MBBR池+反硝化生物濾池+臭氧法用于類地表Ⅳ類水排放標準升級改造工程

摘要：為了加快城鎮污水廠清潔排放政策的推進，我國各地都出臺政策將污水排放標準提高到類地表Ⅳ類水。在此排放標準下，浙江省溫州市平陽縣東海污水處理廠出水水質由于達不到地表Ⅳ類水的標準，因此采用“MBBR池+反硝化生物濾池+臭氧法”提標改造工藝，出水CODCr、NH3-N、TN均值分別降為26.63mg/L、2.48mg/L、11.27mg/L。運行結果表明，該提標改造工藝處理效果好、運行成本低、出水水質穩定，達到類地表Ⅳ類水要求。

關鍵詞：MBBR；臭氧；地表Ⅳ類水

引言

目前，我國很多城市污水處理廠二級出水中仍含有一定濃度的 氮（N）、磷（P）和難降解有機物，若這些二級出水直接用來補給湖泊河道，會引發水體富營養化污染的風險。因此，我國各地都出臺政策要求城市污水處理廠出水水質達到類地表Ⅳ類水標準。浙江省2018年出臺了《城鎮污水處理廠主要水污染物排放標準》（DB 33/2169-2018）類地表Ⅳ類水排放標準。本文通過浙江省溫州市結合平陽縣東海污水廠改擴建工程，研究“MBBR池+反硝化生物濾池+臭氧法”用于類地表Ⅳ類水排放標準升級改造工程的可行性。

1設計概況及存在的問題

浙江省溫州市平陽縣東海污水處理廠一期工程處理工藝為SBR工藝，出水水質參照《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準，設計規模為1萬m3/d。通過對平陽縣東海污水處理廠2016年2月至2018年1月的實測進出水水質進行多角度的分析，得到如表1所示的該污水處理廠實測進出水水質主要指標的平均值、范圍等數據。根據長期對水質的監測和調查，發現與典型的城市生活污水相比，平陽縣東海污水處理廠一期進水中工業廢水占比高，碳源少、碳氮比偏低、可生化性差，可能存在一定量的金屬離子；出水中總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、固體懸浮物（SS）濃度偏高，難以達到一級A排放標準。因此，針對平陽縣東海污水處理廠進出水水質波動大、可生化性差、碳源缺少、活性污泥效果差等問題進行分析，發現污水處理廠現狀工藝存在一定的缺陷，反硝化時間偏短，TN去除效果不佳，且對于進水可生化性差無積極應對措施。

2工程設計

2.1改建規模

平陽縣東海污水廠改擴建工程服務范圍包含了主要以電鍍、印染、乳膠企業廢水為主的工業廢水，改建工程設計規模為2萬m3/d，目前尾水達到《城鎮污水處理廠主要水污染物排放標準》（DB 33/2169-2018）中類地表Ⅳ類水排放標準。

2.2設計水量及水質

平陽縣東海污水處理廠改建設計進出水水質指標如表2所示，其出水達到類地表IV類水質標準后，排入深度處理工程的人工濕地中，經人工濕地進一步凈化至“準IV 類”后排入護塘河。

2.3改建工程工藝選擇

2.3.1污水二級處理

分析平陽縣東海污水處理廠近期工程進水水質，最明顯的特征是低碳源、高TN、可生化性差，進水水質波動性大，并且現狀一期采用SBR工藝，抗沖擊負荷能力弱、處理效果差。結合該污水處理廠的場地特點及對一期現有工藝運行效果的分析，采用在改良A2/O工藝中投加輕質填料，形成泥膜結合工藝及移動床生物膜（MBBR）工藝的特點，實現污水二級達標處理。

2.3.2污水深度處理

由于平陽縣東海污水處理廠處理后的污水要達到DB 33/2169-2018中類地表IV類水質標準排放，而常規脫氮除磷活性污泥法工藝無法滿足要求，因此需增加深度處理。從類似工程實踐來看，經過強化二級處理后的污水出水五日生化需氧量（BOD5）、NH3-N指標完全能達到“地表準Ⅳ類水”，而COD、TN、指標尚不能完全達標。因此，對于工業廢水處理比例較大的平陽縣東海污水處理廠而言，其深度處理的重點在于TN的去除和難降解且具有可溶性的化學需氧量（COD）。

2.3.2.1去除TN需要外加碳源進行反硝化

二級處理后出水的TN指標需降低到12mg/L，且一般二級處理出水的N指標會有波動，尤其在冬季的時候二級處理出水N指標波動最大，因此只能采用深度硝化、反硝化工藝去除平陽縣東海污水處理廠中處理污水的TN。

由于二級處理出水的工藝流程已有曝氣生化，且污水經過充分的曝氣，出水中的有機氮已基本全部被轉化，NH3-N含量極低，TN主要以硝態氮形式存在，因此可經過生物反硝化作用，將硝態氮還原成氮氣，實現去除TN的目的。而污水中反硝化反應主要是通過反硝化細菌（一種異養型兼性厭氧菌）的作用實現，在厭氧條件進行厭氧呼吸，以有機碳為電子受體，一般認為BOD5/TN值＜3，需要另投加有機碳，因此本次設計脫氮工藝主要采用后置反硝化生物濾池，并投加乙酸鈉補充碳源。

2.3.2.2去除難降解卻具有可溶性的COD

由于平陽縣東海污水處理廠處理后的出水中COD要達到30mg/L以下，采用常規的“混凝+沉淀+過濾”的深度處理工藝無法去除工業廢水超額的COD，必須采用高級氧化工藝才能實現對COD的去除目的，因此本次設計采用臭氧氧化技術去除水中的難降解且具有可溶性的COD。

3改造前后運行效果對比

平陽縣東海污水處理廠改造升級后，二期工程經過調試運行，進水量穩定在20000m3/d，出水水質穩定并達到DB 33/2169-2018中類地表Ⅳ類水排放標準。

3.1改造前后生化系統對COD的去除效果

改造前進水COD均值為146.07mg/L，出水均值為51.86mg/L；改造后進水COD均值為167.61mg/L，出水均值為26.63mg/L。經過改造，采用MBBR工藝，在連續的缺氧-好氧交替作用下[1]，污水中的難降解有機物容易產生共代謝作用[2]，使難降解有機物在缺乏碳源的情況下，依然能夠繼續降解，從而降低污水中的COD，大大提升了對COD的去除效果。

3.2臭氧氧化對二級出水的深度處理效果

污水經過改造工藝處理后，出水中的COD含量基本達到DB 33/2169-2018中類地表Ⅳ類水排放標準，因此改造設計的臭氧接觸池暫時不投入使用，只做預留。而為了研究臭氧的氧化效果，以改造后的二級氧化出水為原水進行臭氧氧化小試實驗，研究臭氧氧化的效率及最佳投加量。

3.2.1實驗進水水質

實驗以平陽縣東海污水處理廠改造后的反硝化濾池出水作為原水，水質情況如表3所示。

3.2.2 實驗方法

向反應器加滿原水，將水溫控制在15℃左右，調節臭氧發生器閥門，通過流量計控制臭氧產量為10g/h，取反應時間為10min、20min、30min、40min、60min、70min、90min時的水樣，測量出水的COD值，并根據測定結果分析和評價臭氧氧化對二級氧化出水COD的去除能力。

3.2.3實驗結果及分析

實驗結果如表4所示，臭氧氧化在前40min內效果明顯，在60min后幾乎不再有氧化效果。

在不加催化劑的情況下，臭氧氧化設計停留時間60min，臭氧投加量50mg/L可去除約10～15mg/L的COD，水處理成本約0.7元/m3 [3]。

3.3改造前后生化系統對NH3-N的去除效果

改造前進水NH3-N均值為32.87mg/L，出水均值為29.29mg/L；改造后進水NH3-N均值為35.82mg/L，出水均值為2.48mg/L。在改造前，平陽縣東海污水處理廠對NH3-N幾乎沒有處理，改造后MBBR池的容積負荷可達0.263kgN/（m3·d），較改造前提高了近40%。同時，采用MBBR池工藝，增加了懸浮填料后，填料區的硝化負荷更高，并將好氧區后置，出水NH3-N去除率顯著提升。

3.4改造前后生化系統對TN的去除效果

改造前進水TN均值為48.84mg/L，出水均值為46.86mg/L；改造后進水TN 均值為41.86mg/L，出水均值為11.27mg/L。改造前，平陽縣東海污水處理廠對TN的處理幾乎沒效果，改造后在MBBR工藝下污水經過充分曝氣，出水中有機氮已基本全部轉化，NH3-N含量極低，在反硝化細菌的作用下發生反硝化反應，并在厭氧條件下以有機碳為電子受體進行厭氧呼吸，投加碳源89mg/L，出水中的NH3-N就可達到排放標準的要求。

3.5改造前后能耗和藥劑消耗對比

平陽縣東海污水處理廠改造前出水完全不達標，運行平均電耗為0.369kWh/m3；改造后，污水廠二期生化系統出水可達到DB 33/2169-2018中類地表Ⅳ類水排放標準，運行期間平均電耗在0.326 kWh/m3。同時，由于改造后增加了MBBR工藝及反硝化生物濾池，且升級后的MBBR池為原池擴容改造，不僅系統處理水量大大增加，且噸水的電耗也顯著下降。

由于污水進水水質碳氮比極低，平陽縣東海污水處理廠在改造前即使加投120mg/L乙酸鈉碳源，對TN的去除效果也甚微，而改造后只需投加89mg/L乙酸鈉碳源，出水中TN指標就可達到排放標準。

結論

“MBBR池+反硝化生物濾池+臭氧法”工藝具有強大的連續性和靈動性，其中MBBR池主要負責去除大部分的COD和NH3-N，廢水經過MBBR池后，可生物降解的COD和NH3-N基本得到去除，剩下的硝態氮通過反硝化生物濾池得以去除，最后通過臭氧氧化可進一步去除廢水中難以生物降解的COD、NH3-N，為出水水質達標排放提供了強有力的保障。

“MBBR池+反硝化生物濾池+臭氧法”工藝用于市政污水處理廠的提標改造時，具有極大的優勢，MBBR池可通過對填料的升級改造提高處理能力，臭氧接觸池作為保障措施，平時在處理水質達標的情況下，可暫不啟用，以節約水廠的運行成本。“MBBR池+反硝化生物濾池”的結合，突破了常規工藝對TN去除的限制，非常適用于TN高且出水水質要求高的升級改造工程或新建工程。

參考文獻

[1] 楊宇星，吳迪，宋美芹，等.新型MBBR用于類地表Ⅳ類水排放標準升級改造工程[J].中國給水排水，2017，33（14）：93-98.

[2] 王偉，潘尚磊，張靜，等.厭氧共代謝分解難降解有機物的研究進展[J].環境科學與技術，2014，37（06）：78-82.

[3] 袁志紅，張磊，王泳璇，等.A2/O-MBR用于類地表Ⅳ類水排放標準升級改造工程[J].水處理技術，2022，48（02）：144-147，152.

作者簡介

陳雨霞（1990—），女，漢族，浙江諸暨人，碩士，工程師，主要從事市政給排水設計工作 。