某污水處理廠MSBR工藝升級改造工程實例

摘要：昆明某污水處理廠一期建設規模為5×104 m3/d，主體工藝采用MSBR系統+濾布濾池系統，2014年12月建成通水后出水穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標。為進一步提高該污水處理廠出水氮、磷等排放指標，減輕尾水排放對水體的污染，于2018年初啟動升級改造工程并于當年6月投入運行，改造工程的實施可確保出水穩定達到《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）地表水IV類標準（TN指標除外），同時為遠期出水主要指標達到地表水III類標準（TN指標除外）打下基礎。

關鍵詞：改良式序批間歇反應器（MSBR）;氮;磷

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）07-0-02

Abstract：The treatment capacity of phase I projectof a wastewater treatment plant in Kunming is 5.0×104m3/d.The main process of this plant is “MSBR process + Disk filter”and the original effluent standard is Class I—A criteria specified in Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant （GB18918—2002）.Phase I project is completed in December2014 and achieved the designed effluent standard continuously. In order to meet stricter effluent standard of TN/TPand mitigate the pollution of receiving water， phase I upgrade project of the WWTP is initiated in early 2018 and completed in June. All the effluents （TN excepted） from theWWTP after upgrade project achieveClass IV criteriaspecified inEnvironmental Quality Standards for Surface Water （GB3838—2002） under design condition. The upgrade project also lays the foundation of achieving Class III criteria specified in Environmental Quality Standards for Surface Water （GB3838—2002） in the near future.

Key words：Modified sequential batch reactor （MSBR）;Nitrogen;Phosphorus

1 項目背景

昆明某污水處理廠總建設規模為10×104 m3/d，其中一期建設規模為5×104 m3/d。全廠為地埋式結構，主體工藝采用MSBR系統+濾布濾池系統，出水水質標準為《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標。一期工程于2014年12月建成通水，出水穩定達到排放及回用標準。隨著近年來國家對于環保要求的不斷提高，對城市污水處理廠出水（尤其TN/TP）的要求越發嚴格，提標改造成為各污水處理廠越來越迫切的要求[1]，因此該污水處理廠一期升級改造項目的實施是十分必要和迫切的。

2 設計參數

一期升級改造工程規模為50，000m3/d，主要通過提升TN、TP出水指標，以減輕尾水排放水體的富營養化程度。改造后要求全廠出水主要指標達到《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）地表水IV類標準（TN指標除外），遠期要求出水主要指標（CODCr、總氮除外）達到國家《地表水環境質量標準》Ⅲ類地表水要求，設計進出水水質如表1所示。

3 工程方案

3.1 工藝流程

該污水處理廠原主體工藝采用高度集約型的一體化設計，且為地埋式構筑物，整體結構較為復雜，此外廠區用地有限，不具備新增脫氮除磷構筑物的條件。因此本次改造工程主要考慮對原核心工藝-MSBR系統和濾池的局部功能進行優化改造，以強化系統脫氮除磷功能。

升級改造采取的措施主要包括在原MSBR系統投加填料、投加碳源及混凝劑、提高濾池過濾精度等三項，原一期項目的其他處理構筑物及設備繼續使用。升級改造后的污水處理廠工藝流程如圖1所示。

3.2 MSBR工藝改造

MSBR工藝由Dr. Chester Yang于20世紀90年代首創，其涵蓋了厭/缺氧、好氧、序批反應、沉淀出水等功能，具有流程簡潔、控制靈活、占地面積小等優點，是目前污水處理技術中最新、自動化程度最高的污水處理工藝[2]。該污水處理廠采用的MSBR系統為一池七單元結構，中間依次包括2號泥水分離單元、3號預缺氧單元、4號厭氧反應單元、5號缺氧反應單元及6號好氧單元，兩側為1號及7號序批單元。改造后MSBR系統平面示意如圖2所示，主要改造措施包括：

（1）在MSBR系統6號好氧單元增設3道導流擋墻，優化好氧單元水力流態;按照好氧單元15%的容積比投放專用懸浮填料，以提高區域污泥濃度和反應速率，確保在水力停留時間不變的情況下，提升氨氮以及總氮的去除率;（2）在MSBR系統6號好氧單元增設4臺潛水攪拌器，將部分主曝氣單元區域改為兼氧區，延長整體缺氧反應時間;同時降低6號單元末端至序批單元的溶解氧濃度，強化序批單元缺氧反硝化的功能;（3）為避免回流上清液擠占MSBR系統5號及6號單元的反應時間，在上清液渠道出口增設兩道導流墻，將大部分上清液導入1或7號序批單元，延長前置反應區域的實際水力停留時間，提高系統脫氮功能;（4）在4號厭氧單元、5號缺氧單元和1/7號序批單元共設置4個碳源投加點，碳源投加系統與原MSBR控制系統進行通訊和控制，根據實際運行情況進行外碳源補充，強化系統反硝化脫氮功能;（5）在6號好氧單元和1/7號序批單元設置3處混凝除磷劑投加點，形成多點加藥功能，進一步強化化學除磷效果;（6）改造后MSBR系統單組池容為17750m3，總水力停留時間為17.14 h，其中缺氧反應時間由1.68h調整為2.94小時，好氧反應時間隨著懸浮填料的投放，由6.59小時調整為5.33小時。

改造后，進廠污水經預處理工序后進入MSBR系統的4號厭氧反應單元，與3號預缺氧單元的回流污泥混合，富含磷污泥在4號厭氧反應單元進行厭氧釋磷反應后進入5號缺氧反應單元，利用原水中的碳源進行反硝化脫氮，由6號好氧單元至5號缺氧反應單元的回流硝化液或來自2號泥水分離單元的上清液提供硝態氮，同時也可以促進聚磷菌在缺氧單元的磷吸附。5號缺氧反應單元出水進入6號好氧單元，經有機物降解、硝化、磷吸附反應后交替進入1/7號序批單元。當1號序批單元作為沉淀池出水，則7號序批單元首先交替進行缺氧及好氧反應，之后進入靜置沉淀出水階段。在序批單元的反應或出水階段，單元內混合液通過回流泵回流到2號泥水分離單元，2號泥水分離單元的上清液優先進入1/7號序批單元，亦可進入5號缺氧反應單元或6號好氧單元;2號泥水分離單元底部的沉淀污泥進入3號預缺氧單元富集，經內源反硝化脫氮后提升進入4號厭氧反應單元與進廠污水混合釋磷。上述過程依次循環[3]。

4 改造效果分析

系統改造后于2018年6月投入運行，迄今為止運行情況良好，期間未投加碳源，僅按最大4mg/L聚合氯化鋁（PAC）的投加量輔以化學除磷。改造前后半年時間內的主要運行數據如表2及表3所示。

由表2、3可知，污水處理廠改造前后進水水質濃度變化不大，經升級改造后的出水水質優于改造前的排放情況，且穩定達到《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）的地表水IV類標準（TN指標除外）。

（1）MSBR系統6號好氧單元投放懸浮填料后形成懸浮微生物與附著微生物共生、協同去除污染物的系統[4]，進一步提高了好氧單元污泥濃度和生物總量，降低了有機負荷，強化了系統的有機物降解及硝化功能;

（2）MSBR系統在原6號好氧單元內劃分出兩個兼氧區，該區域通常在低溶解氧條件下運行，一方面該反應區可進一步利用原水碳源進行反硝化反應，同時也可控制進入后續1/7序批單元的溶解氧濃度，確保序批單元的缺氧反硝化充分進行;

（3）MSBR系統通過渠道改造，將2號泥水分離單元的上清液在水質合格的情況下優先回到1/7號序批單元[5]，這一措施提高了各前置反應單元的水力停留時間，有效避免了對于碳源及污泥濃度的稀釋效應，從而提高了前置各反應單元的反應速率;

（4）聚磷菌與反硝化菌在碳源需求上存在競爭關系，改造后的MSBR系統出水及回流污泥中的硝酸鹽濃度進一步降低，從而避免了其對于4號厭氧反應單元厭氧釋磷的干擾[6]，確保MSBR系統充分的厭氧釋磷，為聚磷菌在好氧和缺氧條件下的磷吸附反應提供了保障。

5 結論

昆明某污水處理廠一期升級改造工程規模為50，000m3/d，經過調試及系統優化，在沒有投加碳源、輔以少量同步投加PAC化學除磷的條件下，出水穩定達到《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）的IV類標準（TN指標除外）。

參考文獻

[1]莊磊，黃勇.城市污水處理廠升級改造的探討[J].工業用水與廢水，2010，41（1）：14-18.

[2]羅萬申.新型污水處理工藝-MSBR[J].中國給水排水，1999，15（6）：22-24.

[3]楊殿海，顧國維.改進型MSBR工藝特點與運行效果[J].中國給水排水，2004，20（1）：62-65.

[4]孫華，張菊萍，李湘霖.投加懸浮填料改善活性污泥法處理性能的試驗研究[J].重慶環境科學，2001（06）：37-40.

[5]戴步峰.MSBR工藝在海門市第二污水處理廠的應用[J].水處理技術，2011，37（11）：125-127.

[6]張自杰.排水工程（下冊）[M].北京：中國建筑工業出版社，2000.

收稿日期：2019-03-08

作者簡介：沈磊（1984-），男，漢族，本科學歷，工程師，研究方向為水污染控制。