錦州白沙污水廠生物池升級改造工藝設計

侯紅輝

（奧甘內卡水處理技術（上海）有限公司，上海 200031）

1 工程概況

1.1 工程背景

錦州白沙污水處理廠始建于2006年，2008年建成投入運行，設計規模為4×104m3/d，原二級生物處理工藝為A/O工藝，原出水水質標準執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的二級標準。為改善城市居民生活環境和投資環境，促進區域經濟的發展，決定對白沙污水處理廠進行提標改造，出水標準由二級標準提高至一級A標準。

原處理流程為：污水經粗格柵、進水泵房、細格柵和曝氣沉砂池后，去除水中的漂浮物和砂粒，再進入初沉池，去除約40%～55%的SS，20%～30%的BOD以及10%的TN和NH3-N。初沉池出水至生物反應池，生物反應池由缺氧段和好氧段組成，污水經由缺氧段處理后流入好氧段。好氧段出水至二沉池進行泥水分離，最后經紫外線消毒后排海。

1.2 原工藝運行情況

通過對白沙污水廠2015年1月至2016年8月的進出水水質調查，該廠進出水情況如表1所示。

表1 白沙污水處理廠進出水水質及處理達標率（2015.1.1—2016.8.20）

1.3 提標改造進出水水質確定

提標改造后，白沙污水廠出水水質應達到一級A標準，同時考慮到短時流量及負荷沖擊，為確保安全穩定運行，預留一定設計余量，因此本項目設計進水水質如表2所示。

表2 項目設計進水水質情況分析

2 二級生物處理工藝選擇

從實際進水情況來看，進水CODcr、BOD5較高，BOD5/CODcr均值0.36，可生化性良好；進水TN較高，BOD5/TN均值3.87，碳氮比略低，需提高可生物脫氮的有機物利用效率；進水TP較高，BOD5/TP均值26.1，可生物除磷性能好，同時考慮生物脫氮的碳源競爭，以生物除磷為主，化學除磷為輔。

從實際出水情況來看，出水CODcr、BOD5基本可滿足一級A排放標準，但出水TN、TP、NH3-N、SS未穩定達標，尤其NH3-N/TN平均僅為55.9%，亟須進一步去除。TP、SS可通過化學除磷、機械過濾等物理化學方法輔助實現穩定達標，TN的去除應考慮輔助外加碳源。因此，提標改造應考慮生物濃度高，生物脫氮除磷效果好，且重點在于脫氮效果好的工藝。同時該廠位于市區，周邊為居民區，無新增土地可用，需特別考慮污水廠對周邊環境的影響。根據上述要求，本設計選擇了三種生物處理工藝進行對比，具體如表3所示。

根據以上比較，RBR工藝等效生物濃度高，占地面積小，TN處理效果好，抗沖擊負荷能力強，且景觀效果好。因此，提標改造二級生物處理工藝路線采用RBR工藝。

3 RBR工藝介紹

RBR（Root Biofilm Reactor，根系生物膜反應器）工藝系統是固定床生物膜反應器的一種，由多個反應器串聯而成，在反應器中投入自然（植物根系）及人造根系作為生物載體，根系上培養并富集出固定的生物膜，當污水流經生物膜時，污水中營養物質（BOD、TN、TP）被生物膜吸附并消耗。伴隨著營養物質和溶解氧濃度變化，固定在根系上的微生物種群從一個區域到另一個區域變化，并最終在每個區域形成了專門適合本區域的專性生態系統。

表3 污水處理工藝一覽表

同一個工藝系統中，既有固定床的生物膜系統，又有懸浮的活性污泥系統，膜系統與泥系統協同作用，系統的工藝設置靈活，可調節性強，耐沖擊負荷能力強。

固定的根系（包括自然植物根系與人造植物根系）比表面積高達12 000m2/m3，等效生物濃度12 000～18 000mg/L；高度專性的生物膜，使反應器效率極大提高，占地面積大幅減少。

微生物種類高達3 000種，構成的生物鏈條長，物種間協同作用，增強了降解的效率，產泥量相較于活性污泥法降低了30%。

4 RBR系統設計

4.1 工藝及水力設計

RBR工藝是將活性污泥法和生物膜法進行結合的生物處理方法，工藝設計變量多難度大，因此采用動態模型模擬方法，該模型基于GPS-X（Hydromantis），對靜態（穩態）或動態（變化進水條件）下充分模擬。

通過對該污水廠一年運行狀況的模擬，發現在原反應池容積不變的情況，污泥濃度達到9 200mg/L時可實現出水達到一級A的標準。RBR填充比在70%時，等效污泥濃度可到達15 000～18 000mg/L，因此，可以適當降低反應池填充比，以達到更好的水力流態，結合水力模擬軟件（CFD）模擬結果，本項目懸浮污泥濃度設為2 500mg/L，載體填充率設為40%，且載體布置形式采用“棋盤式”布置。

4.2 RBR工程設計

保持原有構筑物尺寸不變，在反應池內放入固定根系（包括自然植物根系與人造根系），具體設計參數如下：

將原生物池改造成兩座RBR反應池，每座分為6格池子，每格池子容積分別為：1 272m3，1 432m3，1 456m3，2 210m3，2 210m3，2 210m3，每格池子植物面積分別為：40.2m2，46m2，46m2，94m2，94m2，94m2，好氧區每格池子人造生物填料面積均為31 142m2，設計懸浮污泥濃度為2 500～3 000mg/L，好氧區人造根系折算后污泥濃度為10 000mg/L。好氧區每格池子曝氣量分別為2 000～3 776m3/h，1 632～2 092m3/h，816～1 576N m3/h。單座反應池面積為36m×36m，有效水沉7.5m，總體積21 568m3，總停留時間12.9h，其中厭缺氧區體積8 320m3，停留時間5h，好氧區體積13 248m3，停留時間7.9h，SRT＞30d，污泥產率0.79kgMLSS/去除kgBOD5，混合液回流比200%，污泥回流比50%～150%。

詳細設計采用Revit三維建模全流程設計，對池體結構的改造，新老設備的更換，材料的準備，各個工種的交叉施工提供了良好的指導。

4.3 曝氣系統設計

因風量、噪聲及能耗要求，原有離心風機已無法滿足設計要求，因此拆除原有風機，新增空氣懸浮離心風機。為控制附著在人造根系上的生物膜厚度在合理范圍，保證空氣沖刷強度防止根系堵塞，高溶氧轉移效率及安裝施工方便，采用整體框架的薄膜管式曝氣器。風機出口總管上設壓力計，好氧區每格池子曝氣總管上設置電動調節型刀閘閥、空氣流量計，并設置溶氧探頭，好氧區最后一格池子設置氨氮/硝酸鹽氮復合探頭，厭氧區設置ORP探頭，缺氧區設置硝酸鹽探頭。

曝氣系統相關設備及儀表。

空氣懸浮離心風機：114m3/min，8.5m風壓，兩用一備，變頻控制。

電動調節型刀閘閥：DN300 兩套，DN200兩套，DN100兩套。

空氣流量計六套，壓力傳感器一套。

溶氧探頭六套，氨氮探頭兩套，硝酸鹽探頭兩套，ORP探頭兩套。

曝氣系統控制方式：閥門最大開度模式、固定風量模式、溶氧模式、氨氮模式、沖刷模式。

4.4 RBR工藝相關設備及儀表

厭氧區攪拌器：2臺雙曲面立軸攪拌器，混合功率1.4W/m3，電機功率3kW。

缺氧區攪拌器：4臺雙曲面立軸攪拌器，混合功率1.4W/m3，電機功率3kW。內回流泵：4臺穿墻式軸流泵，流量1 667m3/h，揚程0.7m。外回流泵：流量834m3/h，揚程3.0m，兩用一備，變頻控制。剩余污泥泵：流量100m3/h，揚程3.0m，一用一備，變頻控制。其中外回流管路、剩余污泥管路上均設有電磁流量計。

4.5 RBR工藝植物布置設計

RBR生物池的植物是景觀的重要組成部分，通過在生物池表面布設植物，改變了人對傳統污水廠氣味、噪聲、景觀的印象，使污水廠看起來像一個植物園，與周邊環境融合。植物根系是微生物棲息生長的完美載體，具有比人造填料更高數量級的比表面積，同時不易堵塞；植物根系轉輸的氧氣、有機酶類如化學反應的催化劑一般，孕育出更多種類的微生物，并保證微生物的高活性。本項目通過對當地氣候、水質、人文要求的分析，優選出適合本地的60多種植物。

5 運行效果

該污水處理廠經升級改造后，目前已運行近一年，效果穩定，日常檢測結果顯示，出水CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN 和TP 平均值分別為21.5mg/L、4.8mg/L、7.5mg/L、0.55mg/L、12.8mg/L和0.4mg/L，各項水質指標均達到GB 18918—2002的一級A標準。采用精確曝氣控制系統、高效攪拌器，總回流比聯動控制系統，噸水運行耗電量僅為0.3kWh/m3，低于同類水廠。同時隨著植物生長，RBR生物池已成為一個植物園，景觀效果良好。