污水廠原址擴(kuò)容提標(biāo)實(shí)例——李村河污水廠MBBR工藝總結(jié)

來源：孟濤    中國給水排水

報(bào)告人：孟濤  高工

單位：中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司第一設(shè)計(jì)院

主持人：邱維

( 廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院 三院總工)

下面有請(qǐng)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司第一設(shè)計(jì)院孟濤高工為我們做介紹。

題目是污水廠原址擴(kuò)容提標(biāo)實(shí)例，李村河污水廠MBBR工藝總結(jié)。有請(qǐng)。

孟濤：

各位專家，各位同仁大家下午好！

我是中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院第一設(shè)計(jì)研究院的孟濤。在污水處理方面還是一個(gè)小學(xué)生，感謝這一次中國給水排水提供這么好一個(gè)機(jī)會(huì)，各位專家演講的非常精彩，受益匪淺。

今天我匯報(bào)的題目是李村河污水處理廠的工藝總結(jié)，主要是回顧和總結(jié)一下李村河污水處理廠2007年的提標(biāo)和2014年的擴(kuò)建歷程，尤其是選擇MBBR工藝的經(jīng)過，以及兩次運(yùn)用MBBR工藝過程中的一些經(jīng)驗(yàn)，也是一家之言，希望大家多交流指正。同時(shí)也是為大家介紹一下明天要參觀的李村河污水處理廠。

匯報(bào)內(nèi)容分為以下幾個(gè)方面。第一個(gè)是污水廠背景簡介，第二個(gè)我們?cè)谏��?jí)改造過程當(dāng)中MBBR的選擇過程，第三個(gè)擴(kuò)建過程當(dāng)中MBBR的選擇過程，第四是在擴(kuò)建時(shí)MBBR的一系列中試和研究，最后是MBBR工藝應(yīng)用的總結(jié)。

青島市的幾個(gè)主要排水系統(tǒng)除了我們現(xiàn)在所在的城陽排水流域，還有婁山河、李村河、海泊河、團(tuán)島、麥島等。其中李村河排水流域的李村河污水處理廠是目前青島市最大的一座污水處理廠，污水廠共經(jīng)過四次工程建設(shè)，一期是1997年建成投產(chǎn)，建設(shè)規(guī)模8萬噸，是國內(nèi)首座亞洲開發(fā)銀行貸款項(xiàng)目，也是較早使用改良UCT工藝的污水處理廠。二期工程2008年建成投產(chǎn)，建設(shè)規(guī)模9萬噸，工藝采用改良AAO工藝。升級(jí)改造工程于2007年開始，2010年建成，17萬噸的一個(gè)整體升級(jí)改造，主工藝采用MBBR。三期擴(kuò)建工程2014年開始2016年建成，原址擴(kuò)建8萬噸，總規(guī)模達(dá)到25萬噸，也是采用MBBR工藝。

尤其提一下一期的8萬噸設(shè)計(jì)，我特地找了一下當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)資料，一份是外方UCT的設(shè)計(jì)計(jì)算書，一份是當(dāng)時(shí)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人鄭一寧總工（鄭總是李村河污水廠從一期到三期擴(kuò)建的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，2016年因病去世）手寫的一本計(jì)算書，可以看到，手寫的計(jì)算書中每一個(gè)構(gòu)筑物，包括每一個(gè)渠道都是仔細(xì)拿尺子畫的，每一步都有詳細(xì)的計(jì)算，體現(xiàn)了一種精益求精的態(tài)度，這一種態(tài)度也是從我們?cè)豪弦惠呴_始代代相傳。同時(shí)當(dāng)時(shí)就積極學(xué)習(xí)吸收外方技術(shù)，說明了我們?cè)O(shè)計(jì)院也在不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)，新思路，新方法。

污水處理廠的原設(shè)計(jì)規(guī)模就是17萬噸，一二期工程建設(shè)完成之后，基本已經(jīng)沒有什么空地。在17萬噸這一個(gè)升級(jí)改造任務(wù)的時(shí)候，也只能是見縫插針。到了擴(kuò)建工程，因?yàn)槔畲搴游鬯�流域發(fā)展比較快，需要增加8萬噸的處理能力，并且是在原址擴(kuò)容。最后也只能是將處理構(gòu)筑物擠進(jìn)來，兩次都是采用的MBBR的工藝。下面就是李村河污水廠現(xiàn)狀的一個(gè)分布圖。

那么，為什么2009年開始做升級(jí)改造的時(shí)候選擇MBBR的工藝？首先大的背景就是我們?cè)亨嵟d燦總工介紹過的太湖流域污水廠改造。2007年從太湖流域整體污水廠的提標(biāo)改造開始，當(dāng)時(shí)時(shí)任總理考察之后對(duì)太湖流域污水廠提出三個(gè)提高，提高污水處理能力，提高城市污水處理率，污水廠要提升到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于李村污水處理廠，依據(jù)地標(biāo)，依據(jù)山東省半島流域水污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)要求，考慮到膠州灣是一個(gè)半封閉的水體，從而2009年要求青島市所有的污水處理廠水質(zhì)要達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。在方案研究時(shí)，我們學(xué)習(xí)借鑒了鄭興燦總工和其它團(tuán)隊(duì)在無錫的一些研究成果。污水廠升級(jí)到一級(jí)A所需要解決的實(shí)際問題是有共性的，其工藝也是一個(gè)問題導(dǎo)向選擇，包括有機(jī)物達(dá)標(biāo)問題，氨氮達(dá)標(biāo)問題，總氮達(dá)標(biāo)問題，總磷達(dá)標(biāo)問題還有懸浮物達(dá)標(biāo)問題，在太湖流域污水廠改造中提出了問題也給出了相應(yīng)解決方法。這里借用一下當(dāng)時(shí)的PPT。

當(dāng)時(shí)無錫做了很多中試其中也包括MBBR的中試，同時(shí)也展開了很多相關(guān)課題研究。總結(jié)太湖流域各個(gè)污水處理廠升級(jí)提標(biāo)一些經(jīng)驗(yàn)，得出穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)所需要設(shè)置的各個(gè)工藝單元，對(duì)一些工藝段和工藝參數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。從現(xiàn)在來看我們做一些類Ⅳ類提標(biāo)也基本走不出這個(gè)圈，我們現(xiàn)在做的高級(jí)氧化，反硝化深床濾池在當(dāng)時(shí)也都做了一些研究。

我們還借鑒了一個(gè)參照，就是了解到無錫蘆村污水處理廠提標(biāo)改造之后效果挺不錯(cuò)，而且從規(guī)模和生物處理工藝來說都跟我們比較相近。它采用的升級(jí)改造方案如下圖：

那么回到我們李村河污水處理廠提標(biāo)改造，當(dāng)時(shí)分析優(yōu)劣勢(shì)有以下幾個(gè)方面：劣勢(shì)主要是李村河污水處理廠的水質(zhì)指標(biāo)相當(dāng)高，因?yàn)閰R水區(qū)域原先主要是工業(yè)區(qū)，工業(yè)廢水70%左右。2003年工業(yè)搬遷之后這個(gè)水質(zhì)沒有降，維持了原來水平還略有升高，而且沖擊負(fù)荷很高，給一級(jí)A穩(wěn)定達(dá)標(biāo)造成一定難度。第二個(gè)還是總氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的問題，主要存在一個(gè)低溫硝化的問題，還有一個(gè)進(jìn)水碳源不足問題。另外污水廠提標(biāo)擴(kuò)建，實(shí)際問題還包括不能影響現(xiàn)有處理規(guī)模，盡量少停水乃至不停水，這同樣影響工藝選擇。

我們的優(yōu)勢(shì)就是污水廠生物處理工藝是一個(gè)多模式AAO工藝，多點(diǎn)進(jìn)水，多點(diǎn)回流，還有缺氧回流，是一個(gè)較好的生物脫氮除磷工藝，而且運(yùn)行比較靈活。

另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是李村河污水處理廠運(yùn)行管理隊(duì)伍經(jīng)驗(yàn)豐富，管理水平高。

因此升級(jí)改造的時(shí)候，借鑒蘆村污水廠總工藝采用MBBR工藝，主要考慮保證低水溫情況下的總氮指標(biāo)，通過增大缺氧池的容積，將好氧池部分容積改為缺氧池，好氧池不足部分通過MBBR去解決。在一期填料區(qū)是12500m 3，投加填料5000 m 3，好氧段池容39234 m 3，缺氧段池容31326m 3，二期基本相同，生物池填料區(qū)都采用加推流器的跑道型MBBR區(qū)。下圖就是生物池改造設(shè)計(jì)。

同時(shí)為了穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A，針對(duì)碳源不足設(shè)置了甲醇外碳源投加系統(tǒng)，深度處理采用混凝沉淀和濾布濾池工藝，濾布濾池采用鉆石型濾布濾池，保證SS的達(dá)標(biāo)。這是整個(gè)17萬噸一級(jí)A升級(jí)改造完成之后的實(shí)景圖片，包括機(jī)械混合絮凝沉淀池，改造之后生物池MBBR區(qū)以及鉆石型濾布濾池。

總的來說改造之后除了總氮之外，都能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，而且是在進(jìn)水濃度非常高的情況下，下圖是進(jìn)水情況，可以看出，在90%保證率情況下，BOD為495.21mg/L，COD為973.2 mg/L，SS為983.42 mg/L，氨氮54.90 mg/L，總磷17.77 mg/L，總氮90%在75到80之間，是一般的污水處理廠的兩倍以上。

升級(jí)之后的運(yùn)行結(jié)果來講， BOD，COD，SS，氨氮，總磷都是優(yōu)于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)�？偟�在不投加碳源的情況下，超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重。

2011年進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)表

2012年進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)表

那么在2014年開始做擴(kuò)建工程時(shí)，為什么我們還是選擇MBBR工藝呢？首先在擴(kuò)建的時(shí)候，還是需要在原廠內(nèi)擴(kuò)建。本來李村河污水廠規(guī)劃時(shí)就是一個(gè)17萬噸二級(jí)出水標(biāo)準(zhǔn)的污水廠，我們經(jīng)過一期建設(shè)，二期建設(shè)，和一級(jí)A建設(shè)之后，已經(jīng)是見縫插針，這個(gè)場(chǎng)地內(nèi)基本上沒有空地，用地情況是最頭疼的問題。第二個(gè)是我們的進(jìn)水水質(zhì)還是一直持續(xù)比較惡劣。

第三個(gè)升級(jí)改造都會(huì)帶來用電和其他一些設(shè)施影響，先天制約條件比較大，因此我們必須要選擇一個(gè)高效能集約化工藝。同時(shí)總結(jié)一級(jí)A升級(jí)改造的經(jīng)驗(yàn)和問題，難點(diǎn)還是我們的進(jìn)水還是碳源不足，不投加大量碳源的情況下總氮難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，同時(shí)還存在難降解有機(jī)氮問題。

在工藝選擇中，針對(duì)李村河用地限制的實(shí)際問題，對(duì)集約化的工藝AAO+MBBR和AAO+MBR方案進(jìn)行比選。方案一，新建兩組4萬噸的MBBR處理設(shè)施，這需要拆掉二期的4座二沉池騰出空間，同時(shí)拆除一期4座二沉池，新建一期二期共用的4座二沉池，總體來說此方案土建工程量較大，會(huì)影響污水廠擴(kuò)建期間的處理能力。

方案二還是MBBR方案，新建8萬噸預(yù)處理、深度處理還有污泥處理構(gòu)筑物。生物處理部分僅新建4.5萬噸規(guī)模，其余3.5萬噸規(guī)模，一期增加1.5萬噸的處理能力，二期增加2萬噸處理能力，都通過MBBR解決，一期二期各增加5200方的填料和5700方填料，三期4.5萬噸核算大概3850萬的填料。

從這兩個(gè)方案比較MBR投資比較大，土建量比較大，對(duì)污水處理廠的現(xiàn)有運(yùn)行也會(huì)造成一定影響。另外我們的污水廠進(jìn)水的污水濃度比較高，采用膜工藝成本也是比較高。所以最后我們還是確定了繼續(xù)延用MBBR工藝。這是升級(jí)改造過程當(dāng)中和原址擴(kuò)建工程MBBR選擇的歷程。

在擴(kuò)建工程進(jìn)行一個(gè)中試實(shí)驗(yàn)。為驗(yàn)證技術(shù)方案的可行性及科學(xué)性，以模擬改造后一期生化池為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，中試工藝流程與李村河污水處理廠升級(jí)改造工程采用的工藝流程一致，保持原有AAO+MBBR工藝不變，為了強(qiáng)化對(duì)TN的去除，增加后置反硝化A/O，在缺氧池和好氧池分別投加懸浮填料，中試工藝流程如下圖所示。

中試實(shí)驗(yàn)裝置按照池容等比例原則，將擬改造后的李村河污水處理廠有效池容按照相同比例縮小到中試裝置上，中試裝置的處理水量與填料投加量也按照相同比例縮小。進(jìn)水與現(xiàn)有生化池進(jìn)水相同。中試分四個(gè)階段進(jìn)行，歷程124天，實(shí)驗(yàn)階段劃分以及各階段控制參數(shù)如下表所示。

中試系統(tǒng)的COD、氨氮、TN、TP處理效果分述如下。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行期間，COD均值為26.00mg/L，去除率平均為93.52%，穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A。由于系統(tǒng)的懸浮填料取自水廠生化池填料，已掛膜成熟，系統(tǒng)開始運(yùn)行后，氨氮處理效果穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，且出水平均值僅為1.26mg/L，平均去除率為96.67%。

由于進(jìn)水碳源不足，TN在不投加碳源時(shí)難以達(dá)標(biāo)，第24-55d投加碳源，投加量為1.35kg/d乙酸鈉（相當(dāng)于BOD為60mg/L），期間TN始終穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，且均值僅為6.20mg/L，去除率平均為89.67%，水廠同期出水TN均值為16.95mg/L。第53-81d投加碳源量為0.67kg/d乙酸鈉（相當(dāng)于BOD為30mg/L），期間TN亦始終穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，且均值僅為11.66mg/L，水廠同期均值為17.46mg/L。

中試系統(tǒng)的進(jìn)水負(fù)荷是污水廠的1.2倍，但出水指標(biāo)均優(yōu)于原廠運(yùn)行，在沒有增加池容、僅改變了功能分區(qū)和增加填料的情況下，氨氮、COD、TN遠(yuǎn)優(yōu)于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，說明了升級(jí)改造方案有效、可靠。自115d-124d，進(jìn)水增至原來的1.3倍，但處理效果基本未受影響。同時(shí)可以看出，進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)極大，且濃度較高，而出水則基本穩(wěn)定，并未受水質(zhì)沖擊影響，可見五段式的泥膜復(fù)合工藝對(duì)水質(zhì)沖擊具有較強(qiáng)的抵抗力。中試中也發(fā)現(xiàn)了一些現(xiàn)象，比如DO，在實(shí)驗(yàn)過程中，系統(tǒng)主好氧區(qū)DO逐步降低，II、III、IV分別為1.5-2.5、1.5-2.0、1.2-1.5mg/L，甚至比一般活性污泥系統(tǒng)DO水平還要低，與文獻(xiàn)報(bào)道MBBR的DO水平差距較大（一般>4mg/L），但處理效果并未受影響。分析原因，主要是隨著DO的逐步控制、降低，有利于微生物的定向培養(yǎng)，篩選出嗜低氧環(huán)境的硝化菌群，實(shí)現(xiàn)低能耗下的高效處理。另外我們驗(yàn)證了后置缺氧MBBR區(qū)的脫氮效果缺氧區(qū)懸浮填料采用已掛摸的硝化填料啟動(dòng)，至72d生物膜基本成熟，反硝化速率可達(dá)0.1076gN/(m 3·min)，在實(shí)驗(yàn)過程中僅靠內(nèi)源反硝化即可消減約5mg/L的TN。

運(yùn)用中試結(jié)果到我們擴(kuò)建工程中，結(jié)合污水廠以前運(yùn)用MBBR的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了新建4.5萬噸的生物池。

相比提標(biāo)改造的工藝，主要做了兩項(xiàng)改動(dòng)，一是將以前的跑道型MBBR區(qū)改成了微動(dòng)力循環(huán)型，二是設(shè)置了后置缺氧MBBR。但是最后實(shí)際運(yùn)行中，后置缺氧MBBR的填料掛膜較慢，還出現(xiàn)了一次攔截篩網(wǎng)堵塞，發(fā)生填料溢流情況，最后這個(gè)后置缺氧區(qū)取消了填料。另外值得一提的是內(nèi)碳源開發(fā)，我們做了兩個(gè)普通的濃縮池，初沉污泥進(jìn)入其中一個(gè)濃縮池，大概停留時(shí)間八小時(shí)，上清液的指標(biāo)大概COD2萬左右，氨氮100左右。上清液回流到新建4.5萬噸生物池，能節(jié)省大量外加碳源實(shí)現(xiàn)一級(jí)A出水達(dá)標(biāo)。一二期的挖潛改造思路也基本相同。

擴(kuò)建后的2017年運(yùn)行效果見下圖，很多數(shù)值已經(jīng)達(dá)到了類Ⅳ類指標(biāo)。

最后總結(jié)一下MBBR工藝，什么情況下適用MBBR，MBBR怎么計(jì)算，還有MBBR的具體設(shè)計(jì)。首先適用性問題，對(duì)于新建工程，能夠節(jié)約占地，實(shí)現(xiàn)工藝目的。對(duì)于改造工程，能夠?qū)崿F(xiàn)原址擴(kuò)容，改造土建工程量小，并且新建和提標(biāo)時(shí)，通過合理應(yīng)用MBBR工藝，都能實(shí)現(xiàn)出水達(dá)標(biāo)，結(jié)合深度處理，能夠?qū)崿F(xiàn)類IV類標(biāo)準(zhǔn)。其次，計(jì)算問題，包括估算的MLSS折合量和通過填料表面積及氨氮負(fù)荷，都能夠指導(dǎo)不同階段的工藝計(jì)算。最后，在具體設(shè)計(jì)中，原先我們使用的是跑道型MBBR區(qū)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)跑道型中填料對(duì)混凝土的沖刷非常嚴(yán)重，另外存在一個(gè)在出水篩網(wǎng)處的堆積，現(xiàn)在更多使用微動(dòng)力循環(huán)型。微動(dòng)力循環(huán)型也需要考慮一些因素，比如沿線配水均勻性問題，區(qū)域長度，還有由于穿孔管設(shè)置對(duì)能耗的一定影響。其它需要注意的就是出水篩網(wǎng)和篩桶的設(shè)置。由于時(shí)間關(guān)系，希望能和大家會(huì)后交流。

總而言之，李村河污水處理廠的提標(biāo)和擴(kuò)建時(shí)限制因素較多，工藝選擇受用地條件、實(shí)施條件、污水廠運(yùn)行的影響，但最終實(shí)施后，在進(jìn)水濃度較高的情況下，各項(xiàng)的出水水質(zhì)都優(yōu)于一級(jí)A并且大部分達(dá)到類Ⅳ類，分析來講這也不是偶然，除了設(shè)計(jì)院、填料供應(yīng)商的努力之外，更多的應(yīng)歸功于高素質(zhì)的運(yùn)行團(tuán)隊(duì)，就如我院鄭一寧總工生前所說的“三分靠設(shè)計(jì)，七分靠運(yùn)行”，因此借此機(jī)會(huì)感謝青島水務(wù)環(huán)境公司，他們的運(yùn)行人員非常優(yōu)秀，特別鉆研，將我們的設(shè)計(jì)發(fā)揮出了最大能力。

我的匯報(bào)就到這里，謝謝大家。