报告人：孟涛 高工
单位：中国市政工程华北设计研究总院有限公司第一设计院
.
主持人：邱维
( 广州市市政工程设计研究总院 三院总工)
下面有请市政工程华北设计研究总院有限公司第一设计院孟涛高工为我们做介绍。
题目是污水厂原址扩容提标实例，李村河污水厂MBBR工艺总结。有请。
孟涛：
各位专家，各位同仁大家下午好!
我是中国市政工程华北设计研究总院第一设计研究院的孟涛。在污水处理方面还是一个小学生，感谢这一次中国给水排水提供这么好一个机会，各位专家演讲的非常精彩，受益匪浅。
今天我汇报的题目是李村河污水处理厂的工艺总结，主要是回顾和总结一下李村河污水处理厂2007年的提标和2014年的扩建历程，尤其是选择MBBR工艺的经过，以及两次运用MBBR工艺过程中的一些经验，也是一家之言，希望大家多交流指正。同时也是为大家介绍一下明天要参观的李村河污水处理厂。
汇报内容分为以下几个方面。第一个是污水厂背景简介，第二个我们在升级改造过程当中MBBR的选择过程，第三个扩建过程当中MBBR的选择过程，第四是在扩建时MBBR的一系列中试和研究，最后是MBBR工艺应用的总结。
青岛市的几个主要排水系统除了我们现在所在的城阳排水流域，还有娄山河、李村河、海泊河、团岛、麦岛等。其中李村河排水流域的李村河污水处理厂是目前青岛市最大的一座污水处理厂，污水厂共经过四次工程建设，一期是1997年建成投产，建设规模8万吨，是国内首座亚洲开发银行贷款项目，也是较早使用改良UCT工艺的污水处理厂。二期工程2008年建成投产，建设规模9万吨，工艺采用改良AAO工艺。升级改造工程于2007年开始，2010年建成，17万吨的一个整体升级改造，主工艺采用MBBR。三期扩建工程2014年开始2016年建成，原址扩建8万吨，总规模达到25万吨，也是采用MBBR工艺。
尤其提一下一期的8万吨设计，我特地找了一下当时的设计资料，一份是外方UCT的设计计算书，一份是当时项目负责人郑一宁总工(郑总是李村河污水厂从一期到三期扩建的项目负责人，2016年因病去世)手写的一本计算书，可以看到，手写的计算书中每一个构筑物，包括每一个渠道都是仔细拿尺子画的，每一步都有详细的计算，体现了一种精益求精的态度，这一种态度也是从我们院老一辈开始代代相传。同时当时就积极学习吸收外方技术，说明了我们设计院也在不断学习新技术，新思路，新方法。
污水处理厂的原设计规模就是17万吨，一二期工程建设完成之后，基本已经没有什么空地。在17万吨这一个升级改造任务的时候，也只能是见缝插针。到了扩建工程，因为李村河污水流域发展比较快，需要增加8万吨的处理能力，并且是在原址扩容。最后也只能是将处理构筑物挤进来，两次都是采用的MBBR的工艺。下面就是李村河污水厂现状的一个分布图。
那么，为什么2009年开始做升级改造的时候选择MBBR的工艺?首先大的背景就是我们院郑兴灿总工介绍过的太湖流域污水厂改造。2007年从太湖流域整体污水厂的提标改造开始，当时时任总理考察之后对太湖流域污水厂提出三个提高，提高污水处理能力，提高城市污水处理率，污水厂要提升到一级A标准。对于李村污水处理厂，依据地标，依据山东省半岛流域水污染综合排放标准要求，考虑到胶州湾是一个半封闭的水体，从而2009年要求青岛市所有的污水处理厂水质要达到一级A标准。在方案研究时，我们学习借鉴了郑兴灿总工和其它团队在无锡的一些研究成果。污水厂升级到一级A所需要解决的实际问题是有共性的，其工艺也是一个问题导向选择，包括有机物达标问题，氨氮达标问题，总氮达标问题，总磷达标问题还有悬浮物达标问题，在太湖流域污水厂改造中提出了问题也给出了相应解决方法。这里借用一下当时的PPT。
当时无锡做了很多中试其中也包括MBBR的中试，同时也展开了很多相关课题研究。总结太湖流域各个污水处理厂升级提标一些经验，得出稳定达到一级A标准所需要设置的各个工艺单元，对一些工艺段和工艺参数进行了进一步的优化。从现在来看我们做一些类Ⅳ类提标也基本走不出这个圈，我们现在做的高级氧化，反硝化深床滤池在当时也都做了一些研究。
我们还借鉴了一个参照，就是了解到无锡芦村污水处理厂提标改造之后效果挺不错，而且从规模和生物处理工艺来说都跟我们比较相近。它采用的升级改造方案如下图：
那么回到我们李村河污水处理厂提标改造，当时分析优劣势有以下几个方面：劣势主要是李村河污水处理厂的水质指标相当高，因为汇水区域原先主要是工业区，工业废水70%左右。2003年工业搬迁之后这个水质没有降，维持了原来水平还略有升高，而且冲击负荷很高，给一级A稳定达标造成一定难度。第二个还是总氮稳定达标的问题，主要存在一个低温硝化的问题，还有一个进水碳源不足问题。另外污水厂提标扩建，实际问题还包括不能影响现有处理规模，尽量少停水乃至不停水，这同样影响工艺选择。
我们的优势就是污水厂生物处理工艺是一个多模式AAO工艺，多点进水，多点回流，还有缺氧回流，是一个较好的生物脱氮除磷工艺，而且运行比较灵活。
另外一个优势是李村河污水处理厂运行管理队伍经验丰富，管理水平高。
因此升级改造的时候，借鉴芦村污水厂总工艺采用MBBR工艺，主要考虑保证低水温情况下的总氮指标，通过增大缺氧池的容积，将好氧池部分容积改为缺氧池，好氧池不足部分通过MBBR去解决。在一期填料区是12500m3，投加填料5000 m3，好氧段池容39234 m3，缺氧段池容31326m3，二期基本相同，生物池填料区都采用加推流器的跑道型MBBR区。下图就是生物池改造设计。
同时为了稳定达到一级A，针对碳源不足设置了甲醇外碳源投加系统，深度处理采用混凝沉淀和滤布滤池工艺，滤布滤池采用钻石型滤布滤池，保证SS的达标。这是整个17万吨一级A升级改造完成之后的实景图片，包括机械混合絮凝沉淀池，改造之后生物池MBBR区以及钻石型滤布滤池。
总的来说改造之后除了总氮之外，都能稳定达标，而且是在进水浓度非常高的情况下，下图是进水情况，可以看出，在90%保证率情况下，BOD为495.21mg/L，COD为973.2 mg/L，SS为983.42 mg/L，氨氮54.90 mg/L，总磷17.77 mg/L，总氮90%在75到80之间，是一般的污水处理厂的两倍以上。
升级之后的运行结果来讲， BOD，COD，SS，氨氮，总磷都是优于一级A标准。总氮在不投加碳源的情况下，超标现象严重。
2011年进出水水质监测表
2012年进出水水质监测表
那么在2014年开始做扩建工程时，为什么我们还是选择MBBR工艺呢?首先在扩建的时候，还是需要在原厂内扩建。本来李村河污水厂规划时就是一个17万吨二级出水标准的污水厂，我们经过一期建设，二期建设，和一级A建设之后，已经是见缝插针，这个场地内基本上没有空地，用地情况是最头疼的问题。第二个是我们的进水水质还是一直持续比较恶劣。
第三个升级改造都会带来用电和其他一些设施影响，先天制约条件比较大，因此我们必须要选择一个高效能集约化工艺。同时总结一级A升级改造的经验和问题，难点还是我们的进水还是碳源不足，不投加大量碳源的情况下总氮难以稳定达标，同时还存在难降解有机氮问题。
在工艺选择中，针对李村河用地限制的实际问题，对集约化的工艺AAO+MBBR和AAO+MBR方案进行比选。方案一，新建两组4万吨的MBBR处理设施，这需要拆掉二期的4座二沉池腾出空间，同时拆除一期4座二沉池，新建一期二期共用的4座二沉池，总体来说此方案土建工程量较大，会影响污水厂扩建期间的处理能力。
方案二还是MBBR方案，新建8万吨预处理、深度处理还有污泥处理构筑物。生物处理部分仅新建4.5万吨规模，其余3.5万吨规模，一期增加1.5万吨的处理能力，二期增加2万吨处理能力，都通过MBBR解决，一期二期各增加5200方的填料和5700方填料，三期4.5万吨核算大概3850万的填料。
从这两个方案比较MBR投资比较大，土建量比较大，对污水处理厂的现有运行也会造成一定影响。另外我们的污水厂进水的污水浓度比较高，采用膜工艺成本也是比较高。所以最后我们还是确定了继续延用MBBR工艺。这是升级改造过程当中和原址扩建工程MBBR选择的历程。
在扩建工程进行一个中试实验。为验证技术方案的可行性及科学性，以模拟改造后一期生化池为实验对象，中试工艺流程与李村河污水处理厂升级改造工程采用的工艺流程一致，保持原有AAO+MBBR工艺不变，为了强化对TN的去除，增加后置反硝化A/O，在缺氧池和好氧池分别投加悬浮填料，中试工艺流程如下图所示。
中试实验装置按照池容等比例原则，将拟改造后的李村河污水处理厂有效池容按照相同比例缩小到中试装置上，中试装置的处理水量与填料投加量也按照相同比例缩小。进水与现有生化池进水相同。中试分四个阶段进行，历程124天，实验阶段划分以及各阶段控制参数如下表所示。
中试系统的COD、氨氮、TN、TP处理效果分述如下。整个系统运行期间，COD均值为26.00mg/L，去除率平均为93.52%，稳定达到一级A。由于系统的悬浮填料取自水厂生化池填料，已挂膜成熟，系统开始运行后，氨氮处理效果稳定达到一级A标准，且出水平均值仅为1.26mg/L，平均去除率为96.67%。
由于进水碳源不足，TN在不投加碳源时难以达标，第24-55d投加碳源，投加量为1.35kg/d乙酸钠(相当于BOD为60mg/L)，期间TN始终稳定达标，且均值仅为6.20mg/L，去除率平均为89.67%，水厂同期出水TN均值为16.95mg/L。第53-81d投加碳源量为0.67kg/d乙酸钠(相当于BOD为30mg/L)，期间TN亦始终稳定达标，且均值仅为11.66mg/L，水厂同期均值为17.46mg/L。
中试系统的进水负荷是污水厂的1.2倍，但出水指标均优于原厂运行，在没有增加池容、仅改变了功能分区和增加填料的情况下，氨氮、COD、TN远优于一级A标准，说明了升级改造方案有效、可靠。自115d-124d，进水增至原来的1.3倍，但处理效果基本未受影响。同时可以看出，进水水质波动极大，且浓度较高，而出水则基本稳定，并未受水质冲击影响，可见五段式的泥膜复合工艺对水质冲击具有较强的抵抗力。中试中也发现了一些现象，比如DO，在实验过程中，系统主好氧区DO逐步降低，II、III、IV分别为1.5-2.5、1.5-2.0、1.2-1.5mg/L，甚至比一般活性污泥系统DO水平还要低，与文献报道MBBR的DO水平差距较大(一般>4mg/L)，但处理效果并未受影响。分析原因，主要是随着DO的逐步控制、降低，有利于微生物的定向培养，筛选出嗜低氧环境的硝化菌群，实现低能耗下的高效处理。另外我们验证了后置缺氧MBBR区的脱氮效果缺氧区悬浮填料采用已挂摸的硝化填料启动，至72d生物膜基本成熟，反硝化速率可达0.1076gN/(m3˙min)，在实验过程中仅靠内源反硝化即可消减约5mg/L的TN。
运用中试结果到我们扩建工程中，结合污水厂以前运用MBBR的经验，设计了新建4.5万吨的生物池。
相比提标改造的工艺，主要做了两项改动，一是将以前的跑道型MBBR区改成了微动力循环型，二是设置了后置缺氧MBBR。但是最后实际运行中，后置缺氧MBBR的填料挂膜较慢，还出现了一次拦截筛网堵塞，发生填料溢流情况，最后这个后置缺氧区取消了填料。另外值得一提的是内碳源开发，我们做了两个普通的浓缩池，初沉污泥进入其中一个浓缩池，大概停留时间八小时，上清液的指标大概COD2万左右，氨氮100左右。上清液回流到新建4.5万吨生物池，能节省大量外加碳源实现一级A出水达标。一二期的挖潜改造思路也基本相同。
扩建后的2017年运行效果见下图，很多数值已经达到了类Ⅳ类指标。
最后总结一下MBBR工艺，什么情况下适用MBBR，MBBR怎么计算，还有MBBR的具体设计。首先适用性问题，对于新建工程，能够节约占地，实现工艺目的。对于改造工程，能够实现原址扩容，改造土建工程量小，并且新建和提标时，通过合理应用MBBR工艺，都能实现出水达标，结合深度处理，能够实现类IV类标准。其次，计算问题，包括估算的MLSS折合量和通过填料表面积及氨氮负荷，都能够指导不同阶段的工艺计算。最后，在具体设计中，原先我们使用的是跑道型MBBR区，结果发现跑道型中填料对混凝土的冲刷非常严重，另外存在一个在出水筛网处的堆积，现在更多使用微动力循环型。微动力循环型也需要考虑一些因素，比如沿线配水均匀性问题，区域长度，还有由于穿孔管设置对能耗的一定影响。其它需要注意的就是出水筛网和筛桶的设置。由于时间关系，希望能和大家会后交流。
总而言之，李村河污水处理厂的提标和扩建时限制因素较多，工艺选择受用地条件、实施条件、污水厂运行的影响，但最终实施后，在进水浓度较高的情况下，各项的出水水质都优于一级A并且大部分达到类Ⅳ类，分析来讲这也不是偶然，除了设计院、填料供应商的努力之外，更多的应归功于高素质的运行团队，就如我院郑一宁总工生前所说的“三分靠设计，七分靠运行”，因此借此机会感谢青岛水务环境公司，他们的运行人员非常优秀，特别钻研，将我们的设计发挥出了最大能力。
我的汇报就到这里，谢谢大家。
原标题：污水厂原址扩容提标实例——李村河污水厂MBBR工艺总结
