李林祥 何嘉 陈刚
新疆市政建筑设计研究院有限公司 新疆 乌鲁木齐 830000
一、项目概况
塔城市污水处理厂提标改造工程总投资8700万元，处理规模近期4万方/天，远期6万方/天，污水厂提标改造工程厂址位于现状污水厂南侧，与现状污水处理厂合建。污水厂提标改造后，出水水质由一级B标准提升为一级A标准。本工程在塔城市污水处理厂现有奥贝尔氧化沟二级处理工艺基础上，利用移动床生物膜法（MBBR工艺）对原有奥贝尔氧化沟二级处理进行改造，并增加深度处理工艺，深度处理工艺采用混凝、沉淀过滤处理工艺，出水消毒后排至下游现状中水储库，用于下游生态林灌溉。
二、MBBR工艺概述
移动床生物膜工艺（MovingBedBiofilmReactor，MBBR），是目前国际上成熟的污水生化处理技术。自1989年第一套生物移动床工艺装置建成以来，已在50多个国家建成了数千套市政和工业废(污)水处理设施，取得了良好的效果。该工艺以悬浮填料为微生物提供生长载体，通过悬浮填料的充分流化，实现污水的高效处理。该工艺充分汲取了生物接触氧化及生物流化床的优点，克服了其传质效率低、处理效率差、流化动力高等缺点，运用生物膜法的基本原理，充分利用了活性污泥法的优点，实现生物膜工艺的活性污泥方式运行。MBBR工艺，按微生物存在形式划分，分为悬浮填料工艺（MBBR）及活性污泥-悬浮填料复合工艺。
在好氧条件下，曝气充氧时，空气泡的上升浮力推动填料和周围的水体流动起来，当气流穿过水流和填料的空隙时又被填料阻滞，并被分割成小气泡。在这样的过程中，填料被充分地搅拌并与水流混合，而空气流又被充分地分割成细小的气泡，增加了生物膜与氧气的接触和传氧效率。在厌氧条件下，水流和填料在潜水搅拌器的作用下充分流化起来，达到生物膜和被处理的污染物充分接触而降解的目的。因此，流动床生物膜工艺突破了传统生物膜法(固定床生物膜工艺的堵塞和配水不均，以及生物流化床工艺的流化局限)的限制，为生物膜法更广泛地应用于污水的生物处理奠定了较好的基础。
三、MBBR工艺系统
MBBR工艺的核心是实现悬浮载体填料的充分流化，以达到强化处理污染物的目的，因此，该工艺实质是涉及生物填料、池体设计、曝气系统、拦截筛网、推进器、填料投加与打捞设备的有机统一。
在曝气区内生物填料的流化主要依靠曝气系统来实现。在好氧区中，通过适当的曝气系统确保生物载体流化填料的流化效果，确保流化填料在水体中做上下、前后的流动，确保填料与污水进行充分的混和、碰撞、接触，有效完成污染物、水、气三向的接触、交换、吸附等过程。采用穿孔管曝气进行曝气，可以确保生物流化填料进行上下的流化运动以及促进填料的脱膜挂膜过程。填料比重选择为0.94-0.97，在培菌期间，填料表面会慢慢附着大量的生物膜，附着量越大，比重逐渐增加，当填料上生物膜到一定厚度时，其比重大于1，填料从非曝气区下沉到水池底部，曝气区底部的冲击力最强，能迅速冲洗掉填料上的残余生物膜，脱膜后的填料比重也随之降低到1以下，并在曝气区上升。根据挂膜前后的比重变化特点，填料可以随水流在曝气区和非曝气区翻腾，从而交替完成了生物膜的生长和脱落过程，保证生物膜的数量稳定性和活性，使工艺运行较稳定。为了防止流化悬浮填料随混合液进入下一个环节，在好氧区内适当位置设计采用筛网进行简单拦截和分隔。筛网材质选用不锈钢，型式与悬浮填料配套。
四、项目实际应用概述
塔城市污水处理厂提标改造项目主要难点在于：因现状二级污水处理工艺出水水质已达到一级B标准，碳源已经不足，若后续提标工程采用生化法，需另行投加碳源。污水厂原二级处理工艺流程为：粗细格栅+曝气沉砂池+选择池及污泥回流泵池+奥贝尔氧化沟+二沉池+紫外消毒出水。经技术经济比较后，在现有奥贝尔氧化沟二级处理工艺基础上，利用移动床生物膜法（MBBR工艺）对原有奥贝尔氧化沟二级处理进行改造。采用活性污泥-悬浮填料复合工艺，实现了同一反应器内不同功能微生物的污泥龄分离。生物填料的投加，为硝化细菌的生长提供了载体，延长其污泥龄，提高脱氮效果；同时控制活性污泥体系为短泥龄，可增强除磷效果；泥-膜在曝气及水流带动下充分流化，促进生物膜更新，防止泥龄过长；冬季水温较低、活性污泥系统不利于硝化菌群生长时，脱落生物膜对活性污泥起到持续接种作用，维持系统硝化性能不下降。在工艺升级改造的中，优先保证缺氧反硝化池容，通过核算，将原氧化沟外沟作为缺氧区。内沟和中沟作为好氧区，好氧区池容不足部分通过投加填料来补充；可不动土建，实现立体扩容或提标。该项目氧化沟的主要改造内容如下：
1)氧化沟外沟作为缺氧区；2)将中沟和内沟作为好氧区，中沟和内沟池容尚不能满足好氧区池容不足的部分，通过投加悬浮填料补足，在中沟进出水口、内沟进出水水口处设置拦截筛网；3)经过核算，现有内回流泵以及推流器可以满足要求，曝气系统及推流器利旧。
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氧化沟改造设计计算结果
提标改造设后污水厂工艺流程图
本项目设计在不改变原有氧化沟池型，完全利用了现状氧化沟，充分利用现有设备的前提下对污水厂原奥贝尔氧化沟进行改造升级。实现了改造与现状紧密结合，通过氧化沟的改造较大程度提升了原有二级处理设施的碳氧化、消化及反硝化能力，在不增加二级处理构筑物前提下提高了原有氧化沟的脱氮效率。深度处理采用混凝、沉淀过滤处理工艺，对生化处理难降解物质及悬浮物进行混凝沉淀过滤处理，最终使出水水质达到一级A标准。