北京市某污水处理厂设计规模为 ８×１０４ ｍ３／ ｄ，原采用 Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ 氧化沟工艺，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ １８９１８—２００２）中的一级 Ｂ 标准。 为满足排放标准的提高和进水量的增加，污水处理厂采用 ＵＣＴ⁃ＭＢＲ 工艺进行提标改造，改造后设计规模为 １８×１０４ ｍ３／ ｄ。 工程分阶段实施，主体工艺段完成运行近 ２ 年，出水水质稳定达到《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（ＤＢ １１ ／ ８９０—２０１２）中的 Ｂ 标准，在进水水质波动、冬季低水温等工况下均有良好的脱氮除磷效果。 运行中 ＵＣＴ 工艺生物除磷效果理想。

关键词：
        ＵＣＴ ＭＢＲ 提标改造 污水处理厂 运行效果分析 生物除磷

 

        随着经济和技术的发展，ＭＢＲ 工艺在污水处理厂的新建和提标改造中得到了一定范围的应用。 传统 ＭＢＲ 工艺常耦合活性污泥法、ＡＯ、ＡＡＯ 等，实际运行中存在 ＴＮ、ＴＰ 去除率受限的情况。 根据研究，ＵＣＴ 工艺在实际应用中能最大程度地挖掘生物除磷的潜力，实现低磷排放。 同时，ＭＢＲ 可取代传统生物工艺中的二沉池，出水水质稳定。 ＵＣＴ⁃ＭＢＲ 的组合工艺适用于占地面积受限且高排放标准的污水处理厂。 本文以北京市某污水处理厂提标扩容改造为例，在用地面积受限、冬季低水温、出水水质标准高的条件下应用 ＵＣＴ⁃ＭＢＲ 工艺，提出相应的工艺方案，并对其运行效果进行分析。

１    工程概况

        北京市某污水处理厂一期设计规模为 ８ × １０４ｍ３／ ｄ，占地为 ６６ ９００ ｍ２，服务面积约为 ５０ ｋｍ２，采用 Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ 氧化沟工艺，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ １８９１８—２００２）中一级Ｂ 标准。 该厂于 ２００７ 年正式运行，出水水质稳定。现状污水处理厂工艺流程如图 １ 所示。

                   

２    现状问题

        随着城镇经济的发展和排水管网的完善，污水处理厂处理能力不足，需进行扩容。 根据 ２０１２ 年北京市政策要求，污水处理厂出水标准执行《城镇污水处理厂水污染物排放标准》 （ＤＢ １１ ／ ８９０—２０１２）中的 Ｂ 标准，需进行提标改造。 污水处理厂各类设备腐蚀损坏严重，池内溶解氧不足，有沉泥现象。 运行中冬季进出水水质的 ＣＯＤＣｒ、ＢＯＤ５ 、氨氮及 ＴＮ 波动较大，进水水温约为 １５ ℃ ，硝化、反硝化反应均受到抑制，生物除磷效果不佳，加药量较大造成污泥增多，外运费用增加。

３      提标改造工程设计

３.１ 主要设计思路

        ①根据污水处理厂历年进出水水量、水质数据进行统计分析，结合中远期规划，确定提标改造后的设计水量、进水水质。

       ②基于有限的场地，根据要求的出水水质，确定各阶段污染物去除率，选用占地面积适宜、运行可靠的工艺，确定工程设计方案。

       ③针对现有的运行情况，分析出水指标的达标情况， 确 定 主 要 关 注 的 指 标 为 ＣＯＤＣｒ、 氨 氮、 ＴＮ及 ＴＰ。

３.２ 设计水量、水质

         污水处理厂根据规划数据、人口指标法及占地用水量指标法测算，确定提标改造设计规模为 １８×１０４ ｍ３／ ｄ，远期为 ３０×１０４ ｍ３／ ｄ。 ２０１３ 年—２０１４ 年该厂进水水量大于设计水量，日均值达到 ９、 ５×１０４ｍ３／ ｄ，其中 ５ 月—８ 月日均进水量约为 １０、 ８ × １０４ｍ３／ ｄ，处于超负荷运行状态。 进水水质总体波动较大，其中 ＣＯＤＣｒ（３８４ ～ ９８６ ｍｇ ／ Ｌ）、ＢＯＤ５ （１２４ ～ ５２０ｍｇ ／ Ｌ）、ＳＳ（１５０ ～ ５７２ ｍｇ ／ Ｌ） 及 ＴＰ （６ ～ １４ ｍｇ ／ Ｌ） 指标波动最为明显，氮素指标则相对平稳。 改造采用频率统计法对进水水质进行统计，选取 ９０％涵盖率的进水水质作为改造后设计进水水质依据，并参考区域其他污水处理厂进水水质，确定改造后进水水质。 出水水质执行《城镇污水处理厂水污染物排放标准》 （ＤＢ １１ ／ ８９０—２０１２）中的 Ｂ 标准。 改造前后的设计进出水水质及现状实际进出水水质如表 １所示。         

３.3  工艺选择

        国内污水处理厂的提标改造工艺繁多，主流思路为 ３ 类：（１）在二级生物处理段原位改造，增加污泥浓度，提高微生物活性，加强脱氮除磷效果，主要有 ＭＢＢＲ 工艺、ＭＡＢＲ 工艺等；（２）增加后续深度处理环节，强化去除污染物，比如各类高效沉淀池、反硝化滤池、高级氧化及其变形组合工艺；（３） 应用ＭＢＲ 工艺，实现 ＨＲＴ 和 ＳＲＴ 的分离，提高污泥浓度并加强脱氮除磷效果。 ３ 种改造思路均有提标改造的实际案例，但单一应用某种方式，一般能稳定达到国标一级 Ａ 排放标准，针对本项目的准 ＩＶ 类水排放标准，多应用多种方式串联的形式。 浙江省某污水处理厂应用 Ｂａｒｄｅｎｐｈｏ＋ＭＢＢＲ＋高效沉淀池＋反硝化滤池工艺改造后达到准 ＩＶ 类水排放标准，而北京市、天津市地区污水处理厂的提标改造多以ＭＢＲ＋臭氧氧化为主。 ３ 种类型的改造思路各有侧重，具体选择中工艺的主要限制因素为排放标准、占地面积和地区技术推广程度，导向因素则包括投资、运行费用、管理难度等。 排放标准执行京标 Ｂ类，规定为日均值达标即可，但实际监测执行过程中多以瞬时样为依据，对工艺的抗冲击性、稳定性提出了更严苛的要求。 另外，占地面积也是选择工艺的决定性因素之一。 厂区现占地约为 ５３ ３９５ ｍ２， 用地面积远小于建设标准，且明确近期无可扩展用地，该因素直接限制了工艺选择的范围。 一般 ＭＢＲ、ＭＢＢＲ、ＭＡＢＲ 等工艺处理市政污水，出水 ＣＯＤＣｒ含量能达到 ３０ ｍｇ ／ Ｌ 左右。 针对进水组分有一定比例的工业废水，进水 ＣＯＤＣｒ 波动较大的情况，设置紫外、臭氧催化联合氧化保证出水 ＣＯＤＣｒ含量稳定低于 ３０ ｍｇ ／ Ｌ，同时降低出水色度，提高再生水回用感官效果。

 

           

         如图 ２ 所示，厂区右上为办公区，该区域不能利用，厂区实际工艺用地约为 ４５ ０００ ｍ２。 处理规模扩大至 １８×１０４ ｍ３／ ｄ，增容 ２、 ２５ 倍，预处理需要按远期３０×１０４ ｍ３／ ｄ 水量考虑，同时兼顾改造期间不停水，对工艺的集约化和模块化有更高要求。 主体工艺选择应用比较广泛的 ＭＢＲ 工艺和 ＭＢＢＲ 工艺进行比较分析。

        原氧化沟污泥质量浓度在 ３ ～ ４ ｇ ／ Ｌ，总停留时间约为 １６、 ５ ｈ，通常 ＭＢＲ 工艺运行良好时污泥质量浓度为 ８ ｇ ／ Ｌ 以上，按该数值核算，原氧化沟改造为ＭＢＲ 生物池需补充容积和停留时间。 将南侧二沉池、紫外消毒拆除，建设好氧池、膜池和膜车间、深度处理等，组成 ＵＣＴ⁃ＭＢＲ 工艺。 ＭＢＢＲ 工艺为复合泥膜，污泥质量浓度按 ６ ｇ ／ Ｌ 计算，需补充建设二段缺氧、好氧生物池，组成五段 Ｂａｒｄｅｎｐｈｏ＋ＭＢＢＲ＋双层矩形沉淀池＋加砂混凝沉淀池。 除原氧化沟外，其余可利用占地面积约为 １２ ５００ ｍ２。 具体工艺比较如表 ２ 所示。

           

        两种工艺在投资和运行成本上差别不大面积及工艺集约化方面 ＭＢＲ 均占优势。 改造，占后地的平面布置如图3所示。

３.４ 工艺流程

        污水处理工艺选用预处理＋ＵＣＴ⁃ＭＢＲ＋臭氧紫外联合氧化消毒。 工艺流程如图 ４ 所示。

              

３.５    工艺设计

３.５.１ 预处理

         预处理阶段设粗、细、超细 ３ 级格栅，格栅间隙分别为 ２０、５、１ ｍｍ。 保留原有的粗格栅和提升泵房，更换提升泵，使其规模达到 １０×１０４ ｍ３／ ｄ，另新建 ２０×１０４ ｍ３／ ｄ 的粗格栅和提升泵房。 拆除原有效果不佳、占地过大的细格栅和旋流沉砂池，新增细格栅及曝气沉砂池两座，规模对应提升泵房。 曝气沉砂池最大流量水平流速为 ０.１ ｍ ／ ｓ，对应停留时间为 ２. ７ ｍｉｎ。 新建近期规模为 １８×１０４ ｍ３／ ｄ 的膜格栅间，尺寸为 ３１.８ ｍ×２１、 ９５ ｍ×８.１ ｍ，使用转鼓式膜格栅，配套中压、高压冲洗泵进行阶段性清污，压力分别为 ０.８、１５. ０ ＭＰａ。

３.５.２ ＵＣＴ 生物池、膜池

         原氧化沟尺寸为 １２０、 ７５ ｍ×１１３、 ７ ｍ×５、 ９ ｍ，改为 ＵＣＴ 生物池的厌氧区、缺氧区和部分好氧区，设计规模为 １８×１０４ ｍ３／ ｄ，总停留时间为 １１、 ７ ｈ，其中厌氧池、缺氧池、好氧池的停留时间分别为 １.６、３.２、６.９ ｈ。 改造前氧化沟局部池体污泥沉淀形成死区，整体充氧效果欠佳。 拆除原有表曝机及推流器，原有厌氧区不变，原有氧化沟区域增加、拆除或改造隔墙，形成 ５ 段缺氧和好氧区。 厌氧、缺氧池增设潜水搅拌机，好氧池增设管式微孔曝气器 ２ ６００组，并设置 ３ 段回流系统，其中膜池至好氧池回流、好氧池至缺氧池回流均设置在新建生物池，缺氧池至厌氧池回流设置在改造生物池。 具体改造分区如图 ５ 所示。

 

          

          新建 扩 容 部 分 的 生 物 池 尺 寸 为 ７９、 ９ ｍ ×４８、 ６ ｍ×８、 ０ ｍ，膜池和新建生物池合建， 尺寸为６７、 ５ ｍ×４８、 ６ ｍ×５、 ０ ｍ，膜车间新建于池顶。 生物池污泥质量浓度为 ５ ０００ ～ ８ ０００ ｍｇ ／ Ｌ，污泥负荷为０、 ０５ ｋｇ ＢＯＤ５／ （ ｋｇ ＭＬＳＳ·ｄ）。 膜池停留时间为２、 ４ ｈ，平均膜通量为 １５ Ｌ ／ （ｍ２·ｈ），污泥质量浓度为 ８ ０００～１２ ０００ ｍｇ ／ Ｌ，运行方式为过滤 １１ ｍｉｎ、擦洗 １ ｍｉｎ。 膜池至好氧池前端回流比为 ３００％ ～６００％，好 氧 池 至 缺 氧 池 前 端 回 流 比 为 ２００％ ～４００％，缺氧池末端混合液回流至厌氧池回流比为１００％ ～２００％。

３.５.３ 联合氧化消毒池

         ＭＢＲ 出水泵入联合氧化消毒池（含前臭氧接触池、封闭式紫外系统、 后臭氧接触池及巴氏计量槽），按远期规模 ３０×１０４ ｍ３／ ｄ 设计，尺寸为３７、 ５ ｍ×２４、 ２ ｍ×７、 ５０ ｍ，池型为矩形，分为两个系列，每系列设 １ 格前臭氧接触池和两格后臭氧接触池，设 ３段布气区，每段停留时间为 １０ ｍｉｎ，臭氧投加量总计２０ ｍｇ ／ Ｌ。 紫外模块设置 ８ 套，远期增加 ４ 套，每套６０ 只灯管。 紫外系统前后两个臭氧投加量可以调节，臭氧发生器气源采用氧气源，臭氧系统设置纯钛金属曝气头 ４４０ 个，外径为 １５０ ｍｍ，通气量为 ３ ｍ３／ｈ，氧利用率为 １８％ ～ ２８％。 配套建设供氧站，内设两套 ５０ ｍ３ 的液氧储罐、汽化器、减压装置和电加热装置。 接触池出水经巴氏计量槽计量后可直接排至小中河，也可加余氯后进入回用水池。 回用水池与联合氧化消毒池及巴氏计量槽合建。 污水最终消毒后外排，部分水量补投次氯酸钠进行回用。

４    改造运行效果

       项目于 ２０１８ 年开始稳定运行。 ２０１８ 年 １ 月—２０１９ 年 １１ 月平均月进水量为 ３８２ 万 ｔ，进水水量较为平稳。 进水水质波动较大，各项污染物均值对比２０１３ 年—２０１５ 年呈下降趋势，基本稳定在设计进水水质之内。 实际出水各项污染物指标均稳定达到设计出水水质标准（表 ３）。

 

           

          改 造 后 出 水 ＣＯＤＣｒ 质 量 浓 度 平 均 为 １５、 １０ｍｇ ／ Ｌ，平均去除率从 ９３、 ３％提升至 ９５、 ４％。 未使用臭氧催化氧化的出水 ＣＯＤＣｒ质量浓度在 ３０ ｍｇ ／ Ｌ 左右，使用后出水 ＣＯＤＣｒ质量浓度稳定在 ３０ ｍｇ ／ Ｌ 以下，说明工艺对有机物有良好的去除效果。 出水 ＴＮ质量浓度平均为 １１、 １０ ｍｇ ／ Ｌ，改造后平均去除率从６９、 ３％提升至 ７７、 ５％，在夏季均值为 ８、 ２０ ｍｇ ／ Ｌ，在冬季均值较高，通过提高回流比、投加少量碳源的方式亦能稳定在 １５ ｍｇ ／ Ｌ 以下。 改造后出水 ＴＰ 质量浓度平均为 ０、 ２５ ｍｇ ／ Ｌ，平均去除率从 ９２、 １％提升至 ９６、 ６％。 改造前采用幅流式沉淀池，存在漂泥现象，需投加大量药剂增强除磷效果。 改造后去除率提高至 ９５％以上，除磷效果显著好转。 应用中 ＵＣＴ工艺采用多段回流，避免混合液中高溶解氧及硝态氮对厌氧释磷的影响，为聚磷菌提供了良好的环境。另外根据唐忠德等 研究表明，污泥中反硝化除磷菌（ＤＰＯｓ）富集强化了 ＭＢＲ 的除磷效果。

运行中出水 ＴＰ 在冬季并未出现显著波动，去除率均值为 ９６％，除磷加药量亦未显著增多。 原因可能是冬季系统运行中污泥龄延长，适合世代周期较长、增长缓慢的反硝化除磷菌增殖，增强了低温下反硝化除磷的效果，增加了反硝化除磷的除磷占比。

５    技术经济指标

       项目总投资为 ５８ ４６４、 ５７ 万元，其中直接工程费用为 ４１ ０６３、 ６４ 万元。 项目直接运行成本主要包括电费、人工费、药剂费、污泥外运费用、设备维修费等，合计为 ２、 ０５ 元／ ｍ３（测算值）。
 

６    结论

     （１）采用 ＵＣＴ⁃ＭＢＲ 工艺对北京某污水处理厂进行提标改造，改造后出水指标 ＣＯＤＣｒ、ＢＯＤ５ 、ＳＳ、氨氮、ＴＮ、ＴＰ 质量浓度均值为 １５、 １３、３、 ３２、２、 ４２、１、 １９、１１、 １２、０、 ２５ ｍｇ ／ Ｌ，出水水质满足北京市地标Ｂ 标准。

      （２）改造后系统具有较好的抗冲击负荷能力，冬季低温高负荷情况下，采取增大回流比、加强曝气、适当延长污泥龄等措施，在少量投加碳源的情况下，有效地增强系统脱除氮素的能力。

      （３）ＵＣＴ⁃ＭＢＲ 具有良好的脱氮除磷效果，工艺适用于占地受限、冬季低温、排放标准高、出水标准严格的污水处理厂新建或提标改造中应用。

 

 

原标题：ＵＣＴ⁃ＭＢＲ 工艺在北京市某污水处理厂提标扩容改造中的设计及运行

原作者：李一龙   包 宇