BFM装配式用于占地受限型污水处理工程设计与实施效果

摘要   北方某污水处理厂新建处理规模1×10 ⁴ m ³ /d的污水处理设施，出水水质要求达到“准V类”水，采用BFM装配式进行施工建设，仅用时29d完成污水处理设施新建并实现通水运行，通水7d后实现达标排放，解决了项目面临的占地受限、实施周期短、稳定性要求高的难题。项目实施完成后吨水占地仅为0.142m ² / (m ³ ·d ^-1 )， 实际运行效果显示，BFM出水CODcr、NH ₃ -N、TN、TP、SS浓度分别为(31.09±3.95)、(0.41±0.38)、(4.21±2.40)、(0.08±0.04)、(4.56±0.91)mg/L，出水水质稳定并优于设计标准，通过纯膜MBBR后缺氧区碳源调控，可保障BFM出水TN低于5mg/L。BFM装配式具有集约紧凑、高效稳定、经济快速的优势，为污水厂原厂提标扩容提供了新思路。

   

城镇污水系统主要包括合流制与分流制 ，新建城区多采用分流制排水系统，对于老城区，合流制排水系统的大规模改造多采用截流式合流制模式。而截流式合流制溢流污染控制已成为黑臭水体整治与海绵城市建设中急需解决的问题 。除源头排水管网治理外，末端污水处理厂收集处理是控制溢流污染的另一条路径，但由于溢流量波动较大，在保证出水标准的前提下，部分污水处理厂处理能力无法匹配溢流量波动，需要进行新、改、扩建。结合国内污水处理建设项目用地标准以及现状污水处理厂的实际占地情况，可以发现目前很多污水处理厂占地已接近控制指标，如果进一步进行改造，都将面临用地超标的风险。部分污水处理厂面临建设运行时间长、运行条件受限等诸多问题，无法实现原位改造，需进行污水处理设施的新建，同样面临预留用地不足或无预留用地的问题。同时，传统工艺流程长，实施速度慢，难以满足建设周期敏感的污水厂新、改、扩建项目。因此亟需紧凑高效、实施周期短的节地型污水处理工艺进行污水处理厂的新、改、扩建。

本文以北方某污水处理厂新建污水处理设施为例，在占地面积小，实施周期短，稳定性要求高的前提下，分析了 BFM装配式的技术优势、设计思路及运行效果，以期为同类型污水处理厂的新、改、扩建提供技术参考。

1.1 项目背景

表 1 设计进出水水质

1.2 项目难点与工艺选择

图 1 新建污水处理设施可用地情况（红色部分）

2） 高标准下稳定性要求高：该污水厂位于山东省烟台市，进水基质浓度较高，主要为生活污水，与同属烟台市的套子湾污水处理厂水质类似，但水质浓度略低。2018年至2020年污水厂进水水质涵盖率如表2所示，以90%涵盖率时的进水水质最终确定本项目进水水质；原厂出水执行一级A标准已面临极大压力；新建项目出水执行准V标准，对于NH ₃ -N、TN和TP的去除要求更高，因此需要强化新建项目的脱氮除磷能力；同步考虑进水水质变化大，工艺需具有较强的抗冲击负荷性能，以保证出水水质能够稳定达标；本项目水量上需与原厂上进行平衡与调节，进水水量会有较大的波动，应关注工艺对于水量的耐冲击性；为满足后续水质提标要求，对于TN要求能够达到出水5mg/L的处理能力；

表 2 本项目 2018～2020年污水处理厂进水水质涵盖率（mg/L）

3） 实施周期短：为尽快缓解污水处理厂运行压力，需在 2个月内完成新建并通水运行，所以新建设施应选择短流程技术，宜采用装配式模块化设计，缩短实施周期。

新建项目的工艺选择，应遵循短流程、小占地、高标准、耐受冲击、短周期实施等原则，宜选用装配式节地型污水处理技术进行建设。

1.3 工艺比选

常见的节地型污水处理工艺包括 MBR、BAF等。本项目进水水量会有较大的波动，需与原厂在水量上进行平衡与调节，应关注工艺对于水量的耐冲击性。而上述两种工艺，在应对水量冲击时均具有短板，若获得更强的耐水量冲击能力，只能增大设计变化系数，大幅增大投资。

BFM工艺是以纯膜MBBR为核心，耦合改良磁加载沉淀—超效分离工艺的组合创新技术，其工艺原理如图2所示。BFM利用纯膜MBBR高负荷特点实现节地；系统不富集活性污泥，可省去传统工艺流程中的二沉池，进一步大幅缩减占地；采用超效分离工艺实现纯膜MBBR出水的固液分离，通过一段沉淀代替传统工艺流程中二沉池、深度处理两段沉淀。纯膜MBBR在国外有较多成功案例，获得了良好的脱氮效果。国内应用上，广东某污水处理厂处理能力不足，存在3×10 ⁴ m ³ /d的污水处理缺口，采用BFM工艺在20m×100m的长条形土地上实施污水处理设施新建，仅用时30d即完成项目的设计、施工和调试，经BFM处理后出水可稳定优于一级A标准，实际占地仅为0.067m ² /(m ³ ·d ^-1 )，实现了极限占地条件下的快速实施、稳定达标，首次验证了BFM工艺在南方低基质条件下的可行性。华北某污水处理厂采用BFM为核心工艺新建2×10 ⁴ m ³ /d的污水处理设施，采用模块化设计并于厂区绿化带实施，仅用时100d即完成项目的设计、施工及通水达标，出水能够稳定达到“准V类”标准，吨水占地仅为0.215m ² /(m ³ ·d ^-1 )，为原厂占地的26% ，实现了BFM在市政污水领域的应用。针对本项目面临的困难，且基于国内诸多成功案例，本项目采用BFM工艺进行新建。

图 2 BFM工艺原理示意图

2.1  工艺流程

本项目新建工艺流程见 图 3 ，平面布置见 图 4 。进水取自原厂初沉池，核心工艺为 BFM工艺，B段采用纯膜MBBR实现微生物的专性富集，提高系统有效生物量，保证碳、氮的稳定达标，M段采用超效分离工艺，进一步去除SS和TP，保障出水全指标达标。出水与原厂工艺出水混合，经紫外消毒后直接排放至受纳水体，剩余污泥先进入污泥储池，然后排放至原厂污泥脱水车间与原厂剩余污泥共同处理，含水率降至80%以下后外运处理。

图 3 原厂及新建污水处理设施工艺流程图

图 4 原厂及新建污水处理设施平面布置

2.2  进水系统

2.3  BFM系统

2.4  污泥储池

2.5  装配式模块

图 5 BFM装配式实景图

3.1  工艺运行效果

表 3 BFM沿程污染物变化情况

3.2  生物膜性状

图 6 好氧悬浮载体挂膜情况（左：泥膜复合 MBBR生物膜；右：BFM生物膜）

悬浮载体生物膜挂膜情况如 图 6 所示，其中左图为临近本项目的泥膜复合 MBBR项目中悬浮载体挂膜情况，右图为本项目纯膜MBBR中悬浮载体挂膜情况。从图中可以看出常规泥膜复合MBBR中，悬浮载体生物膜厚度一般为100～200μm ，而本项目中，好氧区生物膜厚度在 200～400μm，较泥膜复合MBBR生物膜更厚，这主要是由于纯膜MBBR中没有活性污泥与生物膜的竞争 ，因此可以充分发挥生物膜高效富集作用，其有效生物量更高，有效功能菌的数量更多，处理负荷更高，同时生物膜厚度的适量增加也提高了系统的抗冲击负荷能力。

1.1  系统流化效果

MBBR工艺能够成功运行的核心在于悬浮载体是否能够良好流化，而在BFM系统中，纯膜MBBR工艺的填充率较传统泥膜复合MBBR工艺更高，如何实现高填充率下悬浮载体的低耗流化成为纯膜MBBR工艺大规模应用的关键。对于好氧区，由于存在曝气系统，仅需对其进行合理布置，即可实现悬浮载体的均匀流化，无需额外曝气量；而针对缺氧区，则需要配备推流搅拌器，国外项目缺氧区的功率密度高达30W/m ³ 。本项目基于传统泥膜复合MBBR的设计经验，缺氧区采用了MBBR专用搅拌器，在保证推力前提下能够使悬浮载体扩散，功率密度可降低50%以上。本项目实际流化效果如图7所示，悬浮载体流化状态良好，无堆积现象。

图 7 项目实际流化效果（左：缺氧区；右：好氧区）

图 8 水池内悬浮载体分布图

图 9 水池内流场分布图

3.4  投资与运行费用