MBBR+磁混凝工藝在CASS工藝污水處理廠提質擴容中的應用
——以郴州某縣城污水廠為例

曾明正，周長勝

（1.湖南隆曐建設有限公司，湖南 長沙 410000；2.泛華建設集團有限公司，湖南 長沙 410000）

近年來，隨著國家《水污染防治行動計劃》的出臺，我國大部分縣城的污水廠迎來了一波擴建和升級改造的熱潮。然而，相比于新建工程，擴建和升級改造往往容易受到用地緊張、不停產施工等實際情況的限制，因此，如何實現生化系統的原位升級是污水廠提標改造的關鍵。移動床生物膜反應器（MBBR）通過投加懸浮載體，提高反應器生物量、增加運行負荷、強化脫氮除磷效果，自2008年在國內首次運用于無錫蘆村污水廠提標改造工程后[1]，現已廣泛應用于AAO[2]、氧化溝[3]、CAST[4]等工藝的提標改造，并取得了良好的效果，但MBBR工藝在CASS工藝提標改造中應用的案例鮮有報道。本文以郴州市某縣城污水廠為例，分析了MBBR+磁混凝工藝在CASS工藝提標改造中的應用效果，期望能為類似污水廠的提標改造提供參考。

1 項目背景

1.1 項目概況

郴州市某縣城污水處理廠于2009年12月正式投產運行，一期工程設計規模為1萬m3/d，廠區占地面積約為9000 m2（合計13.50畝），設計出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）中的一級B標準，工藝流程如下：進水→粗格柵及提升泵站→細格柵及旋流沉砂池→CASS生化池（一座兩組）→接觸消毒池→達標排放。

近年來，隨著縣城居民、企業數量的增加，排污管網逐漸完善，污水量逐年遞增，而污水廠現有的處理能力已不能滿足污水量日益增長的要求，因此，考慮在一期建設的基礎上再擴建1.0萬m3/d，同時出水水質標準提高至一級A標。

1.2 工程設計難點

（1）生化池脫氮能力有限。基于對現有的CASS池脫氮能力進行核算，生物脫氮能力無法滿足擴容提標后的要求。

（2）廠內形狀不規則，且無擴建用地。污水廠一期設計時未預留遠期用地，現狀廠區北側、西側背靠陡峻山體、南側緊鄰城市道路、東側毗鄰居民區，本次擴容提標只能在現有廠區紅線面積內實現。

（3）工期緊、且需不停產施工。縣城僅一座污水廠，且污水量已超過原設計規模，工期要求緊、施工期間不能停產。

2 設計思路與方案

根據項目的實際要求，以及針對設計的難點問題，提出以下幾條具體改造措施。

（1）將原CASS池前段改造為單獨的缺氧區和好氧區；為充分發揮生物除磷作用，同時考慮原CASS池容積有限，于廠區東側新建一座厭氧池；為彌補好氧區容積的不足，在該區投加填料，將其升級改造為MBBR，保證其硝化能力；輔助配套攔截篩網、內回流泵，改造原有曝氣系統。通過重構生化池功能分區，提高系統的整體生物濃度，在強化脫氮除磷效果的同時，最大限度利用和節省池容。

（2）由于改變了生化系統的構造和流態，所以將原CASS池后端改造為二沉池，考慮池形限制，二沉池采用矩形周進周出式，并配套新建進出水渠道、排泥管和刮泥機等。

（3）深度處理工藝主要是用于強化對TP和SS的去除，目前污水廠采用的絮凝沉淀和過濾工藝以提標至一級A標。相比于高效沉淀池，磁混凝沉淀池負荷更高、占地面積更少、抗沖擊負荷能力強、運行費用省且能與MBBR工藝良好契合，考慮本工程用地緊張，不具備建設濾池的條件，因此，深度處理采用磁混凝沉淀池。鑒于廠區現狀已無擴建用地，將原接觸消毒池拆除并在此新建磁混凝池，且于廠區西側新建紫外消毒渠。

（4）設計新建污泥泵站一座、貯泥池一座、在線監測間一座，同時改造原有預處理設施、鼓風機房、加藥間等。

（5）不停水施工方案：優先建設紫外消毒渠、厭氧池→拆除接觸消毒池、新建磁混凝沉淀池和污泥泵站→將CASS池單格逐一改造為MBBR生化池（缺氧區+好氧區）+矩形二沉池→配套鼓風機房、預處理等，并配套新建各構筑物連接管。

3 改造方案設計

3.1 改造后的工藝流程

結合現場條件，并綜合考慮處理效果、運行效果等因素，將原CASS池改造為MBBR+二沉池，提高了生物脫氮除磷能力；考慮用地緊張，深度處理則采用沉淀負荷高、運行成本低的磁混凝沉淀池；消毒工藝采用紫外消毒，并在加藥間新增一套次氯酸鈉投加系統、應急消毒系統；污泥處理沿用原低溫脫水除濕干化工藝，污泥脫水后含水率為60%。其具體工藝流程如圖1所示。

圖1 提標改造后工藝流程圖

3.2 主要構筑物設計

3.2.1 生化池改造（MBBR池）

原CASS池體總尺寸為89.4 m×20.4 m×5.5 m，有效水深為5.0 m，分為獨立的兩格，設有生物選擇區、缺氧區和主反應區；由于池容限制，在廠區東南側新建MBBR生化池的厭氧區，總體尺寸為7.0 m×20.5 m×6.5 m，有效水深為6.0 m，有效容積為792 m3，停留時間0.95 h；將原CASS池改造為缺氧區、好氧區及周進周出式矩形二沉池，MBBR缺氧區由原CASS池的生物選擇區、缺氧區以及部分好氧區組成，單格尺寸為22.8 m×10.0 m×5.5 m，有效水深5.2 m，有效容積為1144 m3，停留時間2.74 h；好氧池由原CASS池部分池體組成，單格尺寸為24.1m×10.0m×5.5 m，有效水深5.2 m，有效容積為1222.0 m3，停留時間2.93 h，因好氧區需投加懸浮填料，所以設置進出水攔截系統及輔助穿孔曝氣系統；

去年，威寧草海機場已獲批建設。今年，飛雄機場將新增4個C類機位，延長跑道至3000米，建成雙向盲降改造工程。同時，全面啟動低空領域工程建設，力爭到“十三五”末實現縣縣通通用機場目標。

生化池總設計停留時間6.62 h，設計混合液懸浮物固體濃度（MLSS）4 g/L，污泥回流比R=50%～100%，混合液回流比為200%，膜面負荷：0.52 g NH4-N/m2.d，污泥負荷:Fw=0.1194 kg BOD5/kgMLSS.d，容積負荷Fr=0.4779 kg BOD5/m3.d，好氧區有效生物膜面積：8.5137×105m2，填料比表面積：800 m2/ m3。

3.2.2 生化池后段改造（矩形二沉池）

將原C A S S 池后段改造為矩形周進周出式二沉池，工程設計規模為2萬m3/d，設置兩組二沉池，單組有效池容41.8×10×5.5 m（有效水深4.8 m），平均流量表面負荷0.99 m3/m2·h，峰值流量表面負荷1.51 m3/m2·h。

3.2.3 磁混凝沉淀池

共設置2組磁混凝沉淀池，單組設計水量為1萬m3/d，變化系數為1.49，土建尺寸為：23.15×7.0 m。整個系統主要包括混合池、磁種加載池、絮凝反應池、沉淀池、磁種回收及污泥排放等。混凝反應區停留時間1 min，磁粉反應時間1.36 min，絮凝反應時間1.37 min，沉淀池液面負荷13.55 m3/（m2.h）。

除以上構筑物外，本次提質擴容工程還新建污泥泵站、水質在線監測間、貯泥池、紫外消毒池各一座，并對原有鼓風機房、加藥間等進行改造。

4 改造后的運行效果

污水廠從2019年9月開始提質擴容建設，于2020年8月完工。調試后進出水水質情況如圖2～圖4所示。

圖2 改造后COD、BOD5的去除效果

（2）改造后TN、氨氮的去除效果分析。從圖3可以看出，TN和氨氮的出水均值分別為4.7 mg/L、2.2 mg/L，去除率平均為81.7%、75.2%，均能穩定達標；由于冬季低溫對TN、氨氮的去除影響較大，當冬季生化池水溫為10～12℃時，出水TN、氨氮濃度有所上升，但仍能穩定達到一級A標準，而改造后的生化系統表現出對低溫的良好適應性。分析原因可能是MBBR生物膜泥齡長，有利于硝化菌群的富集，加之MBBR中微生物多以附著態形式存在，使其能夠抵抗外界不利環境的沖擊。

圖3 改造后TN、氨氮的去除效果

（3）改造后TP、SS去除效果分析。從圖4可以看出，改造后TP和SS的出水均值分別為0.26 mg/L、6.25 mg/L，系統進水TP、SS波動較大，但出水均能穩定達標。分析其原因，一方面可能是MBBR通過投加懸浮載體，使生化池形成雙泥齡系統，懸浮載體上的生物膜為泥齡長，可強化脫氮，而活性污泥為短泥齡，可強化除磷[5]，另一方面可能是磁混凝池通過投加PAC、PAM和磁粉，進一步深度去除了TP、SS，保證其出水穩定達標。

圖4 改造后TP、SS的去除效果

5 經濟技術分析

該項目投資估算總值約為3079萬元（其中工程費用2562萬元、工程其他費用304萬元、預備費143萬元、建設期貸款利息54萬元、鋪底流動資金16萬元），且單位生產成本為0.69 元/ m3，單位經營成本為0.36元/m3。

6 結論

（1）采用以MBBR+磁混凝為核心的處理工藝實現了對郴州某縣級污水廠的提質擴容，其改造后的處理水量從1萬m3/d提高至2萬m3/d，平均出水濃度COD、BOD5、TN、氨氮、TP、SS分別為18.7 mg/L、3.4 mg/L、4.7 mg/L、2.2 mg/L、0.26 mg/L、6.25 mg/L，出水水質穩定達到一級A標準。

（2）MBBR工藝應用CASS工藝的提標改造，是通過添加隔墻、攔截篩網等重構生化池分區，在保障缺氧池容積的基礎上，再通過投加懸浮填料提高好氧區生物量，強化了系統對COD、BOD5、氨氮等的去除。

（3）磁混凝工藝以磁粉作為載體，可強化混凝和絮凝效果，相比于傳統的高效沉淀池，該工藝具有表面水力負荷高、除磷效果好、占地面積小、運行成本低等優勢，可廣泛應用于進水水質濃度普遍偏低的南方縣城污水廠的深度處理中，且在不設置過濾設施的情況下依然能保證出水TP和SS穩定達到一級A標準。