工业污水处理厂升级改造工程设计
随着城市经济和城市建设的发展，污水处理厂排放区域对水质及其周边环境的影响越来越受到重视，对污水处理厂尾水排放标准提出了更高的要求。与更严格的排放标准相对应的是，处理水量越来越大，水质越来越复杂。工业废水中一般存在一些抑制硝化细菌生长的物质，如游离氨(FA)、锌、铜、铅等重金属、氰化物等。这些抑制性物质严重影响废水中氨氮的去除。同时，由于其成分复杂，水质水量波动大，采用传统的活性污泥法很难达到理想的去除效果。对于排放标准较为严格的污水处理厂，需要选择合适的工艺进行升级改造。
移动床生物膜反应器(MBBR)是一种有效的污水处理工艺，结合了生物膜法和活性污泥法。具有占地少、生物膜耐受性强、运行效果稳定、抗冲击能力强等特点。目前，国内已对MBBR工艺进行了多项试验研究，并成功应用于生活污水和工业废水的处理，取得了良好的效果。印染废水、含油废水、石化废水等工业废水的改造也有成功的案例。以浙江某工业污水处理厂升级改造为例，分析了MBBR+磁混凝组合工艺升级改造工业废水的工艺流程，为工业废水升级改造提供了设计和改造思路。
一.项目概述
浙江某污水处理厂，原处理水量3万m3/d，生化段采用分点进水的AAO工艺，具有脱氮除磷能力。尾水经氯化消毒后排放，剩余污泥脱水后运至电厂烘干焚烧。原出水中的COD和SS应符合《城市污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的二级标准，NH3-N、TN和TP应符合一级B标准。近年来，随着城市经济和城市建设的快速发展，对水质和水量有了更高的要求。因此，对原有污水处理厂进行升级改造迫在眉睫。改造后，污水处理厂的处理能力从3万m3/d提高到4万m3/d，出水水质全部达到一级A标准。
该污水处理厂服务区内有大量工业企业。企业采用“企业预处理+集中处理，纳米管排放”的工业废水处理模式，生产废水经各自预处理后排入污水处理厂进行终端处理。改造前实际处理量约为28000 m3/d，其中70%为工业废水。工业废水的种类主要包括印染废水、纺织废水、化工废水等。印染纺织废水量约12000 m3/d，CODCr浓度600 ~ 1200mg/L，SS浓度约600mg/L，色度400倍，化工废水量约0.8万m3/d，CODCr浓度约15000mg/L，预处理后达到100。污水中COD和SS含量高，而NH3-N、TN和TP含量低。
改造后新增部分工业预处理废水，来自污水厂服务范围内的两家纺织厂和两家印染厂。纺织废水约5700 m3/d，印染废水约2700 m3/d，新增工业废水经集中预处理后排入污水厂，预处理出水水质与污水厂原进水水质相当。
升级设计进、出水水质见表1。
二、技术路线和设计方案
2.1转型困难
升级主要有两个问题。
(1)提标+提量。
随着10000 m3/d工业污水的增加，部分指标直接从二级提升到一级，提升难度加大。
(2)原工艺抗冲击能力弱。
以进水工业废水为主，水质波动较大。进水CODCr浓度为550mg/L，TN浓度为53.7mg/L，当进水水质冲击负荷增大时，出水COD和TN浓度上升较快，不能稳定达标，抗冲击能力差。
(3)没有扩张的土地。
厂内土地饱和，没有生化池扩建用地，需要充分挖掘现有生化池的处理能力。
2.2确定工艺计划的原则
根据目前的工艺处理效果，确定工艺方案时应遵循以下原则。
(1)根据进水水质特点，针对目前工程处理能力的不足和出水水质要求的提高，结合工程实际需要，采用抗冲击负荷能力强、脱氮除磷效果强化的生化处理工艺，提高水质达标的稳定性和可靠性。
(2)结合厂区用地特点，采用技术先进、效果可靠、占地少的方式进行深度处理，确保深度处理后的出水达到排放标准。
(3)全厂污水污泥处理工艺力求技术成熟先进、稳定可靠、操作管理方便、投资省、运行费用低。
2.3工艺计划确认
污水处理厂升级改造项目对污水处理厂进出水水质指标和现有进出水水质指标进行分析和设计。污水处理厂实际进水水质浓度较低，但水质波动较大，活性污泥处理工艺抗冲击能力较弱。由于排放标准的提高，目前的处理工艺无法稳定达标，而仅通过增加深度处理工艺去除目前的二级出水污染物成本较高。因此，目前二级处理中嵌入MBBR的AAO工艺调整为AAO-MBBR工艺。在生化池中加入悬浮载体，载体上丰富的生物菌群种类增加了对难降解有机物的处理性能，生物膜污泥龄长，适合硝化菌生长，硝化菌含量高，NH3-N去除效果显著。厂区工业废水比例高，以纺织印染废水为主，处理难度大。除NH3-N和TN外，二级处理出水仍难以达到一级A标准，出水COD和TP需进一步深度处理。考虑到厂区用地紧张、水质复杂以及脱氮除磷的综合考虑，选择磁混凝作为深度处理工艺。磁混凝适用于进水水质复杂、脱氮除磷要求高、用地紧张的污水处理厂工程。通过在反应器中加入磁粉强化混凝效果，可以进一步降低出水的不溶性COD和TP水平。经过论证，本招标项目的技术路线确定为“AAO-MBBR+磁混凝+紫外线/次氯酸钠消毒”。
(1)生化池改造方案
生化段原有厌氧区和缺氧区保持不变，好氧区呈S形。在前两个走廊中，以11%的填充率添加悬浮载体。为了防止悬浮的载体在好氧池的末端积聚，在每个廊道的末端设置了拦截筛以截留悬浮的载体。悬浮载体为SPR-II，直径为(25±0.5)mm，高度为(10±1)mm，比表面积大于620m2/m3，符合水处理用高密度聚乙烯悬浮载体行业标准(CJ/T461—2014)。好氧MBBR区采用微动力混合池。通过在生化池底部合理布置曝气管，设置进水流道降低横截面流速，无需螺旋桨即可实现好氧区悬浮载体的均匀流化。这种池型的优点是水力条件好，无水力死角。使用微动力混合池可节省6个专用叶轮，年电费30万元，大大降低了投资和运行成本。采用逐罐改造的方法，不影响污水处理厂的正常运行，实现了原罐的改造。
(2)加入磁混凝澄清池，进一步去除污水中不溶性COD和TP。
磁力混凝澄清池尺寸为32.9m×12.3m，占地面积约400m2，分为两组，总停留时间约40min。二沉池出水提升后进入磁混凝澄清池，依次投加混凝剂PAC、磁粉和助凝剂PAM，PAC投加量为55mg/L，PAM投加量为1.33mg/L，磁粉投加量为2.5 mg/L，生成含有高反应比重磁粉的絮凝剂颗粒，然后进入磁分离池，通过磁辊进行泥水分离。被磁辊吸附的磁性污泥通过高剪切机与污泥分离，然后进入磁鼓回收磁粉。回收的磁粉回流至絮凝池继续参与反应，剩余污泥进入后续污泥处理系统。
(3)将现行的二氧化氯消毒改为“紫外线消毒+次氯酸钠消毒”
由于目前厂区构筑物布置紧凑，在增加深度处理工艺后，需要增加深度处理构筑物。为保证工艺流程的顺利进行，本次设计将二氧化氯消毒池拆除调整至次氯酸钠加药间，并在消毒池内设置紫外线消毒通道。同时根据实际出水情况，投加次氯酸钠进行消毒，次氯酸钠投加量为25mg/L。
改造后的工艺流程如图1所示。
三。改造后的运行效果分析
升级项目于2018年8月中旬完成。当水量达到设计值40000 m3/d时，投加的悬浮载体完成成膜。分析2019年1月1日至2019年6月25日(含整个冬季运行阶段)176天的进出水水质数据，结果见表2。
MBBR工艺改造后，原池的处理能力得到加强。NH3-N处理的负荷力为0.029kg NH3/(m3 & # 8226；d)增加到0.036 kgnh 3/(m3 & # 8226；d)，增加了24%。MBBR法污泥龄长，有利于硝化菌的富集，悬浮载体上的硝化菌通过水力剪切的作用始终处于高活性状态。生化池出水总磷浓度为(0.35±0.083)mg/L/L，已达到一级A标准。磁混凝工艺进一步保证了总磷的达标。
根据过程分析，好氧MBBR地区出现了明显的同步硝化反硝化现象。TN去除率为22.44%，TN去除贡献率达到35.01%。生物膜内典型的缺氧/好氧微环境和功能微生物的富集促进了同步硝化反硝化，使TN在好氧区仍能进一步去除，并可大大降低投加碳源的成本。因此，对于进水基质浓度较低的污水处理厂，甚至可以完全节省外加碳源，使得MBBR除了在池容上深度挖潜之外，还实现了基质利用的深度挖潜，具有广阔的应用前景。通过对许多采用MBBR的污水处理厂的调查，发现好氧填料区存在明显的同步硝化反硝化现象。TN去除量为3～8mg/L、基质浓度高的污水厂具有较好的同步硝化反硝化效果。
四。改造前后经济指标分析
项目总投资9747万元，其中工程造价7659万元。如表3所示，改造前每吨水处理成本为0.491元/m3，改造后每吨水处理成本为0.584元/m3，比改造前增加了0.093元/m3。改造后混凝剂用量减少，但磁粉用量增加，因此吨水药剂总用量基本不变，在0.10 ~ 0.11元/m3之间。改造前平均污泥处理量为20t/d，污泥处理成本为272元/t，改造后污泥处理量为25t/d，处理成本为303元/t，吨水污泥处理成本从0.173。改造前每吨水电费用为0.214元/m3，改造后增加到0.282元/m3。原因是磁混凝工艺的增加增加了吨水电耗。
改造前出水水质为二级标准，平均能耗为0.279kW & # 8226H/m3，重整出水水质符合一级A标准，平均能耗为0.322kW & # 8226H/m3，比改造前增加了0.043kW & # 8226小时/立方米.改造后新增4台二级提升泵，需要搅拌磁混凝罐，因此该部分增加的电耗为0.053kW & # 8226H/m3，生化池能耗变化不大，出水水质有所改善。
动词 （verb的缩写）MBBR的微生物分析
为了进一步探索悬浮载体的作用，对该污水处理厂投加的悬浮载体和活性污泥进行了高通量测序分析，结果见图2。
在图2中，MBBR-1和MBBR-2是生化池不同区域的悬浮载体，污泥是生化池中的活性污泥。各部分的主要菌株和相对丰度见表4。
系统中优势硝化菌群为硝化螺菌(Comammox)，其在悬浮载体中的相对丰度为3.90%、7.33%，在污泥中的相对丰度为0.75%。测定了悬浮载体生物膜和好氧污泥的MLVSS。根据表5计算，系统中69.8%的硝化细菌来自悬浮载体，30.2%来自污泥，说明悬浮载体在硝化过程中起着重要作用。
此外，在悬浮载体中还检测到了反硝化细菌，如铁杆菌和Hyphomicrobium，悬浮载体和污泥中反硝化细菌的相对丰度分别为4.05%、2.31%和3.65%。在MBBR二区的悬液载体上发现了大量的不动杆菌，相对丰度为27.18%。该菌株属于不动杆菌属，也具有反硝化作用。反硝化细菌存在于填料上，为好氧区填料上的同步硝化反硝化提供了微观证据。
不及物动词结论
采用“MBBR+磁混凝”工艺对工业废水原池进行升级改造，充分利用现有空地，投资和运行费用低，改造周期短，运行高效稳定。改造后，水量增加到40000 m3/d，出水COD、NH3-N、TP、TN平均值分别为(30.52±5.73)、(0.90±0.92)、(0.09±0.075)、(8.26±2.55)mg/L/L，稳定达到一级A标准。改造前后生化池能耗不变，处理负荷增加，耐冲击性更好。吨水处理成本由0.491元/m3提高到0.584元/m3，适用于工业废水提质升级。(来源:宁波北仑燕东水务有限公司、青岛思普润水处理有限公司)
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