污水處理廠改造MBBR中試試驗研究

賴竹筠

摘 要：鎮安污水廠提標改造方案考慮保留現有生物池各部分功能不變，向好氧池中投加懸浮型填料作為附著生長微生物的載體，以此增加污泥停留時間，以滿足生產要求。本論文主要是模擬鎮安污水處理廠一期項目生化池好氧段添加SPR-1型懸浮填料，進行MBBR中試試驗研究，為提標改造提供技術參考。

關鍵詞：MBBR；中試試驗；TN；NH3-N

1 鎮安污水廠一期工程提標改造概況

鎮安污水廠一期主要指標原設計處理標準執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）二級標準。根據《廣東省水污染防治行動計劃實施方案》（2015年12月31日）文件要求，污水廠出水執行標準需從原二級標準提升至《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準，現狀生化池已無法滿足處理要求，需對污水廠一期工程進行提標改造擴大其處理能力，以滿足更高的處理需求。

MBBR工藝（Moving Bed Biofilm Reactor，移動床生物膜工藝），即懸浮填料在好氧曝氣或缺氧攪拌的動力帶動下均勻流化，強化處理效果，是一種新型高效污水處理技術。采用MBBR工藝對一期工程進行提標改造的工藝思路為：優先滿足脫氮所需的缺氧池容，好氧區池容不足部分通過投加填料補充，保留污水廠一期生物池厭氧區池容不變，將現有好氧池第一廊道改為缺/好氧調節區，在好氧區投加懸浮填料，設置MBBR區，強化好氧池有機物氧化和硝化功能，保證COD和NH3-N的有效去除。

2 中試試驗

2.1 試驗目的

1）為達到一級A出水水質要求，擬在一期現有生化系統的基礎上，將原好氧區第一廊道改為缺/好氧調節區，由此引起的好氧區池容減少、停留時間縮短等變化，采用在好氧區第二廊道投加懸浮填料的方式，強化好氧池中有機物氧化和硝化作用，以確保NH3-N的有效去除。

2）對污水廠一期工程改造方案進行中試試驗模擬，考察升級改造后工藝對當前進水水質的處理效果并驗證工藝可行性；

3）考察改造工藝系統的去除效果，尤其是硝化效果，同時驗證MBBR工藝系統運行的穩定性；

4）中試試驗通過模擬現有好氧池改造后運行過程，為提標改造工程提供技術參考。

2.2 試驗裝置與方法

2.2.1 工藝流程圖

2.2.2中試裝置

2.2.2.1試驗原理

本次中試試驗裝置采用鎮安污水廠中試基地中試裝置進行，利用B池模擬生化池好氧區，通過對B池投加懸浮填料與鎮安一期東生化池好氧段對比進行試驗，投加的填料體積大概是2.5m3，填充率約為12.5%。試驗在B池投加懸浮填料，中試試驗B池進水從一期東生化池厭氧末端利用潛水切割泵抽取，B池通過曝氣及機械攪拌使池內填料流化。試驗過程觀察投加填料后的掛膜情況，定時取樣對出水水質進行檢測。本試驗加入B池的填料為空白填料，即填料上沒有生物膜的。

2.2.2.2試驗過程

第一個階段（2月27日至4月13日），利用中試基地中試裝置B池作為MBBR池，D池作為沉淀池進行試驗。由于設備自身原因，此階段試驗過程采用間接進水與間接出水運行方式，類似序批式SBR工藝運行方式運行。（共50日）

第二個階段（4月16日至4月30日），進行了中試裝置改造，繼續沿用潛污泵取水方式，在B池出水堰位置安裝了孔徑為10mm、孔距為10mm大型鋼板出水攔截篩網，可有效攔截填料不隨水出流，并實現填料良好流化，試驗過程攔截篩網沒有出現污堵現象，實現了中試連續進水試驗，反應后的混合液直接從B池的出水堰位置流出，取消D池使用，取樣時通過人工方式取出水混合液，沉淀后取上清液進行檢測。（共15日）

2.3 中試試驗結果與分析

2.3.1第一階段試驗結果與分析

第一階段中試試驗TN出水效果如圖2.3.1-1、圖2.3.1-2所示。此階段中試工藝對TN表現出較好的處理效果，TN處理效果優于污水廠一期東池同期。此階段后期出水TN穩定達到15mg/L以下，甚至可達到10mg/L以下，試驗組TN在好氧段平均去除率為26%，對照組TN在好氧段平均去除率為9%，去除率增加17%分析原因主要為：

1）第一階段中試試驗過程采取間接進出水序批式運行方式，在按照進水-反應-出水運行周期中，B池在反應周期結束并出水至低液位后進水初期，池中混合液中NO3-N濃度較高，B池在大量進水的條件下，生物池中活性污泥混合液溶解氧值很低，為0～2mg/L，混合液中高濃度NO3-N可充分利用進水中有機碳源進行反硝化脫氮；

2）中試裝置在間接進出水序批式運行方式下，進水初期池層中混合液溶解氧數值偏低，在試驗后期，在隨著填料生物膜掛膜至逐漸生長成熟，在外界環境溶解氧值偏低的情況下，容易發生同步硝化反硝化現象。

第一階段試驗過程中在上述兩方面因素的共同作用下，中試試驗中MBBR-活性污泥復合系統對TN表現出良好的去除效果。

第一階段中試試驗NH3-N出水效果如圖2.3.1-3、圖2.3.1-4所示。此階段中試試驗出水可達到5mg/L以下，有時可達到1mg/L以下，與對照組相比，出水波動比較大，試驗組NH3-N平均的去除率為84%，對照組NH3-N平均去除率為97%，去除率減少13%。分析原因為：

1）第一階段中試試驗中，活性污泥混合液在池中的停留時間約為3h，中試裝置B池一個周期結束進入下一周期時，進水從低液位升高至高液位過程中，混合液溶解氧呈逐漸升高狀態，在進水初期一段時間內溶解氧較低，約為0～2mg/L，不能滿足氨氮硝化所需溶解氧量，好氧池處于好氧狀態的水力停留時間小于3h，進水初期溶解氧不足以及水力停留時間縮短，共同導致中試裝置中NH3-N反應不完全，出水NH3-N呈現波動狀態。

2）進水口與取樣點位均在池面上方，取樣時極容易取到剛進入B池未來得及反應完全的高濃度進水混合液，從而導致檢測出水NH3-N值偏高。

3）反應過程中溶解氧不穩定，B池不能實現推流效果，生化池混合液在B池中停留時間不一致，反應時間不足，導致出水NH3-N去除率不及對照組。

2.3.2第二階段試驗結果與分析

第二階段中試試驗效果如圖2.3.2-1、圖2.3.2-2所示。

此階段試驗過程中溶解氧可穩定維持在2～4mg/L左右，中試中投加的懸浮填料數量可提高單位池容容積負荷約為20%～30%，試驗中水力停留時間由4.5h縮短至3.3h后，中試出水氨氮一直持續保持穩定的效果，試驗組NH3-N平均的去除率為92.5%，對照組NH3-N平均去除率為90.9%，試驗組優于對照組，出水氨氮較為穩定。

池中溶解氧可達到2～4mg/L，池中始終處于好氧環境，而反硝化去除TN所要求去環境為溶解氧低于0.5mg/L的缺氧環境，懸浮填料表面生物膜雖可發生同步硝化反硝化現象，去除TN量約為10%～20%，但不是TN去除的主要途徑，綜上，在第二階段中試試驗過程中對TN去除作用有限，試驗主要是考察改造后生物池好氧系統的NH3-N及有機物去除作用。

3 中試懸浮填料生物膜生物相

如圖3-1所示為新填料掛膜前與掛膜初期填料掛膜情況。中試試驗過程中經初步培養馴化后，目前為填料掛膜初期，懸浮填料表觀掛膜良好，處于半成熟狀態，已具備良好的污染物降解處理效果，后續經過進一步培養馴化后，污染物去除穩定性能力與抗沖擊負荷能力也會進一步增強。

中試進水濃度偏低，COD平均在50mg/L左右，而生化系統里污泥濃度較高且污泥齡較長，MLSS為4500～5000mg/L，不太利于快速掛膜，因此要完全掛膜需要較長時間。后續實際生產運行過程中，可降低生化池中污泥濃度，縮短污泥齡，實現快速掛膜。

如圖3-2所示，通過鏡檢填料表面生物膜生物相發現，填料表面生物膜生長良好，生物膜密實緊致，各類菌群中指示性微生物生物相豐富，存在較多的鐘蟲、累枝蟲、輪蟲等原、后生動物，指示性微生物種類豐富，數量多且活躍性高。

4 中試試驗總結

1）第一階段中試試驗過程中試裝置B池以間接進、出水序批式方式運行，生化池系統中溶解氧等運行參數控制不能穩定，以及設備自身存在的問題，導致出水氨氮波動較大；

2）第二階段中試試驗過程實現了連續進出水運行方式，中試裝置B池中懸浮填料生物膜日漸生長成熟，B池中生物池系統處理效果較第一階段更加穩定，出水氨氮均值為0.4mg/L，處理效果優于同期污水廠一期東池出水；

3）第二階段中試試驗中通過提升水量模擬停留時間從4.5h降低3.3h（改造后好氧池水力停留時間），出水氨氮仍穩定且優于污水廠一期同期出水，驗證了通過投加懸浮填料可顯著提高單位池容的處理負荷，MBBR工藝可解決鎮安污水廠一期池容不足的實際問題，可適用于一期生化池提標改造。