污水廠原址擴容提標實例——李村河污水廠MBBR工藝總結(jié)

來源：孟濤    中國給水排水

報告人：孟濤  高工

單位：中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司第一設(shè)計院

主持人：邱維

( 廣州市市政工程設(shè)計研究總院 三院總工)

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

題目是污水廠原址擴容提標實例，李村河污水廠MBBR工藝總結(jié)。有請。

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)計研究總院第一設(shè)計研究院的孟濤。在污水處理方面還是一個小學(xué)生，感謝這一次中國給水排水提供這么好一個機會，各位專家演講的非常精彩，受益匪淺。

今天我匯報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年的提標和2014年的擴建歷程，尤其是選擇MBBR工藝的經(jīng)過，以及兩次運用MBBR工藝過程中的一些經(jīng)驗，也是一家之言，希望大家多交流指正。同時也是為大家介紹一下明天要參觀的李村河污水處理廠。

匯報內(nèi)容分為以下幾個方面。第一個是污水廠背景簡介，第二個我們在升級改造過程當中MBBR的選擇過程，第三個擴建過程當中MBBR的選擇過程，第四是在擴建時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。升級改造工程于2007年開始，2010年建成，17萬噸的一個整體升級改造，主工藝采用MBBR。三期擴建工程2014年開始2016年建成，原址擴建8萬噸，總規(guī)模達到25萬噸，也是采用MBBR工藝。

尤其提一下一期的8萬噸設(shè)計，我特地找了一下當時的設(shè)計資料，一份是外方UCT的設(shè)計計算書，一份是當時項目負責(zé)人鄭一寧總工（鄭總是李村河污水廠從一期到三期擴建的項目負責(zé)人，2016年因病去世）手寫的一本計算書，可以看到，手寫的計算書中每一個構(gòu)筑物，包括每一個渠道都是仔細拿尺子畫的，每一步都有詳細的計算，體現(xiàn)了一種精益求精的態(tài)度，這一種態(tài)度也是從我們院老一輩開始代代相傳。同時當時就積極學(xué)習(xí)吸收外方技術(shù)，說明了我們設(shè)計院也在不斷學(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17萬噸這一個升級改造任務(wù)的時候，也只能是見縫插針。到了擴建工程，因為李村河污水流域發(fā)展比較快，需要增加8萬噸的處理能力，并且是在原址擴容。最后也只能是將處理構(gòu)筑物擠進來，兩次都是采用的MBBR的工藝。下面就是李村河污水廠現(xiàn)狀的一個分布圖。

那么，為什么2009年開始做升級改造的時候選擇MBBR的工藝？首先大的背景就是我們院鄭興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改造開始，當時時任總理考察之后對太湖流域污水廠提出三個提高，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A標準。對于李村污水處理廠，依據(jù)地標，依據(jù)山東省半島流域水污染綜合排放標準要求，考慮到膠州灣是一個半封閉的水體，從而2009年要求青島市所有的污水處理廠水質(zhì)要達到一級A標準。在方案研究時，我們學(xué)習(xí)借鑒了鄭興燦總工和其它團隊在無錫的一些研究成果。污水廠升級到一級A所需要解決的實際問題是有共性的，其工藝也是一個問題導(dǎo)向選擇，包括有機物達標問題，氨氮達標問題，總氮達標問題，總磷達標問題還有懸浮物達標問題，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。這里借用一下當時的PPT。

當時無錫做了很多中試其中也包括MBBR的中試，同時也展開了很多相關(guān)課題研究。總結(jié)太湖流域各個污水處理廠升級提標一些經(jīng)驗，得出穩(wěn)定達到一級A標準所需要設(shè)置的各個工藝單元，對一些工藝段和工藝參數(shù)進行了進一步的優(yōu)化。從現(xiàn)在來看我們做一些類Ⅳ類提標也基本走不出這個圈，我們現(xiàn)在做的高級氧化，反硝化深床濾池在當時也都做了一些研究。

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

那么回到我們李村河污水處理廠提標改造，當時分析優(yōu)劣勢有以下幾個方面：劣勢主要是李村河污水處理廠的水質(zhì)指標相當高，因為匯水區(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)搬遷之后這個水質(zhì)沒有降，維持了原來水平還略有升高，而且沖擊負荷很高，給一級A穩(wěn)定達標造成一定難度。第二個還是總氮穩(wěn)定達標的問題，主要存在一個低溫硝化的問題，還有一個進水碳源不足問題。另外污水廠提標擴建，實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)勢就是污水廠生物處理工藝是一個多模式AAO工藝，多點進水，多點回流，還有缺氧回流，是一個較好的生物脫氮除磷工藝，而且運行比較靈活。

另外一個優(yōu)勢是李村河污水處理廠運行管理隊伍經(jīng)驗豐富，管理水平高。

因此升級改造的時候，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，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。

同時為了穩(wěn)定達到一級A，針對碳源不足設(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的達標。這是整個17萬噸一級A升級改造完成之后的實景圖片，包括機械混合絮凝沉淀池，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)定達標，而且是在進水濃度非常高的情況下，下圖是進水情況，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。

升級之后的運行結(jié)果來講， BOD，COD，SS，氨氮，總磷都是優(yōu)于一級A標準。總氮在不投加碳源的情況下，超標現(xiàn)象嚴重。

2011年進出水水質(zhì)監(jiān)測表

2012年進出水水質(zhì)監(jiān)測表

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

第三個升級改造都會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高效能集約化工藝。同時總結(jié)一級A升級改造的經(jīng)驗和問題，難點還是我們的進水還是碳源不足，不投加大量碳源的情況下總氮難以穩(wěn)定達標，同時還存在難降解有機氮問題。

在工藝選擇中，針對李村河用地限制的實際問題，對集約化的工藝AAO+MBBR和AAO+MBR方案進行比選。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，會影響污水廠擴建期間的處理能力。

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。

從這兩個方案比較MBR投資比較大，土建量比較大，對污水處理廠的現(xiàn)有運行也會造成一定影響。另外我們的污水廠進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。這是升級改造過程當中和原址擴建工程MBBR選擇的歷程。

在擴建工程進行一個中試實驗。為驗證技術(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驗對象，中試工藝流程與李村河污水處理廠升級改造工程采用的工藝流程一致，保持原有AAO+MBBR工藝不變，為了強化對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。

中試實驗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。進水與現(xiàn)有生化池進水相同。中試分四個階段進行，歷程124天，實驗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。整個系統(tǒng)運行期間，COD均值為26.00mg/L，去除率平均為93.52%，穩(wěn)定達到一級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)開始運行后，氨氮處理效果穩(wěn)定達到一級A標準，且出水平均值僅為1.26mg/L，平均去除率為96.67%。

由于進水碳源不足，TN在不投加碳源時難以達標，第24-55d投加碳源，投加量為1.35kg/d乙酸鈉（相當于BOD為60mg/L），期間TN始終穩(wěn)定達標，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（相當于BOD為30mg/L），期間TN亦始終穩(wěn)定達標，且均值僅為11.66mg/L，水廠同期均值為17.46mg/L。

中試系統(tǒng)的進水負荷是污水廠的1.2倍，但出水指標均優(yōu)于原廠運行，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遠優(yōu)于一級A標準，說明了升級改造方案有效、可靠。自115d-124d，進水增至原來的1.3倍，但處理效果基本未受影響。同時可以看出，進水水質(zhì)波動極大，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)合工藝對水質(zhì)沖擊具有較強的抵抗力。中試中也發(fā)現(xiàn)了一些現(xiàn)象，比如DO，在實驗過程中，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，與文獻報道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，實現(xiàn)低能耗下的高效處理。另外我們驗證了后置缺氧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，至72d生物膜基本成熟，反硝化速率可達0.1076gN/(m 3·min)，在實驗過程中僅靠內(nèi)源反硝化即可消減約5mg/L的TN。

運用中試結(jié)果到我們擴建工程中，結(jié)合污水廠以前運用MBBR的經(jīng)驗，設(shè)計了新建4.5萬噸的生物池。

相比提標改造的工藝，主要做了兩項改動，一是將以前的跑道型MBBR區(qū)改成了微動力循環(huán)型，二是設(shè)置了后置缺氧MBBR。但是最后實際運行中，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)，我們做了兩個普通的濃縮池，初沉污泥進入其中一個濃縮池，大概停留時間八小時，上清液的指標大概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)省大量外加碳源實現(xiàn)一級A出水達標。一二期的挖潛改造思路也基本相同。

擴建后的2017年運行效果見下圖，很多數(shù)值已經(jīng)達到了類Ⅳ類指標。

最后總結(jié)一下MBBR工藝，什么情況下適用MBBR，MBBR怎么計算，還有MBBR的具體設(shè)計。首先適用性問題，對于新建工程，能夠節(jié)約占地，實現(xiàn)工藝目的。對于改造工程，能夠?qū)崿F(xiàn)原址擴容，改造土建工程量小，并且新建和提標時，通過合理應(yīng)用MBBR工藝，都能實現(xiàn)出水達標，結(jié)合深度處理，能夠?qū)崿F(xiàn)類IV類標準。其次，計算問題，包括估算的MLSS折合量和通過填料表面積及氨氮負荷，都能夠指導(dǎo)不同階段的工藝計算。最后，在具體設(shè)計中，原先我們使用的是跑道型MBBR區(qū)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)跑道型中填料對混凝土的沖刷非常嚴重，另外存在一個在出水篩網(wǎng)處的堆積，現(xiàn)在更多使用微動力循環(huán)型。微動力循環(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。由于時間關(guān)系，希望能和大家會后交流。

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

我的匯報就到這里，謝謝大家。