅｄＢｉｏｆｉｌｍＲｅａｃｔｏｒ）池，改造后厌氧段，缺氧段和好氧段的停留时间分别为2．4，4＿8，4＿4ｈ。ＭＢＢＲ工艺的核心是通过向反应器内投加悬浮填料，附着在填料表面生长的生物膜提高了反应器内微生物的量和种类，从而提升了反应器的处理效果；且填料上的生物膜泥龄一般较长，有利于硝化细菌的生长，能够较好地提升反应器的硝化效果。因此，通过投加悬浮填料将原工艺改造为ＭＢＢＲ工艺可以在不增加反应器体积的情况下，实现污水厂的提标改造。目前国内外已有多家污水厂采用ＭＢＢＲ工艺实现污水厂的提标改造，如美国Ｂｒｏｏｍｆｉｅｌｄ污水厂⑴、天津开发区西区污水厂⑵、兖州市污．169？全国排水委员会2015年年会论文集水处理厂［3］，无锡芦村污水处理厂＾］等。本中试试验通过模拟污水厂Ａ20工艺，并在好氧区和缺氧区投加悬浮填料，检测中试装置进出水情况，为污水厂的升级改造提供技术参考。砂水分离器沉砂外运栅淹栅猹1管ｉ＾ｉ｜Ａ2／ｏＳ｜｜进水｜平流ｋ阳，，％［3＂ｖ－一■■格一一－格一沉沉一－出水7栅泵房栅沉砂池池“泛池水〒ｇ〒初丨池剩Ｉ＠1Ｉｍ，Ｈ｜泥外脱水机房ｈ￣Ｍ回流泵房1＾……运图1工艺流程1试验材料与方法1．1设计进出水水质中试进水为污水厂沉砂池出水，试验期间进水水质为进水ＣＯＤ：117￣227ｍｇ／Ｌ；ＮＨ4＋－Ｎ：13．11－27．72ｍｇ／Ｌ；ＴＮ：17．82－30．2ｍｇ／Ｌ；ＴＰ：1．95－3．73ｒａｇ／Ｌ01．2中试装置中试试验规模为1ｒａＶｈ，工艺流程如图2所示。工艺采用Ａ20泥膜混合生物脱氮除磷工艺，厌氧段，缺氧段和好氧段的停留时间分别为2．4，4．8，4．4ｈ。实验期间反应池内悬浮污泥浓度（ＭＬＳＳ）在2000￣2400ｍｇ／Ｌ，污泥回流比为50￣60％，硝化液回流比为100￣150％，污泥泥龄控制在15（Ｉ左右Ｄ好氧池1的溶解氧（ＤＯ）浓度为1￣2ｍｇ／Ｌ，好氧池2溶解氧浓度控制为2￣3ｍｇ／Ｌ。好氧段和缺氧段投加ＹＬ－ＩＩ悬浮活性生物填料，好氧段填料的填充比为20％，缺氧段填料的填充比为10％，试验期间水温在22￣27丈。厌氧池缺氧池甲，，籠池1好氧池2＾——＃—？兮？＾ｒＳ保水进水丄丄？丄需Ｉ8’Ｉｒ：？十ｐ□Ｉ〇。Ｉｙ进水爱ｔｆ■余ＳｉＣ￣Ｊ0？栗图2中试系统工艺流程？170？苏高强，等：ＭＢＢＲ工艺用于城市污水厂一级Ａ标准提标改造中试研究1．3悬浮填料试验采用的填料为江苏裕隆环保有限公司生产的ＹＬ－ＩＩ型悬浮填料，材质为高密度聚乙烯，呈圆柱状，直径25ｍｍ，高度10ｍｍ，比重0．96ｇ／ｃｍ3，有效比表面积为500ｍＶｍ3。具有亲水性好，易流化，与污染物质接触充分；比表面积大，生物量多；亲生物性好，易挂膜，生物活性高；处理负荷高，耐冲击性强，处理效果好；同时还具有使用寿命长的优点。1．4分析方法主要分析项目ＣＯＤ，ＮＨ4＋－Ｎ，ＴＮ，ＴＰ，ＭＬＳＳ，ＤＯ均采用国家标准方法进行测定［5］。2试验结果与讨论中试试验过程为3个月，共分为3个阶段。其中第一阶段（7月31日－8月20日）为填料的挂膜阶段；第二阶段（8月21日－9月11日）为中试反应器启动阶段；第三阶段（9月Ｉ2日－10月17日）为中试反应器的稳定运行阶段。2．1填料挂膜培养7月31日接种污水厂剩余污泥，闷曝24ｈ。此阶段，填料表面将充分润湿，与污泥充分接触，微生物开始附着于填料表面，实现填料接种。8月3日进水，准备培养生物膜，首先将反应器静置沉淀30ｍｉｎ，将活性污泥排除，排泥目的是避免活性污泥和新生生物膜的营养竞争。将进水泵调节为额定流量，进沉砂池出水。为了加速其增殖，降低其内源呼吸作用，将溶解氧控制在1．〇ｍｇ／Ｌ左右。在生物膜基本覆盖填料表面之后，控制ＤＯ在1．2？1．5ｍｇ／Ｌ范围内，进一步培养生物膜。8月20日，生物膜培养第17ｄ时填料上生物膜已经较厚，且经镜检可观察到钟虫，轮虫等后生动物，表明挂膜成功［6］。8月12日至8月20日填料的挂膜过程如图3所示。卿竭图3填料挂膜过程2．2ＣＯＤ去除情况填料于8月20日挂膜完成，8月21日开始进活性污泥启动Ａ20泥膜混合生物脱氮除磷工艺，9月12日后反应器开始稳定。出水ＣＯＤ数据于8月29日开始检测，图4中启动期的数据为8月29曰？9月11日期间的数据，稳定期的数据为9月12日￣10月17日期间的数据（图5，6，7的启动期和稳定期均和图4相同，不再另行说明）。从图中可知，启动期出水ＣＯＤ数据在4〇￣88ｍｇ／Ｌ之间，平均？171？全国排水委员会2015年年会论文集出水ＣＯＤ浓度为55．7ｍｇ／Ｌ，和稳定期相比出水ＣＯＤ浓度较高。这是因为在启动期微生物存在一个驯化的过程，在这一过程微生物活性较低，去除污染物能力较低。9月12日之后反应器进人稳定期，微生物活性恢复，出水ＣＯＤ浓度进一步降低，出水ＣＯＤ浓度在25？50ｍｇ／Ｌ之间，平均出水ＣＯＤ浓度仅为37ｍ＃Ｌ，远低于一级Ａ排放标准要求的50ｍｇ／Ｌ。另一方面，进水ＣＯＤ浓度在117￣250ｍｇ／Ｌ之间变化，反应器悬浮污泥浓度仅为2000？2400ｍｇ／Ｌ（低于现污水厂池体内的污泥浓度3500？4000ｍｇ／Ｌ），但出水仍能保持在一级Ａ排放标准以下，说明本工艺对ＣＯＤ的冲击具有较好的承受能力。这是因为本工艺在好氧段投加了20％的填料，增加了池体的生物量以及微生物的种类，因此即使反应器悬浮污泥浓度低，出水ＣＯＤ更能保持良好的效果［1］。3〇〇ｒ一￣Ｖｏｏ？财90250－■出水4，參▲嫌率▲▲1％“＊8〇？200ｎ7〇旦15。！？50§｜：？？？？？40竽Ｉ1。。■■：一钹咖＾3〇蝴〇“一：丄」‘1005101520253035时间／ｄ图4ＣＯＤ去除情况2．3氨氮去除情况氨氮的去除情况见图5，氨氮的去除过程分为启动期和稳定期两个过程，在启动期和稳定期出水氨氮均能达到一级Ａ排放标准，平均去除率能达到96％以上。启动期过程中出水氨氮浓度为0．31￣3．51ｍｇ／Ｌ，启动期前7天出水氨氮浓度在0．31￣0．5丨ｍｇ／Ｌ之间。而启动期后3天风机滤芯内进入大量油污，导致风机供氧效率降低，好氧池1溶解氧在〇．9￣1．3ｍｇ／Ｌ之间，好氧池2溶解氧仅在1．0？］．5ｍｇ／Ｌ之间，从而影响硝化效果，导致出水氨氮浓度较髙。在9月11日更换滤芯后氨氮浓度迅速降低至0．5ｍｇ／Ｌ以下，氨氮去除进人稳定期，稳定期出水氨氮在0．18？2．87ｍｇ／Ｌ之间，平均氨氮出水浓度为0．61ｍｇ／Ｌ，远低于氨氮一级Ａ排放标准所规定的5ｍｇ／Ｌ。反应器悬浮污泥浓度仅为2000￣2400ｍｇ／Ｌ，且好氧池的总停留时间仅为4．4ｈ，本工艺仍能取得良好的硝化效果，这是因为填料表面能生长大量的硝化细菌，即使在较低的污泥浓度和较短的好氧停留时间下，仍能保证较好的氨氮出水效果［1］。启动期稳定期50Ａ14轟Ａ轟—二ｉ義森：100＾45？进水▲▲毳Ａ9〇芑＜〇■出水80旦35去除率70＜耷306〇ｂ25？？？？？？？？？？？？？？？？50蕾＾20？？？？？？？？4015？？—级ｔ标准？？3010200—■■■■＂005101520253035时间／ｄ图5氨氮去除情况＿172？苏高强，等：Ｍ