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高源禹
生態環保產業作為支撐生態文明建設和高質量發展的關鍵力量，正面臨著轉型升級的迫切需求。環保新質生產力，正成為推動產業向前發展的核心力量。本欄目將聚焦生態環保產業的新技術、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創新成果，及時發布環境技術進步獎項，全面介紹行業內的實用技術裝備和示范工程，引導行業持續創新，加快數字、智慧、科技的融合賦能，為經濟社會全面綠色轉型貢獻力量。
生態環境保護實用技術
2023-J-4
申報單位
青島思普潤水處理股份有限公司
推薦單位
山東省環境保護產業協會
一、技術簡介
適用范圍
本技術應用領域為水污染治理，適用于市政污水、工業廢水、農村污水、微污染水等多種場景的污(廢)水處理，可用于大、中、小型污水廠(站)的新建、改建和擴建，實現污水處理的集約化、低碳化和智慧化。
技術原理
BFM生物集效工藝是基于流化床生物膜法的集約、低碳、智慧型污水處理脫氮除磷工藝系統。該工藝以生物膜法為核心，不富集活性污泥、不設置污泥回流，實現了對于傳統活性污泥法的顛覆與替代。依托生物膜對于微生物專性富集培養的優勢，實現了硝化菌、反硝化菌、厭氧氨氧化菌等專性功能菌群定向調控和成倍富集，富集效率達到活性污泥法的10倍以上，克服了傳統活性污泥系統生化效率低、占地大等問題，實現生化效率的大幅提升和污染物的穩定去除，降低了土地占用。系統構建了“自養厭氧氨氧化-同步硝化反硝化——異養反硝化”的多途徑聯合脫氮體系，降低了運行成本，可實現氨氮、TN分別低于0.5mg/L、5mg/L的高排放標準。針對脫落生物膜的膜水分離和高效除磷，創新研發了專用技術裝備，提高了藥劑利用效率和核心裝備使用壽命，可實現SS≤6mg/L、TP≤0.05mg/L的應用效果。
工藝配套了自主研發的智水優控云平臺系統，實現了污水處理工藝與人工智能的深度融合，滿足短流程工藝的快速響應控制和厭氧氨氧化菌的精細化控制需求。同時充分挖掘數據價值，實現監測、預警、分析研判和綜合決策，構建算法模型實現智慧加藥、智慧曝氣，實現運行費用的節省，確保安全生產和出水水質穩定達標。
BFM工藝裝備
BFM工藝前段設置預處理工藝段，要求在細格柵柵距≤3mm；當進水SS>300mg/L時，設置初沉池，其余與傳統活性污泥法要求相同。預處理后進入BFM工藝段。
BFM生化段：根據污染物去除要求，靈活設置AO或多級AO工藝，分別在缺氧區和好氧區投加專用懸浮載體，并設置新材料攔截篩網，缺氧區和好氧區分別設置專用攪拌器和曝氣系統實現載體流化過程，實現污染物的去除，可獲得出水氨氮、TN分別低于0.5mg/L、5mg/L的效果，出水進入深度處理段。
深度處理段：主要進行固液分離及TP去除， 分為混合區、磁加載區、絮凝區，沉淀區。沉淀后的磁絮體一部分直接回流至混合區，另一部分經過高剪機破碎、磁分離機進行磁粉回收后重新投入磁加載區，實現磁粉的循環利用，剩余污泥排入污泥儲池，出水可實現SS≤6mg/L，TP≤0.05mg/L的高排放標準，磁粉回收率>99.5%。
通過智水優控平臺，實現系統各子系統的連鎖控制，依據進水水量、進出水和斷面水質、DO、ORP等參數，實現回流比、風機頻率(風量)、藥劑投加量等的智慧調控，相比人工控制，可降低近30%的運行費用，并可實現遠程訪問和控制，實現污水廠的智慧運維。
應用效果
BFM工藝實現集約化建設，噸水占地較傳統活性污泥法降低70%以上，出水水質可實現COD≤20mg/L、SS≤6mg/L、氨氮≤0.5mg/L、TN≤5mg/L、TP≤0.05mg/L，達到《城鎮污水處理廠主要水污染物排放限值》(DB5301/T 43-2020)的要求，助力生態環境恢復。基于主流厭氧氨氧化技術和智水優控云平臺實現節能降碳。BFM工藝已實現全過程智慧化運維，擺脫傳統污水處理工藝對于專業技術人員的依賴。
研發背景
隨著城市建設進程的加快和國家對生態環境的逐步重視，城市水環境污染已成為制約社會發展的重要因素之一。污水處理屬能源密集型行業，其耗電量占到社會用電總量的2%以上。同時，污水廠等城市基礎設施土地占用與城市發展用地的矛盾日漸突出。因此，污水處理工藝應向集約、低碳和智慧發展，助力國家生態文明建設。
BFM工藝實現了對于傳統活性污泥法的顛覆和替代，以流化床生物膜法為核心，解決傳統污水處理設施占地指標高、能耗高、難運維的關鍵問題，推動污水處理朝向集約化、低碳化和智慧化方向發展。與常見的集約型工藝相比，BFM工藝核心設備使用壽命長，運維操作簡便；與傳統泥膜復合MBBR工藝相比，不富集活性污泥，無需設置二沉池，不受二沉池過水能力限制，充分發揮生物膜的高負荷性能，實現污染物的高效穩定去除。
技術特點
(1)集約高效：突破了微生物的富集與分離技術，構建了基于流化床生物膜法的高效脫氮除磷工藝系統，提升了污水處理生化效率，降低了污水處理設施用地，噸水占地較傳統活性污泥法節約70%以上。項目建設既可采用土建方式，也可采用裝配式方式，建設方式靈活，是城市建設用地從增量擴張到存量挖潛關鍵轉變的核心所在。出水優于準IV類，可實現氨氮≤0.5mg/L、TN≤5mg/L、TP≤0.05mg/L的高標準出水標準，可耐受強負荷沖擊，工藝運行穩定，助力水環境生態恢復。
BFM集約化建設
(2)綠色低碳：開發了新材料攔網可將攔網壽命提升至30年以上；開發了載體專用攪拌器，提高流化效率，功率密度較國外產品降低50%以上；構建了“異養反硝化——自養厭氧氨氧化-同步硝化反硝化”多途徑協同脫氮系統，實現了厭氧氨氧化菌在主流處理系統中的富集，相對豐度≥1%，厭氧氨氧化脫氮貢獻率占比長期穩定大于30%，同步硝化反硝化脫氮貢獻率大于15%，擺脫了傳統脫氮途徑對于碳源的依賴；智水優控云平臺實現智慧加藥和曝氣，降低藥耗和能耗，實現節能降碳。
(3)智慧智能：開發了基于“數據清洗-AI智能控制——全要素智慧管理”的智水優控云平臺，構建了儀表異常值檢測及軟測量模型，解決了污水廠儀表設備投資受限、準確度低等難題；研發了“前后饋+AI 智能算法引擎”的加藥——曝氣——回流全系統控制方法，實現了對于厭氧氨氧化過程的精準控制和短流程下調控的快速響應；開發了集水線智能控制、設備全生命周期維護、多渠道預警報警于一體的智慧運管平臺，節約了運營人員人力投入。彌補污水處理廠控制精準性差、管理復雜、人員依賴性高的難題。
二、典型應用案例
案例名稱
2萬噸/天裝配式BFM集效型高標準智慧污水廠示范工程
案例簡介
青島市鐮灣河污水處理廠位于西海岸新區，原設計處理能力為8萬m3/d，主要處理收納區域內的生活污水及工業廢水，工業廢水進水占比達到70%以上，主要包含電鍍、制藥、物流、化工、煉油等工業廢水。根據規劃預測，鐮灣河處理廠目前約有2萬m3/d的污水處理缺口需新建污水處理設施予以補足，但現有的可用占地僅五千余平米，因此需要采用高效集約型污水處理工藝。本項目采用了 BFM生物集效工藝，噸水占地僅為0.254m2/(m3·d-1)，為原廠活性污泥工藝的14%，靈活利用不規則土地進行安裝實施；同時，在節地基礎上采用裝配式建設，施工周期僅80天；成熟懸浮載體接種，冬季20天內達標，實現快速實施，實施后出水穩定優于設計排放標準。
工程總承包單位為青島市黃島區市政公用事業發展中心；設計單位為中國市政工程東北設計研究總院有限公司；施工單位為青島思普潤水處理股份有限公司；運行單位為青島思普潤水處理股份有限公司。
本項目以設備租賃+委托運行的方式進行建設，建成后由青島思普潤水處理運營，運營期為3年，3年租賃期滿后無償將項目設施完好移交青島市黃島區市政公用事業發展中心。
達到的標準或性能要求
本項目出水在執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)一級A標準的基礎上，COD、氨氮、TP需達到《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)V類水標準，設計進出水水質如表所示：
鐮灣河BFM示范工程設計進出水水質(mg/L)
本項目采用的BFM工藝的設備、材料應符合企業標準《懸浮載體生物膜磁分離高效水處理成套裝備(BFM)》(SPR001-2020)及團體標準《水處理生物膜速凈工藝(BFM)技術規程》(T/SDEPI 031-2022)的相關規定。
業主單位
青島市黃島區市政公用事業發展中心
投運時間
2021年3月
工藝流程
新建鐮灣河BFM示范工程在工藝上以BFM為核心，預處理采用粗、細格柵、沉砂池以及混凝沉淀池去除SS等顆粒物質，BFM段實現有機物、氨氮、TN、SS和TP的高效穩定去除，滿足高排放標準要求；深度處理采用臭氧高級氧化+纖維轉盤濾池，以應對進水難降解有機物的沖擊。污泥處置采用疊螺脫水，將污泥含水率降低至80%以下后外運處理。污水處理全過程采用智水優控平臺進行智慧化運維和監管。
運行情況
本項目BFM采用兩級A/O方式布置，其中缺氧區填充率為58%，好氧區填充率為66%，實現了高填充率下懸浮載體的良好流化。項目實際運行水量2.1萬噸/天，停留時間10h，已歷經2個冬季，出水COD≤30mg/L、氨氮≤0.5mg/L、TN≤12mg/L、TP≤0.2mg/L，穩定優于設計排放標準，取得了良好的應用效果。末端通過高級氧化工藝同步實現了難降解有機物去除和殺菌消毒，有效滿足了出水的衛生安全標準。基于智水優控云平臺實現了藥劑投加和曝氣系統的智慧化調控，大幅降低直接運行費用，碳排放降低20%以上，在高標準達標的基礎上實現了節能降耗。
技術應用產生的碳減排效果
該項目通過BFM工藝實現占地的節省和施工周期的縮減，保證建設期碳排放降低50%；基于厭氧氨氧化高效低耗和智水優控云平臺智能控制，進一步實現了運行期碳排放的降低。
三、技術申報單位聯系信息
單位名稱：青島思普潤水處理股份有限公司
單位地址：山東省青島市黃島區延河路155號
聯系人：程麗潔
原標題：環保新質生產力 |低碳智慧型污水高效脫氮除磷工藝
