环保新质生产力 低碳智慧型污水高效脱氮除磷工艺
生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。生态环境保护实用技术2023-J-4申报单位青岛思普润水处理股份有限公司推荐单位山东省环境保护产业协会一、技术简介适用范围本技术应用领域为水污染治理，适用于市政污水、工业废水、农村污水、微污染水等多种场景的污(废)水处理，可用于大、中、小型污水厂(站)的新建、改建和扩建，实现污水处理的集约化、低碳化和智慧化。技术原理BFM生物集效工艺是基于流化床生物膜法的集约、低碳、智慧型污水处理脱氮除磷工艺系统。该工艺以生物膜法为核心，不富集活性污泥、不设置污泥回流，实现了对于传统活性污泥法的颠覆与替代。依托生物膜对于微生物专性富集培养的优势，实现了硝化菌、反硝化菌、厌氧氨氧化菌等专性功能菌群定向调控和成倍富集，富集效率达到活性污泥法的10倍以上，克服了传统活性污泥系统生化效率低、占地大等问题，实现生化效率的大幅提升和污染物的稳定去除，降低了土地占用。系统构建了“自养厌氧氨氧化-同步硝化反硝化——异养反硝化”的多途径联合脱氮体系，降低了运行成本，可实现氨氮、TN分别低于0.5mg/L、5mg/L的高排放标准。针对脱落生物膜的膜水分离和高效除磷，创新研发了专用技术装备，提高了药剂利用效率和核心装备使用寿命，可实现SS≤6mg/L、TP≤0.05mg/L的应用效果。工艺配套了自主研发的智水优控云平台系统，实现了污水处理工艺与人工智能的深度融合，满足短流程工艺的快速响应控制和厌氧氨氧化菌的精细化控制需求。同时充分挖掘数据价值，实现监测、预警、分析研判和综合决策，构建算法模型实现智慧加药、智慧曝气，实现运行费用的节省，确保安全生产和出水水质稳定达标。BFM工艺装备BFM工艺前段设置预处理工艺段，要求在细格栅栅距≤3mm；当进水SS>300mg/L时，设置初沉池，其余与传统活性污泥法要求相同。预处理后进入BFM工艺段。BFM生化段：根据污染物去除要求，灵活设置AO或多级AO工艺，分别在缺氧区和好氧区投加专用悬浮载体，并设置新材料拦截筛网，缺氧区和好氧区分别设置专用搅拌器和曝气系统实现载体流化过程，实现污染物的去除，可获得出水氨氮、TN分别低于0.5mg/L、5mg/L的效果，出水进入深度处理段。深度处理段：主要进行固液分离及TP去除， 分为混合区、磁加载区、絮凝区，沉淀区。沉淀后的磁絮体一部分直接回流至混合区，另一部分经过高剪机破碎、磁分离机进行磁粉回收后重新投入磁加载区，实现磁粉的循环利用，剩余污泥排入污泥储池，出水可实现SS≤6mg/L，TP≤0.05mg/L的高排放标准，磁粉回收率>99.5%。通过智水优控平台，实现系统各子系统的连锁控制，依据进水水量、进出水和断面水质、DO、ORP等参数，实现回流比、风机频率(风量)、药剂投加量等的智慧调控，相比人工控制，可降低近30%的运行费用，并可实现远程访问和控制，实现污水厂的智慧运维。应用效果BFM工艺实现集约化建设，吨水占地较传统活性污泥法降低70%以上，出水水质可实现COD≤20mg/L、SS≤6mg/L、氨氮≤0.5mg/L、TN≤5mg/L、TP≤0.05mg/L，达到《城镇污水处理厂主要水污染物排放限值》(DB5301/T 43-2020)的要求，助力生态环境恢复。基于主流厌氧氨氧化技术和智水优控云平台实现节能降碳。BFM工艺已实现全过程智慧化运维，摆脱传统污水处理工艺对于专业技术人员的依赖。研发背景随着城市建设进程的加快和国家对生态环境的逐步重视，城市水环境污染已成为制约社会发展的重要因素之一。污水处理属能源密集型行业，其耗电量占到社会用电总量的2%以上。同时，污水厂等城市基础设施土地占用与城市发展用地的矛盾日渐突出。因此，污水处理工艺应向集约、低碳和智慧发展，助力国家生态文明建设。BFM工艺实现了对于传统活性污泥法的颠覆和替代，以流化床生物膜法为核心，解决传统污水处理设施占地指标高、能耗高、难运维的关键问题，推动污水处理朝向集约化、低碳化和智慧化方向发展。与常见的集约型工艺相比，BFM工艺核心设备使用寿命长，运维操作简便；与传统泥膜复合MBBR工艺相比，不富集活性污泥，无需设置二沉池，不受二沉池过水能力限制，充分发挥生物膜的高负荷性能，实现污染物的高效稳定去除。技术特点(1)集约高效：突破了微生物的富集与分离技术，构建了基于流化床生物膜法的高效脱氮除磷工艺系统，提升了污水处理生化效率，降低了污水处理设施用地，吨水占地较传统活性污泥法节约70%以上。项目建设既可采用土建方式，也可采用装配式方式，建设方式灵活，是城市建设用地从增量扩张到存量挖潜关键转变的核心所在。出水优于准IV类，可实现氨氮≤0.5mg/L、TN≤5mg/L、TP≤0.05mg/L的高标准出水标准，可耐受强负荷冲击，工艺运行稳定，助力水环境生态恢复。BFM集约化建设(2)绿色低碳：开发了新材料拦网可将拦网寿命提升至30年以上；开发了载体专用搅拌器，提高流化效率，功率密度较国外产品降低50%以上；构建了“异养反硝化——自养厌氧氨氧化-同步硝化反硝化”多途径协同脱氮系统，实现了厌氧氨氧化菌在主流处理系统中的富集，相对丰度≥1%，厌氧氨氧化脱氮贡献率占比长期稳定大于30%，同步硝化反硝化脱氮贡献率大于15%，摆脱了传统脱氮途径对于碳源的依赖；智水优控云平台实现智慧加药和曝气，降低药耗和能耗，实现节能降碳。(3)智慧智能：开发了基于“数据清洗-AI智能控制——全要素智慧管理”的智水优控云平台，构建了仪表异常值检测及软测量模型，解决了污水厂仪表设备投资受限、准确度低等难题；研发了“前后馈+AI 智能算法引擎”的加药——曝气——回流全系统控制方法，实现了对于厌氧氨氧化过程的精准控制和短流程下调控的快速响应；开发了集水线智能控制、设备全生命周期维护、多渠道预警报警于一体的智慧运管平台，节约了运营人员人力投入。弥补污水处理厂控制精准性差、管理复杂、人员依赖性高的难题。二、典型应用案例案例名称2万吨/天装配式BFM集效型高标准智慧污水厂示范工程案例简介青岛市镰湾河污水处理厂位于西海岸新区，原设计处理能力为8万m3/d，主要处理收纳区域内的生活污水及工业废水，工业废水进水占比达到70%以上，主要包含电镀、制药、物流、化工、炼油等工业废水。根据规划预测，镰湾河处理厂目前约有2万m3/d的污水处理缺口需新建污水处理设施予以补足，但现有的可用占地仅五千余平米，因此需要采用高效集约型污水处理工艺。本项目采用了 BFM生物集效工艺，吨水占地仅为0.254m2/(m3·d-1)，为原厂活性污泥工艺的14%，灵活利用不规则土地进行安装实施；同时，在节地基础上采用装配式建设，施工周期仅80天；成熟悬浮载体接种，冬季20天内达标，实现快速实施，实施后出水稳定优于设计排放标准。工程总承包单位为青岛市黄岛区市政公用事业发展中心；设计单位为中国市政工程东北设计研究总院有限公司；施工单位为青岛思普润水处理股份有限公司；运行单位为青岛思普润水处理股份有限公司。本项目以设备租赁+委托运行的方式进行建设，建成后由青岛思普润水处理运营，运营期为3年，3年租赁期满后无偿将项目设施完好移交青岛市黄岛区市政公用事业发展中心。达到的标准或性能要求本项目出水在执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准的基础上，COD、氨氮、TP需达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类水标准，设计进出水水质如表所示：镰湾河BFM示范工程设计进出水水质(mg/L)本项目采用的BFM工艺的设备、材料应符合企业标准《悬浮载体生物膜磁分离高效水处理成套装备(BFM)》(SPR001-2020)及团体标准《水处理生物膜速净工艺(BFM)技术规程》(T/SDEPI 031-2022)的相关规定。业主单位青岛市黄岛区市政公用事业发展中心投运时间2021年3月工艺流程新建镰湾河BFM示范工程在工艺上以BFM为核心，预处理采用粗、细格栅、沉砂池以及混凝沉淀池去除SS等颗粒物质，BFM段实现有机物、氨氮、TN、SS和TP的高效稳定去除，满足高排放标准要求；深度处理采用臭氧高级氧化+纤维转盘滤池，以应对进水难降解有机物的冲击。污泥处置采用叠螺脱水，将污泥含水率降低至80%以下后外运处理。污水处理全过程采用智水优控平台进行智慧化运维和监管。运行情况本项目BFM采用两级A/O方式布置，其中缺氧区填充率为58%，好氧区填充率为66%，实现了高填充率下悬浮载体的良好流化。项目实际运行水量2.1万吨/天，停留时间10h，已历经2个冬季，出水COD≤30mg/L、氨氮≤0.5mg/L、TN≤12mg/L、TP≤0.2mg/L，稳定优于设计排放标准，取得了良好的应用效果。末端通过高级氧化工艺同步实现了难降解有机物去除和杀菌消毒，有效满足了出水的卫生安全标准。基于智水优控云平台实现了药剂投加和曝气系统的智慧化调控，大幅降低直接运行费用，碳排放降低20%以上，在高标准达标的基础上实现了节能降耗。技术应用产生的碳减排效果该项目通过BFM工艺实现占地的节省和施工周期的缩减，保证建设期碳排放降低50%；基于厌氧氨氧化高效低耗和智水优控云平台智能控制，进一步实现了运行期碳排放的降低。三、技术申报单位联系信息单位名称：青岛思普润水处理股份有限公司单位地址：山东省青岛市黄岛区延河路155号联系人：程丽洁原标题：环保新质生产力 低碳智慧型污水高效脱氮除磷工艺
